温度对煤吸附甲烷的影响实验

为了研究温度对煤吸附甲烷的影响,实验测定了不同温度下煤对甲烷的吸附等温线,并对实验数据进行了拟合,同时对覆盖度与压力、温度、吸附量以及孔隙类型的关系进行了分析。结果表明:随着温度的增高,饱和吸附量和吸附速率明显降低,并且含气量与覆盖度呈正相关关系;同一压力下,随着温度升高,覆盖度降低;相对覆盖度概念可以解释高温覆盖度高而吸附量小于低温阶段的现象;结合孔隙度和液氮分析结果发现,随着温度的增高,小孔和微孔的吸附能力强于中孔和大孔;甲烷在煤上的等量吸附热随吸附量的增大而增大,但无规律可循,且由Clausius-Clapeyron方程预测出的等温吸附曲线与实测值有偏差,表明煤表面能量的不均匀性和表面离子的复杂性。      

基于无量纲裂缝导流能力的煤储层压裂效果分析

煤储层原位渗透率普遍偏低,通常需用水力压裂造缝方式改善煤储层的渗透性能,但其效果的定量评价长期未能有效解决。本文以沁水盆地南部郑庄区块16口新井为例,采用有限导流能力裂缝模型拟合压裂造缝后关井阶段的压降曲线,计算了裂缝的无量纲导流能力(CfD),实现了压裂效果的定量化分析,并讨论了其地质影响因素。结果显示,CfD值越大,压裂效果越好;煤岩杨氏模量、剪切模量和体积模量的增加,裂缝无量纲导流能力有减小的趋势,但与煤岩泊松比大小无关。煤储层纵向上的力学非均质性对裂缝无量纲导流能力也有影响,随着非均质程度的增加,无量纲导流能力逐渐增加;当非均质性达到一定程度时,无量纲导流能力变低。     

二氧化氯作用下的煤吸附性变化及其大分子结构响应

采用二氧化氯溶液浸泡、甲烷等温吸附、X射线衍射等方法,探讨了煤储层改造新原理,从大分子结构层次上讨论了其可能的地球化学机理。实验结果显示,煤经浸泡后其吸附常数发生了明显变化,含气饱和度、临界解吸压力等得到不同程度的提高,但提高的程度受煤级控制。经二氧化氯处理后,煤中大分子结构单元发生了程度不等的解聚作用,煤大分子结构与吸附性之间存在同步响应关系,二氧化氯残液中存在苯环等有机物,解聚程度与煤化作用程度有关。浸泡后,煤分子结构发生了改变,使得其表面性质出现变化,从而影响到煤对甲烷分子的吸附能力和煤层气解吸产出潜势。     

沁水盆地南部煤层孔隙-裂隙系统及其对渗透率的贡献

基于常规孔渗测试、核磁共振、扫描电镜等分析,研究了沁水盆地南部煤储层孔隙-裂隙系统发育特征及其对渗透率的贡献。结果表明,煤样孔隙结构以吸附孔为主,渗流孔发育相对较差,可动流体孔隙度很小;多数煤样A类和B类较大裂隙所占比例不高,C类和D类较小裂隙较为发育;大孔孔隙度和微裂隙发育程度对渗透率影响最大。但本区煤样大孔孔隙度低,裂隙多被矿物充填,孔隙、裂隙之间连通性较差,对煤储层渗透率的贡献较小;多期发育的宏观构造裂隙可能对煤储层渗透性起到一定的改善作用。     

钻孔剖面多煤层物性X-CT 响应及其地质意义

基于钻孔剖面不同煤层的X-CT物性响应,分析了煤层物性及其在垂向序列上的非均质性特征。发现研究区3号、14号、23号、26号煤层的孔隙-裂隙较为发育,煤中孔隙呈星散状产出,裂隙不甚发育,且多被矿物充填。通过CT切片"顺层偏差"来定量表征煤层的非均质性,发现研究区含煤地层4个三级层序主煤层的CT偏差在垂向上呈单峰分布,以层序Ⅲ最大,指示其非均质性最强,同时也说明CT方法可用以定量表征煤层的非均质性特征。发现煤样CT偏差的垂向分布与海水进退旋回具有高度的一致性,说明在海水进退控制下的成煤环境是影响煤层非均质性的关键因素。     

基于X-CT 技术的韩城示范区煤储层精细描述

X射线层析扫描(X-CT)技术具有无损分析岩石内部结构特征的优点。应用该项技术,重构了韩城示范区煤样内部孔隙、裂隙和矿物的空间分布格架与形态。结果表明,煤样的CT像素频数存在两个峰值区间,分别表征孔隙-裂隙和矿物的发育特征。当孔隙、裂隙发育较好时,该峰左偏;矿物含量较高时,矿物峰右偏或峰值区间变宽。CT孔隙度、矿物含量与CT数有较好的相关性,CT孔隙度与氦气孔隙度显著正相关。通过煤样三维重构的三维表面蒙皮和三维立体模型,可以清楚地识别煤中孔隙、裂隙及矿物的空间形态特征和连通性。     

煤在钼作用条件下的气态烃生成与演化

关于钼作用条件下的煤中有机质生烃特征和演化过程,目前知之甚少。为此,利用黄金管高压釜装置,以原煤中添 加单质钼的方式,开展了催化生气模拟实验。研究发现,无论加钼与否,煤样气态烃和单体烃气的产率均存在一个生成高 峰,在模拟镜质组反射率大于4.0％之后的极高成熟度阶段仍存在较大的甲烷生成潜力;当模拟镜质组反射率小于3.0％时, 添加的钼对煤中有机质生气具有微弱的抑制效应,此后阶段中才体现出一定的促进作用;原煤与加钼煤样甲烷产率之间的 相互关系与气态烃总产率大致相似,加钼煤样乙烷产率在镜质组反射率大于3.0％之后高于原煤,加钼条件下丙烷-戊烷的 产率在其生成高峰之后略高于或约等于原煤。分析认为,添加的钼没有参与煤中有机质的早- 中期热降解生烃过程,但对 晚期热裂解生气作用起到了一定的促进效应,原因可能在于煤中催化反应空间在不同的成熟演化阶段存在一定的差异。     

构造煤结构演化及其应力-应变环境

基于不同变形类型和程度煤样品的X 射线衍射分析（XRD）,研究了构造煤的结构演化及其应力- 应变环境。结果显示, 弱变形构造煤芳香结构参数面网间距（d 002）随煤化程度增高呈阶跃式减小,阶跃点为最大油浸镜质组反射率等于0.69% 左 右,阶跃点后变化不大;鳞片煤Ⅱ的面网间距最小,揉皱糜棱煤与片状碎裂煤Ⅱ相当,介于弱变形构造煤与鳞片煤Ⅱ之间, 揉皱煤的面网间距稍大于揉皱糜棱煤;堆砌度随煤芳香结构演化与面网间距协调变化。认为应力- 应变作用类型和程度的 差异控制了不同变形类型和程度构造煤的形成,应力- 应变作用不仅改变煤体宏观和微观结构,也影响着煤芳香结构的演 化,且不同类型和程度应力－应变作用的影响程度存在较大差异。形成构造煤的应力- 应变环境可分为脆性碎裂变形环境、 韧性变形环境和剪切变形环境三类。弱和中等脆性碎裂变形作用对煤芳香结构影响不大;韧性和剪切变形作用分别以一定 的温压条件和定向的应力作用为主要特征,前者有利于煤中杂原子团的脱落和新芳环的形成,后者有助于煤中分子结构的 有序化,均可促进煤中芳核的生长。     

黔西晴隆矿区晚二叠世煤地球化学变异的地质成因

运用仪器中子活化分析(INAA)、电离耦合等离子体质谱(ICP—MS)、电离耦合等离子体原子发射光谱(ICP—AES)、X射线荧光光谱(XRF)、冷原子吸收光谱(CVAAS)、离子选择性电极法(ISE)、逐级化学提取试验(SCEE)等,结合带能谱仪的扫描电镜(SEMEDX)和MPV—Ⅲ显微镜下观察的煤岩学特征的分析,对贵州晴隆矿区上二叠统含煤岩系8号煤层中微量元素的含量和赋存特征及其影响因素进行了研究。发现该煤层中Cu(263.4μg／g)、Cr(154．2μg／g)、Hg(0．86／μg／g)、Mo(82．47μg／g)、Ni(63．3μg／g)、Pb(200．4／μg／g)、Se(4．25／μg／g)、U(154．8／μg／g)、Zn(214．6／μg／g)和Zr(754．3μg／g)等元素异常富集;而As和F的含量不高,其含量分别为1．58／μg／g和83．4μg／g。逐级化学提取结果显示,该煤层中Hg、Mo、Ni、Pb、Se和Zn元素主要赋存在低温热液成因的黄铁矿脉中;Cr、U和Zr主要存在于粘土矿物中,其中Cr和Zr可能与康滇古陆陆源碎屑供给有关;Cu不仅与粘土矿物有关,而且也和煤中黄铁矿有关。表明低温热液流体和陆源碎屑供给对该煤中主要微量有害元素的含量和赋存特征起了决定作用。     

煤层群内多重保护层开采的防突试验研究

基于煤与瓦斯突出的煤层群开采所遇到的瓦斯问题,针对煤层群开采的特点,通过多参数的考察,对多重上保护层开采进行了试验研究,完善了保护层开采的基本理论;对保护效果、保护范围和合理参数进行综合分析、确定,得出了煤层群开采保护层过程中多重保护的具体指标和效果,建立了多重保护层效果考察及评价方法,对淮南矿区煤层群开采消除突出危险效果显著。研究成果对于类似条件突出矿井的保护层开采具有一定的指导意义和应用价值。