基于压汞、氮气吸附与FE-SEM的无烟煤微纳米孔特征
发布时间：2021-03-08 23:37
煤微纳米孔隙结构特征是揭示煤层气体赋存富集机理与扩散运移规律的基础。以阳泉矿区新景矿样品为例,利用氩离子抛光-场发射扫描电镜对纳米级孔隙形貌直观观测,结合低温氮吸附实验、高压压汞实验对微孔隙结构进行定量表征,以研究无烟煤微纳米级孔隙的发育特征。结果表明:煤储层纳米孔广泛发育,形貌特征复杂,类型包括植物细胞结构残余孔、镜质体基质气孔、有机显微组分间孔、黏土矿物孔隙、石英粒内孔、组分间孔、微裂隙等,与微米级孔隙共同构成完整的煤孔隙系统;煤样孔隙主体处于纳米量级,平均孔径约为39.31 nm,80%以上储集空间分布于100 nm以下,集中在1040 nm;纳米孔分形维数介于2.722.90,显示较强的非均质性。储集空间的定量表征显示储层纳米级孔隙极为发育,炭质纳米孔是纳米孔中绝对优势的发育类型,微米级孔隙有一定发育程度,微裂隙发育较差。这样的孔隙结构特征是造成无烟煤吸附能力强而渗透能力较差的重要原因。
【文章来源】：煤炭学报. 2017,42(06)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
煤样进汞－退汞曲线
构遭到破坏，小孔径孔隙测试结果的准确性受到影响，但压汞法可以连续衡量测试样品自纳米级孔隙到微孔、中孔再到大孔、微裂隙的完整储集空间特征，低压下大孔径孔隙测试结果的准确性可信度较高，具有一定的应用价值。对所取样品进行高压压汞测试，需要注意的是，取样前后储层条件发生了一定的变化，地层条件下的高压、高温变成常温、常压，煤体取样后释放了压力，温度降低，样品体积、密度、孔渗特性发生一定程度的变化，节理、(微)裂缝等的发育程度也稍增强。实验获取了测试样品的进汞－退汞曲线(图1)和孔径分布曲线(图2)，测试结果显示，测试煤样的排驱压力极高，平均约为96MPa，远大于常规储层，对应的最大连通孔喉半径平均值约77nm，最高驱替压力达到412MPa，可描述孔隙分布最小半径为5nm，进汞量自微孔至大孔均有分布，分布较为广泛，进汞量中81.7%集中在5～43nm的孔径范围，反映煤样的孔隙分布较为集中，孔喉发育细校孔径中值半径为7.4～9.6nm，平均孔隙半径为7.1～8.3nm，2者较为接近。平均进汞饱和度在80%左右，退汞效率在75%～85%，退汞效率受控于储层的微观结构特征，测试样品较为发育的纳米级孔喉是影响退汞效率的主要因素，导致汞液不能完全退出。据孔径分布曲线可知，测试样品微孔、小孔极为发育，中孔、大孔发育程度相对较低，这样的孔隙结构有利于气体的储集而不利于在储层内的渗流，需要采用人为手段提高煤储层的渗流能力。图1煤样进汞－退汞曲线Fig.1Mercuryintrusionandextrusioncurvesofcoalsamples图2阶段进汞量与孔径关系Fig.2Ｒelationshipbetweenmercuryimmersionquantityandporesizedistribution2.2低温氮吸附实验据高压压汞实验可知，测试样品孔隙主要发育在纳米级别，但高压下煤储层基质孔隙易?
煤炭学报2017年第42卷算样品孔径分布，实验结果显示，煤样的比表面积平均值约为0.11m2/g，平均孔隙体积为0.000683cm3/g，平均孔径约为39.31nm(表2)。样品孔径分布的主体在100nm以下，10～40nm区间占据孔径分布的主体(图3)。表2液氮吸附样品的孔容、孔比表面积及平均孔径Table2Porevolume，poresufaceareaandaveragediameterdataofsamplesusingN2asorption样品编号孔比表面积增量/(m2·g－1)孔容/(cm3·g－1)平均孔径/nmX1130.06790.00058141.0752X1320.11790.00049938.7758X1830.17810.00111935.7038X1890.08050.00053341.6848图3无烟煤样品氮气吸附法孔径分布曲线Fig.3Diameterdistributionofanthracitecoalsamplesfromnitrogenadsorption图4为测试煤样的氮气吸附和解吸等温线，据吸附等温线可知，各样品吸附等温线整体呈反S型，在低压阶段(0＜p/p0＜0.10)上升较为缓慢，曲线略向上凸，对应液氮在煤样品表面的单分子层吸附及微孔填充阶段;在中等压力范围内(0.10＜p/p0＜0.65)，吸附等温线出现负线性的一段，对应为多分子层吸附阶段;随后，等温吸附线出现拐点，拐点后较高压力范围内(0.65＜p/p0＜1)吸附量急剧上升，直至相对压力接近1也未出现吸附饱和，对应样品的毛细孔凝聚阶段。各样品吸附线与解吸脱附线均不完全重合，形成吸附回线。吸附回线的形貌可以反映孔隙的形态特征［19］，根据国际纯化学与应用化学联合会(IUPAC)的回线分类［22］，研究样品的吸附回线与类型C最为接近，但不完全相同，而是兼具各类型吸附回线的特征(图5)，说明煤样品内圆锥状孔隙具有一定发育程度，同时含有圆柱状、裂缝状和墨水瓶状孔隙，孔隙形貌特征较为复杂。2.3场发?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于低温氮吸附实验的页岩储层孔隙分形特征[J]. 赵迪斐,郭英海,解徳录,苏驰,杨玉娟,于一帆. 东北石油大学学报. 2014(06)
[2]微观尺度海相页岩储层微观非均质性研究[J]. 郭英海,赵迪斐. 中国矿业大学学报. 2015(02)
[3]黔西滇东地区不同煤阶煤储层物性特征分析[J]. 郭乐乐,汤达祯,许浩,李松,高丽军. 煤炭科学技术. 2014(08)
[4]高压压汞法和氮气吸附法分析页岩孔隙结构[J]. 杨峰,宁正福,孔德涛,刘慧卿. 天然气地球科学. 2013(03)
[5]不同变质成因无烟煤孔隙特征及其对瓦斯突出的影响[J]. 蔺亚兵,贾雪梅,马东民. 煤炭工程. 2013(05)
[6]贵州典型矿区突出煤孔隙结构及其吸附特性实验研究[J]. 李希建,林柏泉,施天虎. 采矿与安全工程学报. 2013(03)
[7]基于显微CT的构造煤渗流孔精细表征[J]. 宋晓夏,唐跃刚,李伟,冯增朝,康志勤,李妍均,相建华. 煤炭学报. 2013(03)
[8]不同煤储层条件下煤岩微孔结构及其对煤层气开发的启示[J]. 范俊佳,琚宜文,柳少波,李小诗. 煤炭学报. 2013(03)
[9]中梁山南矿构造煤吸附孔分形特征[J]. 宋晓夏,唐跃刚,李伟,王绍清,杨明显. 煤炭学报. 2013(01)
[10]煤层气储层孔隙结构分形特征定量研究[J]. 杨宇,孙晗森,彭小东,李军,彭少涛. 特种油气藏. 2013(01)
硕士论文
[1]不同煤阶煤储层物性特征研究[D]. 杨高峰.安徽理工大学 2013
[2]平顶山煤田煤储层特征研究[D]. 陈洪伟.安徽理工大学 2012
[3]煤的孔隙特征对煤层气解吸的影响[D]. 杜玉娥.西安科技大学 2010
本文编号：3071854
【文章来源】：煤炭学报. 2017,42(06)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
煤样进汞－退汞曲线
构遭到破坏，小孔径孔隙测试结果的准确性受到影响，但压汞法可以连续衡量测试样品自纳米级孔隙到微孔、中孔再到大孔、微裂隙的完整储集空间特征，低压下大孔径孔隙测试结果的准确性可信度较高，具有一定的应用价值。对所取样品进行高压压汞测试，需要注意的是，取样前后储层条件发生了一定的变化，地层条件下的高压、高温变成常温、常压，煤体取样后释放了压力，温度降低，样品体积、密度、孔渗特性发生一定程度的变化，节理、(微)裂缝等的发育程度也稍增强。实验获取了测试样品的进汞－退汞曲线(图1)和孔径分布曲线(图2)，测试结果显示，测试煤样的排驱压力极高，平均约为96MPa，远大于常规储层，对应的最大连通孔喉半径平均值约77nm，最高驱替压力达到412MPa，可描述孔隙分布最小半径为5nm，进汞量自微孔至大孔均有分布，分布较为广泛，进汞量中81.7%集中在5～43nm的孔径范围，反映煤样的孔隙分布较为集中，孔喉发育细校孔径中值半径为7.4～9.6nm，平均孔隙半径为7.1～8.3nm，2者较为接近。平均进汞饱和度在80%左右，退汞效率在75%～85%，退汞效率受控于储层的微观结构特征，测试样品较为发育的纳米级孔喉是影响退汞效率的主要因素，导致汞液不能完全退出。据孔径分布曲线可知，测试样品微孔、小孔极为发育，中孔、大孔发育程度相对较低，这样的孔隙结构有利于气体的储集而不利于在储层内的渗流，需要采用人为手段提高煤储层的渗流能力。图1煤样进汞－退汞曲线Fig.1Mercuryintrusionandextrusioncurvesofcoalsamples图2阶段进汞量与孔径关系Fig.2Ｒelationshipbetweenmercuryimmersionquantityandporesizedistribution2.2低温氮吸附实验据高压压汞实验可知，测试样品孔隙主要发育在纳米级别，但高压下煤储层基质孔隙易?
煤炭学报2017年第42卷算样品孔径分布，实验结果显示，煤样的比表面积平均值约为0.11m2/g，平均孔隙体积为0.000683cm3/g，平均孔径约为39.31nm(表2)。样品孔径分布的主体在100nm以下，10～40nm区间占据孔径分布的主体(图3)。表2液氮吸附样品的孔容、孔比表面积及平均孔径Table2Porevolume，poresufaceareaandaveragediameterdataofsamplesusingN2asorption样品编号孔比表面积增量/(m2·g－1)孔容/(cm3·g－1)平均孔径/nmX1130.06790.00058141.0752X1320.11790.00049938.7758X1830.17810.00111935.7038X1890.08050.00053341.6848图3无烟煤样品氮气吸附法孔径分布曲线Fig.3Diameterdistributionofanthracitecoalsamplesfromnitrogenadsorption图4为测试煤样的氮气吸附和解吸等温线，据吸附等温线可知，各样品吸附等温线整体呈反S型，在低压阶段(0＜p/p0＜0.10)上升较为缓慢，曲线略向上凸，对应液氮在煤样品表面的单分子层吸附及微孔填充阶段;在中等压力范围内(0.10＜p/p0＜0.65)，吸附等温线出现负线性的一段，对应为多分子层吸附阶段;随后，等温吸附线出现拐点，拐点后较高压力范围内(0.65＜p/p0＜1)吸附量急剧上升，直至相对压力接近1也未出现吸附饱和，对应样品的毛细孔凝聚阶段。各样品吸附线与解吸脱附线均不完全重合，形成吸附回线。吸附回线的形貌可以反映孔隙的形态特征［19］，根据国际纯化学与应用化学联合会(IUPAC)的回线分类［22］，研究样品的吸附回线与类型C最为接近，但不完全相同，而是兼具各类型吸附回线的特征(图5)，说明煤样品内圆锥状孔隙具有一定发育程度，同时含有圆柱状、裂缝状和墨水瓶状孔隙，孔隙形貌特征较为复杂。2.3场发?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于低温氮吸附实验的页岩储层孔隙分形特征[J]. 赵迪斐,郭英海,解徳录,苏驰,杨玉娟,于一帆. 东北石油大学学报. 2014(06)
[2]微观尺度海相页岩储层微观非均质性研究[J]. 郭英海,赵迪斐. 中国矿业大学学报. 2015(02)
[3]黔西滇东地区不同煤阶煤储层物性特征分析[J]. 郭乐乐,汤达祯,许浩,李松,高丽军. 煤炭科学技术. 2014(08)
[4]高压压汞法和氮气吸附法分析页岩孔隙结构[J]. 杨峰,宁正福,孔德涛,刘慧卿. 天然气地球科学. 2013(03)
[5]不同变质成因无烟煤孔隙特征及其对瓦斯突出的影响[J]. 蔺亚兵,贾雪梅,马东民. 煤炭工程. 2013(05)
[6]贵州典型矿区突出煤孔隙结构及其吸附特性实验研究[J]. 李希建,林柏泉,施天虎. 采矿与安全工程学报. 2013(03)
[7]基于显微CT的构造煤渗流孔精细表征[J]. 宋晓夏,唐跃刚,李伟,冯增朝,康志勤,李妍均,相建华. 煤炭学报. 2013(03)
[8]不同煤储层条件下煤岩微孔结构及其对煤层气开发的启示[J]. 范俊佳,琚宜文,柳少波,李小诗. 煤炭学报. 2013(03)
[9]中梁山南矿构造煤吸附孔分形特征[J]. 宋晓夏,唐跃刚,李伟,王绍清,杨明显. 煤炭学报. 2013(01)
[10]煤层气储层孔隙结构分形特征定量研究[J]. 杨宇,孙晗森,彭小东,李军,彭少涛. 特种油气藏. 2013(01)
硕士论文
[1]不同煤阶煤储层物性特征研究[D]. 杨高峰.安徽理工大学 2013
[2]平顶山煤田煤储层特征研究[D]. 陈洪伟.安徽理工大学 2012
[3]煤的孔隙特征对煤层气解吸的影响[D]. 杜玉娥.西安科技大学 2010
本文编号：3071854
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