酸化下煤的甲烷吸附特性及变形模型研究

发布时间：2020-06-13 10:20

【摘要】：瓦斯是影响煤矿动力灾害的重要因素之一,研究瓦斯在煤层中的赋存状态对生产安全具有重要意义。瓦斯中主要成分甲烷大多以吸附状态存在于煤层中。温度,压力,变质程度,破坏程度,含水率等是影响煤层中甲烷吸附的相关因素。由于煤是多孔介质,孔隙-裂隙作为甲烷的主要储存场所,对煤层孔隙结构的研究更能从微观上了解探究煤吸附瓦斯的相关机理。酸化作用是油气井稳产主要措施,酸化可能会导致煤样孔隙裂隙系统产生差异导致煤样吸附瓦斯能力不同。运用X射线衍射仪进行矿物成分测定,通过实验结果确定用酸体系,进行相关研究能对现场应用提供保障。对酸化前后的煤样进行低温液氮实验,探讨酸化前后煤样对氮气吸附量的变化,以及酸化前后孔的数量、大小、孔径分布的变化,从而可验证酸化作用对煤层的孔隙-裂隙系统发育的影响。在25℃,35℃,55℃实验温度条件下,分别做酸化前后煤样的吸附等温实验,从实验结果可得煤样孔隙-裂隙系统的发育状况对煤吸附的能力是有影响的。基于低温液氮实验,吸附等温实验,运用吸附势理论,对煤样的最大吸附量进行探讨,通过吸附量-变形公式,探讨煤酸化后孔隙-裂隙系统的变化对煤储层变形的影响进行实验分析和研究。综合以上实验,可以得到以下研究成果:(1)通过X射线衍射仪对所取煤样进行矿物成分测定发现:除非晶质和高岭土外该矿区的煤样成分都以碳酸盐矿物为主,碳酸盐矿物中,主要为方解石和白云石,方解石和白云石总含量百分数达到了26%,该煤样很多孔隙-裂隙有可能被方解石、白云石等矿物质及其相关杂质所堵塞。并由此确定酸液以盐酸为主。(2)运用SEM扫描煤样。该煤样表面清晰可见少量孔隙以及微裂隙,微裂隙长度在4到10?m之间不等,孔隙大小为1?m左右,为大孔。煤样表面晶体物质较少,其余部分平整均匀。图片化处理后能详细发现大孔孔隙和微裂隙较多。(3)对酸化前后煤样进行工业分析发现:未处理的YB_1与酸化处理后的煤样YB_2相比较,固定碳并未发生较大的改变,但是灰分和挥发分减少。表明酸化过程中,堵塞物先与酸液产生反应,形成相关的氯化物,造成灰分降低。(4)通过低温氮实验发现经过酸化处理后的煤,活化程度升高。微孔数量增加,孔径增大。多数闭塞孔转化为开孔。具体表现为比表面积,孔体积增加以及孔体积累计增量的增加,为瓦斯吸附提供了更多的面积和场所。(5)YB_2煤样的甲烷吸附量远远大于YB_1。在吸附等温线中,瓦斯吸附量随吸附压力增加逐渐增加,随着吸附进一步进行,煤对甲烷的吸附量增加速率减缓,直到达到吸附平衡。温度是影响甲烷吸附作用的重要因素,温度增加会促进解吸。运用吸附势理论拟合YB_1与YB_2的吸附特性曲线,YB_2煤样吸附能力高于YB_1煤样。说明酸化技术改变煤的孔隙结构,孔隙结构的改变是影响煤体吸附性能的重要因素。(6)基于热力学基础,得到低压状态下煤岩吸附变形模型。并通过此模型计算探讨酸化前后煤样吸附量与煤样应变之间规律。YB_1、YB_2煤样吸附甲烷引起的应变与吸附量在一定范围内呈线性关系。酸化后的YB_2煤样在吸附应变与吸附量关系图中的斜率远大于未进行酸化的YB_1煤样。表明酸化后煤样吸附量的增加导致其吸附应变的增加。
【图文】：

未酸化煤样低温氮实验酸化，未酸化煤样吸附应变探讨响煤的吸附能力因素探讨煤矿物组成及微观结构表征吸附模型分酸化，未酸化煤样甲烷吸附特征实验酸化条件下深部煤岩瓦斯吸附特性及其应变研究

17（b）图 2.4 TESCAN MIRA3 扫描电镜(a)和氩离子抛光仪(b 左)溅射仪（b 右） 2.4 TESCAN MIRA 3 SEM（a）and Argon-ion polishing apparatus（b left）（b right） 扫描电镜测试结果分析岩基质孔隙特性岩的基质孔隙主要是由通道和孔隙构成，一般情况下是煤基质块体中部固态物充填的空余空间，这些空间为煤层中的气体提供了附着的场所。大的空间称作孔隙，连通的较狭窄的部分叫做通道或者裂隙。如图 2.5 是结构模型[70]。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD712

【参考文献】

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本文编号：2711031