不同變形機制下煤岩納米級孔隙結構演化過程及其機理

《不同變形機制下煤岩納米級孔隙結構演化過程及其機理》是依託中國科學院大學，由李小詩擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：不同變形機制下煤岩納米級孔隙結構演化過程及其機理
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李小詩
• 依託單位：中國科學院大學

項目摘要

煤岩納米級孔隙結構是煤層氣尤其是超量煤層氣的重要賦存空間，不同變形機制(脆性和韌性變形)納米級孔隙結構的演化過程對煤層氣的賦存狀態具有重要的影響。本項目選取兩淮地區構造煤為研究對象，通過高分辨透射電鏡，原子力顯微鏡，核磁共振，小角XRD散射，低溫液氮，低壓二氧化碳及等溫吸附解吸等實驗對構造煤大分子和納米級孔隙結構演化特徵進行系統的研究，試圖分析在脆性變形和韌性變形機制下，不同變質程度(中變質和高變質)的構造煤納米級孔隙結構的演化過程；系統研究不同變形機制下，煤岩不同孔徑納米級孔隙之間的演化機理；分析不同變形機制納米級孔隙結構對甲烷吸附解吸的影響，並深入探討甲烷在納米級孔隙演化過程中的賦存狀態。本項目的研究，不僅在構造變形、煤岩超微結構及超量煤層氣的賦存狀態方面具有重要的理論意義，而且對構造煤發育區煤與瓦斯突出及煤層氣勘探開發方面也具有重要的實際價值。

結題摘要

本項目以兩淮煤田為主要研究區，以構造煤儲層為主要研究對象，通過高分辨透射電鏡、小角X射線散射、低溫液氮、低壓二氧化碳以及甲烷二氧化碳吸附/解吸等實驗，重點研究了不同變形機制下構造煤納米孔隙結構演化特徵和規律，探索了不同變形作用下構造煤納米級孔隙結構之間的演化機理。揭示了煤岩在不同變形和變質條件下吸附/解吸特徵及其制約關係，研究構造煤納米孔隙吸附/解吸特徵及其影響因素，探索煤層氣的賦存狀態。煤岩納米孔隙結構是煤層氣尤其是超量煤層氣的重要賦存空間，不同變形機制（脆性和韌性變形）納米孔隙結構的演化過程對煤層氣的吸附量和賦存狀態具有重要的影響。中國含煤盆地大部分經歷了複雜的構造作用過程，從變形角度入手，探索煤岩納米孔隙結構特徵及規律、構造煤氣體吸附/解吸規律等問題，可能為煤層氣的安全利用，預測有利區塊等提出一條新的研究思路和研究途徑，提供理論依據。通過綜合研究，獲得了以下主要結論和認識： （1）不同變形機制下構造煤納米孔隙結構演化特徵及機理研究 研究表明，韌性變形煤中以亞微孔（2 -5 nm）和極微孔（＜2 nm）為主，開放型小孔隙較多，孔比表面積大；而脆性變形煤中以微孔（5-10 nm）和過渡孔（10-100 nm）為主，封閉孔較多。吸附量與孔隙結構密切相關，韌性變形煤可提供較多的吸附空間。此外，韌性變形作用更易促進不同孔徑的孔隙之間發生相互轉換。累計比表面積還是孔體積隨分形維數的變化趨勢主要取決於在孔徑分布上有優勢的孔隙類型。是由於吸附液體會使孔隙比表面積變平滑，降低表面積，影響到S-D1的關係。因此，不能完全根據分形維數來判斷孔隙比表面積大小和粗糙程度，還需要考慮孔徑分布情況。 （2）構造煤納米孔隙吸附/解吸特徵及煤層氣賦存狀態探討 煤岩氣體強韌性變形煤吸附量＞脆性變形煤＞弱韌性變形煤＞原生結構煤。甲烷的吸附/解吸量會隨著顆粒的減小而增加，與孔隙結構密切相關。變形作用可以促進氣體的吸附和解吸，減小粒度對煤岩氣體吸附的影響。探索了變形作用對煤大分子結構和CH4生成和賦存的影響。推測煤層氣除游離、吸附狀態以外還可能以側鏈、官能團或其他小分子形式存在於次生結構缺陷，位錯芳核中。韌性變形作用可以導致結構單元缺陷增加，促使鍵能較小的含氧基團或醚鍵發生降解並生成氣態小分子。