煤层注水渗流规律数值模拟

为了研究压力和水溶液黏性对煤层渗流特性的影响,采用数值模拟方法,研究了不同注水压力下,煤层内孔隙水压的分布规律;并进一步研究了添加助渗溶剂后,对水渗流效果的影响。结果表明:8 MPa中压注水工艺更符合常规生产需要;煤层内压力对水的渗流驱动作用明显,可忽略重力影响;而添加助渗液,煤层的有效润湿范围显著增加,溶液黏度系数为纯水的50%时,煤层有效润湿半径相比纯水提高了49.76%,有效减少了钻孔作业的任务量。     

基于UDF的煤层注水渗流演化规律的数值模拟研究

为了更好地揭示煤体高压注水渗流演化规律,提高煤层注水抑尘效果;基于三轴压缩和煤矿生产实际,通过煤岩渗透性试验得到煤岩变形与孔隙水压匹配关系;利用用户自定义函数UDF模块将其编译到Fluent中对钻孔注水过程中的流体压力场、速度场及水量分布情况进行模拟,分析不同注水压力下钻孔径向周围煤体内润湿范围以及渗流速度等因素。结果表明：渗流场压力随着孔隙水压的增大而增大,压力变化率随着时间段的增长逐渐降低并趋至稳定,渗流场速度变化展现出相似的变化规律;随着孔隙水压的不断增大,煤体孔隙率随之增大,煤体内部含水率逐渐升高,分布范围从钻孔周围逐渐向两侧扩大,煤层钻孔周围的润湿过程是一个快速增长后缓慢降低达到稳定的状态。     

矿用空冷器翅片主动抑尘研究

针对矿井高温、高湿、高粉尘的工作环境,提出了一种利用冷凝液滴清除矿用空冷器翅片表面粉尘的方法。通过对冷凝液滴进行受力分析发现,冷凝液滴的运动与表面润湿性能密切相关。为此,制备了4种不同润湿性能的表面,通过积尘实验对其除尘性能进行了测试。测试结果表明,表面润湿性能对翅片除尘具有重要影响,在所有测试样品中,超疏水表面的除尘性能最佳,能够有效地减少粉尘在翅片表面的沉积,为特殊环境下空冷器实现主动抑尘提供了新的解决思路。     

沁水盆地南部煤层气储层纳米级孔隙特征研究

纳米级孔隙是煤储层吸附甲烷的主要场所,通过对沁水盆地南部4个矿区12个代表性煤样的液氮吸附实验,详细分析了煤的纳米级孔体积、比表面积、孔径分布及孔形结构等孔隙特征(1.5¹00 nm);并探讨了孔体积和比表面积与煤变质程度、显微组分和矿物质含量的关系。研究结果表明:煤中BJH孔体积为0.000 5100 nm);并探讨了孔体积和比表面积与煤变质程度、显微组分和矿物质含量的关系。研究结果表明:煤中BJH孔体积为0.000 5⁰.003 45 cm3/g,BET比表面积为0.1960.003 45 cm3/g,BET比表面积为0.196².654m2/g。煤样纳米级孔体积由过渡孔(102.654m2/g。煤样纳米级孔体积由过渡孔(10¹00 nm)主导,而比表面积由亚微孔(1.5100 nm)主导,而比表面积由亚微孔(1.5⁵ nm)控制。实验煤样的吸附回线可以分为4类,根据吸附回线可将实验煤样的孔形结构分为半封闭孔、开放孔、细瓶颈孔。随变质程度增高,孔体积和比表面积均表现出先降低再增加的趋势;比表面积与镜质组含量存在微弱的正相关关系,而与矿物质含量的关系则相反。     

极细铁尾矿粉作为矿物掺合料制备高性能混凝土的研究

为研究细铁尾矿粉掺量对高强混凝土材料孔隙结构及力学性能的影响规律,利用核磁共振检测装置及电液伺服压力机测量了细铁尾矿粉掺量为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%试件细观孔隙结构、孔隙率以及力学性能,分析了细铁尾矿粉掺量对试件孔隙率及抗拉、抗压强度的影响规律。结果表明:(1)细铁尾矿粉高强混凝土材料试件T₂图谱曲线均呈三峰形,随着细铁尾矿粉掺量增加,试件孔隙率从掺量0%时的2.81%降至掺量为30%时的2.10%,试件孔隙率不断降低,前期试件孔隙率降幅更加显著;(2)试件内部孔隙结构以微孔与中孔占比为主,随着细铁尾矿粉掺量增加,试件微孔占比不断增大,中孔、大孔及裂隙占比均降低,细铁尾矿粉的掺入使混凝土内部结构得到优化;(3)铁尾矿粉掺量为20%时对试件抗压、抗拉强度提升效果较好,过量掺入反而会使试件力学性能降低。     

高温作用下活性粉末混凝土(RPC)孔隙结构的分形特征

为能定量表征温度作用下RPC内部孔隙结构的变化特征,采用压汞测孔法对高温后活性粉末混凝土(RPC)内部的孔隙结构和孔隙的分形特征进行了实验研究。分析了孔隙体积、阈值孔径、最可几孔径等孔隙特征参数随温度变化的规律;计算分析了毛细孔和过渡孔等有效孔径区间内RPC的体积分形维数及其随温度的变化规律。研究表明：温度影响下,RPC内部孔隙结构表现出劣化特征,孔隙率、孔隙体积等特征参数明显增大;RPC内部的损伤过程可以采用分形方法去描述,150 ℃时,RPC初步呈现分形效应,在毛细孔和过渡孔的孔径范围内RPC的体积分形维数整体表现出增大趋势。     

深井温湿环境下泥页岩力学特性及微观孔隙结构演化机制

微观孔隙结构对页岩油气藏的勘探利用具有重要意义。以松科二井深层泥页岩试样作为研究对象，进行了热、液作用下的泥页岩力学特性和孔隙变化研究。采用场发射扫描电镜（SEM）、高压压汞、CT扫描等实验方法，对饱和和加热处理的泥页岩进行了微观孔隙特征对比研究。结果表明：该泥页岩试样主要孔隙类型包括微裂隙、粒间孔、粒内孔等，其中发育较多的微纳米缝，主要尺寸区间为20~400 nm；饱和湿度、高温加热均会降低泥页岩的孔容、孔隙率以及渗透率，且温度越高影响越明显，饱和试样纳米级孔隙收缩减小，1~35 μm占比增多，大于35 μm孔隙占比减少，内部宏观裂缝被吸水膨胀矿物填充；加热试样纳米级孔隙向两侧开裂，40~100 nm孔隙转化为数百纳米甚至微米级孔隙，1~50 μm孔隙占比增加，内部宽大裂缝被填充形成细小圆孔裂缝。同时借助计算机软件对CT扫描所获取的泥页岩样品进行三维孔隙模型的重建，以提供更加清晰、逼真的立体化展示和对泥页岩表面及内部微观孔隙进行定量研究。     

基于FDM-DEM的侧压系数对煤层注水钻孔影响研究

煤层注水广泛应用于煤矿井工开采,注水后煤体湿润,使其强度和脆性减弱、塑性增加,并减少浮尘的产生量。对于深部低渗透、难注水煤层,煤层注水孔周围煤体变形破坏特征影响着煤层注水效果。基于有限差分法（FDM）与离散元法（DEM）,构建了流固耦合模型,分析不同侧压系数条件下钻孔周围煤体变形破坏规律以及煤层注水渗流规律。研究结果表明：双向等压条件下,钻孔周围变形破坏范围以及注水孔隙水压力大致呈现圆形分布;而双向非等压条件下,则呈椭圆形分布,且在较小应力方向应力集中现象较为明显。随着侧压系数在1.6以内增大,钻孔上下两侧破碎区域相应扩大,但当侧压系数为1.6,1.8,2.0时,裂隙分布区域无明显差异。水压力分布和有效润湿范围与破坏区域分布相似。垂直润湿范围随着侧压系数的增大而发生较大的变化,总体呈先增大而后变化趋势较小。当侧压系数为1.0～1.6时,垂直润湿范围受侧压系数影响较大,而后因上下两侧的应力集中程度加大,致使上下两侧发生局部区域强烈挤压,润湿范围不会随之明显扩大。研究结果可为深部低渗透、难注水煤层的注水钻孔设计提供参考依据。     

温度-浓度耦合作用下可溶岩钙芒硝溶浸细观结构演化

岩石细观结构通常随外部环境变化而逐渐发展演化,为了研究不同溶浸条件下钙芒硝细观结构演化的规律。通过对特殊的钙芒硝可溶岩在不同温度与浓度溶液中溶蚀过程进行显微CT观测,以孔隙率为表征参数,研究了不同温度、不同浓度盐溶液中,4 mm×4 mm×9 mm长方体试样同一截面的孔隙结构演化特征。试验结果表明,各种条件下钙芒硝均由表及里进行溶解,孔隙发展具有明显的渐进过程;3种浓度条件下,钙芒硝在淡水中的溶浸速度及细观结构演化最快,孔隙率随时间呈线性规律急速增大。在常温淡水溶液中溶浸48 h后,钙芒硝的孔隙率较初始孔隙率增大近10倍,而在半饱和与饱和盐溶液中仅增大1~2倍。不同温度条件下,95℃溶液比常温溶液作用下钙芒硝孔隙率演化速率提高了4~5倍。溶浸作用下钙芒硝可溶岩孔隙率演化存在显著温度与浓度效应。     

泥岩孔裂隙分布特征及其对吸水性的影响

基于泥岩样品的扫描电镜测试和液氮等温吸附试验,系统研究煤系泥岩的显微孔裂隙形态特征和分布规律,进而探讨孔裂隙分布特征对其吸水软化崩解性的影响规律。主要研究成果为：① 泥岩孔裂隙类型有粒间孔、层间孔、粒缘收缩孔、气胀孔、溶蚀孔、矿物铸模孔及裂隙等;② 孔裂隙的发育程度及相互间的连通性差,自然状态下,多以隐裂隙的形式存在,肉眼很难辨别;③ 孔裂隙以所含黏土矿物微集聚体间孔隙和构成泥岩骨架的大颗粒间孔隙为主,其中构成泥岩骨架的大颗粒间孔隙体积占泥岩总体积的20%以上;④ 泥岩吸水软化崩解是在宏观结构破坏或扰动的基础上,由微孔裂隙吸附效应引起的,受其物质组成不同的影响,自然吸水率和软化崩解机理存在明显差异。     

沁水盆地中东部海陆过渡相页岩微观孔隙结构特征

为探究沁水盆地石炭二叠系海陆过渡相页岩微观孔隙结构特征,运用扫描电镜、低温氮吸附实验和高压压汞实验等手段,分析了海陆过渡相页岩储层的孔隙类型、形态、孔径分布等特征。结果表明:研究区海陆过渡相页岩纳米级孔隙广泛发育,孔隙类型以有机质孔为主,同时亦发育大量的矿物粒间孔和部分粒内孔;孔隙形态以平行板状居多,还包括一定量的狭缝型孔,以及少量墨水瓶型孔和一端封闭的孔隙;页岩孔径分布范围跨度较大,介孔(2~50 nm)是研究区页岩纳米级孔隙的主体,提供的比表面积和孔体积均达到60%以上,微孔对比表面积的贡献同样值得重视。有机质孔以微孔为主,其发育程度对页岩气的吸附存储有重要影响,TOC含量是BET比表面积和BJH孔体积的重要控制因素;黏土矿物提供了大量介孔,其含量对比表面积和孔体积同样具有控制作用。     

基于低温氮吸附法的酸化煤样孔隙分形特征研究

为研究并改善富含矿物质煤体孔隙结构特征,基于X射线衍射和低温氮吸附实验测试了贫瘦煤酸化前后碳酸盐矿物质含量及孔隙结构参数,并根据孔隙分形理论利用FHH模型求得了酸化前后不同孔段的分形维数。结果表明:酸化可以有效溶解煤体孔隙中的矿物质并溶蚀煤基质,减少煤体孔隙中微孔所占比例,增加中孔和大孔的比例,增强了孔隙结构之间的连通性,同时减少了煤的比表面积,有利于吸附态瓦斯向游离态进行转化;煤样低压段分形维数大于中高压段的分形维数,煤体孔隙中微孔结构较中孔大孔结构更加复杂,煤样经酸化后孔隙分形维数变小,煤样孔隙结构趋于简单化。     

下扬子地区二叠系富有机质泥页岩孔隙结构特征

应用先进技术与方法,对取自该地区的典型二叠系岩芯样品,进行了系统的地球化学、矿物组成、孔隙度及孔隙结构等方面分析。结果表明,这套二叠系烃源岩孔隙发育,平均孔隙度可达5.37%;纳米级孔隙发育,并以微孔和介孔为主;泥页岩总有机碳含量（TOC）和黏土矿物含量是控制吸附能力和孔隙大小的关键因素。二叠系富有机质泥页岩孔隙度较高,发育大量的纳米级孔隙及具有较大的比表面积,为页岩气储存提供了良好条件。     

H2O2预处理联合生物厌氧降解对烟煤孔隙的影响

为研究H₂O₂预处理联合生物降解对煤孔隙的影响,利用浓度为0.05%H₂O₂对烟煤进行预处理,采用煤层气产出水富集获得的高效菌群进行厌氧降解煤产甲烷实验,通过气相色谱仪检测甲烷含量,通过低温液氮吸附对煤孔隙发育变化进行表征。结果表明:利用H₂O₂预处理烟煤显著提高了生物甲烷产量;预处理对煤孔隙类型没有显著影响,但残煤的吸附量减少,有利于原位煤层气的抽采;经预处理后,煤样的微孔和中孔孔容增加,而过渡孔孔容降低。经生物降解后,残煤的总孔容和比表面积均显著降低,可能是微生物代谢产生的可溶有机质滞留积累在煤中,从而堵塞了煤孔隙所导致。     

四川盆地东南部五峰—龙马溪组海相页岩孔隙连通性实验研究

五峰—龙马溪组富有机质页岩是我国海相页岩气商业开发的目的层，目前对该页岩孔隙连通性的认识仍不够深入。针对此问题，选取渝东南地区渝参6井五峰—龙马溪组的8个页岩样品开展了低压N₂吸附、高压压汞和自发渗析实验研究。结果表明，研究区五峰—龙马溪组页岩中微孔、中孔和宏孔均发育，微孔和中孔占总孔体积的比例高，孔径的峰值分布于2~6 nm；五峰组页岩的MICP孔隙度、总孔体积和总孔比表面积均高于龙马溪组页岩，与样品有机质丰度差异相关；五峰—龙马溪组页岩样品的正癸烷（油润湿）自吸曲线斜率为0.254~0.428，去离子水（水润湿）自吸曲线的斜率为0.258~0.317。表明亲油性孔隙具有更高的孔隙连通性，而亲水性孔隙的连通性适中，五峰—龙马溪组页岩具有混合润湿特征，有机质孔隙的连通率高于无机矿物孔隙。     

赵庄井田3号煤孔隙特征研究

煤孔隙特征对煤层气赋存和运移具有关键作用,是煤层气勘探开发的重要基础理论和研究热点之一。为了研究赵庄井田3号煤孔隙特征,采用低温液氮吸附试验。结果表明:受多地质因素影响,不同样品煤孔隙特征表现出显著的分形现象,孔隙系统相对复杂、形态多样、连通性和渗透性较差;不同尺度孔隙均有发育,介孔最为发育,微孔和大孔发育一般;介孔的孔比表面积占绝大部分,微孔次之,大孔最小;孔容仍以介孔为主,大孔次之,微孔最小。     

基于核磁共振和低温氮吸附的煤层酸化增透效果定量表征

针对某些煤储层中的孔隙和裂隙被方解石、白云石等矿物或杂质堵塞致使煤层渗透率降低的问题,提出一种煤层酸化增透方法。利用核磁共振(NMR)和低温氮吸附实验表征了煤样酸化前后的比表面积、孔隙体积、孔隙度、渗透率、孔径分布及核磁成像等特性参数,分析了酸化作用下煤的细观结构变化规律。测试结果表明,煤样经酸化处理后,饱和水状态的NMR信号量增加,残余水状态的NMR信号量降低,T_2谱的中大孔峰(T_220 ms)的变化较大,NMR所表征的总孔隙度、有效孔隙度、渗透率均增加,残余孔隙度、T_2截止值降低;低温氮吸附所表征的比表面积和总孔隙体积均增加,且主要集中增加在10 nm左右的孔隙,但高煤阶煤增加不明显。NMR图像直观地反映了煤样酸化前后内部孔隙结构的变化特征,为揭示酸化增透的微观演变过程提供了新的手段。煤样初始孔隙越发育或孔隙裂隙中可溶性矿物质越多,所表征的特征参数变化越大,酸化增透效果越好。     

煤表面热力学特性的Washburn动态法测试

微细粒中煤浮选的突出问题是选择性差、精煤产品灰分高,而润湿性是影响微细颗粒分选重要的界面性质,基于此,考察了煤样与主要杂质矿物高岭石的表面热力学特性。用Washburn动态法,以正己烷、1-溴萘、甲酰胺、去离子水为液体分子探针测量其对不同密度级微细粒中煤样品及高岭石的润湿过程,用线性回归法分析润湿速率并计算亲油亲水比,联合Washburn方程和van Oss-Chaudhury-Good理论对不同密度级煤粉样品以及高岭石的表面自由能进行估算,并进行煤泥的分布释放实验。研究表明：随煤样密度级的增加,正己烷对煤样的润湿速率降低,且变化不大,去离子水对煤样的润湿速率增高,两者对高岭石的润湿速率分别为0.010 1,0.020 6 g2/s,远大于对煤样的润湿速率;煤样随密度级的增加亲油亲水比值LHR值减小,1.5~1.6 g/cm3与1.6~1.8 g/cm3中间密度级煤样的润湿速率和LHR值相近,高岭石的LHR值最低,为1.44,呈亲水性;各个密度级样品的非极性成分γLWs呈略微降低趋势且其值基本一致,均低于高岭石的γLWs,样品表面自由能极性成分中氢键作用的碱性力与LHR值呈正相关。该煤样分布释放浮选实验结果与各个密度级样品表面性质测试结果吻合。     

基于低场核磁共振技术的酸化煤样孔隙特征研究

为研究酸化作用后煤体的孔隙结构特征,采用低场核磁共振技术和X射线衍射实验方法,测试了高阶煤自然煤样和酸化煤样的孔隙结构和矿物含量,并根据分形理论对比研究了2种煤样孔隙的分形维数,探讨了酸化作用原理.研究结果表明:自然煤样和酸化煤样中微孔和过渡孔都占较大的比例;煤样酸化后,其孔隙率增大,最小孔径和最大孔径都变大;酸化作用...     

水对煤润湿的临界表面张力测算研究

为了提高煤层注水效果，描述了水对煤的润湿过程，试验测试了6种水溶液的表面张力及其与成庄矿煤样的接触角，利用Zisman方法计算得到了成庄矿煤样的临界表面张力。结果表明，肥皂水的表面张力最低，成庄矿煤样的平均临界表面张力为17．15mN／m，表面张力低于17．15mN／m的水能够对该煤样完全润湿和铺展；表面张力大于17．15mN／m的不同种类水，表面张力越逼近该值，其润湿效果越好，并提出可以利用临界表面张力来评价矿井水润湿煤的效果。