甲烷吸附前后高煤级煤孔隙结构粒径效应

doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2020.06.003

天然气地球科学 ›› 2021, Vol. 32 ›› Issue (1): 125–135.doi: 10.11764/j.issn.1672-1926.2020.06.003

甲烷吸附前后高煤级煤孔隙结构粒径效应

李腾^1,²(),吴财芳^3,⁴

^1.西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065
^2.西安石油大学陕西省油气田特种增产技术重点实验室，陕西西安 710065
^3.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州 221116
^4.中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏徐州 221116

收稿日期:2020-04-29 修回日期:2020-06-10 出版日期:2021-01-10 发布日期:2021-02-04
作者简介:李腾（1989-），男，河南洛阳人，讲师，博士，主要从事非常规油气储层评价研究.E-mail: liteng2052@163.com.
基金资助:
国家科技重大专项“多煤层煤层气甜点选区选段技术”(2016ZX05044-001);陕西省自然科学基础研究计划(2019JQ-527);陕西省教育厅科研计划项目(20JS116)

The grain size effect on pore structure characteristics of high-rank coal before and after the methane adsorption

Teng LI^1,²(),Cai-fang WU^3,⁴

^1.College of Petroleum Engineering，Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，China
^2.Shaanxi Key Laboratory of Advanced Stimulation Technology for Oil & Gas Reservoirs，Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，China
^3.School of Mineral Resources and Geosciences，China University of Mining & Technology，Xuzhou 221116，China
^4.Key Laboratory of Coalbed Methane Resources and Reservoir Formation Process，Ministry of Education，Xuzhou 221116，China

Received:2020-04-29 Revised:2020-06-10 Online:2021-01-10 Published:2021-02-04
Supported by:
The China National Science and Technology Major Project(2016ZX05044-001);The Natural Science Basic Research Plan of Shaanxi Province of China(2019JQ-527);The Scientific Research Program Funded by Shaanxi Provincial Education Department(20JS116)

摘要/Abstract

摘要：

针对3种不同粒径的高煤级煤开展了甲烷高压等温吸附测试，并对不同粒径煤样甲烷吸附前后的孔隙结构特征进行了对比研究。结果表明，不同粒径煤样的等温吸附曲线没有显著的差异，随着煤岩粒径的减小，煤岩的吸附速率和最大过剩吸附量呈逐渐增加的趋势。甲烷吸附前后，不同粒径煤样的孔隙结构发生了不同的变化。甲烷等温吸附前，随着煤岩粒径的减小，低温液氮吸附滞后环开度呈逐渐减小的趋势，等效吸附率曲率则先减小后增大；甲烷吸附后，DY?5煤样的低温液氮吸附滞后环开度减小，而DY?6煤样和DY?7煤样的低温液氮吸附滞后环开度有所增加，说明甲烷吸附对小粒径煤样中孔和大孔的影响较为显著。甲烷的吸附作用对各阶段孔隙均有影响。大粒径煤样在甲烷吸附作用影响下，孔隙连通性得以改善，而小粒径煤样在甲烷吸附作用后孔隙分布更加的集中。

关键词: 高煤级煤, 甲烷吸附, 粒径效应, 孔隙结构

Abstract:

Methane isothermal adsorption experiments were carried out on the high rank coal samples with three different particle sizes， and dynamic change of the pore structure was measured with the low temperature N₂ adsorption and the low temperature CO₂ adsorption before and after the methane adsorption. The results show that the adsorption isothermal curves of the various grain sizes coal samples present no significant differences， the adsorption rate and maximum excess adsorption capacity increase with the decreasing particle sizes. Before the methane isothermal adsorption， the $d (q d e - q a d)'$ decreases with the decreasing grain sizes， while that for the equivalent desorption rate curvatures decrease first and then increase. After the methane adsorption， the $d (q d e - q a d)'$ for DY-5 coal sample decreases， while that for the DY-6 and DY-7 coal samples feature the contrary characteristics， indicating that the methane adsorption has a significant influence on the meso- and macropore structure for the small grain size coal samples. In fact， the methane adsorption could change the pore structures in the coal at all stages. For the coal samples with larger grain size， the pore connectivity is enhanced， while that for the coal samples with smaller grain sizes， the distribution of the pores would be more concentrate after the methane adsorption.

Key words: High-rank coal, Methane isothermal adsorption, Grain sizes effect, Pore structure

中图分类号:

TE122

李腾, 吴财芳. 甲烷吸附前后高煤级煤孔隙结构粒径效应[J]. 天然气地球科学, 2021, 32(1): 125–135.

Teng LI, Cai-fang WU. The grain size effect on pore structure characteristics of high-rank coal before and after the methane adsorption[J]. Natural Gas Geoscience, 2021, 32(1): 125–135.

图/表 14

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表1

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参考文献 34

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样品号	粒度/目	R_o,max/%	工业分析/%
样品号	粒度/目	R_o,max/%	M_ad	A_d	V_daf	FC_ad
DY-5	40~60	3.13	1.84	8.41	8.02	82.69
DY-6	60~80		1.90	8.64	8.24	82.24
DY-7	80~100		1.82	9.15	8.25	81.84

样品	吸附前后	吸附类型	D_-10	D₀	D₁	D₂	D₁₀	D_-10－D₁₀	D₀－D₁₀	D_-10－D₀
DY-5	吸附前	液氮吸附	1.52	1	0.95	0.9051	0.84	0.68	0.16	0.52
	吸附前	二氧化碳吸附	1.40	1	0.83	0.66	0.44	0.96	0.56	0.40
	吸附后	液氮吸附	1.18	1	0.98	0.96	0.90	0.27	0.10	0.18
	吸附后	二氧化碳吸附	1.22	1	0.88	0.75	0.58	0.65	0.42	0.22
DY-6	吸附前	液氮吸附	1.35	1	0.96	0.92	0.86	0.49	0.14	0.35
	吸附前	二氧化碳吸附	1.23	1	0.85	0.69	0.50	0.73	0.50	0.23
	吸附后	液氮吸附	1.08	1	0.94	0.88	0.68	0.40	0.32	0.08
	吸附后	二氧化碳吸附	1.23	1	0.87	0.73	0.52	0.70	0.48	0.23
DY-7	吸附前	液氮吸附	1.42	1	0.99	0.98	0.94	0.48	0.06	0.42
	吸附前	二氧化碳吸附	1.23	1	0.85	0.71	0.53	0.71	0.47	0.23
	吸附后	液氮吸附	1.31	1	0.96	0.92	0.84	0.48	0.16	0.31
	吸附后	二氧化碳吸附	1.23	1	0.85	0.71	0.48	0.75	0.52	0.23

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甲烷吸附前后高煤级煤孔隙结构粒径效应

The grain size effect on pore structure characteristics of high-rank coal before and after the methane adsorption

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