超临界CO2与煤流固耦合的煤岩物性演变及其机理

摘要

CO2驱替煤层气开采是CO2地质封存的重要途径之一。本文选择5个不同演化程度煤样在实验室条件下模拟超临界CO2与煤流固耦合作用，采用X射线荧光光谱仪（XRF）、电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）、电感耦合等离子发射光谱仪（ICP-OES）检测反应前后煤中常量元素和微量元素含量特征，采用低温液氮吸附仪测试样品的孔隙结构，采用商业化等温吸附仪测试样品吸附特征；分析超临界CO2与煤流固耦合作用造成的矿物迁移及其对煤岩物性改造。
　　通过研究，较为系统探讨了超临界 CO2与煤流固耦合作用的元素迁移特征及其规律，发现常量元素 Ca、Mg、Na、K和微量元素 Sb、Tl、Be、V、Cu、Zn、Rb、Sr、Zr、Cs迁移显著，常量元素Si、Al、P和微量元素Li、Sc、Ba、Hf、Th迁移现象较弱，微量元素Co、Ga、Pb、Nb、Mo、Cd等基本无迁移现象。认为元素迁移显著与否与其在煤中赋存状态有关，以碳酸盐、硫酸盐及硫化物等形态赋存的元素易于迁移，以硅酸盐和氧化物赋存矿物较难迁移。
　　分析发现超临界 CO2与煤流固耦合作用对煤的纳米级孔隙结构特征改造显著，具有增孔和扩孔效应，但对其孔隙结构的连通性改造甚微。认为流固耦合作用主要发生在裂隙表层和开放型孔隙内部。
　　描述了流固耦合反应前后煤吸附甲烷特征及其基本规律，拟合了甲烷在样品上的吸附特征曲线，探讨了流固耦合反应过程中孔隙结构与等温吸附常数关系，探讨了超临界 CO2处理煤吸附性变化机理，建立了超临界 CO2与煤流固耦合作用的元素迁移—孔隙结构改变—吸附性改变地质模型。

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1 绪论

1.1研究意义(Research Significance)

1.2研究现状(Research Status)

1.3存在问题(Existent Questions)

1.4研究方案(Research Approach)

1.5样品采集与处理(Samples Collection and Treatment)

2 流固耦合的元素迁移规律及机理

2.1 流固耦合模拟实验(Fluid-solid Coupling Experiment)

2.2元素含量检测结果(Result of Elements Concentrations Testing)

2.3流固耦合反应中元素迁移特征(Characteristics of Elements Migration in Fluid-solid Coupling Experiment)

2.4流固耦合反应的元素迁移机理探讨(Mechanism of Elements Migration in Fluid-solid Coupling Experiment)

2.5 小结(Summary)

3 流固耦合反应煤的孔隙结构特征演变

3.1煤孔隙结构检测(Coal Pore Test)

3.2孔隙结构特征(Pore Characteristics)

3.3孔隙结构演变与元素迁移关系耦合(Relationship of Pore Variation and Elements Migration)

3.4小结(Summary)

4 等温吸附特征及关系耦合

4.1等温吸附特征(Methane Isothermal Adsorption Characteristics)

4.2吸附性与元素迁移及孔隙结构关系耦合(Relationship among Adsorption、Elements Migration and Pore Characteristics)

4.3 小结(Summary)

5结论与建议

5.1 结论(Conclusions)

5.2 建议(Suggestions)

参考文献

作者简历

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