基于压汞、低温N2吸附和CO2吸附的构造煤孔隙结构表征

摘要

我国煤层受多期次构造运动影响构造煤普遍发育,构造煤孔隙大小分布尺度较广(毫米～纳米级),孔隙结构较为复杂.不同尺度的孔隙结构控制着煤层气的吸附-解吸(孔隙表面)、扩散(纳米级孔隙)与渗流(微米～毫米级孔隙)等过程,是影响煤层气储存与运移的重要因素.为研究构造煤不同尺度孔隙结构的分布特征与演化规律,在潞安矿区采集4种破坏类型煤样,利用压汞法、低温N2吸附法及CO2吸附法分别测试了煤样的孔隙分布特征,对比分析了各测试方法的优势孔径段,提出利用CO2吸附法表征构造煤微孔(＜2 nm)、低温N2吸附法表征介孔(2～50 nm)、压汞法表征大孔结构(＞50 nm)的孔隙结构多尺度联合表征方法.实验结果表明所采煤样的孔容和孔比表面积均主要分布在微孔阶段,在0.6 nm左右时的孔隙孔容量和孔比表面积达到最大,其中微孔容占总孔容的70％以上,微孔孔比表面积占总孔比表面积的99％以上,煤中孔容和孔比表面积分布存在微孔＞大孔＞介孔的规律.分析构造煤孔隙特征与煤体破坏类型的关系,随煤破坏程度增加,孔容和孔比表面积逐渐增高,大孔孔容比及介孔孔容比逐渐增大,微孔孔容比逐渐减小;孔容增幅主要体现在大孔阶段,比表面积增幅则主要体现在微孔阶段.其中大孔演化主要受控于角砾孔、碎粒孔及摩擦孔等外生孔,介孔演化受控于煤的大分子堆叠结构及分子间距,微孔演化主要受控于煤中芳香层片大小及排列方式.