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不同宏观煤岩组分润湿性差异及对甲烷吸附解吸的影响

发布时间:2026-04-07

主要完成人:陈跃 所属单位:西安科技大学

煤的润湿性是煤-水界面作用体现,也是影响甲烷吸附/解吸的重要因素。为了分析不同宏观煤岩组分润湿性差异及对甲烷吸附/解吸的影响,基于大佛寺井田4号煤不同类型镜煤、暗煤样品(空气干燥基样、平衡水样及不同活性剂改性后煤样)润湿性及甲烷吸附/解吸实验结果,分析不同宏观煤岩组分润湿性差异及其对吸附/解吸的影响。结果表明,煤-水接触角均小于90°,具亲水性,镜煤为66.9°,暗煤为61.2°,暗煤润湿性比镜煤好。不同活性剂溶液对煤样处理后润湿性由差到好依次为G502样(疏水性)、6501样、LAS样、JFC样,G502促使煤润湿反转,镜煤和暗煤接触角分别增大至98.8°、90.3°,其他3种活性剂均可改善煤的润湿性,接触角最低降至32.5°。相较于暗煤,镜煤的微孔隙相对发育,占比高达80%,孔隙连通性差,润湿性差,吸附甲烷能力较强,但甲烷解吸效率低于暗煤。煤的润湿性与吸附甲烷的能力负相关,不同样品饱和吸附量为5.63~26.98 cm3/g,G502样、空气干燥样、平衡水样、6501样、JFC样、LAS样吸附能力依次变弱。解吸能力则与润湿性呈正相关,解吸能力由低到高依次为G502样、6501样、JFC样、LAS样。煤的润湿性越好,煤-水界面分子作用越强,煤基质表面易被大量水分子占据,水、甲烷分子竞争吸附,煤吸附甲烷能力变弱,但同时也促进了甲烷解吸。

适用范围:

煤层气在煤储层的吸附解吸受煤的物质组成、孔隙结构、温压环境、渗透性及含水率等多种因素综合作用,除此之外煤的润湿性也是制约煤层气吸附解吸的重要因素。目前对润湿性的测定主要通过定量和定性相结合的方法,煤润湿性的影响因素包括煤阶、煤的化学组成、煤表面的含氧官能团、煤岩组分及孔隙率等。不同煤阶煤所含的羟基、羧基等亲水性含氧官能团数量不同,导致煤润湿性的差异,润湿性改变煤-水作用进而影响甲烷的吸附解吸。

 

另外,诸多学者通过分析表面活性剂改变溶液的表面张力,从而达到改变煤表面润湿性的目的。齐键通过测定不同变质程度煤样的表面接触角,并通过建立OWRK理论模型计算其表面能,发现不同活化剂对不同变质程度煤表面润湿能力不同。安文博等采用往煤层中加入阴离子表面活性剂(SDS),提高润湿性。汪伟英等研究发现煤表面润湿性呈弱亲水性,阳离子表面活性剂对润湿性改变作用较小,气液界面张力降低后,气相相对渗透率升高,有利于煤层气产出。朱锴等认为适宜的表面活性剂溶液能够改善煤颗粒的表面性能,提高溶液对瓦斯的封堵能力,降低瓦斯涌出强度。姜丽等提出表面活性剂有效降低了溶液与煤样接触面的表面张力,相比水更能够在煤体当中渗透,从而对煤瓦斯吸附解吸性能产生显著影响。宋金星等发现煤经强氧化剂改性后,煤分子的芳环缩合程度降低,亲甲烷能力降低,有利于煤层气解吸;煤的孔容和孔隙度增大、孔隙的连通性增强,有利于煤层气扩散和渗流产出。王恩东等通过加入表面活性剂改变煤润湿性,降低煤层气解吸时的毛细阻力,间接影响甲烷的吸附解吸。

 

以往的研究成果主要是针对煤润湿性的影响因素及不同活性剂对煤润湿性改性的分析,对于不同煤岩组分的润湿性及其对甲烷吸附解吸的研究尚且不足。笔者通过测定鄂尔多斯盆地黄陇煤田大佛寺地区低煤阶镜煤和暗煤的润湿性,对比分析润湿性差异及其对甲烷吸附解吸的影响,为低阶煤层气开采提供借鉴。

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