陆相低阶煤热作用下气—固耦合演化模式

论文摘要

热作用下煤气-固耦合演化研究对于阐释储层特性演变动力学过程及控制机制具有重要意义。本文以二连盆地霍林河凹陷ⅢA煤组的陆相低阶煤为研究对象,开展了黄金管热模拟生烃实验,分析了热解过程中气体组分、产率以及碳氢同位素特征;通过X射线衍射、傅立叶红外光谱、13C核磁共振等实验,揭示了低阶煤热解分子结构演化机制;利用压汞测试、低温液氮以及CO2吸附实验阐释了热解过程中孔隙演化特征,探讨了热作用下显微组分-气体-孔隙演化之间的耦合关系。取得了以下主要认识:（1）获取了不同样品在热解过程中的CH4、C2-C5、C6+、非烃类气体产率以及主要的生烃动力学参数,揭示了热解过程中生烃量与煤级“三段式”演化特征,指出烷烃气的碳同位素受分子键能的影响变轻,而随官能团进一步脱除烷烃气的碳同位素变重,CO2的碳同位素受同位素交换反应的影响先变重后变轻。（2）在热作用下,煤分子结构演变表现出碳网间距逐渐减小、堆砌度增加、芳香层片数增加、延展度先减小后增加、煤晶核逐渐向扁平状发展、煤结构逐渐致密等特征;热解前期(Ro,max<0.7%),大量甲基、亚甲基、季碳、氧接脂碳等脂族结构脱落以及含氧官能团、羟基逐渐脱落,CO2以及烃类物质大量生成,在热解中期(0.7%<Ro,max<1.3%)中由于大分子裂解,使得部分含氧官能团和少量脂族结构含量稍有上升;热解后期(Ro,max>1.3%),脂肪结构进一步降低,随着芳构化作用的加强,桥头碳含量上升、芳碳率增加。（3）热解前期(Ro,max<0.7%),煤显微组分中的树脂体首先分解;热解中期(0.7%<Ro,max<1.3%),煤中腐植组中的充分分解腐木质体和碎屑腐植体气孔含量上升,并在热解后期(Ro,max>1.3%)气孔含量迅速增加,惰质组在热解过程中形态基本无变化。（4）热解早期受温度、压力以及液态烃分解的作用下使得煤中各类型孔隙体积降低,热解中期随着液态烃裂解以及煤基质的分解,气孔含量增加,各级孔隙体积逐渐升高,热解后期,2nm以内微孔含量持续增加,2100nm孔隙受分子有序化影响含量降低,大于100nm孔隙含量基本不变。研究成果初步揭示了陆相低阶煤生烃过程中气-固耦合演化规律,对煤层气勘探开发具有参考价值。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
•   1.1 选题意义
•   1.2 研究现状
•   1.3 现存问题
•   1.4 研究方案
•   1.5 论文工作量
• 2. 研究区地质背景
•   2.1 研究区位置
•   2.2 地层与沉积特征
•   2.3 构造地质条件
•   2.4 小结
• 3 样品信息及实验方案
•   3.1 实验样品
•   3.2 实验方案及样品制备
•   3.3 实验设备及流程
•   3.4 样品基本性质测试结果
•   3.5 小结
• 4. 热作用下固相物质演化特征
•   4.1 煤岩及热成熟度演化特征
•   4.2 固相物质化学结构演化特征
•   4.3 固相物质孔隙演化特征
•   4.4 小结
• 5. 热作用下气相物质演化特征
•   5.1 气相物质组分及同位素特征
•   5.2 热解气体产率特征
•   5.3 生烃动力学分析
•   5.4 生烃模式
•   5.5 小结
• 6.热作用下煤气-固耦合演化机制
•   6.1 热解过程生烃-显微组成-化学结构演化模式
•   6.2 热解过程孔隙-化学结构演化模式
•   6.3 热解过程生烃-化学结构-孔隙演化模式
•   6.4 小结
• 7. 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陶俊杰

导师: 申建

关键词: 低阶煤,热解气,显微组成,结构演化,孔隙结构,二连盆地

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,石油天然气工业

单位: 中国矿业大学

基金: 国家自然科学基金(41672149),国家科技重大专项“中低煤阶煤层气成藏机制及资源有效性研究”(2016ZX05041001)

分类号: P618.13

总页数: 119

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