覆岩应力下富油煤原位热解行为模拟研究
师庆民1
杨小龙2
王双明2
寇丙洋2
王生全2
石亚亚2
杨甫3
李久庆4
1.西安科技大学地质与环境学院,陕西西安 710054;西安科技大学新疆"一带一路"能源研究院,陕西西安 710054;陕西省煤田地质集团有限公司自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室,陕西西安 7100212.西安科技大学地质与环境学院,陕西西安 7100543.陕西省煤田地质集团有限公司自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室,陕西西安 7100214.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 221008
摘要：富油煤原位热解油气转化为提高国内油气自主保障和推动煤炭绿色低碳产业提供了新思路,原位地层条件约束下富油煤热解行为与常规地面热解不同,造成油气产出规律差异显著,但相关研究甚少.通过模拟不同覆岩应力下富油煤原位热解过程,利用低温氮气吸附实验、X-射线衍射和高分辨率透射电子显微镜等手段研究地层应力对煤体热解宏观膨胀变形、微观孔隙结构演化和半焦分子结构的影响,探讨不同应力荷载对富油煤热解的作用机制.结果表明:随着应力荷载的增强,富油煤原位热解特性呈现出2个明显的阶段性特征.低应力荷载阶段(0～10 MPa),由于煤样缺乏有效的径向围限压力,导致轴向应力的增强不断压裂煤体,从而增强了孔隙连通性和热解流体释放能力,一方面有利于在对流过程中形成大孔,即＞50 μm热解大孔数量显著增多;另一方面降低了热解流体二次反应几率,进而提高焦油产率、促进煤分子结构有序化生长,表现为面网间距逐渐减小、堆砌度和延展度逐渐增大,镜质组随机反射率不断提高.然而,在高应力荷载阶段(＞10 MPa),煤体被不断压实、裂隙闭合,内部热解流体运移受到显著抑制,一方面在较弱对流下更易形成2～25μm相对较小孔隙;另一方面强化了热解流体的二次反应程度,从而使焦油产率降低、产气量和半焦产率提高,X-射线衍射和高分辨率透射电镜数据显示持续高压滞流造成煤基质膨胀变形不利于热解半焦芳香结构秩理化生长.
关键词：富油煤原位热解应力荷载产物分布油气转化
分类号：P618.11(矿床学)
资助基金：国家自然科学基金(42272209)国家自然科学基金(42330808)陕西省两链融合重点专项资助项目(2023-LL-QY-05)
论文发表日期：2025-06-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 3115-3127 )
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