武杰

[摘要]为研究不同煤体结构煤的吸附性能，采用不同粒径的煤样模拟了不同煤体结构煤，并对其进行了等温吸附实验，实验结果发现，粒径最小的60-80目煤样的吸附量最大，粒径最大的13-25mm煤样的吸附量最小，并且吸附量随着粒径的增大逐渐减小的规律非常明显。构造煤不同温度的吸附实验表明，构造煤的吸附量与温度呈负相关，温度越高，其吸附性能越弱；随着温度的升高，构造煤的吸附量受温度影响逐渐减小。采用低温液氮吸附实验分析了不同煤体结构煤的孔隙特征，从微观孔隙角度揭示了不同煤体结构煤的甲烷吸附性差异的控制机理。

[关键词]煤体结构；煤层气；吸附；孔隙

煤体结构是指煤体中各组成的颗粒大小、形态特征以及组分之间的相互关系与赋存状态。根据煤体结构经历的变形和变质作用，将煤体分为原生结构煤和构造煤；根据其宏观特征，将煤体结构划分为原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤。我国煤层气赋存地质条件非常复杂，不同构造部位煤体结构相差很大，煤层气富集规律和开发地质条件大不相同。即使是目前煤层气开发商业化程度最高的沁水盆地，也是由于煤体结构复杂使得各地区产气量差异很大，而且不同煤体结构地区取芯解吸量相差也很大，所以有必要开展不同煤体结构的吸附性能研究。

目前，针对不同煤体结构煤的吸附性能的研究主要集中在中阶煤，对于沁水盆地高阶构造煤的吸附性能的差异性研究较少，温度对煤的吸附性能的影响主要在非构造煤中研究较多，专门针对构造煤吸附性的温度影响尚无相关研究；而且煤体结构对吸附性能的控制机理尚缺乏深入研究。本文将针对沁水盆地不同煤体结构的高阶煤进行吸附性能研究，并从微观孔隙角度进一步揭示不同煤体结构煤甲烷吸附性差异的控制机理。

1不同煤体结构煤的吸附性能

煤的吸附性能主要是通过等温吸附仪测试所得，由于等温吸附实验所用样品缸容积所限，煤样进行实验前需要破碎才能进行实验。不同煤体结构煤的形成过程是受地质构造影响煤体发生破碎而呈现不同煤体结构特征，所以可以采用不同粒径模拟不同煤体结构，而且如果在吸附实验过程中将煤样破碎成统一粒徑，则削弱了煤体结构对煤样吸附性能的影响。

通过对大量不同煤体结构煤样的粒径统计，同时考虑了等温吸附实验仪器的样品缸直径，对实际统计结果进行了适当缩放，进而确定了所要模拟的不同煤体结构对应的不同粒径。具体样品选用寺河和赵庄两区的煤样，分别用粒径为13-25mm、1-6mm、0.4-0.8mm（20-40目）、0.18-0.25mm（60-80目）的煤样模拟原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤。

2不同煤体结构煤的吸附性能的控制机理

煤体的构造变形破坏对煤储层物性最直接的影响是造成煤样孔隙性发生显著变化，而不同的孔隙结构直接导致煤样吸附性能的差异。为探讨不同构造煤的吸附性能差异的控制机理，采用液氮吸附实验，对不同构造煤煤样的比表面积、孔容和平均孔径进行了研究。

所以，煤在受到构造作用时孔隙结构将发生较大变化，主要体现在，随着构造破坏程度的增加，煤中孔径逐渐减小，而比表面积和孔容逐渐增大。孔隙是煤层气的赋存空间，比表面积和孔容越大，则可容纳被吸附气体的空间越大，吸附能力越强，所以呈现出随着构造煤破碎程度越大，煤的吸附性能越强的规律，即糜棱煤的吸附性能强于碎粒煤的吸附性能强于碎裂煤吸附性能。

3结论

1、从不同煤体结构煤的等温吸附曲线形态看，均符合Langmuir等温吸附方程，且不同煤体结构煤的吸附量随着煤体破碎程度的变化规律明显，糜棱煤的吸附量>碎粒煤的吸附量>碎裂煤的吸附量>原生结构煤的吸附量。

2、构造煤的吸附量与温度呈负相关，温度越高，其吸附性能越弱；而且，随着温度的升高，构造煤的吸附量受温度影响逐渐减小。吸附量与压力呈明显正相关，随着压力的增高，吸附量增大，但在不同压力区间吸附量的增幅差别较大，在低压区吸附量随压力增加的增幅比高压区要大得多。

3、不同煤体结构煤吸附性能的差异性，主要是由于煤样在受到地质构造作用时孔隙结构发生了较大变化，煤中孔径减小、比表面积和孔容增大，使得煤的吸附能力增强，可容纳被吸附气体的空间增大，从而呈现出随着构造煤破碎程度增大，煤的吸附性能增强的规律。