本發(fā)明屬于煤炭及煤層氣開采，尤其涉及一種基于聯(lián)孔法的煤儲(chǔ)層全孔徑孔隙結(jié)構(gòu)表征方法。

背景技術(shù)：

1、壓汞法是常見的孔徑結(jié)構(gòu)分析測(cè)試方法，主要通過(guò)壓力變化下對(duì)應(yīng)的汞體積變化量繪制進(jìn)汞和退汞曲線，進(jìn)而計(jì)算對(duì)應(yīng)孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)。測(cè)試原理是利用外加壓力使汞克服表面張力進(jìn)入孔隙從而測(cè)得孔隙介質(zhì)的孔隙性。該方法測(cè)試樣品速度快、準(zhǔn)確，儀器設(shè)備測(cè)試原理簡(jiǎn)單，是當(dāng)前測(cè)量大孔、中孔孔容和孔徑分布最普遍的方法。然而，該方法在高壓下(400mpa，對(duì)應(yīng)3nm)會(huì)破壞孔隙結(jié)構(gòu)，且施加過(guò)大外力時(shí)會(huì)造成煤基質(zhì)的壓縮，致使進(jìn)汞量大于煤中實(shí)際的孔隙量，造成較大誤差，因此在表征小于100nm的孔隙結(jié)構(gòu)上具有局限性。

2、低溫液氮吸附法是表征多孔介質(zhì)吸附孔結(jié)構(gòu)的有效方法。根據(jù)飽和溫度條件下氮?dú)庠诠腆w表面發(fā)生物理吸附和毛細(xì)管凝結(jié)的原理進(jìn)行測(cè)試，并分析等溫吸附解吸曲線來(lái)獲得相關(guān)孔隙數(shù)據(jù)。但因?yàn)榈獨(dú)廨^大的分子直徑(0.36nm)和儀器精度有限，該技術(shù)難以準(zhǔn)確表征孔徑小于2nm的孔隙結(jié)構(gòu)，測(cè)試上限約為300nm，僅適用于表征部分微孔和過(guò)渡孔。而二氧化碳吸附法由于co2較低的分子直徑(0.33nm)和較強(qiáng)的吸附能力，能夠在273.15k下能夠進(jìn)入到0.3～1.5nm孔隙中，因此其對(duì)于小于2nm的孔隙表征準(zhǔn)確度很高。

3、因此，單一孔隙表征方法受測(cè)試原理限制，不同實(shí)驗(yàn)測(cè)試的孔隙范圍各異，僅能表征某一范圍的孔徑分布，無(wú)法全面反映煤巖孔隙結(jié)構(gòu)特征，且因不同方法的原理和測(cè)試范圍不同，結(jié)果無(wú)法統(tǒng)一使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題提出一種基于聯(lián)孔法的煤儲(chǔ)層全孔徑孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，旨在于將不同測(cè)試方法的數(shù)據(jù)有效聯(lián)合，進(jìn)而表征煤儲(chǔ)層全孔徑的孔隙結(jié)構(gòu)特征，具體技術(shù)方案如下：

2、一種基于聯(lián)孔法的煤儲(chǔ)層全孔徑孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，包括：

3、取同一樣品進(jìn)行低溫二氧化碳實(shí)驗(yàn)、低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)以及壓汞實(shí)驗(yàn)并獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

4、對(duì)壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮性校正后，選取與低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的銜接孔徑；

5、選取低溫二氧化碳實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的銜接孔徑；

6、基于銜接孔徑聯(lián)合低溫二氧化碳實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)及壓縮性校正后的壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表征煤儲(chǔ)層全孔徑孔隙結(jié)構(gòu)。

7、進(jìn)一步的，對(duì)壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮性校正的方法為：

8、采用基質(zhì)壓縮系數(shù)對(duì)壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，所述基質(zhì)壓縮系數(shù)為式中kc為煤基質(zhì)壓縮系數(shù)，m2/n；vc為原始煤基質(zhì)體積，cm3/g；α為校正范圍內(nèi)的累計(jì)進(jìn)汞量與壓力曲線的斜率，無(wú)單位；δvp為由液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)累計(jì)孔隙填充量，cm3/g；δp為注汞壓力增量，mpa；

9、采用下式計(jì)算每個(gè)壓力點(diǎn)pi的孔隙填充量：

10、

11、上式中，vpi和vobs(pi)分別為壓力pi下的孔隙填充量和視進(jìn)汞量，cm3/g，vc(pi)為壓力pi下的煤基質(zhì)體積，cm3/g；i表示測(cè)試壓力點(diǎn)的序號(hào)；p0為測(cè)試起點(diǎn)壓力值。

12、進(jìn)一步的，低溫二氧化碳實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的銜接孔徑為2nm。

13、進(jìn)一步的，選取壓縮性校正后的壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的銜接孔徑的方法為：

14、1)繪制壓縮性校正后的壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的階段孔體積隨孔徑的變化關(guān)系曲線；

15、2)分別對(duì)壓縮性校正后的壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的階段孔體積-孔徑曲線求導(dǎo)得到一階導(dǎo)數(shù)隨孔徑的變化曲線；

16、3)找到兩條一階導(dǎo)數(shù)曲線隨孔徑的變化曲線在50～100nm范圍內(nèi)的最大交點(diǎn)，所述交點(diǎn)需滿足(dv/dd)hg＝(dv/dd)n2，則所述交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)即為銜接孔徑。

17、進(jìn)一步的，基于銜接孔徑聯(lián)合低溫二氧化碳實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)及壓縮性校正后的壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表征煤儲(chǔ)層全孔徑孔隙結(jié)構(gòu)的方法為：

18、1)將二氧化碳吸附數(shù)據(jù)與低溫液氮吸附數(shù)據(jù)在孔徑為2nm處進(jìn)行銜接，即孔徑<2nm的孔隙結(jié)構(gòu)特征用二氧化碳吸附數(shù)據(jù)表征，孔徑>2nm的孔隙結(jié)構(gòu)用低溫液氮吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行表征；

19、2)將修正后的壓汞數(shù)據(jù)與低溫液氮吸附數(shù)據(jù)在銜接孔徑處進(jìn)行拼接，即大孔和中孔孔隙結(jié)構(gòu)特征用修正后壓汞數(shù)據(jù)表征，過(guò)渡孔由壓汞和低溫液氮共同表征；

20、3)聯(lián)合校正后的壓汞數(shù)據(jù)、低溫液氮吸附數(shù)據(jù)和二氧化碳吸附數(shù)據(jù)表征煤儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，即可得到全孔徑的孔容和比表面積分布特征。

21、本發(fā)明的有益效果為：本表征方法能夠聯(lián)合壓汞法、低溫液氮吸附法和二氧化碳吸附法表征煤儲(chǔ)層全孔徑的孔隙結(jié)構(gòu)，聯(lián)孔后可顯著提高煤中孔徑分布測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)從不同尺度有效表征煤儲(chǔ)層的納米至微米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)特征。本儲(chǔ)層表征方法應(yīng)用范圍廣、易于操作、計(jì)算簡(jiǎn)單、結(jié)果可靠。

技術(shù)特征：

1.一種基于聯(lián)孔法的煤儲(chǔ)層全孔徑孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聯(lián)孔法的煤儲(chǔ)層全孔徑孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，其特征在于，對(duì)壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮性校正的方法為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聯(lián)孔法的煤儲(chǔ)層全孔徑孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，其特征在于，低溫二氧化碳實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的銜接孔徑為2nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聯(lián)孔法的煤儲(chǔ)層全孔徑孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，其特征在于，選取壓縮性校正后的壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的銜接孔徑的方法為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聯(lián)孔法的煤儲(chǔ)層全孔徑孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，其特征在于，基于銜接孔徑聯(lián)合低溫二氧化碳實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)及壓縮性校正后的壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表征煤儲(chǔ)層全孔徑孔隙結(jié)構(gòu)的方法為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于聯(lián)孔法的煤儲(chǔ)層全孔徑孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，包括：取同一樣品進(jìn)行低溫二氧化碳實(shí)驗(yàn)、低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)以及壓汞實(shí)驗(yàn)并獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；對(duì)壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮性校正后，選取與低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的銜接孔徑；選取低溫二氧化碳實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的銜接孔徑；基于銜接孔徑聯(lián)合低溫二氧化碳實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、低溫液氮吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)及壓縮性校正后的壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表征煤儲(chǔ)層全孔徑孔隙結(jié)構(gòu)。本表征方法聯(lián)合壓汞法、低溫液氮吸附法和二氧化碳吸附法表征煤儲(chǔ)層全孔徑的孔隙結(jié)構(gòu)，聯(lián)孔后可顯著提高煤中孔徑分布測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)從不同尺度有效表征煤儲(chǔ)層的納米至微米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)特征。

技術(shù)研發(fā)人員：劉會(huì)虎,李娜娜,徐宏杰,劉啟蒙,楊靖浩,范正譜,劉峻麟,胡春磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26