煤炭学报

作者：张苗, 刘钦节, 王兴阵, 董志勇,

关键词：中–高阶煤, 煤化作用, 多尺度孔隙, 多重分形, 沁水煤田,

煤储层孔隙结构多重分形特征控制着煤层气的运移和可持续产出，直接决定了煤层气的开采效率，对煤层气开采具有重要意义。为了研究中–高阶煤孔隙结构多重分形特征及其在煤化作用过程中的演化趋势，针对取自沁水煤田生产矿井的中–高阶煤样，整合高压压汞、低温氮气吸附实验和二氧化碳吸附实验，结合多重分形理论，表征并探究了中–高阶煤储层宏孔(> 50 nm)、介孔(2～50 nm)和微孔(< 2 nm)的多重分形特征在煤化作用过程中的演化趋势及其影响因素。结果表明，中–高阶煤宏孔、介孔和微孔的广义维数谱(Dq–q)和多重分形奇异谱(f(α)–α)均满足多重分形特征，这意味着中–高阶煤宏孔、介孔和微孔均表现出多重分形行为。相对于宏孔和介孔，微孔表现出更大的奇异性指数α0和谱宽(∆D)与较小的赫斯特指数(Hurst，H)，即微孔具有更强的非均质性和更差的孔隙连通性。煤化作用促进了煤中大分子的聚合，使煤储层由宏孔优势型和宏孔–微孔并存型储层转变为更为致密的微孔优势型储层，煤中不同尺度孔隙孔径分布趋于均质化，导致中–高阶煤储层孔隙结构均质性的增强和孔隙连通性的改善。宏孔和微孔体积分数对其相应孔径范围内孔隙结构非均质性分别存在积极和消极的影响，而介孔体积分数并不是介孔孔隙孔径分布非均质性的有效约束。镜质组和惰质组对孔隙孔径分布非均质性表现出相反的影响，镜惰比(V/I)与H之间存在正相关性，与α0之间呈负相关性，富镜质组煤发育更多的微孔从而表现出更强的孔隙结构均质性和较好的孔隙连通性。

来源：2024年第5期

《煤炭学报》期刊编辑部

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