低阶煤不同宏观煤岩组分润湿性及影响因素研究

陈跃^1,2,3，马东民^1,2，夏玉成¹，郭晨^1,3，杨甫^2,3，邵凯^3,4

1. 西安科技大学地质与环境学院2. 国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室3. 西安科技大学地质资源与地质工程博士后科研流动站4. 陕西省煤层气开发利用有限公司

摘 要：随着我国低阶煤煤层气勘探开发的深入,低含气量、低储层压力、高含水性等问题逐渐凸显。为研究低阶煤不同宏观煤岩组分润湿性差异及影响因素,以黄陇煤田大佛寺煤矿4号煤为研究对象,采集全层煤样、镜煤样和暗煤样,通过测定接触角,对比分析润湿性差异并详细探讨工业组分、化学结构、孔隙特征等因素对润湿性的影响。结果表明:大佛寺煤矿4号煤的接触角为45.8°～60.4°,均小于90°,表现出较强的亲水性,镜煤的接触角大于暗煤,暗煤的润湿性更好,并且润湿性与层理方向有关,润湿性由高到低依次为:垂直层理方向、斜交层理方向、平行层理方向。表面活性剂6501可以有效增强煤的润湿性,其对镜煤的改性作用大于暗煤,并且对平行层理方向改性作用大于垂直层理方向。煤的物质组成和孔隙结构对其润湿性具有显著影响。无机矿物(灰分)具有亲水性,灰分越高,煤的润湿性越好,而挥发分通常具疏水性,挥发分越高,煤的润湿性越差。相对于暗煤,镜煤的灰分更低,挥发分更高,因而润湿性更差。H元素含量高,润湿性变差,C、O元素对润湿性的影响较为复杂,主要取决于含氧官能团的类型,暗煤含有更多的羟基和羧基等极性含氧官能团,而镜煤则含醚氧基和酯键较多,故暗煤的润湿性更好。相较于暗煤,镜煤的孔隙以半封闭孔为主,连通性差、分选差、孔径小、比表面积大、表面更粗糙,使得润湿性更差。

关键词：低阶煤;煤岩组分;润湿性;孔隙结构;煤层气;