基于原子力显微镜的煤岩微观孔隙结构与力学性质研究

TE132.2; 煤岩孔隙结构与力学性质是煤层气地质评价的关键参数,反映煤的储集性与可压性.以山西沁水、大同等盆地 4 块煤样(大同侏罗系煤、镜质体反射率Ro=0.91%,古交山西组2号煤、Ro=1.34%,古交太原组 8 号煤、Ro=1.70%,翼城山西组2 号煤、Ro=1.77%)为研究对象,基于原子力显微镜实验,利用图像分割法与Derjaguin-Muller-Toporov力学模型建立微观孔隙结构与力学性质联合表征技术,明确煤样的微观孔隙结构与力学性质,揭示了物质组成、孔隙结构及热演化程度对微观力学性质的影响.结果表明,煤样的面孔率主要分布于2.72%～4.60%,平均3.58%;总孔...

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Published in石油实验地质 Vol. 47; no. 1; pp. 173 - 183
Main Authors 赵石虎, 李勇, 刘雅利, 王延斌, 刘曾勤, 陈刚, 陈新军
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 页岩油气富集机理与高效开发全国重点实验室,北京 102206 28.01.2025
中国石化 页岩油气勘探开发重点实验室,北京 102206
中国石化 深层煤层气勘探开发重点实验室,北京 102206
中国石化 石油勘探开发研究院,北京 102206%中国矿业大学(北京),北京 100083
Subjects
coalbed methane
杨氏模量
Young's modulus
pore size distribution
表面粗糙度
煤层气
image segmentation
atomic force microscope
孔径分布
图像分割
原子力显微镜
surface roughness
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ISSN1001-6112
DOI10.11781/sysydz2025010173

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Summary:TE132.2; 煤岩孔隙结构与力学性质是煤层气地质评价的关键参数,反映煤的储集性与可压性.以山西沁水、大同等盆地 4 块煤样(大同侏罗系煤、镜质体反射率Ro=0.91%,古交山西组2号煤、Ro=1.34%,古交太原组 8 号煤、Ro=1.70%,翼城山西组2 号煤、Ro=1.77%)为研究对象,基于原子力显微镜实验,利用图像分割法与Derjaguin-Muller-Toporov力学模型建立微观孔隙结构与力学性质联合表征技术,明确煤样的微观孔隙结构与力学性质,揭示了物质组成、孔隙结构及热演化程度对微观力学性质的影响.结果表明,煤样的面孔率主要分布于2.72%～4.60%,平均3.58%;总孔表面积为(3.413～5.638)×10-2 μm2/μm2,总孔容为(0.5～3.9)×10-4 μm3/μm2,孔径主要分布于10～100 nm,杨氏模量分布于2.24～3.10 GPa,平均 2.77 GPa.煤的力学性质受到物质组成、孔隙结构与热演化程度的共同作用,随着水分的减少、挥发分与矿物含量的增加,杨氏模量呈现增大趋势;表面粗糙度、平均孔径、面孔率、比表面积及总孔容增大,杨氏模量表现出减小趋势;随着热演化程度增加,杨氏模量减小.基于原子力显微镜可同步揭示煤岩微观孔隙结构与力学性质,为煤储层储集性与力学研究提供新方法与新思路,对于非常规储层储集性评价及可压性研究具有重要意义.
ISSN:1001-6112
DOI:10.11781/sysydz2025010173