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《中国矿业大学》 2016年
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超临界CO_2与煤流固耦合的煤岩物性演变及其机理

王治洋  
【摘要】:CO_2驱替煤层气开采是CO_2地质封存的重要途径之一。本文选择5个不同演化程度煤样在实验室条件下模拟超临界CO_2与煤流固耦合作用,采用X射线荧光光谱仪(XRF)、电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)、电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-OES)检测反应前后煤中常量元素和微量元素含量特征,采用低温液氮吸附仪测试样品的孔隙结构,采用商业化等温吸附仪测试样品吸附特征;分析超临界CO_2与煤流固耦合作用造成的矿物迁移及其对煤岩物性改造。通过研究,较为系统探讨了超临界CO_2与煤流固耦合作用的元素迁移特征及其规律,发现常量元素Ca、Mg、Na、K和微量元素Sb、Tl、Be、V、Cu、Zn、Rb、Sr、Zr、Cs迁移显著,常量元素Si、Al、P和微量元素Li、Sc、Ba、Hf、Th迁移现象较弱,微量元素Co、Ga、Pb、Nb、Mo、Cd等基本无迁移现象。认为元素迁移显著与否与其在煤中赋存状态有关,以碳酸盐、硫酸盐及硫化物等形态赋存的元素易于迁移,以硅酸盐和氧化物赋存矿物较难迁移。分析发现超临界CO_2与煤流固耦合作用对煤的纳米级孔隙结构特征改造显著,具有增孔和扩孔效应,但对其孔隙结构的连通性改造甚微。认为流固耦合作用主要发生在裂隙表层和开放型孔隙内部。描述了流固耦合反应前后煤吸附甲烷特征及其基本规律,拟合了甲烷在样品上的吸附特征曲线,探讨了流固耦合反应过程中孔隙结构与等温吸附常数关系,探讨了超临界CO_2处理煤吸附性变化机理,建立了超临界CO_2与煤流固耦合作用的元素迁移—孔隙结构改变—吸附性改变地质模型。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TE37;X701

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