水蒸汽与氧协同注入气化-热解无烟煤宏观渗流与细观结构演变
王磊1
康志勤2
孙丁伟2
贾毅超2
孟巧荣2
杨栋3
1.太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原 030024;晋能控股晋能控股装备制造集团,山西晋城 048006;太原理工大学矿业工程学院,山西太原 0300242.太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原 0300243.太原理工大学矿业工程学院,山西太原 030024
摘要：为了研究煤炭水氧气化-热解反应过程中井网之间不同区域内煤层破裂规律与渗流演变特征,进行了水蒸汽与氧气协同气化-热解无烟煤的长距离反应试验,对距注热端不同距离的气化-热解煤样进行了宏观渗透率测试,通过高分辨率显微CT技术对煤样进行了细观物理结构表征,并借助专业图像处理软件对煤样的三维孔裂隙结构进行重构与统计,明确了无烟煤水氧气化-热解的物理改性特征.研究表明:注热端附近无烟煤失重率可达60％,渗透率高达3.42×10-15m2,远高于初始渗透率(10-19m2量级),而距注热端较远处无烟煤失重率不到20％,渗透率为1.26×10-15m2.整体上,从注热端到产气端无烟煤渗透率逐步降低,呈显著的Logistic非线性变化趋势,但最低渗透率亦可达初始无烟煤渗透率的8×103倍,这就为后续的气化-热解反应提供了更好的反应界面,无烟煤的气化或者热解反应、煤体内部的热应力效应、矿物质变化以及分解产物的排采共同作用致使无烟煤内部大量孔渗通道发育.将煤体内部细观裂隙结构划分为大裂隙、中裂隙和小裂隙3种级别,大裂隙的数量要远少于中裂隙和小裂隙,但其体积却远高于其他2种裂隙,整体上,不同区域煤体内部大裂隙占比处于88％～97％间,占绝对主导作用.从注热端附近的高温区(715～820℃)到产气端附近的低温区(410～535 ℃),煤体孔隙度逐渐降低,其变化趋势与渗透率变化趋势趋于一致,高温裂隙系统的高度发育提升了煤体的孔隙度,进一步通过增强孔隙连通性提高了渗透率.本研究进行了从注热井到生产井热流体注入-煤氧化还原反应-煤热解反应-产物排采全流程的实验室模拟,对深部煤炭原位水氧气化产气过程的理解和技术优化具有现实意义.后续围绕提升气化温度、开展多次注氧循环、拓展煤种与粒径对比实验等方面,深化对煤体在高温水氧环境下物理改性与渗流演化机制的理解.
关键词：高温蒸汽氧化还原气化-热解渗流特性细观结构
分类号：TU84(房屋建筑设备)
资助基金：国家自然科学基金(U23B2088)中国科协青年人才托举工程资助项目(2024QNRC001)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-29（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 3760-3773 )
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