解吸瓦斯的影响.pdf

煤体结构与宏观煤岩类型对煤体吸附/解吸瓦斯的影响 赵方钰1,2,3，邓泽4，王海超1,2,3，王泽1,2,3，孙丕臣1,2,3，杨胜博1,2,3 （1.新疆中亚造山带大陆动力学与成矿预测自治区重点实验室,新疆乌鲁木齐830017；2.新疆大学地质与矿业工程学院,新疆乌鲁木齐830017； 3.新疆大学煤层气工程技术研究中心,新疆乌鲁木齐830017；4.中国石油天然气集团有限公司非常规油气重点实验室,河北廊坊065000） 摘要为研究高阶煤中煤体结构和宏观煤岩类型对煤体吸附、解吸的影响，收集了沁水盆地南部 3 号煤层 55 口煤层气井的 79 个煤岩样品的煤岩、煤质、等温吸附及解吸资料，对比研究了相同宏观 煤岩类型、不同煤体结构煤样和相同煤体结构、不同宏观煤岩类型煤样的兰氏体积（VL）、兰氏压力 （ PL）、解吸率和解吸速率等的变化规律，探讨了煤体结构和宏观煤岩类型对煤体吸附、解吸的影响 机理。研究结果表明研究区煤样的VL平均为37.00m3/t，其中86.61 煤样VL分布在33.0041.00m3/t， PL平均为 2.82MPa，其中 82.28 煤样 PL分布在 2.303.30MPa；碎裂煤的吸附、解吸能力均优于原 生结构煤，由构造破坏引起的孔隙连通性的差异是导致原生结构煤和碎裂煤解吸、吸附特征差异的 根本原因；原生结构煤与碎裂煤的孔裂隙发育程度不同，碎裂煤因孔隙更发育导致其破碎后的甲烷 放散效果好于原生结构煤；煤吸附甲烷时表面自由能降低值规律为糜棱煤碎粒煤碎裂煤原生结构 煤，反映了不同煤体结构煤吸附甲烷能力的差异；3 种宏观煤岩类型煤的吸附能力和解吸能力均表现 为光亮煤半亮煤半暗煤，一方面是由煤的比表面积大致按照光亮煤、半亮煤和半暗煤的顺序逐渐 减小反映的煤基质表面吸附点位差异所致，另一方面是由于镜煤与暗煤中镜质组和惰质组含量的差 异所引起。研究旨在进一步揭示高阶煤储层煤层气赋存、产出机理，为煤层气有利区及目标层位优 选提供依据。 关键词煤层气；煤体结构；宏观煤岩类型；吸附；解吸 中图分类号TD713文献标志码A文章编号02532336（2022）12017015 Influence of coal structure and macrolithotype of coal on coal adsorption and desorption of gas ZHAOFangyu1,2,3,DENGZe4,WANGHaichao1,2,3,WANGZe1,2,3,SUNPichen1,2,3,YANGShengbo1,2,3 （1.Xinjiang Key Laboratory for Geodynamic Processes and Metallogenic Prognosis of the Central Asian Orogenic Belt, Urumqi 830017, China;2.School of Geological and Mining Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830017, China;3.CBM Engineering Technology Research Center, Xinjiang University, Urumqi 830017, China;4.Key Laboratory of Unconventional Oil and Gas, China National Petroleum Corporation, Langfang 065000, China） Abstract Inordertostudytheinfluenceofcoalbodystructureandmacrolithotypeofcoalinhighrankcoaloncoalbodyadsorptionand desorption,Thedataofcoalpetrography,coalquality,isothermaladsorptionanddesorptionof79coalrocksamplesfrom55coal-bed methanewellsinNo.3CoalSeaminthesouthofQinshuiBasinwerecollected,andthechangelawsintheLangmuirvolumeVL,Lang- muirpressurePL,desorptionrateofcoalsampleswiththesamemacrolithotypeofcoal,differentcoalbodystructuresandthesamecoal bodystructure,differentmacrolithotypeofcoalofcoalsamples,werediscussedintheinfluentialmechanismsofcoalbodystructureand macrolithotypeofcoaloncoalbodyadsorptionanddesorption.TheresultsshowthattheaverageVLofcoalsamplesinthestudyareais 37.00m3/t,ofwhich86.61isdistributedin33.0041.00m3/t,andtheaveragePLis2.82MPa,ofwhich82.28isdistributedin 收稿日期20220118责任编辑周子博DOI10.13199/ki.cst.2021-0365 基金项目国家自然科学基金资助项目（41902171）；新疆维吾尔自治区自然科学基金资助项目（2018D01C050）；新疆维吾尔自治区天山青年计划资 助项目（2020Q065） 作者简介赵方钰（1998），男，河南新郑人，硕士研究生。E-mail 通讯作者王海超（1988），男，河南南召人，副教授，硕士生导师，博士。E-mail 第50卷第12期煤炭科学技术Vol.50No.12 2022年12月CoalScienceandTechnologyDec.2022 赵方钰，邓泽，王海超，等.煤体结构与宏观煤岩类型对煤体吸附/解吸瓦斯的影响J.煤炭科学技术，2022， 50（12）170184. ZHAOFangyu，DENGZe，WANGHaichao，et al.Influenceofcoalstructureandmacrolithotypeofcoaloncoalad- sorptionanddesorptionofgasJ.CoalScienceandTechnology，2022，50（12）170184. 170 2.303.30MPa.Theadsorptionanddesorptioncapacitiesoffracturedcoalarebetterthanthoseofprimarystructurecoalandthediffer- enceofporeconnectivitycausedbystructuraldestructionisthefundamentalreasonforthedifferenceofdesorptionandadsorptioncharac- teristicsbetweenprimarystructuralcoalandfracturedcoal;Thedevelopmentdegreeofporesandfissuresofprimarystructurecoalisdif- ferentfromthatoffracturedcoal.Themethaneemissioneffectoffracturedcoalisbetterthanthatofprimarystructurecoalbecauseof moredevelopedpores.Thedecreasingruleofsurfacefreeenergyofcoalethaneadsorptionisthemyloniticcoalgranuliticcoal fracturedcoalprimarystructurecoal,whichreflectsthedifferenceofmethaneadsorptioncapacityofcoalwithdifferentcoalstructure; theadsorptionanddesorptioncapabilitiesofthethreetypesofmacrocoalsarebrightcoalsemibrightcoalsemidullcoal.Ontheone hand,thespecificsurfaceareaofcoaldecreasesroughlyintheorderofbrightcoal,semibrightcoal,andsemidullcoal,whichreflectsthe differenceinadsorptionsitesonthesurfaceofthecoalmatrix.Ontheotherhand,itiscausedbythedifferenceofvitriniteandinertinite contentbetweenvitrainanddurain.ThepurposeofthisstudyistofurtherrevealtheoccurrenceandproductionmechanismofCBMin high-rankcoalreservoirs,andtoprovideabasisfortheoptimizationofCBMfavorableareasandtargethorizons. Key words coalbedmethane；coalbodystructure；macrolithotypeofcoal；adsorption；desorption 0引言 煤储层对甲烷的吸附和解吸特性是煤的孔隙结 构、变质作用、显微组分、矿物含量、工业组分、元 素含量、储层压力、温度、应力等因素共同作用的结 果1-5，不同因素对煤吸附/解吸甲烷的影响效果不同。 一般认为煤的吸附量随煤变质程度的增高而增大2， 不过也有学者发现煤阶与吸附量之间呈“U”形关 系6-7。随着固定碳含量的增加，煤的孔隙率和比表 面积增加，吸附能力增强2,8。煤基质中的水分使得 煤和甲烷之间的相互作用减少，抑制甲烷吸附，从而 降低了吸附量和吸附速率9-10，但甲烷吸附性能和水 分含量并非呈简单的负相关关系，这种对吸附的抑 制效应的增幅随含水量的增加而逐渐减小，直到水 分含量超过某一临界值（平衡水分）时吸附性能基本 保持不变11-14。水分会堵塞甲烷的运移通道，水分 含量的增加将降低甲烷的解吸能力14-16；矿物质可 能会填充部分孔隙，不利于甲烷的吸附17-18。煤粒 度越小，比表面积越大，甲烷吸附量也就越大，随着 粒度的增大，煤样吸附量减小19-21，更小的粒度导致 煤暴露在空气中的面积增加，气体运移路程变短，从 而提高气体的解吸速率5,22-24。一般认为镜质组比惰 质组吸附能力更强，煤中甲烷含量与镜质组含量呈 正相关2,25，但有学者发现此规律只适用于高阶煤， 低阶煤则表现为甲烷吸附能力与惰质组含量呈正相 关26。气体吸附能力随温度升高而减弱27-29，解吸 能力随温度升高而增强29-30。 煤储层非均质性强，同一井区煤储层煤体结构、 宏观煤岩类型多变，甚至出现相邻井位之间产气效 果差异较大的现象，面临着新井产气时间短、产气量 衰减快、产能不理想等现实问题31，其原因很大程度 上在于缺乏对煤储层物性特征尤其是煤体结构、宏 观煤岩类型方面的精细刻画，从而导致井位选取的 盲目性。目前研究多将煤按变质程度分为低、中、高 阶煤2,32-34或按煤层的坚硬程度分为软煤（碎粒煤和 糜棱煤）和硬煤（原生结构煤和碎裂煤）5,35-40进行吸 附、解吸特征研究，而以煤体结构和宏观煤岩类型来 综合划分煤类型，从而进行煤体结构和宏观煤岩类型 的差异对煤储层吸附、解吸特征影响的研究相对 薄弱。 因此，以沁水盆地南部 3 号煤层为研究对象，定 量分析了煤体结构和宏观煤岩类型差异对煤吸附、 解吸特征的影响，从孔隙类型、孔隙发育程度、表面 自由能等方面分析了不同煤体结构煤对煤层气的吸 附、解吸机理，从宏观煤岩组分和显微煤岩组分等角 度探讨了不同宏观煤岩类型煤对煤层气的吸附、解 吸机理，以期为寻找煤层气井的最佳煤体结构和宏 观煤岩类型组合的有利层位提供帮助。 1地质概况 研究区处于沁水复式向斜南部，东接晋获断裂， 西邻霍山断裂，南靠横河断裂，北至襄垣-霍州一线， 总体构造呈北倾的弧形斜坡。区内构造较简单，主 要断裂为寺头断层、后城腰断层和与之伴生的次一 级断层，内部次级褶皱发育，褶皱面积小，地层起伏 不大41-42（图 1）。 研究区主要含煤地层为山西组和太原组，山西 组均厚约为 45m，为滨海三角洲相沉积，含煤 14 层， 主采煤层为 3 号煤，埋深介于 3001000m，平均 厚度为 5.79m，由东南向西北方向厚度逐渐变 薄43,45；太原组厚度一般在 100m，为海陆交互沉积 环境，含煤 810 组，主采煤层为 15 号煤，位于 3 号 煤层下部 80m 左右43。 研究区主力煤层孔隙度介于 0.6512.50，集 赵方钰等煤体结构与宏观煤岩类型对煤体吸附/解吸瓦斯的影响2022年第12期 171 中于 4.006.00，平均为 5.31，整体上非均质性 较强，呈现出南高北低、东高西低的特点；主力煤层 含气量整体较高，介于 0.3136.73m3/t，不同区域差 异较大，平均为 12.78m3/t43。 共收集研究区 145 组 3 号煤层煤样的煤岩、煤 质、等温吸附测试数据，镜质组最大反射率（Ro,max）在 2.574.25，平均为 3.56，主要分布于 3.40 3.70；煤样有机组分主要为镜质组，其次为惰质组， 未见壳质组，镜质组含量介于 38.692.7，平均为 69.6； 煤 样 空 气 干 燥 基 兰 氏 体 积 （VL）平 均 为 36.72m3/t，兰氏压力（PL）平均为 2.80MPa。为减小 煤阶对试验结果的影响且同时使试验结果具有足够 的检验效能，以 3.40Ro,max原 生结构煤（图 5）光亮煤中，碎裂煤 VL大于原生结构 煤的占 66.7，光亮-碎裂煤与光亮-原生结构煤的 VL比值介于 0.901.30，平均为 1.12（图 5a）；半亮煤 中，碎裂煤 VL大于原生结构煤的占 61.9，半亮-碎 裂煤与半亮-原生结构煤的 VL比值介于 0.871.21， 平均为 1.04（图 5b）；半暗煤中，碎裂煤 VL大于原生 结构煤的占 100.0，半暗-碎裂煤与半暗-原生结构 煤的 VL比值平均为 1.16（图 5c）。 2729313335373941434547 0 5 10 15 20 25 30 占比/ VL/m3t1 PL/MPa a 煤样 VL 分布 N79 1.9 2.1 2.3 2.5 2.7 2.9 3.1 3.3 3.5 3.7 3.9 4.1 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 占比/ b 煤样 PL 分布 图4试验煤样的 VL、PL频率分布 Fig.4VLandPLfrequencydistributionoftestcoalsamples 研究区 PL介于 1.854.01MPa，平均为 2.82MPa， 主要集中在 2.303.30MPa，占 82.28（图 4b）。宏 观煤岩类型相同时，不同煤体结构的光亮煤、半亮煤 和半暗煤的 PL与煤体破碎程度之间的关系整体上 均表现为碎裂煤原生结构煤（图 6）光亮煤中，碎裂 煤 PL大于原生结构煤的占 66.7，光亮-碎裂煤与光 亮-原生结构煤的 PL比值介于 0.981.26，平均为 1.16（图 6a）；半亮煤中，碎裂煤 PL大于原生结构煤的 3.42 3.46 3.50 3.54 3.58 3.62 3.66 3.70 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 占比/ Ro,max/ N79 图2镜质组反射率分布 Fig.2Reflectancedistributionofvitrinite 赵方钰等煤体结构与宏观煤岩类型对煤体吸附/解吸瓦斯的影响2022年第12期 173 占 52.4，半亮-碎裂煤与半亮-原生结构煤的 PL比 值介于 0.741.39，平均为 1.05（图 6b）；半暗煤中，碎 裂煤 PL大于原生结构煤的占 100.0，半暗-碎裂煤 与半暗-原生结构煤的 PL比值平均为 1.03（图 6c）。 碎裂煤与原生结构煤的 VL比值介于 0.871.30，平均 为1.08，PL比值介于0.741.39，平均为1.09（图5，图6）。 0 1.0 2.0 3.0 3.5 0.5 1.5 2.5 Ro,max/ PL/MPa 3.403.42 3.443.46 3.483.50 3.643.66 3.683.70 0 1.0 2.0 3.0 4.0 6 2 22 8 4 3 3 0.5 1.5 2.5 3.5 Ro,max/ PL/MPa 3.483.50 3.523.54 3.563.58 3.603.62 3.643.66 3.683.70 碎裂结构原生结构 0 1.0 2.0 2.5 0.5 1.5 Ro,max/ PL/MPa 3.403.42 3.443.46 3.483.50 a 光亮煤b 半亮煤c 半暗煤 图6相同宏观煤岩类型下不同煤体结构煤的 PL对比 Fig.6PLcomparisonofcoalswithdifferentcoalbodystructureunderthesamemacrolithotypeofcoal 3.2不同煤体结构煤的解吸特征 对相同宏观煤岩类型、不同煤体结构煤的解 吸试验结果进行分析可知，不同煤体结构的光亮 煤、半亮煤、半暗煤的解吸规律相同，均表现为煤 体越破碎、煤样的解吸率越大，碎裂煤的解吸率大 于原生结构煤（图 7）光亮煤中碎裂煤解吸率大于 原生结构煤的占 66.7，光亮-碎裂煤与光亮-原生 结构煤的解吸率的比值介于 0.981.09，平均为 6 843 3 0 10 20 30 40 50 2 2 Ro,max/ a 光亮煤 2 碎裂结构原生结构 VL/m3t1 3.403.42 3.443.46 3.483.50 3.643.66 3.683.70 0 10 20 30 40 45 5 15 25 35 Ro,max/ b 半亮煤 VL/m3t1 3.483.50 3.523.54 3.563.58 3.603.62 3.643.66 3.683.70 0 10 20 30 40 5 15 25 35 Ro,max/ c 半暗煤 VL/m3t1 3.403.42 3.443.46 3.483.50 注柱状数据上方的数字代表该区间样品数，下同 图5相同宏观煤岩类型下不同煤体结构煤的 VL对比 Fig.5VLcomparisonofcoalswithdifferentcoalbodystructureundersamemacrolithotypeofcoal 0 20 60 100 2 2 2 6 8 43 40 80 Ro,max/ 解吸率/ 3.403.42 3.443.46 3.483.50 3.643.66 3.683.70 a 光亮煤 0 20 60 100 40 80 Ro,max/ 解吸率/ 3.483.50 3.523.54 3.563.58 3.603.62 3.643.66 3.683.70 b 半亮煤 3 碎裂结构原生结构 0 20 60 100 40 80 Ro,max/ 解吸率/ 3.403.42 3.443.46 3.483.50 c 半暗煤 图7相同宏观煤岩类型下不同煤体结构煤的解吸率 Fig.7Desorptionrateofcoalwithdifferentcoalbodystructureundersamemacrolithotypeofcoal 2022年第12期煤炭科学技术第50卷 174 1.05（图 7a）；半亮煤中碎裂煤解吸率大于原生结构 煤的占 61.9，半亮-碎裂煤与半亮-原生结构煤的 解吸率的比值介于 0.961.29，平均为 1.11（图 7b）； 半暗煤中碎裂煤解吸率大于原生结构煤的占 100.0，半暗-碎裂煤与半暗-原生结构煤的解吸率 的比值平均为 1.00（图 7c）。 相同宏观煤岩类型下不同煤体结构煤的解吸速 率对比发现，五组煤样的解吸速率均随解吸时间逐 渐降低，在解吸至 20min 时，原生结构煤的解吸速率 基本降至 20103m3/tmin 以下，解吸 100min 后， 全部煤样解吸速率基本都降至 20103m3/tmin 以 下，解吸至 10000min 左右时，解吸速率变化趋于平 缓，解吸速率趋近于 0。宏观煤岩类型相同时，整体 上表现为碎裂煤的解吸速率高于原生结构煤（图 8）。 1101001 00010 000 100 000 0 10 20 30 40 50 60 解吸速率/103 m3/tmin 时间/min 1 号光亮煤碎裂结构, Ro,max3.421 号光亮煤原生结构, Ro,max3.44 2 号光亮煤碎裂结构, Ro,max3.672 号光亮煤原生结构, Ro,max3.65 3 号半亮煤碎裂结构, Ro,max3.533 号半亮煤原生结构, Ro,max3.54 4 号半亮煤碎裂结构, Ro,max3.614 号半亮煤原生结构, Ro,max3.60 5 号半暗煤碎裂结构, Ro,max3.44 5 号半暗煤原生结构, Ro,max3.46 图8相同宏观煤岩类型下煤体结构与解吸速率的关系 Fig.8Relationshipbetweencoalbodystructureanddesorption rateundersamemacrolithotypeofcoal 3.3煤体结构影响吸附、解吸的机理 压汞试验中煤样进退汞曲线发现，从原生结 构煤到糜棱煤，随着煤体破碎程度增大，“滞后环” 逐渐增大，表明煤中开放孔比例逐渐增大（图 9a）。 进一步对孔隙类型进行统计发现，原生结构煤中 半封闭孔含量占总孔隙 87.72，开放孔占 12.28； 碎裂煤中半封闭孔含量占总孔隙 82.10，开放孔 占 17.90； 碎 粒 煤 中 半 封 闭 孔 含 量 占 总 孔 隙 73.90，开放孔占 26.10；糜棱煤中半封闭孔含量 占总孔隙 58.84，开放孔占 41.16。表明随煤体 破碎程度增大，煤中开放孔含量增加，半封闭孔含 量减少，孔隙连通性增强（图 9b）。试验时则表现 为随煤体破碎程度增大和孔隙连通性的增强， 煤样吸附量增大，解吸率增高，甲烷更容易解吸 （图 5图 7）。 b 孔隙连通性变化 占比/ 半封闭孔开放孔 0 20 40 60 80 100 原生结构 碎裂结构 碎粒结构 糜棱结构 1101001 00010 000 0 20 40 60 80 100 120 140 孔径/nm a 进退汞曲线 原生结构, 进汞原生结构, 退汞 碎裂结构, 进汞碎裂结构, 退汞 碎粒结构, 进汞碎粒结构, 退汞 糜棱结构, 进汞糜棱结构, 退汞 孔容增量/104 m2g1 图9不同煤体结构煤孔隙连通性对比31 Fig.9Comparisonofporeconnectivityofcoalwithdifferent coalbodystructure31 煤层气吸附、解吸过程中，甲烷分子的扩散运移 均需在煤基质内部孔隙系统与表面孔隙系统之间形 成甲烷浓度梯度的前提下进行。在浓度梯度的作用 下，甲烷沿浓度梯度降低的方向由煤基质外部扩散 运移至煤基质内部进行吸附，或沿浓度梯度降低的 方向由煤基质内部扩散运移至煤基质外部进行解吸， 故甲烷浓度梯度的形成及效果直接影响煤层气的吸 附和解吸效果46。煤储层孔隙连通性越好，则甲烷 浓度梯度的形成效果越好，越有利于甲烷的扩散31,47。 此外，解吸时甲烷由吸附态转为游离态是不间断的 动态平衡过程，游离态甲烷在煤基质表面不停震荡， 随着压降的传播，甲烷开始大量解吸，若孔隙内甲烷 分子无法有效扩散，浓度总是居高不下，有可能发生 二次吸附，不利于解吸的进行48。 另一方面，对于煤基多孔介质，煤体破碎前后总 体积不变，但粒度的减小使得煤颗粒的数量和暴露 面积增加，同时缩短了甲烷扩散距离，从而表现为煤 体破碎后甲烷解吸速率增大。不过在破碎后粒度相 同情况下，不同煤体结构煤的解吸速率仍有较大差 异，由图 8 可知，在排除粒度和宏观煤岩类型差异的 影响后，碎裂煤的解吸速率几乎在整个解吸过程都 赵方钰等煤体结构与宏观煤岩类型对煤体吸附/解吸瓦斯的影响2022年第12期 175 高于原生结构煤。这是由煤体中孔隙、裂隙发育度 不同所引起，本文所用煤样的试验粒度为 6080 目 0.250.18mm，煤体的破碎使得煤中裂隙几乎被 破坏殆尽，同时孔隙的暴露比例增大，甲烷基本不再 通过裂隙放散，而是直接在孔隙中放散，此时孔隙含 量更多的碎裂煤比原生结构煤更具放散优势22,31,49。 前人就粒径对不同煤体结构煤的气体放散能力的影 响做了细致研究，发现不同粒径段，气体放散能力与 煤体结构呈现差异性，当煤粒较大时（粒度0.65mm， 对应 2530 目），随着煤体破碎程度的增大，甲烷放 散速度变缓，而当煤粒较小时（粒度半亮煤半暗煤 （图 12）。 煤体结构相同时，不同宏观煤岩类型的原生结 构煤和碎裂煤的 VL均整体表现为光亮煤半亮煤 半暗煤（图 13图 14）。 原生结构煤中光亮煤 VL大于半亮煤的占 63.4，原生结构-光亮煤与原生结构-半亮煤的 VL比 值介于 0.931.24，平均为 1.06；光亮煤 VL大于半 暗煤的占 70.8，原生结构-光亮煤与原生结构-半暗 煤的 VL比值介于 0.951.28，平均为 1.09；半亮煤 VL大于半暗煤的占 61.0，原生结构-半亮煤与原生 结构-半暗煤的 VL比值介于 0.911.18，平均为 1.02 （图 13）。 碎裂煤中光亮煤 VL大于半亮煤的占 100.0， 碎裂结构-光亮煤与碎裂结构-半亮煤的 VL比值为 1.02；光亮煤 VL大于半暗煤的占 100.0，碎裂结构- 光亮煤与碎裂结构-半暗煤的 VL比值为 1.19（图 14）。 相同煤体结构时，光亮煤与半亮煤的 VL比值介 于 0.931.24，平均为 1.05；光亮煤与半暗煤的 VL比 值介于 0.951.28，平均为 1.11；半亮煤与半暗煤的 VL比值介于 0.911.18，平均为 1.02（图 13图 14）。 原生结构和碎裂结构煤中不同宏观煤岩类型煤 的 PL与宏观煤岩类型的关系一致（图 15图 16）。 原生结构煤中光亮煤的 PL整体明显大于半 亮煤，光亮煤 PL大于半亮煤的占 68.3，原生结构- 光亮煤与原生结构-半亮煤的 PL比值介于 0.721.42， 平均为 1.07；光亮煤的 PL整体大于半暗煤，光亮 煤 PL大于半暗煤的占 100.0，原生结构-光亮煤与 原生结构-半暗煤的 PL比值介于 1.001.56，平均为 1.23；半亮煤的 PL整体大于半暗煤，半亮煤 PL大 于半暗煤的占 81.7，原生结构-半亮煤与原生结构- 半暗煤的 PL比值介于 0.921.29，平均为 1.15（图 15）。 碎裂煤中光亮煤的 PL整体略小于半亮煤，光亮 煤 PL大于半亮煤的占 0.0，碎裂结构-光亮煤与碎 裂结构-半亮煤的 PL比值为 0.97；光亮煤的 PL整 24680 5 10 15 20 25 30 35 吸附量/m3t1 压力/MPa a 原生结构 1 号光亮煤, Ro,max3.55 3 号光亮煤, Ro,max3.653 号半暗煤, Ro,max3.65 4 号光亮煤, Ro,max3.684 号半暗煤, Ro,max3.68 5 号半亮煤, Ro,max3.495 号半暗煤, Ro,max3.48 6 号半亮煤, Ro,max3.526 号半暗煤, Ro,max3.52 1 号半亮煤, Ro,max3.54 2 号光亮煤, Ro,max3.65 2 号半亮煤, Ro,max3.66 24680 5 10 15 20 25 30 35 吸附量/m3t1 压力/MPa b 破裂结构 1 号光亮煤, Ro,max3.67 1 号半亮煤, Ro,max3.67 2 号光亮煤, Ro,max3.42 2 号半暗煤, Ro,max3.44 10 图12相同煤体结构下不同宏观煤岩类型煤等温吸附曲线 Fig.12Isothermaladsorptioncurvesofcoalwithdifferentmac- rolithotypesofcoalunderthesamecoalbodystructure 3.403.42 3.443.46 3.483.50 3.523.54 3.563.58 3.603.62 3.643.66 3.683.70 0 10 20 30 40 50 VL/m3t1 Ro,max/ 光亮煤半亮煤半暗煤 3 4 5 8 6 7 9 4 7 11 1010 6 5 6 图13不同宏观煤岩类型的原生结构煤的 VL对比 Fig.13VLcomparisonofprimarystructurecoalwithdifferent macrolithotypesofcoal 3.403.42 3.443.46 3.483.50 3.523.54 3.563.58 3.603.62 3.643.66 3.683.70 0 10 20 30 40 50 光亮煤半亮煤半暗煤 2 3 VL/m3t1 Ro,max/ 图14不同宏观煤岩类型的碎裂煤的 VL对比 Fig.14VLcomparisonoffracturedcoalwithdifferent macrolithotypesofcoal 赵方钰等煤体结构与宏观煤岩类型对煤体吸附/解吸瓦斯的影响2022年第12期 177 体大于半暗煤，光亮煤 PL大于半暗煤的占 100.0， 碎裂结构-光亮煤与碎裂结构-半暗煤的 PL比值为 1.08（图 16）。 3.403.42 3.443.46 3.483.50 3.523.54 3.563.58 3.603.62 3.643.66 3.683.70 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 PL/MPa 2 3 Ro,max/ 光亮煤 半亮煤 半暗煤 图16不同宏观煤岩类型的碎裂煤的 PL对比 Fig.16PLcomparisonoffracturedcoalwithdifferentmacroli- thotypesofcoal 相同煤体结构时，光亮煤与半亮煤的 PL比值介 于 0.721.42，平均为 1.06；光亮煤与半暗煤的 PL比 值介于 1.001.56，平均为 1.21；半亮煤与半暗煤的 PL比值介于 0.921.29，平均为 1.15（图 15图 16）。 4.2不同宏观煤岩类型煤的解吸特征 对相同煤体结构、不同宏观煤岩类型煤的解吸 试验结果进行分析可知，原生结构的光亮煤、半亮煤、 半暗煤的解吸规律相同，均表现为光亮成分含量越 高，煤样解吸率越大，解吸率具体表现为光亮煤半 亮煤半暗煤，碎裂结构则无明显规律（图 17 图 18）。 原生结构时光亮煤解吸率大于半亮煤的占 80.5，原生结构-光亮煤与原生结构-半亮煤的解吸 率的比值介于 0.921.30，平均 1.07；光亮煤解吸率大 于半暗煤的占 91.7，原生结构-光亮煤与原生结构- 半暗煤的解吸率的比值介于 0.971.22，平均 1.10；半 亮煤解吸率大于半暗煤的占 72.0，原生结构-半亮 煤与原生结构-半暗煤的解吸率的比值介于 0.91 1.13，平均 1.03（图 17）。 碎裂结构时光亮煤解吸率大于半亮煤的占比 为 0，碎裂结构-光亮煤与碎裂结构-半亮煤的解吸率 的比值为 0.91；光亮煤解吸率大于半暗煤的占 100.0，碎裂结构-光亮煤与碎裂结构-半暗煤的解吸 率的比值为 1.02（图 18）。 相同煤体结构时，光亮煤与半亮煤的解吸率比 值介于 0.921.30，平均为 1.07；光亮煤与半暗煤的解 吸率比值介于 0.971.22，平均为 1.09；半亮煤与半暗煤 的解吸率比值介于 0.911.13，平均为 1.03（图 17 图 18）。 相同煤体结构下不同宏观煤岩类型的解吸速率 对比发现，8 组煤样的解吸速率均随解吸时间逐渐降 3.403.42 3.443.46 3.483.50 3.523.54 3.563.58 3.603.62 3.643.66 3.683.70 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 PL/MPa 光亮煤半亮煤半暗煤 3 45 8 6 7 9 4 7 11 10 106 5 6 Ro,max/ 图15不同宏观煤岩类型的原生结构煤的 PL对比 Fig.15PLcomparisonofprimarystructurecoalwithdifferent macrolithotypesofcoal 3.403.42 3.443.46 3.483.50 3.523.54 3.563.58 3.603.62 3.643.66 3.683.70 0 20 40 60 80 100 解吸率/ 3 4 5 86 7 9 4 71110 10 6 56 光亮煤半亮煤半暗煤 Ro,max/ 图17不同宏观煤岩类型的原生结构煤的解吸率 Fig.17Desorptionrateofprimarystructurecoalwithdifferent macrolithotypesofcoal 3.403.42 3.443.46 3.483.50 3.523.54 3.563.58 3.603.62 3.643.66 3.683.70 0 20 40 60 80 100 解吸率/ 2 3 Ro,max/ 光亮煤 半亮煤 半暗煤 图18不同宏观煤岩类型的碎裂煤的解吸率 Fig.18Desorptionrateoffracturedcoalwithdifferentmacroli- thotypesofcoal 2022年第12期煤炭科学技术第50卷 178 低，解吸速率曲线随时间增长趋于平缓，解吸速率的 降低速率随时间增长而逐渐降低。在 0100min 解 吸时间内，煤样解吸速率较高，基本都在 10103 m3/tmin 以上；在解吸时间达到 10000min 后，解 吸速率趋近于 0（图 19）。整体上解吸速率与光亮成 分含量关系一致，相同煤层气井、同一煤层、相同煤 体结构的煤样的解吸速率基本都呈现光亮煤半 亮煤、光亮煤半暗煤、半亮煤半暗煤的规律 （图 19）。 102103104105 110102103104105 0 10 20 30 40 50 60 70 80 解吸速率/103 m3t1min1 时间/min a 原生结构 110 0 10 20 30 40 50 60 时间/m