基于低温CO2吸附的煤和页岩微孔结构分形分析

作者：熊益华; 周尚文; 焦鹏飞; 杨明伟; 周军平; 韦伟; 蔡建超^*

来源：天然气地球科学, 2020, 31(07): 1028-1040.

• 微孔分形维数
• FHH模型
• 低温CO2吸附
• 低温N2吸附

分形维数是分析煤和页岩微观孔隙结构的重要参数之一。目前主要是基于低温N2吸附数据进而利用Frenkel-Halsey-Hill(FHH)模型,获得煤和页岩中孔(2～50 nm)与宏孔(>50 nm)的表面粗糙分形维数,对其微孔(<2 nm)分形维数的研究还较少。为深入研究煤和页岩的微孔特征,基于微孔填充与孔径分布理论,对比分析了煤和页岩微孔结构的分形特征。选取煤和页岩样品进行低温CO2吸附实验,计算并分析两者的微孔分形维数。结果表明:煤的微孔分形维数分布在2.6～2.8之间,平均为2.75;页岩的微孔分形维数分布在2.8～2.9之间,平均为2.88。煤的微孔比表面积分布在100～300 m2/g之间;页岩的微孔比表面积集中在15～30 m2/g之间,页岩的孔隙分布零散且数量少,说明分形维数越大,微孔结构更加复杂。此外,分别对煤与页岩的微孔分形维数、表面粗糙分形维数进行了对比,发现虽然煤的微孔比表面积均远大于页岩,但其孔径分布、孔隙结构比页岩简单,微孔分形维数小于页岩。同时,由于中孔、宏孔数量少,比表面积小,孔隙表面较为光滑,煤的表面粗糙分形维数小于页岩。微孔分形维数和表面粗糙分形维数分别受微孔结构复杂程度与中孔、宏孔表面粗糙程度的影响,微孔结构越复杂,中孔、宏孔表面越粗糙,分形维数越大。

• 单位
  重庆大学; 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室; 中国石油勘探开发研究院