论文部分内容阅读
通过纳米技术对压裂液原料进行改性,从而提高压裂液的各种性能是目前压裂液研究比较新的方向。为此,本文在结合前人利用纳米材料对煤层压裂液改性研究的基础上,开展Fe3O4纳米粒子（S）对煤层改性实验,来探索四氧化三铁纳米粒子对煤层吸附和解吸的影响。本文通过实验和理论分析相结合的方法,以平煤4矿（PD）、安阳主焦煤矿（AY）、山西润宏煤矿（JC）煤样为研究对象,进行了不同吸附平衡压力下,含有不同比例S的干燥和平衡水颗粒煤对甲烷吸附-解吸影响实验研究。根据实验测定的数据,通过计算得出S对干燥和平衡水颗粒煤甲烷吸附量、解吸量、解吸速度。另外通过origin拟合得到实验解吸速度和时间的关系式,分析比较了不同吸附平衡压力下含有不同比例S（Fe3O4纳米粒子）的干燥和平衡水颗粒煤的拟合系数随S质量百分比的变化规律。利用液氮法测定了不同含量S煤样的吸附量和脱附量、比表面积、孔体积以及孔径等数据变化,并通过吸附层的二位相转变、覆盖率和吸附基底以及孔内层流和湍流等理论解释了S加入后煤孔隙结构的变化规律。又利用瓦斯实验仪器测定了S在相同吸附平衡压力下对甲烷的吸附量数据,结合S吸附量数据、水的作用、前面的理论解释了S对干燥煤甲烷吸附和平衡水颗粒煤甲烷吸附-解吸的影响规律。（1）S对干燥颗粒煤甲烷吸附/解吸影响实验研究:吸附量方面,在0.5MPa吸附平衡压力下,这三种干燥煤样在不加S前,对甲烷的等温吸附量大小顺序为JC＞AY＞PD。在分别混入质量百分比为（2%、4%、6%）S后,甲烷吸附量与不加S前相比,PD增加百分比最大,增加了43%～168%。其次是AY,增加了29%～110%。而JC干燥煤样在混入4%S前吸附量百分比减小9%～18%,混入6%S后吸附量百分比增加了40.12%。其它吸附平衡压力下,也得到了相同的变化规律。解吸量方面,在0.5MPa吸附平衡压力下,PD和AY这两种干燥煤样在加入2%S后,在前15分钟内和120分钟内的甲烷累计解吸量增幅比加入（4%、6%）S后大0%～19%,而JC干燥煤样在加入2%S后,在前15分钟内和120分钟内的甲烷累计解吸量降幅都比加入（4%、6%）S后大0%～7%。另外这三种干燥煤样在分别加入（2%、4%）S后,在前15分钟内和120分钟内的甲烷累计解吸量百分比变化大小顺序都为PD＞AY＞JC,而加入6%S后,在前15分钟内和120分钟内的甲烷累计解吸量百分比变化大小顺序分别为AY＞JC＞PD、AY＞PD＞JC。其它吸附平衡压力下,也得到了相同的变化规律。解吸初速度方面,在0.5MPa吸附平衡压力下,PD干燥煤样在分别加入（2%、4%）S后,甲烷解吸初速度都比不加S前增大0%～18%,加入6%S后解吸初速度比不加S前减小了28.17%。AY干燥煤样在分别加入（2%、4%、6%）S后,甲烷解吸初速度都比不加S前减小了0%～6%。JC干燥煤样在分别加入（2%、4%、6%）S后,甲烷解吸初速度也都比不加S前减小了0%～15%,且降幅逐渐减小。其它吸附平衡压力下,也得到了相同的变化规律。（2）S对平衡水颗粒煤甲烷吸附/解吸影响实验研究:吸附量方面,在0.5MPa吸附平衡压力下,这三种平衡水煤样分别加入（2%、4%、6%）S后的甲烷累积吸附量百分比变化比它们干燥时大0%～15%。解吸量量方面,在0.5MPa吸附平衡压力下,这三种平衡水煤样分别加入（2%、4%、6%）S后在前15分钟内和120分钟内的甲烷累计解吸量百分比变化比它们干燥时要小0%～17%。解吸初速度方面,在0.5MPa吸附平衡压力下,这三种平衡水煤样分别加入（2%、4%、6%）S后拟合a值百分比变化都比它们干燥时要小0%～1%。（3）通过孔表面积及孔径分析仪测定S对煤孔隙结构的影响可知,煤的液氮吸附量/脱附量、比表面积、孔体积、孔径都发生了相应改变,从中我们得出不同比例S在这三种煤基质表面的覆盖率大小以及它们之间大小排序为PD＞AY＞JC,吸附系统中吸附质的点阵结构依赖于覆盖率和吸附基底的温度。