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新疆北部早、中侏罗世富油煤分布规律及控制因素

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 244-254页

作者：宁树正张莉徐小涛张建强邹卓中国煤炭地质总局勘查研究总院北京100039

新疆北部富油煤资源丰富,约占全国富油煤资源的一半左右,富油煤资源的合理开发利用,是我国煤制油气用煤资源的重要补充。以往对本区煤炭资源的研究忽视了其油气资源属性,对其富油煤质特征和成因规律认识不清。在系统整理新疆北部6个赋... 详细信息

新疆北部富油煤资源丰富,约占全国富油煤资源的一半左右,富油煤资源的合理开发利用,是我国煤制油气用煤资源的重要补充。以往对本区煤炭资源的研究忽视了其油气资源属性,对其富油煤质特征和成因规律认识不清。在系统整理新疆北部6个赋煤带富油煤地质资料的基础上,补充采样测试数据137组,分析早、中侏罗世富油煤的煤岩煤质特征和分布规律,进一步探讨了富油煤形成的控制因素。通过对焦油产率的研究发现,新疆北部地区东北部、西部、中部部分地区焦油产率相对较高,东北部地区八道湾组高油煤呈不连续带状分布。按照煤的焦油产率由高到低依次为巴里坤–三塘湖赋煤带、准南赋煤带、伊犁赋煤带、准北赋煤带、吐哈赋煤带和准东赋煤带。新疆北部地区早、中侏罗世富油煤的形成主要受到成煤沉积环境、煤化程度和煤的显微组分等主要控制因素的影响。覆水还原环境为富油煤的富集提供了良好的条件,富油煤主要形成于相对覆水还原的泥炭沼泽环境,还原性越强,越利于富油煤生成和富集。煤的焦油产率随着镜惰比(V/I)的增加呈现升高的趋势,并且与挥发分和镜质组呈现正相关关系。镜质组最大反射率在生油高峰之前与焦油产率之间存在正相关性,随着煤化程度的升高,煤的焦油产率逐渐增加。煤的显微组分中含量相对较高的镜质组对焦油产率具有明显的正向促进作用,其中,富氢镜质组为富油煤的发育提供了良好物质基础。

关键词：富油煤焦油产率煤的显微组分煤化程度镜惰比富氢镜质组

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不同气氛下富油煤受热裂隙演化及热解动力学参数变化

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 15-24页

作者：王双明孙强胡鑫葛振龙耿济世薛圣泽师庆民陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室陕西西安710054 西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院陕西西安710054 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 山西大同大学建筑与测绘工程学院山西大同037003

富油煤的清洁高效开发有助于保障我国的能源安全。选择柠条塔矿富油煤,开展了N2和欠氧气氛条件下的加热试验,利用体视显微镜获取不同温度处理后富油煤的表观形貌,在氩气气氛中,对富油煤在0~600℃下热重(TG)、微商热重(DTG)、差示扫描量... 详细信息

富油煤的清洁高效开发有助于保障我国的能源安全。选择柠条塔矿富油煤,开展了N2和欠氧气氛条件下的加热试验,利用体视显微镜获取不同温度处理后富油煤的表观形貌,在氩气气氛中,对富油煤在0~600℃下热重(TG)、微商热重(DTG)、差示扫描量热(DSC)进行测试,基于激光闪射法监测富油煤热导率变化,并分析了不同升温速率下活化能、频率因子等热解动力学参数的变化规律,探讨富油煤热处理后裂隙演化和热解动力学参数变化。研究结果表明:随着加热温度的升高,富油煤表面裂隙数目明显增多,逐渐贯通,且镜煤裂隙发育程度更高。相比N2气氛,同温度下欠氧气氛中煤样裂隙率更高。质量损失率变化趋势与裂隙率相似,由于欠氧环境中煤样发生氧化反应,导致其增速更快。N2气氛中富油煤质量损失率与裂隙率迅速提升的温度点明显滞后于欠氧气氛。室温至350℃范围内,由于热膨胀影响,富油煤热导率随着温度升高有所增加。根据热重分析,富油煤随温度变化可分为室温至300℃、300~500℃和500~600℃3个阶段,在阶段Ⅰ和Ⅱ分别由于吸附水析出和有机质的分解吸热,频率因子和活化能逐渐增大;在阶段Ⅲ由于无机矿物的分解放热,频率因子和活化能降低。研究结果有助于理解富油煤高温开发过程中的结构演化机制和传热机理。

关键词：富油煤高温裂隙热分析热解动力学

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富油煤地下原位热解井下加热器研究现状及展望

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煤田地质与勘探 2024年

作者：王振东段中会杨甫马丽自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西省煤田地质集团有限公司

[意义]我国富油煤地质资源丰富，是保障能源安全的潜在煤基油气资源。富油煤地下原位热解“取氢留碳”是煤炭资源清洁低碳利用的发展趋势，而井下加热器是实现富油煤地下原位高效热解的关键设备之一。【进展】在系统收集相关资料、数据... 详细信息

[意义]我国富油煤地质资源丰富，是保障能源安全的潜在煤基油气资源。富油煤地下原位热解“取氢留碳”是煤炭资源清洁低碳利用的发展趋势，而井下加热器是实现富油煤地下原位高效热解的关键设备之一。【进展】在系统收集相关资料、数据和调研的基础上，简述了地下原位对流加热方法的现状，重点阐述了地下原位对流加热用加热器的研发现状，最后对井下电加热器的应用效果及后续的攻关方向分别进行了简述和展望。地表加热器的发展较为成熟，仅适用于埋深较浅和所需加热温度较低的地层(煤田榆神矿区大保当井田成功提取全球第一桶富油煤地下原位热解煤焦油。【展望】为提高富油煤层的加热速度和加热效率，井下电加热器的后续研究可从高功率井下电加热器和复合加热两个方面着手。复合加热在介质输送过程中仍会产生一定量的热损失，随着加热井数量及煤层深度的增加，热损失问题会进一步凸显，故应重点攻关高功率井下电加热器，以期为我国富油煤地下原位热解工艺研发与工业化应用提供技术支撑。

关键词：富油煤地下原位热解对流加热井下电加热器强化传热

富油煤地下热解过程中纳米孔隙结构特性演化规律

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煤炭学报 2024年

作者：许涛陈杰伍永平柯于斌解盘石吕文玉中国散裂中子源西安科技大学能源学院

富油煤地下热解是一种可有效提取煤中油气资源的绿色低碳技术，是煤炭清洁低碳利用的前沿方向。煤中纳米孔隙是地下热解过程中吸附和解吸焦油气的主要空间，因此探明地下热解条件下纳米孔隙结构特性演化规律，是提高富油煤地下热解工艺... 详细信息

富油煤地下热解是一种可有效提取煤中油气资源的绿色低碳技术，是煤炭清洁低碳利用的前沿方向。煤中纳米孔隙是地下热解过程中吸附和解吸焦油气的主要空间，因此探明地下热解条件下纳米孔隙结构特性演化规律，是提高富油煤地下热解工艺油气产率的关键科学问题。利用中国散裂中子源(CSNS)-小角中子散射(SANS)技术，模拟煤层地下热解环境，定量表征富油煤在无围限压力条件下不同加热速率与温度下纳米孔隙的散射强度、平均孔径与分形维数演变，结合低温吸附(BET)、热重实验(TG)、扫描电镜(SEM)等多种物理表征方法，揭示富油煤地下热解过程中纳米孔隙结构特性演化规律。研究结果表明：在地下热解过程中，纳米孔隙的平均孔径随温度的升高逐渐增大，在热解干燥脱气阶段（＜300℃）发育较缓慢，在活泼阶段（300-500℃）纳米孔隙发育最为剧烈，增长幅度为57.1%，在随后二次脱气阶段发育再次减缓；在低-中-高温（≤800℃）条件下热解没有引起富油煤表面分形Ds的明显变化。基于SANS散射光谱，分析发现热解过程中富油煤纳米孔隙分布呈现各向同性特征，表明热解反应不会影响本实验样品中纳米孔隙发育的方向性。对比不同加热速率（5℃/min与20℃/min），实验发现加热速率对地下热解过程中富油煤纳米孔隙平均孔径与分形维数影响较小；较慢加热速率下富油煤的最终整体散射强度更高，纳米孔隙结构发育更充分，更有利于地下热解反应的进行。此外，与BET等常规表征方法相比，CSNS-SANS技术可检测到样品中的闭孔，且实验条件更符合原位环境，实验结果更具可靠性。本研究有助于深化对富油煤热解过程中孔隙演化的理解，可为富油煤地下热解技术的发展提供坚实的理论基础。

关键词：富油煤地下热解原位分析纳米孔隙小角中子散射

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富油煤焦油产率测井评价方法研究

煤田地质与勘探 2024年

作者：田瀚李宁王双明武宏亮冯周王克文王贵文西安科技大学煤炭绿色开发地质研究院中国石油大学(北京)地球科学学院中国石油勘探开发研究

富油煤作为一种集煤、油、气属性为一体的煤基油气资源，对于保障我国油气资源供应、实现煤炭清洁高效利用具有重要意义。目前富油煤的识别主要依靠格金干馏试验测量的焦油产率来判断，而利用地球物理手段准确识别与评价富油煤的研究则... 详细信息

富油煤作为一种集煤、油、气属性为一体的煤基油气资源，对于保障我国油气资源供应、实现煤炭清洁高效利用具有重要意义。目前富油煤的识别主要依靠格金干馏试验测量的焦油产率来判断，而利用地球物理手段准确识别与评价富油煤的研究则相对薄弱。以新疆三塘湖盆地侏罗系西山窑组和八道湾组煤层为研究对象，基于岩石物理实验，在明确富油煤典型测井响应特征基础上，创新建立了一种煤焦油产率测井定量评价方法。结果表明：(1) 相比含油煤，富油煤具有富氢结构物质含量高、孔隙结构差的特点，这造成富油煤具有“低密度、高中子和高电阻率”的常规测井响应特征；(2) 通过多状态二维核磁共振实验测量分析，明确了富油煤具有“二维核磁T1谱双峰，T210区域信号强”的核磁测井响应特征，而含油煤相应区域信号不明显，这与富油煤中富氢结构物质含量高有关；(3) 基于富油煤典型测井响应特征，提出利用电阻率和中子2个参数构建富油煤指示因子Z，Z越大，表明煤焦油产率越高。在煤焦油产率刻度基础上，建立了煤焦油产率与指示因子间的线性关系，实现了煤焦油产率的准确方便计算，可操作性强。上述认识为基于地球物理测井手段识别和评价富油煤提供了理论指导。

关键词：富油煤焦油产率测井响应核磁共振测井评价方法三塘湖盆地

富油煤原位热解多物理场演化规律数值模拟研究

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煤田地质与勘探 2024年

作者：杨甫程相强李明杰吴志强魏进家曹虎生陕西省煤田地质集团有限公司煤炭资源勘查与综合利用重点实验室西安交通大学化学工程与技术学院

【目的】富油煤原位热解是一种具有清洁、高效、安全等优势的煤炭资源新兴利用技术，尚处于起步阶段，多物理场演化规律及关键工艺参数对富油煤原位热解过程具有重要影响。【方法】通过构建耦合流体流动、传热以及化学反应的多物理场数... 详细信息

【目的】富油煤原位热解是一种具有清洁、高效、安全等优势的煤炭资源新兴利用技术，尚处于起步阶段，多物理场演化规律及关键工艺参数对富油煤原位热解过程具有重要影响。【方法】通过构建耦合流体流动、传热以及化学反应的多物理场数值模型，并与富油煤圆柱煤样热解实验的结果对比分析，以验证多物理场耦合模型的可靠性。根据先导性工程试验条件，采用均质/非均质渗透率模型研究了渗透率、热载体流量以及致裂区高度对热解过程中传热传质的影响。【结果和结论】结果表明，增大渗透率有利于快速生产，对于均质渗透率模型而言，当渗透率为1×10-12m2时热解反应仅需38 d即可完成，建议对煤层进行冲击致裂使得煤层渗透率达到达西级别。而对于非均质渗透率模型，在加热前期增大热载体流量可以提高传质传热速率。热载体流量为0.12kg/s时，高渗区域热解反应完成仅需12 d左右。后期当中心高渗区域煤热解完成后，反应及渗流速率变慢，提高热载体流量对反应速率的影响较小。实际生产中建议前期选择较大的热载体流量(0.12 kg/s)促进高渗区域快速热解，更快产生焦油；后期可减小热载体流量节省成本。增大致裂区高度可提高热解速率，致裂区高度为6 m时，热解反应仅需130 d左右即可完成。实际应用中需综合考虑冲击致裂成本以及热解时间成本。

关键词：富油煤原位热解数值模拟多物理场

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富油煤热解重质焦油基泡沫炭性能研究

煤田地质与勘探 2024年

作者：张蕾刘春江宋瑞康王琪陈雅黄鹏程西安科技大学地质与环境学院陕西煤田地质集团有限公司自然资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室宁夏回族自治区煤炭地质局

富油煤热解重质焦油制备石墨化泡沫材料是富油煤资源高值化利用的方式之一。为探究不同反应条件与泡沫炭性能的联系从而制备高性能泡沫炭材料，以重质焦油制备中间相沥青为前驱体，采用高温自发泡法制备泡沫炭。考察不同反应温度、升温... 详细信息

富油煤热解重质焦油制备石墨化泡沫材料是富油煤资源高值化利用的方式之一。为探究不同反应条件与泡沫炭性能的联系从而制备高性能泡沫炭材料，以重质焦油制备中间相沥青为前驱体，采用高温自发泡法制备泡沫炭。考察不同反应温度、升温速率和反应压力对煤焦油基泡沫炭性能的影响，最后进行Box-Behnken响应面设计实验建立二次多项回归方程，揭示泡沫炭孔隙率、导热系数与反应条件的关系。结果表明：反应温度、升温速率和反应压力对煤焦油基泡沫炭性能有显著影响。泡沫炭孔隙率的最优值为72.8%，对应的条件为温度559℃、压力0.48 MPa、升温速率9℃/min，影响因素温度>压力>升温速率；泡沫炭导热系数最优值为0.219 W/(m·K)，对应的条件为温度549℃、压力2 MPa、升温速率3.9℃/min，影响因素升温速率>压力>温度。经过响应面模型优化后的工艺参数可制备具有良好孔隙率及导热性的泡沫炭材料，为提升富油煤热解效率提供新方案。

关键词：富油煤重质焦油中间相沥青泡沫炭响应面实验

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富油煤原位热解地质环境影响与地质保障技术

煤田地质与勘探 2024年

作者：许时昂张平松程刚吴海波安徽理工大学地球与环境学院华北科技学院(中国煤矿安全技术培训中心)计算机学院

富油煤作为一种集煤、油、气为一体的特殊非常规油气资源，通过原位热解可转化为高附加值焦油、可燃气及半焦固体燃料等，具有解决传统煤炭工业发展过程中绿色开发、清洁低碳利用难题的潜力。在减少煤炭开采污染、提高能效利用等方面，... 详细信息

富油煤作为一种集煤、油、气为一体的特殊非常规油气资源，通过原位热解可转化为高附加值焦油、可燃气及半焦固体燃料等，具有解决传统煤炭工业发展过程中绿色开发、清洁低碳利用难题的潜力。在减少煤炭开采污染、提高能效利用等方面，为碳达峰碳中和(“双碳”)目标的实现提供了新的解决方案，也为我国寻求油气资源战略依赖突围提供了重要路径参考。然而，目前国内富油煤地下原位热解的研究仅限于少数先导性试验研究，对于富油煤原位热解的地质环境影响研究与全生命周期地质保障技术探索亟待开展。基于富油煤开发原位热解的地质环境扰动响应特征，重点探讨了富油煤原位热解对热解区岩体变质、覆岩损伤变形、地下水扰动、地表沉降及地表生态环境等方面的影响，总结了富油煤原位热解地质条件评价与过程监测主要内容和测试技术，梳理了富油煤原位热解地质保障面临的挑战。同时，结合理论研究、技术方法、感测装备、传感单元、数据解译、多源信息融合和工程实践等内容认识，提出了构建富油煤原位热解地质保障技术体系的思考。分析认为在富油煤原位热解的新型资源转化利用模式条件下，迫切需要研发与之相匹配的地质保障技术，制定完整的开发、设计、施工、评价方法和标准，以规范和引导富油煤热解技术的发展与应用。此外，还需要在充分挖掘和利用富油煤油气资源固有优势的基础上，积极推动富油煤清洁利用技术的研发创新、安全生产标准的提升以及生态环境保护的深度融合，为煤炭工业实现绿色转型和高效可持续发展提供全面的战略对策与保障。

关键词：富油煤低碳开发原位热解地质环境监测地质保障

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富油煤热解特性及其孔裂隙结构演化规律

煤田地质与勘探 2024年

作者：耿济世王双明孙强侯恩科杨玉茹师庆民胡鑫薛圣泽陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室西安科技大学地质与环境学院西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院中国矿业大学资源与地球科学学院西安欧亚学院人居环境学院城市智慧建造陕西省高校工程研究中心

富油煤原位热解提取煤基油气是弥补我国油气资源短缺、提升煤炭资源利用效率的重要措施，也是富油煤高效开发的新趋势。富油煤在原位热解过程中的油气产出特征及孔裂隙发育情况直接影响到煤体内部传热、热解产物迁移及产出，查明富油煤... 详细信息

富油煤原位热解提取煤基油气是弥补我国油气资源短缺、提升煤炭资源利用效率的重要措施，也是富油煤高效开发的新趋势。富油煤在原位热解过程中的油气产出特征及孔裂隙发育情况直接影响到煤体内部传热、热解产物迁移及产出，查明富油煤热解特性及其孔裂隙结构演化规律尤为关键。利用自主研制的热解实验装置，结合比表面及孔径分析仪、三维显微镜和同步热分析技术，记录富油煤在不同热解温度下的产气规律，测定热解残样的微观孔隙结构及孔径分布特征，分析煤体裂隙演化规律及表面裂隙参数，揭示煤体结构和热解产物对热解温度的响应机制。结果表明，富油煤热解产气总量和最大产气速率随温度的升高而增大，在温度大于300℃时热解反应变得剧烈，产气量增加显著。通过对比不同热解温度下的孔裂隙结构，发现孔隙结构类型以300℃为界发生明显改变，低于该温度热解后的孔隙类型以细小瓶颈和缝隙/楔形孔为主，主要为中孔，随着温度升高，孔隙类型以平行狭缝为主，微孔增加，中孔和大孔则进一步发育扩展贯通，形成微裂隙。与低温作用煤样相比，高温作用煤样裂隙开度增加、裂隙网络密度及表面裂隙率相应增大，煤样结构发生宏观破坏，完整性降低。富油煤热解过程中的孔裂隙结构演化是水分蒸发、吸附气体解吸析出、不均匀热膨胀、有机质热解及热解气体逸出等共同作用的结果。研究结果可为富油煤原位热解工艺参数选择提供有益参考。

关键词：富油煤热解产气规律孔裂隙演化热力学分析