超声激励下含油煤的热力学响应行为与作用机制研究：孔隙结构重构与原油分布调控新视角

本文创新性地构建了超声激励含油煤热响应监测平台（900 W/28 kHz），结合核磁共振（NMR）和傅里叶红外光谱（FTIR）技术，首次揭示了含油煤在超声场中的三阶段温升规律（快速-缓慢-减速），发现10%含油煤高温区增幅达118.3%，阐明了原油含量通过改变孔隙结构和官能团（羟基/含氧基团减少24.53%）影响热损伤程度的机制，为煤-油-气共存储层的超声辅助压裂增效开采提供了理论支撑。

　　

Highlight

• 超声激励下含油煤表面温升呈现显著的高温区扩张现象，10%含油煤的相对高温区增幅高达118.3%

• 不同液体介质的温升规律表现为：原油 > 油水混合物 > 水

• 空化气泡溃灭的间接热效应使5%含油煤的累计孔隙度热损伤程度最高（增加24.53%）

Pore structure distribution of coal with different oil content under ultrasonic excitation

超声激励下不同含油量煤的孔隙结构分布

超声激励引发的热力学效应显著改变了含油煤的孔隙结构特征。通过核磁共振（NMR）分析发现：随着温度升高，原油粘度降低导致束缚油转化为游离油，虽然含油量持续增加，但单孔隙的扩张效应减弱。特别值得注意的是，5%含油煤在空化气泡溃灭的间接热效应作用下，累计孔隙度出现最大增幅（24.53%），这为理解超声场中多孔介质的热-流耦合机制提供了新证据。

Conclusions

结论

1. 超声激励会在含油煤表面形成明显的温度梯度和局部高温特征，高温区范围与含油量呈正相关

2. 温升过程呈现典型的三阶段演化规律，原油分布状态直接决定了煤表面的空间温度场分布

3. 热损伤主要表现为煤体孔隙结构改变（累计孔隙度先增后减）和官能团含量变化（羟基和脂肪烃减少）

4. 相比含氧官能团，超声热力学效应对羟基的影响更为显著

   这些发现为超声辅助增产技术在煤-油-气共存储层中的应用提供了重要的理论依据和技术支撑。