H2S水溶液酸化对中低阶煤孔隙结构与分形特征的影响机制及其在煤层气增产中的意义

本文通过核磁共振冷冻测孔法（NMRC）结合高压压汞（HPMI），系统揭示了H2S酸化对中低阶煤孔隙结构的改造机制：酸化显著溶解碳酸盐矿物，使过渡孔和介孔体积提升300%-1347%，基质分形维数降低（2.441-2.625→2.138-2.468），优化孔隙均质性。低阶煤（RO=0.38%-0.47%）因原生孔发育和黏土矿物迁移性，酸化后总孔体积激增307%，吸附能力与连通性显著改善，为新疆高含H2S煤层气井异常高产现象提供了理论依据。

　　

Highlight

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  HPMI在标准技术中测量孔径范围最广，而NMRC对微孔表征具有更高分辨率。酸化前后样品的微孔变化不明显，而过渡孔和介孔在酸化后显著增加，验证酸化不仅提升孔隙吸附能力，还改善了连通性。

Experimental method

采用多方法系统分析新疆中低阶煤样（SEH、BC、WCW、AW矿区），包括镜质组反射率（R_O）测定、光学显微镜煤岩组分定量、工业分析、NMRC纳米孔结构表征及H₂S饱和盐水酸化实验。样品取自同一区域单块煤以减少变量干扰。

Basic information of coal sample

实验煤样R_O为0.38%-0.71%（表3），对应褐煤至长焰煤阶。显微组分以镜质组和惰质组为主（93.06%-97.45%），固定碳含量较高（43.20%-60.86%）。镜质组含量与R_O呈正相关，惰质组则呈负相关（图4）。

Full aperture characterization

HPMI因压力限制无法检测微孔，主要适用于介孔和大孔分析。高压注入会导致样品孔隙结构损伤，且汞残留影响后续实验。相比低温氮吸附，NMRC与HPMI联用能更全面表征酸化前后全孔径分布特征。

Conclusion

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  酸化后样品过渡孔和介孔体积显著高于酸化前，证实酸化不仅增强孔隙吸附性，更优化了连通性。

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  低阶煤因原生孔发育和黏土矿物高迁移性，酸化后总孔体积提升307%，吸附能力显著改善；中阶煤（R_O=0.55%-0.71%）则因黏土矿物膨胀堵塞，孔隙改造效果较弱。