H2S水溶液對低階煤孔隙結(jié)構(gòu)影響的實驗研究

程曉茜，田繼軍，王海超，張玉垚，郝慧麗，張治恒

(1.新疆大學(xué) 地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047; 2.新疆煤層氣工程技術(shù)研究中心，新疆 烏魯木齊 830047)

煤是一種孔徑結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣的多孔介質(zhì)。煤儲層中孔、裂隙為煤層氣的富集和運移提供了空間，直接影響氣體在煤中的吸附/解吸性及其在煤層中的流動性，孔、裂隙的連通程度對煤儲層的滲透性起主導(dǎo)作用[1]。因此，煤儲層中孔隙結(jié)構(gòu)的研究對煤層氣的開發(fā)利用具有重要的指導(dǎo)意義[2]。

我國煤儲層普遍具有低孔、低滲的特征，導(dǎo)致煤層氣的開采難度較大，因此對煤儲層的改善就顯得尤為重要。國內(nèi)外學(xué)者在煤儲層改善方面進行了大量研究，其中化學(xué)增滲是目前常用的手段之一。國內(nèi)外學(xué)者在研究酸液對煤儲層的物性改善方面，主要是使用鹽酸(HCl)、氫氟酸(HF)等酸液。李瑞等[3]利用兩種不同的酸液體系—HCl(質(zhì)量分數(shù)分別為9%，15%，18%)+防膨劑(2% NH4Cl溶液)和鹽酸(質(zhì)量分數(shù)分別為9%，15%，18%)+2%HF+防膨劑(2% NH4Cl溶液)—對煤巖芯進行了酸處理，發(fā)現(xiàn)酸化后煤巖芯的滲透率和孔隙度均有所提高，能夠在煤層氣開采方面的加以應(yīng)用。倪小明等[4]對不同煤階煤樣開展了酸化前后的物性實驗，發(fā)現(xiàn)不同礦物對酸液的反應(yīng)效果具有差異，提出可采用多組分酸的方法對礦物質(zhì)含量較高且裂隙發(fā)育隙的煤儲層實現(xiàn)化學(xué)增透。TURNER和STEEL[5]使用HCl對澳大利亞的Bowen盆地進行連續(xù)穩(wěn)態(tài)巖芯驅(qū)替實驗，發(fā)現(xiàn)對于連通性較好且礦物發(fā)育的煤儲層來說鹽酸脫礦是提高滲透性的一個有效方式。BALUCAN等[6]發(fā)現(xiàn)氫氟酸與礦物反應(yīng)生成產(chǎn)生了晶體相對較大的礦物，為裂縫提供了結(jié)構(gòu)支撐，提高了抗壓能力，進而提升了滲透率。

對于H2S與儲層相互作用方面的研究，多集中于與碳酸鹽巖儲層相互作用方面。H2S具有強腐蝕性，其對方解石早期膠結(jié)物的溶蝕作用會使原有的孔隙不斷擴大，并能在一定程度上加速白云巖的溶蝕作用，促進碳酸鹽巖次生孔隙的形成，大幅提高碳酸鹽巖儲層的孔隙度、滲透率[7-9]。

關(guān)于H2S與煤儲層之間的研究主要以不同煤階煤對H2S氣體的吸附差異及吸附模型方面為主。路露等[10]研究發(fā)現(xiàn)煤對硫化氫的吸附性屬于物理吸附，對硫化氫的吸附能力大于甲烷和氮氣，影響煤對H2S吸附的主控因素是孔隙、顯微組分、水分、壓力和煤化程度。薛景戰(zhàn)等[11]研究了不同煤級煤對H2S氣體的吸附模型，發(fā)現(xiàn)Langmuir模型和n=1的D-A模型對于表征煤中H2S的吸附規(guī)律更為適合。何也等[12]通過對不同煤級煤對H2S的吸附性進行研究，發(fā)現(xiàn)煤對H2S氣體的吸附量隨壓力和煤級的增加而增大。

綜上所述，前人開展了大量單一酸液、混合酸液對煤巖體的酸化增滲研究，但少有人研究硫化氫(H2S)對煤儲層的孔隙結(jié)構(gòu)的改善作用。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)高H2S含量地區(qū)煤巖體的孔隙體積、孔比表面積更為發(fā)育，導(dǎo)致煤層氣含量更大[13]，但并未對此現(xiàn)象進行科學(xué)解釋。以新疆庫拜煤田為例，排除Ro、成藏模式、構(gòu)造特征以及水文地質(zhì)條件等方面的影響，同一區(qū)塊中同一層位的高H2S含量區(qū)域的H2S質(zhì)量濃度是其他區(qū)域的8倍以上，同時高H2S含量區(qū)域的煤層氣日產(chǎn)氣量大于2 970 m3/d，最高可達4 159 m3/d，而其他區(qū)域的煤層氣日產(chǎn)氣量最高為1 663 m3/d(表1)，表明H2S的存在對煤儲層的孔隙結(jié)構(gòu)及其連通性起到了一定的改善作用，從而引起煤層氣高產(chǎn)。基于這一現(xiàn)象，筆者使用H2S水溶液對低階煤樣品進行酸化，觀察其酸化前后孔隙分布特征，進一步分析其分形維數(shù)的變化，探討H2S水溶液對低階煤的孔隙結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，以期將高H2S含量與煤層氣高產(chǎn)建立聯(lián)系，為后期煤層氣勘探提供一定借鑒。

表1 不同煤層氣井的H2S含量與煤層氣產(chǎn)量
Table 1 Concentration of H2S and CBM production in different CBM wells

井號目的煤層H2S質(zhì)量濃度/10-6最大日產(chǎn)氣量/m3K-1A50.83 454K-2A5/A72.04 159K-3A5/A71.02 970K-4A5/A7<0.11 663K-5A5/A7<0.11 345K-6A5<0.11 217

1 樣品與實驗

1.1 樣品制備

實驗所用煤樣為沙爾湖煤礦的低階煤樣。野外采集大塊煤巖體，密封送至實驗室破碎，制成規(guī)格約為1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm的塊狀煤樣，分別用于H2S水溶液處理前后的高壓壓汞實驗以及場發(fā)射掃描電鏡實驗。為減少人為因素的影響，塊樣均取自同一煤巖樣品的同一新鮮面，且酸化前后場發(fā)射掃描電鏡實驗所用樣品為同一樣品。為排除金粒子對煤孔隙結(jié)構(gòu)的影響，本次實驗中未對測試樣品鍍金。

1.2 實驗流程

本次高壓壓汞實驗使用美國麥克儀器公司的AutoPoreIV 9500全自動壓汞儀，其最大進汞壓力可達228 MPa，孔徑測量范圍介于0.005～50 μm，進汞和退汞的體積精度<0.1 μL。場發(fā)射掃描電鏡實驗使用卡爾蔡司公司的Sigma 300，其分辨率可達1.2 nm，放大倍數(shù)為10～1000 000倍。

本次研究的實驗流程為:① 測試樣品的鏡質(zhì)組最大反射率;② 取部分塊狀煤樣使用全自動壓汞儀和場發(fā)射掃描電鏡進行測試，研究H2S水溶液處理前煤樣的孔隙結(jié)構(gòu)及其表面特征;③ 將掃描電鏡樣品和剩余的塊狀煤樣放入反應(yīng)釜中并加入蒸餾水沒過全部樣品，隨后將反應(yīng)釜放入通風(fēng)櫥中，通入體積分數(shù)為99.99%的H2S氣體，快速(氣泡數(shù)為3～7個/s)持續(xù)通氣2 h后，將H2S流速調(diào)慢(氣泡數(shù)為0.5～1個/s)，持續(xù)36 h后停止氣體通入，靜置;④ 48 h后通入氮氣，將反應(yīng)釜中多余的H2S氣體壓入廢液收集容器中，與堿液中和后回收(圖1);⑤ 取出樣品烘干并密閉冷卻，再次進行高壓壓汞實驗和掃描電鏡實驗，對比分析H2S水溶液處理后煤樣孔隙結(jié)構(gòu)和表面特征的變化。整個實驗均在室溫下完成。

圖1 酸化實驗裝置Fig.1 Schematic diagram of acidizing experiment

2 結(jié)果與分析

2.1 孔隙體積和孔隙結(jié)構(gòu)

不同學(xué)者對于孔徑分類提出了不同的方法，本文根據(jù)霍多特分類方法[14]，按照微孔(<10 nm)，過渡孔(10～100 nm)，中孔(100～1 000 nm)，大孔(>1 000 nm)分析H2S水溶液對煤樣內(nèi)部孔徑分布的影響。

通常認為中孔和大孔是滲流空間，為煤層氣的緩慢或劇烈運移提供了場所[15-16]。沙爾湖煤礦樣品經(jīng)H2S水溶液酸化后，總孔隙體積明顯增大(圖2(a))，增幅為23.09%。其中過渡孔體積有所減小，其余各階段孔隙體積均有所增大，其中中孔和大孔體積分別從4.73 mm3/g和5.87 mm3/g增大到4.96 mm3/g和9.75 mm3/g(表2)，增幅分別為4.86%和66.10%(圖2(b))。孔隙體積占比中，大孔體積從35.01%增加到47.28%，占比增大12.27%。綜上所述，大孔體積增大是總孔隙體積增大的主要原因，中孔和大孔體積的增大說明H2S水溶液酸化后煤樣滲流能力增強，有利于煤層氣的運移。

煤中有效孔隙可以分為開放孔和半封閉孔[17]，其中開放孔孔隙體積為累計進汞量減去累積退汞量，半封閉孔孔隙體積為累計退汞量[18-19]。酸化前后開放孔和半封閉孔體積分別從12.11 mm3/g和4.65 mm3/g增大到14.68 mm3/g和5.95 mm3/g，增幅分別為17.51%和27.96%。酸化前樣品孔徑介于10～100 nm時進汞曲線斜率較大，表明過渡孔發(fā)育較好[19];酸化后樣品進汞曲線近似直線且開放孔和半封閉孔體積均有所增加，表明不同孔徑階段孔隙發(fā)育均等，孔隙連通性得到一定的改善，有利于煤層氣的流通。

圖2 酸化前后進、退汞曲線變化和階段進汞量Fig.2 Changes of cumulative and incremental pore volume before and after acidization

表2 酸化前后孔隙體積及其比例變化
Table 2 Pore volume and ratio change before and after acidization

樣品孔隙體積/(mm3·g-1)V1V2V3V4Vt孔隙體積占比/%V1/VtV2/VtV3/VtV4/Vt不同孔隙類型孔隙體積/(mm3·g-1)VkVb酸化前0.425.744.735.8716.762.5234.2428.2335.0112.114.65酸化后0.435.494.969.7520.632.0726.6224.0347.2814.685.95

注：V1為微孔體積;V2為過渡孔體積;V3為中孔體積;V4為微孔體積;Vt為總孔隙體積;Vk為開放孔體積;Vb為半封閉孔體積。

2.2 孔比表面積

微孔和過渡孔是影響累計孔比表面積的主要因素[18]。H2S水溶液酸化前后煤樣的總孔比表面積從10.02 m2/g增大到10.11 m2/g(表3，圖3)，增幅為0.90%，其中微孔和過渡孔的孔比表面積均有所增大，分別從2.39 m2/g和6.56 m2/g增大到2.40 m2/g和6.65 m2/g(表3)，增幅分別為0.42%和1.37%，過渡孔的孔比表面積變化較大。無論酸化前還是酸化后，微孔和過渡孔的孔比表面積占比均大于85%，可見孔徑范圍小于100 nm的孔隙是孔比表面積的主要貢獻者。

表3 酸化前后孔比表面積及其比例變化
Table 3 Pore specific surface area and ratio change before and after acidization

樣品孔比表面積/(m2·g-1)S1S2S3S4St孔比表面積占比/%S1/StS2/StS3/StS4/St酸化前2.396.561.020.0510.0223.8565.5110.140.50酸化后2.406.650.970.0810.1123.7565.819.620.81

注：S1為微孔比表面積;S2為過渡孔比表面積;S3為中孔比表面積;S4為微孔比表面積;St為總比表面積。

圖3 酸化前后孔比表面積變化Fig.3 Cumulative pore specific surface area before and after acidization

酸化后中孔和大孔的孔比表面積分別從1.02 m2/g和0.05 m2/g變?yōu)?.97 m2/g和0.08 m2/g，其中大孔的孔比表面積增幅為60.00%，結(jié)合大孔體積的變化，說明H2S水溶液對大孔的影響更為明顯。作為孔比表面積的主要貢獻者，酸化后微孔和過渡孔的孔比表面積變化很小，從而導(dǎo)致酸化前后總孔比表面積變化較小。

2.3 分形特征

分形維數(shù)是描述分形最主要的參量，是復(fù)雜形體不規(guī)則性的量度。煤可被看作為是由不同大小顆粒聚集而形成的一種多孔介質(zhì)，且具有明顯的自相似性(圖2(a))，因此使用分形手段能夠更為精確的描述煤巖體的孔隙結(jié)構(gòu)。根據(jù)分形幾何理論，多孔固體介質(zhì)分形維數(shù)一般應(yīng)介于2～3，分形維數(shù)越大，孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，非均質(zhì)性越強烈[20]。分形維數(shù)大于3可能是由于多孔介質(zhì)在高壓情況下出現(xiàn)壓縮變形[21-22]，在相同的實驗條件下，分形維數(shù)大于3仍可作為一個表征儲層物性的有效指標(biāo)[23]。

2.3.1分形模型

(1)熱力學(xué)模型。隨環(huán)境壓力增加，汞進入多孔介質(zhì)的體積增大，壓汞曲線隨之增加，表面能量也會增大[24]。在系統(tǒng)中表面能量的增大量與周圍環(huán)境所做的功一致，因此

dWn=γLcosθdS

(1)

式中，Wn為表面能量，J;γL為汞與孔隙表面的張力，J/m2，取0.48 J/m2;θ為汞與孔隙表面的連接角，取130°;S為孔隙的表面積，m2。

根據(jù)ZHANG等[25]對式(1)進行修正計算可得

(2)

(2)Menger海綿模型。使用Menger海綿構(gòu)造方法構(gòu)建的孔隙體積分形模型可以較好地表征煤巖體等多孔介質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)[26-27]。

(3)

其中，D為孔隙體積分形維數(shù);m為邊長為R的立方體等分的小立方體數(shù)目;Nx為等分的小立方體按照一定規(guī)則去掉部分的小立方體，剩下的小立方體數(shù)。根據(jù)Washburn方程推導(dǎo)可知

(4)

其中，V為孔隙體積，mm3;P為壓力，MPa;C′為常數(shù)。對數(shù)據(jù)lg(dV/dP)與lnP進行線性擬合，其擬合曲線斜率K=D-4，則D=4+K。

2.3.2分形結(jié)果

圖4 酸化前后分形維數(shù)計算Fig.4 Fractal dimensions before and after acidization

Menger海綿模型中l(wèi)g(dV/dP)與lnP的擬合曲線的相關(guān)系數(shù)在0.95以上(圖4)，線性規(guī)律明顯。通常Menger海綿模型能夠表征煤樣孔隙空間形態(tài)的分形特征，但曲線中出現(xiàn)明顯的突變現(xiàn)象(圖4)，因此為了對煤樣進行更好的表征，本次研究對擬合曲線進行分段描述。

lnP介于0.9～1.1時出現(xiàn)明顯的突變現(xiàn)象(圖4)，以6.88 MPa為界限，曲線可分為低壓和高壓2個不同的線性關(guān)系段[22,26,28]。低壓階段對應(yīng)的孔徑范圍較大，這一階段的分形維數(shù)為滲流分形維數(shù)Ds;高壓階段對應(yīng)的孔徑范圍較小，這一階段的分形維數(shù)為擴散分形維數(shù)Dk。低壓階段與高壓階段擬合曲線的相關(guān)系數(shù)均大于0.94，其分形維數(shù)介于2～3(圖5)。H2S水溶液酸化前后Ds和Dk分別從2.965和2.482變?yōu)?.905和2.562，Ds減小而Dk增大，且酸化前后的煤樣均表現(xiàn)出Ds大于Dk的特征(表4)，表明酸化后較大孔徑的孔隙結(jié)構(gòu)趨于均一化，而較小孔徑的孔隙結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，反映了煤中滲流孔隙的復(fù)雜性和非均質(zhì)性強于擴散孔隙。

圖5 不同壓力階段Menger海綿模型分形維數(shù)計算Fig.5 Fractal dimensions of Menger sponge model with different pressure stages

圖6 不同孔徑范圍Menger海綿模型分形維數(shù)計算Fig.6 Fractal dimensions of Menger sponge model with different pore diameter stages

酸化后lg(dV/dP)與lnP的相關(guān)系數(shù)明顯增大，說明酸化后分形特征更加明顯。對比不同孔徑范圍的孔隙分形維數(shù)[21,29](圖6)，可發(fā)現(xiàn)微孔分形維數(shù)(D1)、過渡孔和中孔的分形維數(shù)(D2)和大孔的分形維數(shù)(D3)隨孔徑增大呈先變大后變小的趨勢，反映了過渡孔和中孔的復(fù)雜程度強于微孔和大孔。H2S水溶液酸化后D1和D3較酸化前的分形維數(shù)變大，而D2減小(表4)，說明孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度趨于一致。不同階段其分形維數(shù)的變化與以下原因有關(guān):一是酸液與礦物發(fā)生反應(yīng)，酸液進入較大孔隙使充填于孔隙中以及孔隙表面的碳酸鹽巖礦物發(fā)生溶解[30]，而黏土礦物會在溶液中膨脹形成細小顆粒，易在孔隙中懸浮擴散并發(fā)生堵塞現(xiàn)象[31]，使孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，分形維數(shù)增大，孔隙趨于復(fù)雜;另一個原因是高壓條件會對低階煤的孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響，多孔介質(zhì)在高壓下可能出現(xiàn)壓縮變形，隨著壓力的增大煤樣中會形成許多不規(guī)則的小孔徑，因此較小孔隙的分形維數(shù)趨于增大[22,32]。

表4 酸化前后不同分類方式分形維數(shù)計算結(jié)果
Table 4 Fractal dimension of different classification methods before and after acidization

樣品分類分形維數(shù)體積比/%綜合分形維數(shù)Dt酸化前 壓力孔徑滲流孔隙2.96550.07擴散孔隙2.48249.93微孔2.83432.54過渡孔和中孔3.36424.01大孔2.16343.452.722.67酸化后 壓力孔徑滲流孔隙2.90561.95擴散孔隙2.56238.05微孔2.83844.09中孔和過渡孔3.13422.47大孔2.28633.442.772.72

為了對煤整體復(fù)雜性進行更好的表征，有學(xué)者提出了一種計算煤樣綜合分形維數(shù)的方法[22,29,33]，即以不同孔徑段的孔隙體積比作為權(quán)值，對不同孔徑段的分形維數(shù)進行加權(quán)求和以得到煤的綜合分形維數(shù)，其計算公式為

Dt=∑DiTi

(5)

式中，Dt為煤的綜合分形維數(shù)，Di為第i個孔徑段對應(yīng)的分形維數(shù)，Ti為第i個孔徑段對應(yīng)的孔隙體積比，%;i為第i孔徑段，為正整數(shù)。

根據(jù)壓力階段劃分相關(guān)系數(shù)介于0.94～0.98，平均為0.96，綜合分形維數(shù)Dt從2.70增大到2.77(表4);根據(jù)孔徑大小進行劃分相關(guān)系數(shù)在0.849～0.963，平均為0.93，綜合分形維數(shù)Dt從2.67變?yōu)?.72。綜上所述，不同劃分方法均能體現(xiàn)孔隙的非均質(zhì)性和復(fù)雜程度，綜合分形維數(shù)Dt在H2S水溶液酸化后均增大，說明煤樣整體的孔隙結(jié)構(gòu)變復(fù)雜。通過對曲線相關(guān)系數(shù)來看，根據(jù)不同壓力階段劃分的相關(guān)性更好，其分形維數(shù)對孔隙結(jié)構(gòu)的表征更適合。

2.4 H2S水溶液對煤孔隙結(jié)構(gòu)的改善機制

場發(fā)射掃描電子顯微鏡具有分辨率高、景深長、立體感強和細節(jié)豐富等特點，通過掃描電鏡可以清晰觀察到煤樣表面酸化前后孔隙及裂隙的變化。因此本次研究采用場發(fā)射掃描電鏡配合能譜分析來研究酸化前后煤中礦物的變化情況。

硫化氫(H2S)是一種極易溶于水的氣體，其生成H+(式(1))能夠與充填于孔隙、裂隙中的碳酸鹽類礦物(如方解石和白云石)發(fā)生溶蝕反應(yīng)(式(2)，(3))[29,34]，使得原本被礦物充填的孔隙或裂隙連通性變好，從而改善煤樣滲透性。

(1)

(2)

(3)

根據(jù)SEM-EDS發(fā)現(xiàn)，H2S水溶液處理后，由于煤樣中的孔隙并未被完全充填，使得酸液與孔隙中的碳酸鹽類礦物易發(fā)生溶蝕反應(yīng)，從而使得原本的微孔和過渡孔變?yōu)橹锌缀痛罂?圖7)。這說明酸化作用導(dǎo)致孔隙體積增大，從而對孔隙的連通性起到了正面效應(yīng)。與此同時，高嶺石等黏土礦物在H2S水溶液處理后分散懸浮于溶液中，產(chǎn)生的顆粒堵塞部分孔隙(圖7)，對孔隙的連通性起到了一定的負面效應(yīng)。

圖7 酸化前后煤中孔隙變化Fig.7 Changes of pores in the coal sample before and after acidization

綜上，H2S水溶液對煤孔隙結(jié)構(gòu)的改善機理包括兩個方面:一方面是由酸化作用引起的充填于孔隙中的碳酸鹽類礦物被溶蝕而導(dǎo)致的孔隙體積增大的正效應(yīng);二是由黏土礦物等膨脹、分散并堵塞孔隙造成孔隙體積減小的負效應(yīng)。但是由于樣品本身的孔隙連通性較好，酸液易與孔隙中的碳酸鹽類礦物發(fā)生反應(yīng)，而細小顆粒也易進入溶液中，從而使得孔隙體積整體呈現(xiàn)增大趨勢。

2.5 不確定因素分析

水對低階煤樣品會造成一定的影響，主要有兩個方面:一是煤樣的裂隙中存在一定的煤粉，水會使得煤粉運移，從而導(dǎo)致裂隙連通性變好[35];二是煤中存在黏土礦物，部分黏土礦物(如蒙脫石和伊蒙混層)具有遇水膨脹的特征，且在溶液中易分散懸浮，形成的小顆粒會堵塞孔隙[31]，導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

煤的孔隙結(jié)構(gòu)及其孔徑分布影響煤的吸附性，而煤中裂隙的發(fā)育程度則是影響煤層結(jié)構(gòu)、滲透性和物理性質(zhì)的關(guān)鍵因素，對煤層氣的生成、儲集、運移等起著直接或間接的控制作用。低煤階儲層以暗煤為主，灰分含量較高，煤體松散，基質(zhì)具有多孔性，裂隙發(fā)育不完全。隨著煤階增大，亮煤含量增多，灰分含量降低，基質(zhì)致密，裂隙發(fā)育[36-37]。由此可見，煤階對孔、裂隙的連通性具有一定的影響，而連通性越好，酸液越容易進入煤巖體中，酸化效果越明顯。同時煤的灰分產(chǎn)率、裂隙中礦物充填情況、無機礦物類型及其含量均在一定程度上影響酸化效果，如碳酸鹽類礦物易與酸液發(fā)生反應(yīng)，從而加大煤巖體的連通性。

本次研究煤樣的結(jié)果來自同一塊煤巖體，不能代表所有的煤。對不同煤階的煤巖體進行H2S水溶液處理后，其孔隙結(jié)構(gòu)的變化必須通過今后的研究得到證實。在相同溫度、壓力下H2S在水中形成的不同質(zhì)量濃度的水溶液，以及不同溫度、壓力，H2S在不同成分的水體中溶解所形成的水溶液對不同煤巖體產(chǎn)生的影響也將在未來的實驗中逐步研究。本研究為初步研究，H2S水溶液可以增加低階煤的孔隙體積，改變其孔隙結(jié)構(gòu)，而隨著煤級的提高，煤中孔隙分布及其連通性會發(fā)生變化，因此未來還需進行深入研究。在今后的研究中，將模擬地層真實情況，對不同溫度、壓力下H2S在不同成分的水體中溶解所形成的水溶液對不同煤階煤樣的孔隙結(jié)構(gòu)進行詳細的研究。

3 結(jié) 論

(1)H2S水溶液對煤的孔隙體積具有明顯改善作用，總孔隙體積從16.76 mm3/g增大到20.63 mm3/g，增幅為23.09%，其中大孔變化最為明顯，其體積從5.87 mm3/g變?yōu)?.75 mm3/g，增大了66.10%。酸化后開放孔和半封閉孔體積均增大，增大幅度分別為21.22%和27.96%，表明H2S水溶液對孔隙連通性起到了改善作用。

(2)H2S水溶液對煤的孔比表面積影響較小，其中大孔的比表面積增幅最大，為60%。微孔和過渡孔是比表面積變化的主要貢獻者，酸化前后微孔和過渡孔比表面積變化不大，導(dǎo)致總孔比表面積變化較小。

(3)H2S水溶液對煤孔隙結(jié)構(gòu)的改善機理包括2個方面:一方面是酸化作用會引起充填于孔隙中的碳酸鹽類礦物被溶蝕，從而使得孔隙體積增大;二是煤中黏土礦物等膨脹、分散，生成的細小顆粒堵塞孔隙，造成孔隙體積減小。但是溶蝕作用產(chǎn)生的正效應(yīng)大于堵塞孔隙產(chǎn)生的負效應(yīng)，從而使得孔隙體積整體呈現(xiàn)增大趨勢。