过氧化氢对气煤大分子结构及润湿性的影响

摘要

【目的】过氧化氢对煤储层氧化改性增渗是煤层气领域潜在增产新技术之一，然而过氧化氢对煤的表面改性微观作用机理及副作用尚不明确。【方法】为查明过氧化氢处理对煤表面大分子结构及润湿性的影响，采用15%H₂O₂作用于保德矿区气煤，基于工业分析、元素分析、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、固体核磁共振碳谱(¹³C-NMR)、X射线光电子能谱（XPS）和润湿性测试，构建气煤原煤和氧化煤大分子结构模型，分析过氧化氢作用与煤大分子化学结构改性的响应关系，并探讨煤氧化改性后润湿性变化对煤层气开发的影响。【结果】研究结果表明，H₂O₂与气煤芳香和脂肪部分均会发生反应，但与脂肪部分反应更为剧烈，导致氧化后的煤样脂肪部分比例降低，芳香部分比例增加。同时，氧化后低浓度芳香核断裂，导致脂肪链变长；高浓度芳香核结构稳定，不易被氧化，故芳香结构缩聚程度增加。最后氧化作用增加了极性官能团的含量，导致煤表面亲水性增强，亲气性减弱，有利于煤层气解吸；但也会导致束缚水饱和度增高、气相渗透率降低的副作用，不利于煤层气井排水和渗流。【结论】研究成果对煤储层氧化改性增渗技术优化具有理论指导意义。

关键词

气煤 / H₂O₂ / 氧化改性 / 大分子结构 / 润湿性

基金资助

国家自然科学基金项目（42372194）; 山西省自然科学基金项目（20210302123165,20210302123061）