煤炭科学技术

作者：刘杰, 韩秭艺, 赵环帅, 涂钰滢, 姚润瀚, 张永利,

关键词：微波辐射, 页岩, 孔隙结构, 分形维数, 单轴压缩,

为揭示微波辐射对页岩宏观力学特性与微观孔隙结构的协同影响，并探索通过调控微波温度影响孔隙结构从而辅助破岩、提高页岩气采收率的方法。以四川长宁—威远区块龙马溪组页岩为试验样本，采用单轴压缩试验系统评价页岩宏观力学性能劣化程度；在低温N2和CO2气体吸附试验中考虑了循环吸脱附过程对孔隙测试结果的潜在影响，并对试验数据进行了校正，以获取更真实的孔隙结构参数；结合分形FHH模型，定量表征微波辐射下页岩孔隙结构的演化，对微波辐射不同阶段孔隙复杂度变化进行了更细致的划分与排序分析。结果表明：微波辐射改变了页岩的吸附性能，CO2吸附量在低压区增加，N2最终总吸附量先增后减。微波辐射动态影响孔隙结构，微波辐射前期，由于超微孔(＜0.5 nm)的闭合和缩孔现象，比表面积与微孔体积短暂下降，大孔体积增加；微波辐射中期，表现出微孔整体显著增加；后期，微孔体积较初始降低，介孔占比增加。页岩样品孔隙复杂度5 nm以上孔大于2～5 nm孔，大于微孔，微孔孔径分布高度集中；随着微波辐射温度的增加，孔径＜5 nm孔隙集中度降低，复杂性和不规则性增大，＞5 nm孔隙空间复杂性减小，表面粗糙度减小。微孔的发育程度是决定页岩内部比表面积及平均孔径的关键因素。微波辐射显著弱化页岩力学性能，随着温度升高，破坏模式由脆性向塑性转变，宏观断裂与微观损伤呈现多尺度协同效应，宏观结构快速失稳（受大孔体积增加驱动），微观损伤演化需更高的温度累积至平衡态，孔隙结构的演化是力学性能劣化的内在原因。

来源：2026年第3期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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