煤储层等温吸附实验过程中参数敏感性分析

容量法等温吸附实验是测定煤储层吸附性和含气性的常用手段。实验装置中的参考缸体积V₁、装有样品时的自由空间体积V₂和压力表对等温吸附实验有着直接的影响,但是这三者对实验影响的程度目前还没有系统的认识。为了理清实验过程中各参数的影响和提高等温吸附实验的测试精度,基于波义尔定律建立了煤储层容量法等温吸附实验稳定性和精确性分析的数学模型,利用Matlab软件对吸附实验过程进行了数值模拟。研究表明,吸附实验的稳定性和准确性受压力表、参考缸的体积V₁和样品缸装有样品时的自由空间体积V₂的控制,压力表测量精度越高,等温吸附实验的稳定性和精确性就越好;压力表精度一定时,V₁和V₂的体积较小且匹配组合满足一定的条件,吸附实验才能达到较好的稳定性和精确性。利用优化方法得到的结果对鄂尔多斯盆地东缘韩城地区中煤阶煤储层开展等温吸附对比实验,结果表明,经过优化组合的吸附实验测试结果稳定和精度都有所提高,吸附量的最大差值为1.45 cm³/g,远低于未经过优化的实验所测吸附量的差值5.27 cm³/g。     

煤等温吸附特性测试中体积校正方法探讨

首先肯定了在等温吸附测试过程中,计算吸附量时应进行体积校正,然后论述了原体积校正方法,认为采用原公式有一定的试验条件,并提出可以分别利用直接法和间接法求出真实吸附量。直接法是利用质量守恒定律,把吸附相体积作为考虑对象直接放在方程中求出真实吸附增量ΔV     

低煤阶煤中甲烷扩散性能分析

甲烷在煤基质中的扩散性能是影响煤层气产出的重要储层参数。采用云南东南部地区新近系中新统小龙潭组褐煤样品,开展了低煤阶煤中甲烷等温吸附实验。基于等温吸附实验获得的吸附量与时间的关系数据,应用一元孔隙结构气体非稳态扩散模型,计算了煤中甲烷气体扩散系数,揭示了煤中甲烷扩散规律和控制机理。研究结果表明,低煤阶煤中气体扩散规律服从Langmuir方程,煤中甲烷有效扩散系数和扩散系数随着压力的增高而增大;吸附时间常数随着压力的增高而减小,服从负指数函数规律。4个实验煤样Langmuir有效扩散系数和扩散系数分别是（1.71~5.46）×10^-4 s^-1和（2.17~6.91）×10^-12 m²/s,Langmuir压力为0.63~1.97 MPa。在相同温度和压力条件下,干燥煤样的有效扩散系数和扩散系数大于平衡水分煤样,随着温度的增高,其有效扩散系数和扩散系数增加,煤中气体扩散性能增强。     

温度对煤吸附甲烷的影响实验

为了研究温度对煤吸附甲烷的影响,实验测定了不同温度下煤对甲烷的吸附等温线,并对实验数据进行了拟合,同时对覆盖度与压力、温度、吸附量以及孔隙类型的关系进行了分析。结果表明:随着温度的增高,饱和吸附量和吸附速率明显降低,并且含气量与覆盖度呈正相关关系;同一压力下,随着温度升高,覆盖度降低;相对覆盖度概念可以解释高温覆盖度高而吸附量小于低温阶段的现象;结合孔隙度和液氮分析结果发现,随着温度的增高,小孔和微孔的吸附能力强于中孔和大孔;甲烷在煤上的等量吸附热随吸附量的增大而增大,但无规律可循,且由Clausius-Clapeyron方程预测出的等温吸附曲线与实测值有偏差,表明煤表面能量的不均匀性和表面离子的复杂性。     

煤等温吸附特性测试中体积校正方法探讨

首先肯定了在等温吸附测试过程中,计算吸附量时应进行体积校正,然后论述了原体积校正方法,认为采用原公式有一定的试验条件,并提出可以分别利用直接法和间接法求出真实吸附量。直接法是利用质量守恒定律,把吸附相体积作为考虑对象直接放在方程中求出真实吸附增量ΔVs,间接法仍以原校正方法为思路,但先对视吸附增量进行修正得到ΔVa修,再利用原校正公式求出ΔV_a修。同时指出校正方法基于两个假设条件:即煤体积随吸附过程保持不变;和吸附相密度为恒定值     

吸附丝法吸附量的影响因素

探讨了影响吸附丝法吸附量的一些因素,认为活性炭的黑度、湿度对吸附量产生重要的影响,水分是影响吸附量的主要因素。因此,选用一定黑度的活性炭作为吸附剂,同时测试样品必须干燥才能取得较好的效果。     

煤的吸附性能及影响因素

为了研究煤的储气性能,笔者对124个煤样进行等温吸附试验、煤岩测试、工业分析、压汞试验和低温液氮测试．研究表明：(1)煤变质对煤吸附能力具有控制作用,反射率从0．3％～4．25％,可燃基的Langmuir体积是11．25～47．16cm^2／g;(2)平衡水煤样吸附量与镜质组含量呈正相关、与惰质组含量呈负相关、与孔隙比表面积、微孔比表面积、微孔孔体积呈正相关;(3)水分、温度对煤的吸附能力有负面影响．煤变质程度不同,吸附曲线的变化趋势不同：气煤随着温度和压力增加吸附量一直增大,说明压力的影响起主导作用;无烟煤在温度小于60℃、压力小于15MPa之前,随着温度和压力同时增加吸附量增大,说明压力的影响起主导作用,之后,吸附量减小,说明温度的影响大于压力的影响。     

我国煤储层等温吸附常数分布规律及其意义

对我国煤储层的等温吸附资料进行了全面系统分析和总结,得出了干燥煤样等温吸附曲线校正为储层温度和平衡水条件的回归经验公式。在此基础上,探讨了我国各时代、各煤类等温吸附常数a、b值的地域和层域分布规律及其对煤层气地面开发的影响。      

中阶构造煤等温吸附/解吸特征及机理

选择四个不同变形程度的中阶煤样品作为研究对象,通过开展煤样的等温CH4吸附/解吸实验、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)测试分析,研究了构造煤等温吸附/解吸性随煤变形程度的演化特征及其地球化学机理.结果表明,构造煤等温CH4吸附和解吸曲线随压力升高均呈现先快速增大后逐渐稳定的变化趋势,符合I型等温线...     

较高温度下煤吸附甲烷实验及其意义

报道了3个煤样在30℃、5 0℃、70℃条件下的等温吸附实验结果,认为饱和吸附量与温度存在相关关系;据此,可以预测深部煤层的吸附甲烷含量。      

准噶尔盆地彩南地区深层低阶煤吸附特征及其影响因素

现有数据表明我国1 000 m以浅低阶煤层含气量普遍偏低,而深层低阶煤试采效果显示较好。基于Langmuir方程开展了低阶煤高温高压环境下等温吸附模拟实验,结果表明：褐煤吸附量约占长焰煤、气煤吸附量的1/3,吸附能力最弱,随着煤阶的升高,吸附量逐渐增大;实验发现低阶煤在55℃、12 MPa以下吸附量随温度、压力增大而增加较快,并建立了基于煤阶-温度-压力条件下的深层低阶煤饱和吸附模型;煤层随着埋藏深度的增加,吸附量呈现出快速增加-缓慢增加-缓慢递减的过程,即深层煤层吸附量存在吸附临界深度带,为1 400~1 700 m。1 400 m以浅吸附量受压力正效应大于温度负效应,吸附量随埋深增加而增加,临界深度带内吸附量达到极限,不再增加,1 700 m以深温度负效应大于压力正效应,吸附量随深度增加而减小。实验结果为深层低阶煤层气资源评价及开发潜力提供理论依据。     

不同变质变形煤储层吸附/解吸特征及机理研究进展

不同变质变形煤储层包括低煤级、中煤级和高煤级变质变形环境中的脆性变形煤、韧性变形煤和过渡型变形煤,不同变质、变形程度和机制对煤层气的吸附/解吸影响较大。干燥煤和平衡水煤的甲烷吸附量随变质程度的增强呈现出不同的变化趋势,干燥煤呈横"S"形且易于解吸,而平衡水煤呈倒"U"字形且吸附/解吸强度皆低于干燥煤样,且解吸过程较干燥煤滞后。构造变形导致煤的大分子结构和纳米级孔隙发生不同程度的改变,进而影响气体的吸附/解吸能力,脆性变形主要增加煤的大、中孔,其基本结构单元堆砌度略有增大,甲烷吸附/解吸程度有所增强;韧性变形主要增加煤的微孔-超微孔,其基本结构单元堆砌度增加较快,煤层气吸附能力增强,降压时韧性变形煤比脆性变形煤具有较高的瞬时解吸速率。由此可见,不同变质变形环境中的煤储层吸附/解吸能力差异较大,这主要是由煤储层内部结构及其影响因素对其制约所决定的。     

鄂尔多斯盆地煤储层低温氮等温吸附特征分析

利用美国Micromritcs ASAP 2000自动等温吸附仪,测试了鄂尔多斯盆地煤储层孔隙特征。在测试数据分析的基础上,确定了等温吸附和脱附曲线3种类型:第1类属孔结构是具有平行权构成的狭缝毛细孔型;第2类为发育一端尖灭的不平行的裂隙型;第3类属“墨水瓶”型孔。总结了鄂尔多斯盆地煤储层几种常见的比表面积分布曲线及累计孔体积分布曲线模型。     

沁水盆地南部深部煤层超临界CO2吸附特征及其控制因素

为揭示深部煤层超临界CO₂（ScCO₂）吸附特征及其控制机理,以沁水盆地南部余吾矿、寺河矿、成庄矿的3号煤为研究对象,通过自制等温吸附仪进行了不同温度（45℃,62.5℃,80℃）、最高压力达到CO₂超临界压力以上时的等温吸附实验。研究结果表明：高温高压条件下ScCO₂吸附曲线不同于常温常压下CO₂吸附曲线,随压力升高ScCO₂过剩吸附量和绝对吸附量分别呈4段式和3段式变化,ScCO₂达到过剩吸附量峰值出现的压力点具有随温度升高向高压增高的特征;ScCO₂过剩吸附量远低于绝对吸附量,无法采用Langmuir吸附模型进行解释;温度对ScCO₂吸附抑制明显,水分对ScCO₂吸附没有起到抑制作用,灰分含量较高对ScCO₂吸附量有明显抑制作用,煤中高镜质组含量和高R_max对ScCO₂吸附具有较明显的促进作用;超临界状态下煤对ScCO₂的吸附量大小由微孔和过渡孔所控制,且与微孔比表面积大小有关,高变质煤对ScCO₂的吸附能力降低可能是因微孔中矿物充填所致。     

多组分等温吸附测试中的体积校正方法探讨

借助于单组分等温吸附特性测试中体积校正的原理和方法,提出多组分等温吸附测试的体积校正公式,同时对多组分吸附相的密度进行讨论并提出计算方法。通过例子表明,多组分吸附实验体积校正前后的相对误差小于纯甲烷。     

低温氮吸附法判识构造煤的实验研究

煤体结构是煤与瓦斯突出防治和煤与瓦斯共采的重要地质因素之一。为了区分煤体结构在地应力作用下的破坏程度,采集了淮北矿业股份有限公司桃园煤矿8283采煤工作面煤样,基于自相似原理和实验室内对煤样的加压模拟实验,通过煤基质纳米级孔隙在低温氮吸附-解吸曲线上的响应对比分析,建立了低温氮吸附法判识煤体结构的方法,并对淮北矿业股份有限公司桃园煤矿10号煤层内1026和1035工作面煤体宏观结构及微观孔隙发育特征进行了对比研究。结果表明,煤体微观孔隙结构变化与构造煤发育程度密切相关;随着煤体破坏程度的提高,在吸附-解吸曲线上表现为吸附量明显增大,纳米级孔隙的比表面积和比孔容明显增加,平均孔径略有增加;构造煤解吸曲线上有明显的陡降点,而原生结构煤的解吸曲线不具有这个特征。     

煤体吸附膨胀变形模型理论研究

为了深入探讨煤体吸附瓦斯发生膨胀变形效应的力学行为,基于煤-气吸附界面的表面自由能变化等于煤体弹性能的变化基本假设,从理论上推导了煤体吸附膨胀模型中吸附膨胀变形表达式和吸附膨胀应力表达式,模型中各参数的物理意义明确。通过已有的试验数据分别从低气体压、中气体压和高气体压3个角度对吸附变形模型的适用性和正确性进行了验证。模拟结果表明,模型预测数据与已有的试验数据吻合度较高,能够很好地描述不同气体在不同压力条件下的煤体吸附膨胀差异性,拟合精度均较高;在综合考虑吸附膨胀应力和气体压力对煤体吸附膨胀变形影响前提下,忽略吸附气体体积Va对煤体吸附膨胀变形的影响。     

构造煤甲烷吸附表面能研究

煤的表面能是致使煤具有吸附性差异的根本原因。通过分析动力变质作用对构造煤结构和组分的影响,借助甲烷等温吸附实验,计算了不同温度下随着压力增大,原生结构煤和构造煤吸附甲烷的煤表面能的变化情况,并从构造煤动力变质角度分析了其表面能变化的原因。结果表明：动力变质作用对构造煤结构和组分改造作用明显,构造煤比共生的原生结构煤微孔隙更发育,吸附能力更强;计算结果也表明,随着温度的升高和压力的增大,构造煤吸附甲烷的表面能降低值均大于共生的原生结构煤,构造煤吸附甲烷的能力更强。