温度/压力对甲烷超临界吸附能量参数的影响机制

煤层气在储层高温高压环境中主要以超临界吸附状态赋存,温度和压力是影响煤储层含气性的重要外部控制因素,温压条件改变意味着煤-甲烷吸附体系的原始平衡状态被打破,体系能量发生变化。基于无烟煤等温吸附试验数据,通过Gibbs方程对比了甲烷超临界与亚临界吸附的差异,从吸附热力学和吸附动力学角度,分析了温度和压力对甲烷超临界吸附过程中的能量参数的影响规律。结果表明:超临界条件下的煤-甲烷吸附体系绝对吸附量大于过剩吸附量,二者间的差异随平衡压力增大而增大,随温度升高而减小。对于特定的煤-甲烷吸附体系,吸附势与吸附空间在任意温压条件下呈现单一吸附特征曲线关系,且平衡压力增加引起吸附势减小,吸附空间增大,而温度升高引起吸附势增大,吸附空间减少。甲烷分子主要以菲克型扩散方式在煤岩中传质,由于分子平均自由程受温压控制,扩散系数随压力增大而减小,随温度升高而增大。气体分子吸附活化能本质为分子动能的体现,不受体系压力影响,但受体系温度影响,温度越高,吸附活化能越大。

基于吸附势理论的煤吸附超临界甲烷研究

为了探究超临界甲烷吸附特征,提出超临界甲烷等温吸附线,并以此为研究基础。根据吸附势理论,计算并绘制了不同温度下吸附相体积随吸附势变化的吸附特性曲线,结果表明不同温度等温吸附特性曲线可用1条曲线或统一方程式表示,这从理论上验证了超临界甲烷在煤表面上的吸附也主要取决于与温度无关的色散力作用。由这种特性建立了超临界甲烷吸附模型,实现了根据已知等温吸附试验数据预测不同温度、压力下的超临界甲烷吸附量,克服现有的等温预测的局限性。但是当温度超过一定范围,吸附相密度不能由极限密度代替,由于分子重排作用,吸附相密度改变,造成预测误差。

页岩气超临界等温吸附模型及储量计算优化

页岩吸附能力研究对评价页岩气资源潜力具有重要意义.论文基于单分子层吸附模型和吸附势理论,建立了考虑页岩微孔、中(大)孔在高压条件下的吸附机理差异的超临界等温吸附模型,构建了微孔滞留率对地质储量影响的gas-in-place(GIP)计算公式,并进行了实例分析.研究结果表明:Dubibin-Astakhov(DA)方程应用于研究页岩微孔吸附机理需要结合吸附势特征曲线进行修正,模型中的虚拟饱和蒸汽压采用改进的Dubinin公式,并采用逐渐增大k值的方法求取最优k值,使得吸附特征能不随温度变化;将微孔吸附气含量部分地计入地质储量,对地质储量GIP公式进行修正,微孔吸附量通过建立的DA-Langmuir等温吸附模型直接获得.该方法考虑了页岩吸附机理,计算结果更加符合实际;改进的储量计算模型表明,微孔吸附气滞留率对浅层页岩气地质储量影响较大,随埋深增加,微孔吸附气滞留率对地质储量影响减小.

吴家坪组页岩储层特征及甲烷吸附能力——以鄂西利川地区为例

为了深入研究鄂西地区吴家坪组硅质页岩的储层特征及其含气性,选取利川复背斜袁家槽和黄泥塘剖面样品进行了元素地球化学、有机地球化学、矿物组成、储层物性和超临界甲烷吸附等一系列分析测试,探讨了页岩的孔隙构成和吸附能力的影响因素.认为中孔贡献了吴家坪组页岩86.02%的孔体积和64.26%的比表面积,优势孔隙类型为有机质孔,TOC是页岩吸附能力的主控因素.研究结果表明:吴家坪组硅质页岩形成于深水缺氧的沉积环境,TOC值平均为7.29%,有机质类型以Ⅱ1型为主、成熟度eqvRo为1.91%~1.96%,石英质量分数平均为68.9%,具备页岩气生成和储层改造的优越条件;吴家坪组页岩主要储集空间为有机质孔,其次为矿物晶间孔,粒内孔发育程度最低,不同有机质颗粒的孔隙面孔率差异很大,与有机质的显微组成密切相关,BET比表面积和孔体积分别为6.63~33.12m^(2)/g和0.015~0.047cm^(3)/g,具备良好的页岩气储集条件;采用三元Langmuir模型拟合高温超临界甲烷吸附曲线,60℃时页岩的兰氏体积为2.08~3.96cm^(3)/g,具有较好的吸附性能,吴家坪组页岩的兰氏体积、TOC与BET比表面积三者之间具有良好的正相关性,说明TOC是微观孔隙和气体吸附能力的主要控制因素,有机质通过提供大量的中孔以及微孔来构建吴家坪组硅质页岩的孔隙系统,增加页岩的吸附能力,受强压实作用黏土颗粒排列致密,孔隙变形和闭合,数量减少,随黏土矿物质量分数增加,在一定程度上降低了页岩的比表面积和吸附能力.