吸附势理论在煤层气吸附解吸研究中的应用

以晋城无烟煤为研究对象,进行了30℃时煤对甲烷和氮气的吸附解吸试验。基于吸附特性曲线的唯一性特点,根据30℃甲烷的吸附解吸数据,以吸附势理论为依据,预测了50℃时甲烷的等温吸附曲线,结果表明预测曲线与实测曲线吻合良好,其预测值平均绝对误差为0.5 cm3/g,平均相对误差为3.12%。同时依据30℃时氮气和甲烷的吸附特性曲线,发现氮气和甲烷的吸附势对应压力在0.61 MPa时存在交点,表明压力低于0.61 MPa时氮气的吸附势高于甲烷的吸附势,此时注入氮气对提高煤层气的增产具有促进作用,这为煤储层在N2-ECBM(注氮增产法)过程中确定氮气的注气压力范围提供了初步的理论依据。

煤解吸二氧化碳和甲烷的特性曲线及其应用

二氧化碳与甲烷的吸附与解吸机理决定了二氧化碳在煤中的螯合和强化甲烷产出的能力,是近期人们所关注的焦点。根据对大量甲烷和二氧化碳吸附/解吸等温线和吸附特性曲线的研究结果,从吸附势角度探讨了两者的吸附/解吸机理,并将解吸特性曲线归纳为3类:①两者的吸附—解吸等温线不相交,二氧化碳的吸附势大于等于甲烷的,在两者接近的中压阶段不利于注二氧化碳驱甲烷,高压、低压阶段均有利;②因甲烷的吸附—解吸等温线相交造成两者的吸附特性曲线相交,高压下利于注二氧化碳驱甲烷;③因二氧化碳的吸附—解吸等温线相交造成两者的吸附特性曲线相交,高压下利于注二氧化碳驱甲烷。这一结论为二氧化碳驱甲烷实验所证实。吸附势理论的引入为定量评价注入二氧化碳驱甲烷工艺参数和有利储层的选择提供了方法。

型煤吸附解吸二氧化碳与甲烷的性能对比试验研究

基于型煤吸附解吸二氧化碳、甲烷的对比试验,进行了型煤吸附二氧化碳、甲烷的吸附常数（a、b值）、放散初速度（ΔP）及工业分析等参数测定,研究了型煤吸附解吸二氧化碳与甲烷的规律。研究结果表明：型煤对二氧化碳的极限吸附量大于对甲烷的极限吸附量,二者近似存在2倍关系;型煤对二氧化碳的吸附量大于对甲烷的吸附量,在气体压力5 MPa时,二者比值为1.77;型煤吸附二氧化碳气体放散初速度大于吸附甲烷气体放散初速度,二者比值为1.6-1.7;采用吸附性能较强的二氧化碳作为试验气体,可解决由非吸附性能原材料导致型煤吸附解吸性能降低的问题,确保型煤与原煤吸附、解吸性能的相似性。

无烟煤对CO_2和CH_4的吸附解吸特性研究

为研究2种变质程度不同的无烟煤样对不同吸附质的吸附解吸情况,选取白芨沟煤矿和阳煤五矿2种变质程度不同的无烟煤样对二氧化碳和甲烷气体进行吸附解吸实验,采用恒容和恒压2种实验方法,测试了在不同压力点下,2种煤样吸附二氧化碳和甲烷的吸附量,以及在连续阶梯压力点下吸附解吸的特征,分别与Langmuir模型和本课题组提出的"■"式进行拟合,Q为吸附量,t为解吸时间。实验结果表明:进行恒压吸附时,2种煤样对二氧化碳的吸附量总是大于对甲烷的吸附量;进行阶梯压力实验时,2种煤样对二氧化碳和甲烷的吸附规律与Langmuir模型的拟合效果很好,解吸规律与"■"模型的拟合情况很好;二氧化碳吸附速率大于甲烷吸附速率。

煤与泥页岩孔隙结构和吸附特性的对比分析

以山东煤田气肥煤和四川盆地海相页岩为研究对象,综合运用高压压汞法、低压N2和CO2吸附法对煤与页岩的孔隙结构进行了对比分析;借助重量吸附仪研究了不同温度下CO2、CH4在煤与页岩中的吸附特性。研究结果表明:煤层的微孔更加发育,微孔比表面积和孔体积高于页岩;页岩储层的中孔更加发育,中孔比表面积和孔体积高于煤层;煤层拥有数量更多的大孔,页岩大孔的连通性优于煤层;CO2、CH4在煤层中的吸附能力比其在页岩中的吸附能力高一个数量级,微孔对CO2、CH4吸附的影响更加明显;CO2、CH4在煤基质表面具有更强的吸附亲和力;CO2、CH4的吸附能力与表面势能的绝对值成正比例关系,当CO2和CH4在煤储层吸附时,表面势能更高;与页岩储层相比,深部煤储层含气量更大,也更有利于大量CO2的吸附封存。