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通过3种不同煤级煤样对纯组分CO₂、CH₄和N₂气体和不同配比浓度的80%CH₄+20%CO₂ 、80%CH₄+20%N₂、50%CH₄+50%N₂和20%CH₄+80%N₂二元混合气的等温吸附实验,探讨了煤对混合气体的吸附特征及混合气体中各组分的吸附特征;分析了多组分气体实验中游离相中气体组分变化规律。认为：①不同煤级煤对多组分气体的吸附等温线形状和其单组分的曲线相似;②混合体系中煤的吸附特性受吸附质气体原始含量、物理化学性质和煤的变质程度控制;③组分在气相中的含量越高,其吸附量就越小,其它组分降低某一组分的吸附量因其吸附性质的不同影响程度不同。本工作为煤层气注气提高采收率提供了理论依据和实验数据。     

高温高压下多种气体在储层岩心中吸附等温线的测定

利用自行研制的XF1型高温高压气体吸脱附测试仪,结合一台色谱分析仪(HP6890),一套抽真空系统,分别测定了N₂、CH₄、C₂H₆、C₃H₈、nC₄及其混合气体在三个岩心中的吸脱附等温线共计42条(单组分30条,累计测试点516个;混合气12条,累计测试点203个),以及吸附平衡后混合气的自由气相组成、吸附相组成和各组分的吸附等温线各48条(累计测试点431个).测试的温度为50.5℃.实验结果表明:①储层岩心介质对烃类气体的吸附现象是客观存在的,不容忽视;②仅就测试所得的数据来看,如果忽略其它因素,可以初步估计,不考虑吸附的砂岩储层气藏的计算储量将比考虑吸附少5%以上;③岩心-气体吸附体系的吸附能力除受压力影响外,更受到储层介质、岩石成分、结构和物性性质的影响,除此之外,还受到多组分气体中重烃组分数目、摩尔含量等的影响;④多组分气体组分相对吸附量能有效地表征多组分气体中各组分气体的竞争吸附能力大小,依据这个指标可将五元多组分气体体系中各组分气体按其竞争吸附能力由强到弱排序为nC₄>C₃H₈>C₂H₆>CH₄>N₂.     

煤基质收缩和膨胀对甲烷开采和二氧化碳存储的影响

应用耦合的煤层气数值模型,模拟和对比了3种不同的煤基质收缩和膨胀模型模拟的渗透率、CH₄产量、CH₄含量分布、CO₂注入量和CO₂存储量。在无CO₂注入情况下,考虑吸附/解吸附作用的煤基质收缩/膨胀模型最大的渗透率为初始渗透率的6倍,而只考虑压力作用的煤基质收缩/膨胀模型渗透率下降2%,CH₄累积产量前者是后者的1.3倍;在CO₂注入情况下,考虑吸附/解吸附作用的模型最大的渗透率为原来的1.25倍,最小为原来的0.17倍,而只考虑压力作用的煤基质收缩/膨胀模型渗透率下降1.6%,CH₄累积产量前者是后者的1.5倍,而CO₂的注入速度和存储量后者分别是前者的14倍和3.85倍。结果表明：煤基质收缩/膨胀对CH₄开采和CO₂都有影响,吸附/解吸附导致的基质收缩/膨胀起主要作用。     

高—过成熟页岩CH4/N2/CO2混合气体竞争吸附特征与地质意义

为研究高—过成熟页岩对N₂、CH₄及CO₂混合气体的竞争吸附特征及其地质意义,通过混合气体吸附—解吸装置,结合穿透曲线法,对四川盆地周缘NY?1井龙马溪组1 420.90 m、1 422.75 m、1 423.75 m和牛蹄塘组2 261.53 m、2 265.80 m、2 268.37 m 6个深度的岩样,开展了20 ℃、注气压力0.25 MPa条件下N₂、CH₄和CO₂等比例混合气体的竞争吸附实验,得到了各岩样对混合气体的竞争吸附规律;并通过低温N₂和CO₂吸附法,分析了6个岩样的孔隙结构,探究了其对竞争吸附的影响。结果表明：龙马溪组页岩中N₂出口端浓度有超过初始浓度的现象,而牛蹄塘组页岩中N₂、CH₄和CO₂出口端浓度均未超过初始浓度;实验结果与Yoon?Nelson模型拟合结果较好,R²值可达0.9以上,各岩样吸附速率常数均有N₂>CH₄>CO₂的规律,故N₂相较CH₄和CO₂可先被样品吸附,随后吸附速率慢的CH₄和CO₂被吸附,岩样对2种气体吸附选择性更强,所以将N₂置换出,导致龙马溪组岩样N₂出口端浓度超过初始浓度;龙马溪组岩样中微孔发育程度较高,孔径小、比表面积大、吸附能力强,能更好地吸附CH₄和CO₂这2种吸附选择性强的气体,使得已吸附的N₂被置换出,从而造成游离气中N₂浓度增加。实验结论为我国页岩气勘探开发提供了理论依据,同时对部分地区页岩气组分中N₂的成因具有一定指导意义。     

含次生生物成因煤层气的碳同位素组成特征——以淮南煤田为例

淮南煤田煤层气属于热成因和次生生物成因气的混合气。不同矿区和不同煤层中煤层气的δ13C₁值有明显的不同,这主要是由于现今淮南煤田的煤层气藏中后期生成的次生生物气与残留在煤层中的热解气混合比例不同造成的。研究显示,淮南煤田煤层气的δ13C₁值明显轻于我国热成因煤型气和世界主要地区煤层气的δ13C₁值,表现出了含次生生物成因煤层气的δ13C₁值的变化特征;而δ13C₂值明显与我国热成因煤型气和世界主要地区煤层气的δ13C₂值处于同一分布范围,表现出了热成因气δ13C₂值的特征。淮南煤田煤层气的δ13C_CO2值反映出煤层气中的CO₂主要为煤热解而来,部分是次生生物气生成过程中,经过了微生物的还原作用而残留的CO₂。      

基于竞争吸附的页岩气藏提高采收率机理

为研究注CO₂提高页岩气藏采收率的机理以及确定合理的注入参数,以页岩吸附解吸实验为基础,对比了页岩自然降压开采和在不同注入压力、注入速率下注CO₂开采页岩气藏的实验结果,研究了降压开采和注CO₂开采2种方式下CH₄的采气速率和采收率的变化。结果表明,在相同实验条件下,CO₂吸附能力最强,CH₄次之,N₂最弱,N₂解吸能力最强,CH₄次之,CO₂最弱;3种气体的等温解吸曲线相对于等温吸附曲线均存在一定的滞后,CO₂的滞后现象最为明显;降压开采的采收率较低,注CO₂可以有效提高CH₄的采气速率,延长稳产时间,使累计产气量快速增长;在一定注入压力和注入速率范围内,CH₄采收率随着CO₂注入压力和注入速率的增加而增加,但其增加幅度因岩心孔隙度和渗透率的不同而有所不同。     

活性炭的微孔结构对其选择性吸附CH4/N2混合气中CH4的影响

活性炭因其具有较高的选择吸附性和吸附容量已被广泛应用于CH₄/N₂的吸附分离研究,影响活性炭选择吸附性和吸附容量的主要物理参数之一是其微孔结构,准确地表征活性炭的微孔结构并阐明其与活性炭选择性吸附CH₄/N₂混合气中CH₄的内在联系至关重要。为此,结合常温气体吸附法和分子探针技术,采用吸液驱气法表征了6种活性炭的微孔孔径分布,结合动态法测量得到CH₄/N₂分离因子,并借此分析了活性炭的微孔结构对其选择性吸附CH₄/N₂混合气中CH₄的影响。结果表明：①与77 K条件下N₂吸附法测试结果相比,吸液驱气法能够测量到活性炭中更小尺寸的孔;②活性炭样品微孔孔径分布不同,其CH₄/N₂分离因子也不相同;③活性炭孔径小于0.48 nm的微孔对其选择性吸附混合气CH₄/N₂中的CH₄起着非常重要的作用。结论认为,吸液驱气法可为研发吸附分离CH₄/N₂的吸附剂提供更为准确的基础数据。     

基于吸附热理论的煤—甲烷高低温等温吸附线预测

以高/低温吸附仿真实验装置为依托,选取无烟煤、贫煤和气肥煤等煤阶的系列煤样,通过对高/低温环境(-30℃、20℃、-10℃、-20℃、30℃)煤的瓦斯吸附实验测试,研究不同温度环境煤对甲烷吸附特征曲线的形态特点,同时,采用吸附热理论对高/低温煤的瓦斯等温吸附线进行了预测,研究结果表明:不同变质程度煤的瓦斯吸附量都随温度降低而增大;不同煤质的等量吸附热与等温吸附量呈良好线性关系;利用等量吸附热预测的不同温度下煤的瓦斯等温吸附量与实验结果吻合,误差小于2%。该方法以已知少量等温吸附实验数据,能够准确预测不同温度和压力下煤的甲烷等温吸附能力,这将极大减少实验工作量,并为研究其他温度和压力条件下煤储层吸附性能提供重要依据。     

酸化对煤微观结构及煤层气解吸——扩散的影响

研究酸化前后煤岩物化结构、孔隙形貌及解吸—扩散等变化特征，对煤层气开发及提高采收率具有重要意义。为研究酸化对煤层孔隙结构和化学微结构影响规律，探究酸化对煤层气解吸—扩散的影响机理，以贵州地区无烟煤为研究对象开展了酸化实验、低温氮气吸附实验、傅里叶红外光谱实验及瓦斯放散初速度实验，剖析了酸化前后实验煤样的内部孔隙结构和化学微结构的演化规律；结合气体在多孔介质中的扩散原理，研究了酸化前后煤层气扩散模式和放散特性的变化规律，理论分析了酸化作用对煤的孔隙结构、化学微结构对煤层气解吸—扩散的影响机制。研究结果表明 ：(1)酸化改性能有效溶蚀煤中高岭石等矿物、改造微孔，增加了过渡孔及中孔比例，达到疏孔和扩孔效果 ；(2)酸化后煤中含氧官能团含量与酸化前相比增加了 33.08%,-CH₃、-CH₂等烷基侧链含量及芳香缩合度均降低，使煤的亲甲烷能力降低，促进煤中煤层气的解吸 ；(3)酸化后 K_n增加介于 2.9 ～ 3.5 倍，使煤中煤层气的扩散模式由 Knudsen 扩散转变为过渡型扩散，减小煤层气扩散阻力，有利于煤中煤层气的扩散，促...     

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煤的吸附性能与能力是煤层气资源可采性评价和指导煤层气井排采生产的关键技术参数,等温吸附数据测定的准确性直接关系到煤层气开发项目的成败和煤层气产业的发展。通过对4种不同变质程度的煤,在不同压力下进行的等温吸附实验结果分析,认为在8 MPa压力下,各煤级煤吸附基本达到饱和。还分析了压力对测定结果影响的原因,确定了实验的最佳条件,为预测深层煤层气吸附特性提供了实验基础数据。     

储层条件下煤吸附甲烷能力预测

煤的吸附能力受煤的性质（煤阶、煤岩组分、煤体变形）和环境条件（温度、压力）的控制。探讨储层温度、压力下的煤吸附能力是含气量预测的前提和基础。根据Polanyi的吸附势理论，结合实测等温吸附数据，首先绘制了煤吸附甲烷的吸附势特性曲线，然后建立反映吸附量、温度和压力三者之间关系的数学模型。此模型可在已知某一温度下的吸附等温线时，计算任一温度、压力下煤的吸附能力，也就是储层条件下的理论最大含气量。该模型的建立使得定量评价地质历史时期煤层气的聚集与散失成为可能，并且在沁水盆地东南部得到了成功应用     

六盘水煤田盘关向斜煤层气开发地质评价

开发地质条件研究将为贵州六盘水煤田盘关向斜煤层气勘探开发提供科学依据。为此，以煤田地质勘探和矿井瓦斯资料为基础，结合井下煤层割理裂隙观测和室内等温吸附实验等方法手段，总结了煤层气地质背景，揭示了煤储层特征和含气性特征，估算了理论采收率和煤层气资源量。研究结果表明：盘关向斜为水压向斜煤层甲烷气气藏，2000 m以浅煤层气资源量达1778×108m3；该区煤层气资源量丰富、埋深和煤级适中、含气量较高、渗透性较好，具备煤层气开发的基本条件；盘关向斜煤层主要属勉强可以抽放煤层和易于抽放煤层，部分为较难抽放煤层，煤系下部煤层透气性较上部煤层为好；煤层气利用方式则可选择发展以甲烷为原料的化工工业。     

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文章通过对长焰煤、气煤、焦煤和无烟煤分别吸附CH₄、N₂和CO₂单组分气体的研究,探讨了不同煤级煤吸附3种单组分气体的特征以及相互间的差异性,发现CO₂/CH₄和CH₄/N₂值随煤级和平衡压力的变化而变化,并非简单的2倍关系。之后评价了几种常用吸附模型模拟煤吸附不同气体的效果,所选模型包括Langmuir方程、BET方程、D—A方程和D—R方程,优选出了更适合于描述煤吸附气体行为的吸附模型。研究结果表明,n=1时的D—A方程更适合于描述煤吸附CH4行为,Frendulich方程和Henry方程则适合于描述低煤级煤吸附N₂行为,而所选用的模型都不能合理解释无烟煤吸附CO₂的等温线在高压时出现的上翘现象。研究成果在煤层气的资源评价、产能预测、注气提高煤层气采收率技术以及CO₂在煤层中的封存技术等领域具有一定的科学意义。     

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民和盆地构造位置处于祁连山褶皱系东部，是一个中新生代发展起来的断、坳山间盆地。盆地中西部中侏罗统窑街组蕴藏着丰富的煤炭资源，煤层气局部富集于窑街、炭山岭煤田。煤岩有机地球化学及煤层甲烷碳同位素研究表明，该区煤层气具有油型与煤型混合气特征。煤层气分布具有明显的分带现象，由浅到深分别为ＣＯ２—Ｎ２带、Ｎ２带、Ｎ２—ＣＨ４带、ＣＨ４带。煤层气富集主要受煤的变质程度，顶、底板岩性，出露程度，埋藏深度及构造等因素的控制，且多分布于背斜、断块等构造的高部位。     

煤岩比表面积表征方法

为准确表征煤岩比表面积,以鄂尔多斯盆地韩城矿区煤岩为例,进行氮气、二氧化碳和甲烷的吸附等温实验,从煤岩甲烷等温吸附测得的兰氏体积和气体吸附法测得的比表面积相关性分析可知：甲烷吸附能力与二氧化碳SD-R呈正相关关系,与氮气SBET相关性不明显。基于煤岩的二氧化碳吸附数据,运用DFT模型计算微孔分布可知,煤含有大量孔径为0.5~1.0 nm的微孔,基于微孔充填理论的二氧化碳SD-R比氮气SBET更能有效地反映煤岩的吸附能力。鉴于煤岩具有微孔较为发育、微孔控制吸附能力的特点,建议在分析煤岩比表面积时采用二氧化碳吸附SD-R进行表征。     

利用CO2-ECBM技术在沁水盆地开采煤层气和埋藏CO2的潜力

利用CO₂-ECBM技术在深部煤层进行CO₂埋藏不仅对减缓全球气候变暖具有重大意义,而且能够促进煤层气增产,是CO₂减排最有效方式之一。沁水盆地为一NNE复向斜构造,其边缘地区由于断裂发育、强水动力条件和煤矿的开采,不利于CO₂埋藏。盆地中心区稳定的构造环境、弱水动力条件及良好的区域性盖层为CO₂埋藏提供了很好的保存条件。依据前人关于CO₂/CH₄等温吸附特性相关实验参数,初步评价了CO₂-ECBM技术在沁水盆地开采煤层气和埋藏CO₂的潜力。结果表明：CO₂-ECBM技术可使沁水盆地煤层气可采量增加1.04×10¹² m³,埋藏CO2量可达47.7×10⁸ t。     

煤岩吸附曲线在煤层气勘探开发中的应用

煤岩吸附曲线是描述在一定条件下煤对气体的吸附（解吸）的性质，是煤层地质评价、试采措施及评估的重要资料。综合国内外几种不同类型的解吸曲线，阐述其在煤层气勘探开发中的参考价值，并提出了以下看法：①有利于煤层气开发的解吸曲线应该具有含气饱和度高、地解压差小、曲线斜率大的特点；②煤层渗透率是实现煤层降压，煤层气脱附和产出的重要因素；③鉴于实验求得的煤岩吸附曲线条件的限制，应使其更接近于实际。     

微生物提高煤层气井单井产量技术研究与实践

为评价微生物提高煤层气井产量技术,向厌氧瓶中添加一定量的煤和利用煤层产出液配置的营养液,开展了煤层微生物降解煤产气实验研究。与煤层产出液相比较有益菌群浓度增加3~6 个数量级,每毫升营养液产气量为2.84 mL,煤层微生物经过营养剂激活后,反应早期产生气体主要为N2、H2 和CO2,CH4 含量较低,随着反应时间延长CH4 气体含量逐渐增加,X 射线衍射表明煤微晶结构发生变化。说明通过微生物与煤相互作用产生生物气体、降解煤组分,能增加煤层通透率促进甲烷气体的解吸,从而提高煤层气单井产量。在室内研究的基础上开展现场先导试验1 井次,现场共注入微生物工作液230 m3,措施前该井平均日产气量16.81 m3,平均套压为0.09 MPa,措施后该井日产气75.13 m3,平均套压0.35 MPa,截至2015 年底累计产气14 100 m3,目前正在持续稳产,达到了注微生物提高煤层气井单井产量的目的。     

煤层工业分析、吸附等温线和含气量的测井解释

煤层的吸附等温线和含气量是重要的储层特性参数,它们与煤层的工业分析指标之间有一定的关系,若由已知的太区资料建立这种关系,那么只要测井能确定煤层的工业分析,就能利用这种已建立的关系计算吸附等温线和含气量。