我国煤层气超临界吸附的研究进展

概述了我国在煤层气超临界吸附方面的研究进展,从气体超临界吸附的特点及研究状况入手,分析了我国煤层气超临界吸附研究的现状,并在此基础上提出了研究中存在的不足及进一步的研究方向。     

我国煤层气超临界吸附的研究进展

概述了我国在煤层气超临界吸附方面的研究进展,从气体超临界吸附的特点及研究状况入手,分析了我国煤层气超临界吸附研究的现状,并在此基础上提出了研究中存在的不足及进一步的研究方向。     

煤层气超临界吸附行为的蒙特卡罗方法研究综述

煤层气主要以吸附方式赋存在煤基质表面,煤层气的吸附主要有两个特点:第一,绝大部分煤层气吸附属于非均质吸附;第二,实际的煤储层温度在临界温度以上,在这种条件下的吸附与亚临界条件下的吸附有很大的不同,所以用亚临界条件下的吸附方程不能很好地描述煤层气的超临界吸附.在实验室研究过程中,既要模拟煤层气吸附的非均质性又要达到实际的超临界条件,是比较困难的.蒙特卡罗方法是通过计算机进行大量的随机抽样来解决问题,相比较其他的方法,用它来研究煤层气超临界吸附具有优势.概述了蒙特卡罗方法的历史,基本思路和特点,简述了利用蒙特卡罗的优势将其应用于煤层气超临界吸附特征研究的基本方法及应用效果.     

煤岩超临界CO2吸附机理及表征模型研究进展

深部不可采煤层的CO_2地质封存作为CCS技术的重要方向,有望成为温室气体减排与煤层气高效开发的可行性手段。近年来随着我国CO_2-ECBM工程探索逐渐向深部煤层进军,超临界CO_2与煤岩的相互作用受到越来越多的关注。煤层的CO_2地质封存能力主要取决于煤岩的吸附能力,煤岩超临界CO_2吸附作用的研究成为CO_2-ECBM的重点研究领域之一。本文梳理了大量煤岩超临界CO_2吸附实验结果与模型,指出超临界CO_2密度变化是过剩吸附曲线异常的原因,论述了水分、显微煤岩组分、煤阶、温度与孔隙尺寸对超临界CO_2吸附能力的影响机理;总结了煤中超临界CO_2吸附速率在不同压力、温度、粒径及煤阶中的变化规律;在前人关于不同孔径孔隙中的不同吸附行为研究的基础上,凝练了煤中超临界CO_2的孔隙选择效应模式,认为超临界CO_2的非凝聚性与高密度特征是形成煤岩多尺度孔隙中不同吸附行为的原因;分析指出了今后煤岩超临界CO_2吸附作用研究可能的发展方向。本文旨在评述煤岩的超临界CO_2吸附的相关研究进展,为深化认识煤岩超临界CO_2吸附机理与表征模型提供基础和启示。     

煤吸附瓦斯机理研究的新进展

本文基于近十年来瓦斯地质、煤层气地质领域在煤对瓦斯吸附方面的研究成果,从煤层瓦斯赋存状态、瓦斯吸附方式及吸附模型、瓦斯吸附影响因素、瓦斯气体的超临界吸附以及煤对多元气体吸附等几个方面,有重点地总结了国内外研究的新进展,指出了目前研究中存在的问题和难点,并对下一步研究方向进行了初步展望。     

注超临界CO_2开发煤层气技术研究进展

为了解决传统煤层气开发工艺采收率低的问题,向煤层中注CO2既可以提高采收率,又可以实现CO2地质埋存,减少CO2排放。从CO2物性参数、煤岩微观孔隙特征、煤层渗流规律、煤岩吸附/解析附、煤岩力学稳定性和体积变形等方面,综述了国内外CO2与煤层相互作用的研究进展。针对在井下CO2极易达到超临界状态,结合国内外在CO2气体状态下的研究方法,指出超临界状态的CO2对煤层吸附-渗流-力学-变形性质的耦合影响是未来的研究方向,提出了利用注超临界CO2开发煤层气需要解决的关键问题。     

深部煤层超临界甲烷吸附量预测研究

为了预测深部煤层超临界甲烷吸附量,构建了吸附势模型与等量吸附热模型,探究了这2种模型在预测超临界甲烷吸附量时的误差。根据温度300.5 K和323.0 K条件下的等温吸附数据,分别应用2种模型预测了温度313.0 K条件下的超临界甲烷吸附量,并与实测值进行对比,结果表明:研究超临界吸附时要修正压力;等量吸附热模型可应用在超临界吸附领域,当压力为6.0~7.5 MPa时,吸附量预测值平均相对误差为3.17%,吸附势模型预测值平均相对误差为3.60%;随着压力的增加,吸附势模型预测误差逐渐减小,而等量吸附热模型预测误差呈增大趋势;当压力小于6.99 MPa时,等量吸附热模型预测误差较小;当压力超过6.99 MPa时,吸附势模型预测效果较好。综合分析预测结果,2种模型的预测误差均在工程允许误差范围以内,而吸附势模型计算过程简单、需要的数据较少,在工程应用领域适用性更好。     

废弃煤矿采空区煤层气资源评价模型及应用

如何评价废弃煤矿采空区煤层气资源是其开发中遇到的关键问题。在对煤炭开采覆岩变形破坏规律研究的基础上,通过理论分析和数学推导,建立了废弃矿井煤层气资源量评价模型和方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价。研究结果表明,煤炭开采导致采场周围岩体应力重新分布,引起煤层顶底板岩体发生变形与破坏。采空区煤层气资源主要由吸附气和游离气组成,主要来源于煤柱及残留煤层、临近未采煤层和围岩中的游离气和吸附气。基于采动覆岩变形破坏分带特征,根据破碎岩体孔隙率和碎胀系数关系,分别建立了采空区垮落带和断裂带内岩体孔隙体积模型。结合煤层气资源在废弃矿井中的分布特征,考虑煤炭开采采空区积水情况,建立了采空区积水量计算和含水饱和度计算模型,提出了废弃矿井煤层气资源量计算方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价分析,评价结果认为,废弃煤矿采空区煤层气资源丰富,井田面积为6.5 km2,二叠系山西组3号煤层煤层气总资源量为5.871 7×108m3,其中吸附气资源5.835 3×108m3,游离气资源0.036 4×108m3,资源丰度为0.902 0×108m3/km2。     

煤中多组分混合气体竞争吸附研究现状及工程应用

煤对气体的吸附特性是煤岩瓦斯动力灾害防治、提高煤层气采收率(ECBM)等研究的基 础。 煤层气中不仅含有CH4,同时含有CO、CO2、H2S以及其他烷烃类气体。 在注气开采煤层气 和煤层主动式瓦斯压力测定等工程中,不同气体由于吸附能力的差异会发生竞争吸附行为。 首 先,分析了煤中气体竞争吸附的机理,对比分析煤基质中多组分气体吸附平衡预测模型,并探讨 了竞争吸附的影响因素、吸附膨胀特性以及吸附动力学行为。 其次,结合现有研究阐述了CO2ECBM过程中的煤层渗透率降低、衍生的突出灾害风险以及超临界CO2 吸附等问题。 最后,对煤 中多组分气体吸附平衡预测模型、煤岩动力灾害防治、ECBM及PSA变压分离技术等工程应用进 行了探讨。     

煤层气渗流规律与压力特征分析

本文采用非平衡态吸附模型，研究单相煤层气在煤体和割理中的流动规律。在拟稳态流和不稳态流的数学模型假设下，用气体拟压力代替Iangrnuir吸附公式中的压力，得到气层中拟压力所满足的方程，并对渗透率变异系数和双重介质参数变化时压力的变化规律进行了分析。这些结果为煤层气藏开发提供了理论依据和新的试井模型。     

注气开采煤层气增产机制的研究

依据扩散渗流和多组分吸附平衡理论,研究了注气开采煤层气的增产机制。研究表明,注气增加储层能量,提高储层压力传导系数并产生竞争吸附置换效应,从而提高煤层气开采时的单产量及回收率。中还导出了注气时回收率的计算公式。所得结论对注气开采煤层气设计的评价具有指导意义。     

沁水煤田东北部15号煤储层物性及特征研究

基于沁水煤田东北部煤层气开发资料,采用煤层气地质理论和数理统计方法,对研究区15号煤储层物性及特征进行了分析。结果表明,煤层的稳定可采性,为煤层气开发的提供了良好储层条件。煤的高变质及差异,使得煤岩类型及组分有所不同|煤层高含气量,为煤层气开发提供了良好气源条件。欠压煤储层,使得煤层气的压力吸附正效应、驱动煤层气产出的动能均较弱且煤层含气饱和度较低,不利于煤层气井的高产、稳产和采收率的提高|煤中孔裂隙较发育,但连通性差。过渡孔高度发育,为煤层气储集提供了有利空间。小-微型裂隙发育,但充填较严重,煤层渗透率较低|吸附时间较长,不利于煤层气井高产和缩短煤层气开发周期。     

注气驱替煤层气作用机理的探讨

阐述了煤对气体单分子层吸附与多分子层吸附理论，将煤层对不同气体吸附进行比较，得出煤对不同气体吸附能力强弱，并阐述了注气驱替煤层气作用原理及其优点，从而证明了注气驱替煤层气的可行性。     

注气开采煤层气技术浅谈

注气开采煤层气技术是开采煤层气的新技术。依据吸附平衡理论,向煤层中注气可加快吸附煤层气解吸速度,从而提高煤层气采气速率和回收率。推导了自然降压开采和注气开采煤层气时最大理论回收量和回收率的计算公式,利用这些公式可以评价注气效果和选择注气种类。     

平煤十二矿构造煤煤层气特征研究

文章以平煤十二矿煤样为例,分别进行了压汞实验和等温吸附—解吸实验,从构造煤的孔隙结构特征及构造煤对煤层气吸附—解吸的影响来研究十二矿构造煤煤层气特征。本次研究结果如下:①构造煤孔隙结构多以小孔和微孔为主,有利于煤层气的吸附;②煤体结构破坏越严重,对煤层气的吸附越弱;③常温下,煤层气吸附—解吸可逆。研究结果表明平煤十二矿有利于煤层气的开发。     

地应力对煤层气勘探与开发的影响

地应力是指岩土体内一点固有的应力状态, 煤层气是一种以吸附状态为主储存于煤层及其围岩中的非常规天然气。我国煤层气勘探与开发还处于初级阶段,而地应力对煤层勘探与开发有十分显著的影响,其影响主要包括以下三个方面：（1）地应力对煤储层渗透性、储层压力的影响;（2）地应力对煤层气的吸附、解吸、扩散和渗流的影响。地应力增加,储层压力增大,煤层吸附气体的量增多,但渗透率降低,给煤储层的排水、降压及煤层气的解吸、运移、产出造成一定困难;（3）地应力对天然裂缝目前在地下的附存状态及有效性,以及人工压裂裂缝的形态和延伸方向的影响等。所以十分有必要系统论述地应力对煤层气勘探与开发的影响。     

等比例变压吸附法富集低浓度煤层气的安全性分析

在Coward爆炸三角形的基础上分析研究了低浓度煤层气（CH4浓度低于30%）吸附富集过程的安全性.研究结果表明,如果采用常规的变压吸附方法,使用单一吸附剂富集低浓度煤层气,在吸附过程中CH4浓度会进入爆炸极限,存在安全隐患.基于安全性和可行性分析,提出了一种安全的分离富集低浓度煤层气方法--等比例变压吸附法,采用活性炭和碳分子筛作为混合吸附剂,通过调节混合吸附剂中AC/CMS质量比,使低浓度煤层气中甲烷和氧气能按比例同时被吸附,确保整个吸附富集过程中吸附器内、排放气以及解吸气中的甲烷和氧气浓度都处于安全范围内,实现低浓度煤层气的安全有效吸附富集。     

Methods and Models for Analyzing Methane Sorption Capacity of Coal Based on Its Physicochemical Characteristics

The authors study the influence of physicochemical parameters on methane adsorption capacity of coal and offer the analytical method for the methane adsorption capacity for three-phased condition of methane. It is found that in the depth interval to 300 m below surface, methane adsorption capacity measured in lab can exceed natural gas content of coal obtained from geological exploration data by 30%, and the change in the thermodynamic condition of coal–methane system brings irreversible physicochemical consequences in terms of the altered ratios of physical states of the main components. There is no linear connection between natural gas content of a coal bed and its methane adsorption capacity with respect to occurrence depth. The application of Big Data in treatment and interpretation of large data flows is described. The theoretical data predicted using the proposed method and the experimental data on methane content of Kuzbass coal agree.     

煤层对CO2、CH4和N2吸附/解吸规律研究

针对目前我国煤层气开发中存在的产气率低、煤层气开采理论规律研究欠缺等问题,根据试验对比分析了不同温度15、20、25、30℃时,CO2、CH4和N2在煤岩中的吸附／解吸规律。试验结果表明,当温度升高时,气体分子的平均自由程越大,气体吸附量变小;对同一种煤介,当压力相同时,临界温度高的气体,具有较强的吸附能力,煤层对CO2、CH4和N2吸附能力依次下降;压力升高时,煤层对气体的吸附量变大;降压解吸过程存在解吸滞后现象,温度降低显著,这与吸附、解吸表达式和吸热反应有关。