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.     

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由于气藏储层孔除介质中贮存的天然气几乎都是多组分的，因此，气藏储层孔隙介质中的气体吸附问题只能用多组分模型才能最终得到解决。章在对化工领域中应用得最为广泛的10个多孔介质多组分气体吸附理论模型进行再研究的基础上，利用拟合得到的单组分模型参数值，以及相应的储层孔隙介质多组分气体等温吸附实验数据对这些模型进行了储层孔隙介质气体吸附适用性研究。结果表明：①当气体组分数目较少，可以利用Wilson VSM模型对储层孔隙介质混合气吸附进行关联，若考虑到计算的简便，则DSL模型是最佳选择；②当气体组分数目较多，用FHVSM模型计算所得的吸附数据和储层孔隙介质中的偏差最小；③由于气蒸气体组分的数目都大于3个，因此将FHVSM模型运用于实际气藏吸附计算时将获得比其它模型更好的效果。     

复杂组分气固吸附相平衡的计算及等温线拟合

由纯组分气体H2 、N2 、CH4 、CO2 在活性炭和分子筛上的吸附等温方程 ,根据理想吸附溶液理论 ,对复杂组分 (3组分和 4组分 )气固吸附相平衡进行了预测 ,并得到了气体在多组分条件下的吸附等温方程。从而从理论上寻求一种研究复杂组分气固吸附相平衡的方法 ,并将多元变量空间的离散数据用显式代数方程表示     

天然气中微量组分对吸附剂性能的影响

考察了天然气吸附剂LXC对天然气中微量组分C2H6,C3H8,CO2,N2的吸附和脱附特性及其对CH4吸附能力的影响。实验结果表明,天然气吸附剂LXC吸附CH4,C2H6,C3H8的吸附量依次增大,滞留比依次减小,不可逆吸附性增强;CO2在吸附剂上的吸附量和滞留量较大;N2的可逆吸附与脱附性能较好;天然气中C2H6,C3H8,CO2均能导致吸附剂LXC吸附CH4的能力降低。在20℃、充气压力3.5M Pa、放气压力0.1M Pa的条件下,吸附剂LXC对配制的混合气体经12次连续吸脱附后,其吸附能力下降27.5%。     

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我国煤层气资源十分丰富,但其利用率极低,这主要是因为抽放煤层气中的有效成分甲烷浓度低。因此对煤层气中甲烷的分离提纯极为重要。混合气中各组分在共同吸附时具有竞争性,在这变压吸附过程中直接影响到混合气中各组分的吸附和解吸。文章通过模拟煤层气（CH4／N2）的吸附过程,从理论上分析了混合气体吸附过程中各组分在游离相和吸附相的浓度变化特征及其对吸附分离的影响。最后讨论了抽放煤层气中其他组分对所要提纯组分CH4的影响。     

气体混合物吸附平衡模型与检验

混合气体吸附不仅与温度、压力有关。而且随气体组成而变化、存在所谓竞争吸附现象。 混合气体吸附模型就是应用纯组分或双组分气体吸附等温线,可计算在给定温度和压力下混合气体中每- 组分的平衡吸附量。应用空穴溶液气体吸附FHVSM模型建立了吸附相与自由气相之间的两相相平衡计算模型.针对二个二元气体混合物吸附平衡例子.在完成其纯组分吸附等温线的参数回归计算之后。完成了气体混合物吸附平衡模拟计算。研究结果表明。空穴溶液气体吸附FHVSM模型能用于描述气体混合物吸附平衡。不仅能用于烃类气体混合物吸附平衡模拟计算.而且能用于非烃类气体混合物吸附平衡模拟计算。     

气体混合物吸附平衡模型与检验

混合气体吸附不仅与温度、压力有关。而且随气体组成而变化、存在所谓竞争吸附现象。 混合气体吸附模型就是应用纯组分或双组分气体吸附等温线,可计算在给定温度和压力下混合气体中每- 组分的平衡吸附量。应用空穴溶液气体吸附FHVSM模型建立了吸附相与自由气相之间的两相相平衡计算模型.针对二个二元气体混合物吸附平衡例子.在完成其纯组分吸附等温线的参数回归计算之后。完成了气体混合物吸附平衡模拟计算。研究结果表明。空穴溶液气体吸附FHVSM模型能用于描述气体混合物吸附平衡。不仅能用于烃类气体混合物吸附平衡模拟计算.而且能用于非烃类气体混合物吸附平衡模拟计算。     

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气藏烃类流体储存于地下的多孔介质中，部分烃类气体会吸附在多孔介质固体表面，从而会应影响气藏储量计算、气井产能计算、气藏开发动态分析等气藏工程计算的准确性。文章分析、研究了烃类气体在储层多孔介质表面上的吸附机理，应用F—HVSM模型，通过实例计算，得到了烃类气体混合物在储层多孔介质表面的吸附情况。研究表明：烃类气体混合物在储层孔隙介质中的吸附量随温度的升高而减少，随压力的升高而增大；在同一孔隙介质中，当温度、压力相同时，重组分含量相对较高的烃类气体体系，其吸附量相应较大；对同一烃类气体体系而言，在相同的温度、压力下，孔隙介质渗透率越低，比表面越大，其吸附量也越大；烃类气体混合物在中、低渗储层多孔介质表面的吸附量的数量级为10-2mol/kg。     

N2、CO2和天然气在岩心孔隙内表面的吸附量的测定

利用高精度孔隙度测定仪和气相色谱分析仪 ,采用恒体积法 ,测定了室温 ( 2 83～ 2 92 K)、低压 ( 0 .1 67～ 0 .3MPa)下N2 、CO2 和天然气在 8个不同的岩心孔隙内表面的吸附量 ,对于天然气 ,还测定了吸附前后自由气体的摩尔组成 ,被吸附气体 (吸附相 )的摩尔组成和天然气各组分的相对吸附量。实验结果表明 :用 N2 测得的吸附气量在原始气中所占的比例为0 .4 %～ 4 %不等 ,CO2 的为 1 %～ 5%不等 ,天然气的为 3%～ 6%不等 ;吸附前后自由天然气的摩尔组成有显著的差异 ,表明岩心对天然气有明显的吸附 ;天然气各组分间存在竞争吸附 ,重质组分的相对吸附量大于轻质组分。     

XF-1高温高压储层孔隙介质气体吸脱附测试仪

结合氦孔隙度仪以及化工和煤岩气体吸附测试仪的测试方法和原理，研制了一种改进的固体介质气体吸附测量仪器。该仪器能在较大的温度（15℃－150℃）、压力（0－60MPa）范围内，精确测量固结态圆柱状的、具有不同孔隙度、渗透率（不限）和非均质特征的岩心样品的气体（各类纯组分气体或混合气体）吸／脱队等温线，并具有流程简洁、操作方便、性能可靠、制作成本低廉等优点。     

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。     

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。     

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生物气是在特定条件下微生物作用于有机物生成的。研究认为,在甲烷生成菌的作用下,可通过CO_2+H_2和从有机基质中形成CH_4。生物气的组成一般以CH_4为主,常含数量不等的CO_2和N_2,C_2~+重烃含量甚微,C_1/C_(1～5)一般大于0.950,δ~(13)C_1一般小于-55‰。     

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盐城凹陷发现了中等规模的天然气藏，与天然气伴生还有少量凝析油，目前对天然气成因还有争议。天然气甲烷含量高、重烃含量低、干燥系数高。天然气碳同位素呈正碳分布，δ^13C1介于－37．7‰～-38.1‰。结合地质背景，认为天然气为混源气，主体为油型裂解气，海相古生界烃源岩可能是其主力气源岩。凝析油碳同位素为－28．8‰～-30.5‰，全油色谱中含有一定的长链正构烷烃，Pr/Ph为1．56，三环萜烷含量高，C29Ts、C30重排藿烷含量高，重排甾烷含量高，C29甾烷＞C27甾烷＞C28甾烷。石蜡指数、庚烷值表明凝析油为高成熟凝析油，C29甾烷20S／（20S＋20R）值表明其为成熟原油，凝析油为不同成熟度油气混合物，主体来源于泰州组烃源岩。凝析油的形成与蒸发分馏作用密不可分。烃类主要充注时间为6Ma-15Ma。天然气成藏为“古生新储”模式。     

中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩现场解吸气特征及地质意义

中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩具有良好的气体显示，是四川盆地外页岩气新的勘探区。通过对2口页岩气探井共64块水井沱组页岩的含气性现场解吸，测定了解吸气含量、气体组分、解吸气碳和氢稳定同位素组成，分析了解吸气组分变化、解吸过程中气态烃和二氧化碳同位素的变化，同时探讨了页岩气赋存状态、气体稳定同位素倒转特点及其地质意义。研究结果表明：水井沱组页岩现场解吸气含量为0.32~5.48 m³/t，连续含气量大于2 m³/t的地层厚44.05 m，含气性与TOC有很强的正相关性；解吸气甲烷含量为81.90%~95.48%，乙烷含量为0.78%~3.95%，含微量丙烷，为典型的干气；非烃气体中氮气含量稍高，平均约为6.7%，二氧化碳含量低于1%，不含H₂S；吸附气占50%~60%，游离气占40%~50%。解吸早期吸附性弱的CH₄和N₂先脱附出来，吸附性强的C₂H₆和CO₂后脱附出来，至解吸结束仍有相当量的C₂H₆和CO₂未脱附出来。解吸过程中碳、氢同位素均发生变化，δ¹³C_CH4变化范围为-39.92 ‰~-25.86 ‰，δ¹³C_C2H₆为-41.57 ‰~-39.34 ‰，δ¹³C_C3H₈为-40.89 ‰~-35.46 ‰，δ¹³C_CO2为-23.42 ‰~-19.23 ‰；δD_CH4为-136.90 ‰~-128.00 ‰，δD_C2H₆为-160.45 ‰~-155.30 ‰；由于同位素的质量分馏效应，解吸过程中残留的甲烷碳同位素增大了5.15 ‰~13.33 ‰，甲烷氢同位素增大1.64 ‰~8.90 ‰，乙烷碳、氢同位素和二氧化碳的碳同位素基本不变。气体碳同位素分馏还受页岩物性的影响，大的孔隙体积引起更显著的甲烷碳同位素分馏效果，同时还引起乙烷体积含量的差异。利用解吸半量体积所取气样的同位素值代表全部气体的平均值，δ¹³C_CH4平均值为-33.19 ‰，δ¹³C_C2H₆平均值为-40.04 ‰，δ¹³C_C3H₈平均值为-39.07 ‰，页岩气表现出δ¹³C_CH4 > δ¹³C_C2H₆且δ¹³C_C3H₈ > δ¹³C_C2H₆、δD_CH4 > δD_C2H₆的同位素"倒序"特征。与威远地区下寒武统筇竹寺组类似，宜昌地区水井沱组页岩气同样处于气态烃同位素反转阶段的早期，具有多源复合热成因气的特点。     

川东北地区自流井组陆相页岩岩相类型及储层发育特征

中国陆相页岩气资源潜力巨大,其中川东北部分地区下侏罗统获得了工业性页岩气流。开展页岩岩相划分与储层特征的研究有利于进一步勘探开发陆相页岩气。通过XRD、普通薄片、扫描电镜、高压压汞、N₂吸附及CO₂吸附等实验方法对川东北地区自流井组陆相页岩进行精细研究。以有机质丰度及矿物组成为分类参数将页岩分为12种不同岩相,查明了自流井组页岩主要发育4种岩相,即贫有机质硅质页岩（Ⅰ₃）、含有机质混合质页岩（Ⅳ₂）、含有机质硅质页岩（Ⅰ₂）与富有机质黏土质页岩（Ⅱ₁）。不同岩相的页岩储层特征存在较大差异,富有机质黏土质页岩有机质含量大于2%,生烃潜力最好,有机质孔及黏土矿物晶间孔之间连通性较好且比表面积较大,发育的纹层状构造有利于工业压裂,为最优陆相页岩岩相,是最有利的陆相页岩气勘探开发目标;含有机质混合质页岩（Ⅳ₂）有机质含量大于1%,孔体积较高,储气能力较好,且发育有利于压裂的层状构造,为良好陆相页岩岩相,是较有利的勘探开发目标;而贫有机质硅质页岩（Ⅰ₃）与含有机质硅质页岩（Ⅰ₂）则具块状特征,孔体积与比表面积均较低,为较差陆相页岩岩相,是最不利的勘探开发目标。     

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...     

氮气对塔河油田原油轻质组分抽提作用实验与评价

采用塔河油田缝洞型油藏稀油和常规稠油两种代表性油样,通过开展向前多次接触相平衡实验模拟蒸发气驱过程、向后多次接触相平衡实验模拟凝析气驱过程,研究了氮气与塔河油田原油在高温高压条件下的相态变化,明确了氮气与地层原油充分接触混合后地层流体的气液组分变化规律,提出了抽提指数的计算表达式,定量评价了氮气在高温高压条件下对原油轻...     

鄂西建始地区大隆组页岩有机地球化学特征

为了评价鄂西建始地区大隆组黑色页岩的勘探开发潜力,采用场发射扫描电镜、X射线衍射、低温N₂吸脱附、甲烷等温吸附实验等手段,分析了其储层特征和有机地球化学特征。结果表明,大隆组页岩储集空间以矿物溶蚀孔、有机质孔为主,石英等脆性矿物含量较高,孔隙度为0.65%~2.79%,渗透率为0.000 8~0.462 1 mD,属于特低孔、特低渗储层。页岩有机质丰度较高,TOC质量分数为1.62%~13.60%,具有良好的形成页岩气的物质基础。有机质类型以Ⅱ型干酪根为主,处于过成熟晚期阶段。现场解析法测得富有机质页岩含气质量体积为0.741~3.703 m³/t,平均为2.714 m³/t。页岩吸附气含量与有机碳含量、孔隙度均呈正相关关系,与石英含量和有机成熟度均呈弱的正相关性。建始地区大隆组页岩具有较好的页岩气生烃和储集条件,具备一定的开采价值。     

页岩中丙烷的降解特征及对页岩气组成的影响

为探讨高过成熟阶段页岩中小分子烃类的降解对页岩气组成的影响,选取了丙烷和页岩（取自四川盆地龙马溪组同一钻井、不同深度）开展不同系列的模拟实验。对C₃H₈、C₃H₈+页岩、C₃H₈+页岩+水在360℃、50 MPa条件下进行黄金管限定体系恒温热模拟实验,恒温时间包括72,216,360,720 h;同时为探讨更高演化程度条件下页岩中小分子烃类的降解特征,对C₃H₈、C₃H₈+页岩分别在400,450,500,550℃和50 MPa条件下恒温热模拟72 h。结果显示,360℃恒温实验条件下,C₃H₈+页岩体系中CH₄、C₂H₆生成量及CH₄/C₂H₆值比相应的C₃H₈对照实验高,且黏土矿物含量高的S1系列实验生成的CH₄、C₂H₆及CH₄/C₂H₆值基本较S2系列高。提高模拟实验温度后,丙烷的转化率显著提高,C₃H₈+页岩实验中的CH₄、C₂H₆产率均高于对照实验,且CH₄的产率高于C₂H₆。2个系列的模拟实验结果均说明黏土矿物能催化C₃H₈的裂解,且有利于CH₄的产生。含水体系中CH₄、C₂H₆生成量及CH₄/C₂H₆值比无水体系高,说明水能促进页岩中C₃H₈的裂解,且有利于CH₄的富集。页岩中黏土矿物和水对C₃H₈裂解的促进作用导致页岩气向干燥系数高的方向演化,页岩中小分子烃类的降解对高过成熟阶段页岩气的组成具有重要影响,在此过程中水分子起到重要作用,其对高过成熟页岩气资源的评价值得更多关注。