变温变压下煤吸附实测值与理论值的误差分析

用文献中的兰氏体积和兰氏方程参数计算出在实测温度和实测压力下的吸附体积作为"兰氏计算值";用LI吸附-流动方程回归处理实测值,得LI氏吸附特定参数。用LI氏吸附特定参数计算出在实测温度和实测压力下的吸附体积作为"李氏计算值"。分别计算"兰氏计算值"与"实测值"之间的平均相对误差δ_1和"李氏计算值"与"实测值"之间的平均相对误差δ_2。比较结果显示用LI吸附-流动方程能更简单精确地描述变温变压下煤吸附实验,因为δ_2δ1。     

甲烷在煤表面的吸附势与煤阶的关系

本文根据在平衡水分、30℃条件下实测和收集的煤的等温吸附资料，采用吸附势理论，计算了各个煤样吸附等体积（5cm^3／g）甲烷时的吸附势，发现随煤阶的增加吸附势呈规律性变化。这种变化规律与兰氏体积随煤阶的变化规律一致，且完全与四次煤化作用跃变对应。可见煤层甲烷的吸附与煤的分子结构、晶体结构和孔隙度密切相关。     

鄂尔多斯盆地煤储层低温氮吸附孔隙分形特征研究

在利用低温氮吸附法测试鄂尔多斯盆地煤储层孔隙分布的基础上 ,计算了煤样的孔容及比表面分维数 ,并分析了煤储层对甲烷的吸附能力与孔隙分维之间的关系。研究表明随着比表面分维数的增加 ,煤储层兰氏体积减小 ,而兰氏压力增加 ,随着孔容分维数的增加兰氏体积减小。     

不同矿化度水对煤储层吸附性能的影响

为了探究水分及其矿化度对煤样吸附甲烷能力的影响,以准噶尔盆地南缘玛纳斯矿区侏罗系西山窑组块状煤样为例,采用矿化度水配制—样品制备—样品大气压下水浸—高压下注水—等温吸附实验的实验步骤,开展煤样干燥、饱水及含不同矿化度水条件下煤的等温吸附实验,探讨不同矿化度水对煤储层吸附性能的影响。研究结果表明:干燥煤样的兰氏体积显著大于注蒸馏水煤样的兰氏体积,注蒸馏水煤样的兰氏体积大于注10 000 mg/L矿化度水煤样的兰氏体积,但后者与注20 000 mg/L矿化度水煤样的兰氏体积相差不大。其主要原因为注蒸馏水煤样中水分子比甲烷分子更容易占据煤基质内表面或微孔内表面的吸附位,从而使得兰氏体积降低,而含矿化度水使得煤基质表面的吸附位进一步减少,从而造成了煤样对甲烷的吸附能力降低,但这也存在着一个极限值,大于20 000 mg/L矿化度水已不能明显降低煤样的兰氏体积。因此可推断,在地下水径流区或弱径流区,煤层水的矿化度不断增大至10 000 mg/L时,煤层中处于动态平衡的游离气含量会增加,而吸附气含量会减少,当煤层水矿化度超过10 000 mg/L,煤层中吸附气与游离气的含量比例趋于稳定。实验从研究创新的角度出发,以低煤阶煤样为例,对比分析了含不同矿化度水条件下煤样对甲烷的吸附能力的差异,并且进行了相关的理论分析和机制解释,认为地下水矿化度影响煤储层对甲烷的吸附能力。     

煤的工业分析参数对多煤阶煤岩吸附性能的影响研究

为探究煤的工业分析参数对多煤阶煤岩吸附性能影响,选取252组不同煤阶煤岩样品,开展工业分析和等温吸附实验。结果表明:高煤阶煤岩兰氏常数对工业分析参数敏感程度大于中煤阶,低煤阶敏感性最低。高煤阶煤岩兰氏常数随着挥发分产率增加而减小,随着水分增加而增加,兰氏体积随着固定碳增加而增加;中煤阶煤岩兰氏体积随着水分增加而减小,随着固定碳增加而增加,兰氏压力随着水分和挥发分产率增加而增加。该研究结果可以为多区域预测煤层气含量、评价煤储层等提供重要数据支持。     

煤的等温吸附测试中数据处理问题研究

通过大量等温吸附实验数据分析,结合多口煤层气勘探试验井的实测气合量、储层压力等资料,分别进行了吸附相体积校正前后纯甲烷气体等温吸附曲线比较,认为不校正吸附相体积的等温吸附实验数据更符合实际情况．吸附相虽然客现存在,但被吸附状态存在的甲烷体积和以自由气体状态存在的甲烷体积相比,吸附相体积要小得多,校正后兰氏体积和兰氏压力比未校正值增加了30％-40％,严重偏离了真实情况．指出了使用校正公式存在的问题,提出了等温吸附实验数据处理方法．     

煤体结构对吸附/解吸的影响研究

通过对比河南省二1煤的非突出煤(原生结构煤和碎裂煤)和突出煤(碎粒煤和糜棱煤)在含气量、气体成分、甲烷稳定碳同位素、等温吸附和镜质组最大反射率等方面的差异性,探讨煤体结构对煤的吸附/解吸特性的影响.研究结果表明,突出煤的含气量、损失气量、兰氏体积、兰氏压力和δ13C同位素都明显高于非突出煤,N2组分含量和解吸时间低于非突出煤.指出造成这些现象的本质是突出煤发生动力变质作用后分子结构、孔隙特性等发生了显著变化所致.     

基于不同类型煤吸附甲烷的吸附势重要参数探讨

目前广泛使用的以饱和蒸汽压(P0)和吸附相密度(ρa)为重要参数的吸附势理论,在用于煤-甲烷吸附体系研究时,因求取虚拟饱和蒸汽压时参数k值选取随意,导致吸附行为描述精度不高。借助低中变质程度构造煤和共生非构造煤样品,通过开展煤对甲烷等温吸附实验,进行P0和ρa标定,获得相应的吸附特征曲线,并在较宽温域内对不同类型煤等温吸附曲线进行预测。研究发现,基于k值的P0计算对吸附特征曲线影响较大,不同煤样的最优k值分别为kP1N=3.2,kP1D=3.4,kP8N=3.1,kP8D=3.0。利用313 K下吸附数据预测了不同煤在243,283,303,323 K的等温吸附曲线,认为选用Amankwah公式并利用最优k值计算P0时所获得结果与实测值吻合最好。     

误差在吸附测试方法和数据处理中的影响及其纠正

根据公开煤层气"吸附实测量"数据,建立了兰氏计算量、实测回归计算量和兰氏回归计算量三个吸附计算量样本,比较了三个吸附计算量与吸附实测量的相对平均误差后得出:用兰氏等温吸附方程所产生的理论误差与用温度-压力-吸附方程所产生的理论误差是相等的,基于兰氏参数再继续进行的计算会产生误差传递,从而导致进一步放大实验结果误差。建议制定一个统一的样品测试前的平衡水预处理程序,测试7个以上的变温变压(起始压力≥1MPa)实测吸附量,并用温度-压力-吸附方程来处理数据可以最大限度地降低吸附实验结果误差。     

不同变质程度煤吸附能力影响因素研究

为研究不同变质程度煤吸附能力的主控因素,通过显微组分分析、压汞试验、液氮试验以及等温吸附试验,分析了不同煤阶煤吸附能力差异。结果表明,研究区中煤的镜质组反射率R_o=0.44%~3.20%,兰氏体积为9.11~30.24 m~3/t,且随煤阶的增高逐渐增大;孔隙度、BET比表面积、微孔体积随煤阶的增高呈现高-低-高的变化规律,在R_o=1.9%左右时达到最小值,其影响着煤储层的吸附空间,但并不能主导煤储层吸附能力的变化;孔隙形态方面,墨水瓶孔对储层吸附能力控制较强;显微组分方面,镜质组含量在中低煤变质阶段对煤储层吸附能力起一定控制作用,在高变质阶段,惰质组中丝质体对储层吸附能力的控制更强。     

基于等温吸附的临兴地区8 9号煤层含气量预测

煤储层含气量是煤层气勘探开发的重要地质参数,如何准确预测煤储层含气量是煤层气地质研究的关键问题。以临兴地区8 9号煤层为研究对象,基于煤岩等温吸附试验测试数据,分析了兰氏参数与温度、镜质体反射率之间的关系,探讨了含气饱和度与温度、埋深之间的相关关系,基于等温吸附理论建立了临兴地区8 9号煤层含气量预测模型,并对模型进行误差分析。结果表明：兰氏参数与镜质体反射率(Ro<2.5%时)呈指数相关关系,与温度呈线性相关,含气饱和度与埋深、温度具有较好的线性关系;建立的含气量预测模型具有一定的可靠性。     

和顺区块贫煤吸附特征及影响因素研究

基于和顺区块22个贫煤煤样平衡水等温吸附成果,分析了和顺贫煤的吸附特征,探讨了影响贫煤吸附的因素.研究表明贫煤总体吸附性较强,兰氏体积较高、兰氏压力较低,吸附能力与煤化程度、孔隙率、比孔容、比表面积正相关,与水分含量、灰分含量负相关,显微煤岩组分的影响较微弱.     

煤层瓦斯含量实测值与计算值的比较研究

通过已知挥发分-镜质组最大反射率-吸附特性的相互函数关系,用数学模型(半理论半经验)提出计算煤层瓦斯含量理论值的方法,以期对预防瓦斯灾害、保护环境和利用资源提供参考,并以宁夏吴忠韦一矿地质勘探报告中所列的76组煤层瓦斯含量实测值与计算值进行比较。所计算的煤储层瓦斯含量比实测值高,但对煤层瓦斯含量的定性讨论给出一些量化佐证。     

CH_4和CO_2及其多元气体在淮南C_(13)煤中的吸附特性试验研究

煤对CH_4、CO_2及其多元混合气体吸附量是CO_2-ECBM技术的基础参数之一,也是评价CO_2封存量和CH_4产气量的基础。针对煤吸附混合气体试验繁琐、耗时长的问题,采用等温吸附试验分别实测了煤样对CO_2、CH_4及其混合气体的吸附等温线,并提出了混合气体吸附常数a、b与CO_2体积分数的拟合方程,得出了CO_2和CH_4混合气体吸附量预测方法。主要结论如下:淮南矿区C_(13)煤吸附CO_2的平衡时间约为24 h,远高于对CH_4的吸附平衡时间;C_(13)煤对CO_2的吸附能力是CH_4的2倍以上。C_(13)煤对混合气体的吸附量随CO_2体积分数的增大而增大;吸附常数a、b值与二氧化碳体积分数符合二次函数关系,可根据拟合方程,结合朗格缪尔方程计算任意体积比的CO_2和CH_4混合气体吸附量。     

荧光光谱法测定捕收剂在煤表面的吸附量

在等温条件下,根据浮选捕收剂在煤表面吸附的荧光性质,利用荧光扫描法将标准浓度的捕收剂溶液荧光强度信号与对应的激发波长(或发射波长)构成光谱图,该信号强度值与捕收剂的浓度成比例关系,因而可用于捕收剂在溶液中的浓度测定,进而可得到浮选捕收剂在煤表面的等温吸附量。实验结果表明：应用该方法测定的等温吸附量数值与γ-射线浓度计法测定的吸附量数值相吻合,为捕收剂在煤表面等温吸附的测定提供了一种新方法。     

深部煤甲烷吸附性能及含气量预测分析

煤的甲烷吸附能力是含气量估算和煤层气开发潜力分析的重要参数之一。根据深部13-1煤等温吸附实验结果,分析了煤的甲烷吸附性能。同时,基于Langmuir方程,探讨了煤层含气量特征。结果表明:13-1煤的吸附体积12.98～23.44 m~3/t,平均16.34 m~3/t;兰氏压力1.60～4.83 MPa,平均3.22 MPa。含气饱和度均处于近饱和状态,对于煤层气的开采有利。因此,以上结果可为深部煤层气的研究和勘探提供了理论依据。     

清洁压裂液对煤层气吸附性能的影响

为研究煤层气井压裂液选择的理论依据,进一步探讨清洁压裂液对煤层气吸附性能的影响,以IS-100等温吸附解析仪为实验平台,选择不同煤阶的煤样和清洁压裂液,从等温吸附的角度,探讨清洁压裂液对煤层气吸附性能的影响;并采用煤层气可采系数计算方法,以等温吸附实验的兰氏参数数据为基础,结合与地质条件和煤层密切相关的废弃压力、煤层原始含气量等因素,计算评价并综合分析清洁压裂液对煤层气吸附性能的影响程度.结果显示:与原始煤层可采系数相比,采用清洁压裂液压裂后的煤层可采系数显著增大.研究认为清洁压裂液对煤层气吸附性能有较大影响,该影响对煤层气开采有利;且影响程度与煤阶有关,焦煤、贫煤与无烟煤中贫煤的影响程度最大.     

煤层气吸附与解吸可逆性实验研究

以等温吸附与解吸实验为手段,通过对不同变质程度的煤进行吸附/解吸等温线的测定,探讨煤层气吸附与解吸可逆性.实验结果分析发现:低阶煤煤样吸附/解吸曲线出现了明显的滞后环,吸附和解吸过程所回归a(Langmuir体积)值相差比较大,说明吸附与解吸吻合性差,对甲烷的吸附和解吸表现出非可逆性;中、高级煤吸附与解吸等温线具有很好的重合性,吸附与解吸过程所回归的a(Langmuir体积)值也比较接近,对甲烷的吸附和解吸表现出可逆性.该现象的发现,为煤层气开采参数的确定具有一定的意义.     

煤岩显微组成对煤储层吸附能力的影响分析

基于中石化三个主要勘探区资料统计,详细分析了煤岩显微组分对煤储层吸附能力的影响,探讨了其影响机理.发现研究区内煤的兰氏体积与镜质组含量关系中不是连续渐变的,在R0＞2.0%的阶段且惰质组含量大于30%时,煤样的兰氏体积仍大于30m3/t,表现为较高的吸附能力,指出在中石化三个研究区R0＞2%的煤储层中,在含气饱和度不是太低的情况下,镜质组含量的高低不影响煤层气的开采价值.本文的研究方法与结果为以后的勘探开发提供一定的借鉴作用.     

含瓦斯煤的吸附量与孔隙率及变形的映射规律研究

为厘清含瓦斯煤的吸附量与孔隙率及变形的映射规律,以高压容量法测试煤吸附瓦斯等温曲线的过程为条件,针对煤样在不同瓦斯压力的作用下,吸附量对煤孔隙率、变形的影响进行了理论分析;利用工业CT技术与高压容量法相结合的方法,研究含瓦斯煤的吸附量与孔隙率、变形的映射规律。结果表明:随着吸附瓦斯量的增加,煤的孔隙率逐渐降低,并趋于稳定值;煤的变质程度越高,其孔隙率演化的趋势越缓;煤的体积应变呈现近似于线性增长的特征。