高低煤阶煤层气解吸机理差异性分析

煤层的解吸作用是当煤储层压力降低时,甲烷吸附气从煤层中逸出的过程。大多数人认为煤层气的解吸过程是随着时间推移解吸量单一下降的过程,但通过实验解吸数据以及实验区块生产排采的实际情况,发现煤层甲烷解吸过程决不是单一下降的过程,并且高低煤阶有非常大的差异。高煤阶经历了快速下降到升高到再下降的过程,出现了一个波峰。低煤阶煤的解吸则出现了两个波峰。解吸过程中解吸量在快速下降后又升高的主要原因是煤基质收缩效应和自调节效应,而本质原因是高低煤阶不同的分子结构特征以及孔隙、裂隙、割理发育特征差异所导致的。     

煤层气的解吸/吸附机理研究综述

通过对国内外制约煤层气开发的因素和能源需求的分析,指出了研究煤层气的解吸吸附机理的意义。通过分析国内外解吸吸附机理的研究历史和现状,将煤层气的解吸吸附机理归纳综合为单分子层吸附和多分子层吸附两大类;将煤层气的解吸吸附机理模型归纳为五类,即Lang-muir等温吸附及其扩展模型、BET多分子层吸附模型、吸附势理论模型、吸附溶液模型和实验数据拟合分析模型等。对影响煤层气解吸吸附的因素,如煤层的性质、孔隙性结构、煤层气的组分、压力条件和温度条件等进行了详细的分析说明指出,解吸吸附机理未来研究的重点方向是在考虑目前已认识的复杂因素条件下,以研究煤层气吸附状态和煤层气的解吸动态过程为主,尤其是甲烷与水和煤层中碳分子的结合与分离的方式。     

低煤阶煤层气成藏特点与勘探开发技术

低煤阶煤层气藏具有煤层厚度大、渗透性好、含气量低但吸附饱和度较高等特征。国外近几年煤层气突破主要集中在美国粉河盆地、加拿大阿尔伯达盆地等低煤阶区，其勘探开发实践证实，低煤阶煤层气藏可以获得工业气流，达到商业开发规模。在介绍低煤阶煤层气勘探开发技术的基础上，对我国的低煤阶煤层气资源与勘探开发前景进行了初步分析、评估和展望。结果表明：我国低煤阶煤层气资源丰富，其中西部地区的准噶尔、吐哈、三塘湖、天山、塔里木、鄂尔多斯等盆地侏罗系低煤阶含气面积共计约20.68×10⁴ km²，煤层气资源量达19.96×10¹²m³，占全国煤层气总资源量的54％，具有很好的勘探开发前景。     

准噶尔盆地低煤阶煤储集层吸附特征及煤层气开发潜力

等温吸附实验表明,准噶尔盆地侏罗系西山窑组、八道湾组低煤阶煤储集层具有较强的煤层甲烷吸附和储集能力.层位上,西山窑组煤储集层对甲烷的吸附和解吸能力明显较强,储集性相对更好,也更利于煤层气开采.地域上,盆地南缘昌吉-乌鲁木齐-阜康、东部彩南-巴里坤矿区、腹部地区均达到较富-极富甲烷煤储集层级别,对甲烷的吸附、储集能力较强.兰氏体积随镜质体反射率Ro增大而增大,与Ro呈三阶多项式函数对应关系.煤储集层对甲烷的吸附量随着压力增大而变大.依据兰氏体积划分出贫气区、含气区、较富气区、富气区4类区块,盆地南缘清1井-齐8井区、昌吉-乌鲁木齐-阜康矿区、西北缘斜坡区及盆地腹部主要为较富气区,盆地东部彩南-巴里坤煤矿区为富气区,其与周边厚煤区和腹部较深层煤层气开发潜力较大.     

高煤阶与低煤阶煤层气藏物性差异及其成因

利用扫描电镜、煤层气成藏物理模拟及热变模拟实验手段,系统研究了高煤阶、低煤阶煤储层在孔隙特征、渗透性、吸附/解吸特征等方面的根本性差异,并深入剖析了该差异的形成机制。研究结果显示,高煤阶气藏的孔隙度低,渗透性差,吸附平衡时间长且较分散,初期相对解吸率与相对解吸速率低;低煤阶气藏孔隙度高,渗透性好,吸附平衡时间短而集中,初期相对解吸率与相对解吸速率高。煤的化学分子结构、物理结构及显微组分的差异是导致其差异的主要原因。因此,高煤阶煤层气藏解吸效率较低,开发难度较大,而低煤阶煤层气藏开发较容易。同时,构造热事件对高煤阶煤储层的改造作用很显著,有利于高煤阶煤层气藏开发。     

中国低煤阶煤层气地质特征

低煤阶煤层气是中国煤层气勘探开发一个相当重要的潜在接替领域.中国含煤盆地的地质构造背景复杂,多数煤田经历了不同期次、不同性质构造及其组合以及应力-应变对煤储集层的改造,煤层气的富集成藏有自身的特点:厚度大、层数多、含气量低、渗透性较好、煤层气资源量和资源丰度大,厚度大而分布广泛的煤层及巨大的煤炭资源弥补了含气量小的缺点,使得低煤阶煤层气具有良好的勘探开发前景.低煤阶煤层气藏开发过程中解吸引起的基质收缩效应造成储集层渗透率增大,从而有利于低煤阶煤层气的开发,易形成工业性气流.低煤阶煤层气成藏过程简单,多为一次沉降,一次调整,如果构造、成煤环境及水文地质等主控因素能够有利匹配,有可能形成煤层气高产富集区.     

中国低煤阶煤层气成藏模式研究

借鉴国外煤层气成藏理论研究的思路和方法,开展了中国低煤阶煤层气藏的地质特征和成藏模式研究.研究表明,中国低煤阶煤层气藏具有煤储层厚度大、含气量低、渗透率易改造、吸附时间短和两个解吸峰值的特征;存在深部承压式超压成藏模式、盆缘缓坡晚期生物气成藏模式及构造高点常规圈闭水动力成藏模式3种低煤阶煤层气成藏模式.在目前技术条件下,构造高点常规圈闭水动力煤层气藏和盆缘缓坡晚期生物煤层气藏是勘探开发的首选目标.     

潘庄煤层气解吸特征研究

从煤层气的解吸速度和可解吸量等方面,探讨了潘庄井田煤层气的解吸特征,分析了潘庄井田解吸速度与解吸时间、可解吸量与埋深的关系。指出区域上潘庄1号井田的中部地区,潘庄2号井田15煤大部分地区和3煤北部地带,煤层气的可解吸率很高,有利于煤层气的开发,但可解吸率在区域上随埋深的增加大多呈负相关关系,数据较为离散。      

煤中多元气体的吸附与解吸

论述了我国开发煤层气的意义和开发现状，探讨了煤对多元气体的吸附一解吸特性．为今后利用注气驱替开采煤层气提供了重要的理论指导。     

煤层气气驱吸附及解吸规律实验研究

为研究煤层气的赋存形式和气驱原理,通过实验测量了煤层气注气开采中主要涉及的3种气体CH4、CO2和N2的吸附及解吸量,并利用Langmuir模型和BET模型进行实验处理拟合等温曲线,比较3种气体吸附性的强弱和模型的适用性,得出气驱煤层气的机理。此外,还通过实验研究了注入不同气体后煤岩渗透率的变化情况,定性分析了不同气体驱替煤层气时流量的大小以及不同气体驱替的效果。研究结果表明,开采煤层气时可利用CO2和N2的竞争吸附将煤层气采出,N2具有增渗作用,CO2具有减渗作用。     

煤层气等温吸附/解吸模拟实验技术新进展与应用

煤岩的吸附/解吸数据是煤层气资源预测、产能评价必需的核心参数,目前常规的等温吸附实验只能获得固定温度下的吸附量和压力之间的关系。如何获得储层条件下准确的等温吸附数据,是煤层气储层实验测试孜孜以求的目标。针对当前煤层气等温吸附测试主要沿用美国专利US5058442/4528550,采用IS-300等温吸附仪,存在测试范围小、破坏样品原始结构及无围压约束等突出问题,创新研制煤层气原位吸附/解吸模拟装置,克服了目前等温吸附测试未考虑地应力影响,不能代表地层真实吸附状态的缺陷。特别是形成非吸附性气体等温吸附实验方法,为变体积自由空间的计算提供参数。该装置的成功研制开发,一方面实现等温吸附装置国产化,另一方面实现高温压条件下煤岩原位吸附模拟技术的从无到有。研究发现,在较高温度和压力时(85℃,30MPa),温度对煤吸附能力的影响大于压力的影响。从而证实含气量与埋深关系存在"临界深度",即浅部煤层含气量随埋深增大而增高,在一定埋深达到最大值,超过此埋深之后含气量随埋深进一步增大而趋于降低。     

Adsorption and Desorption of Thiophene Vapor on NaY/NiY Zeolites

FT-IR spectrometry,TPD and adsorption isotherms of thiophene on NaY/NiY zeolites were carried out and the diffusion coefficient was obtained by means of its real-time dynamic curves.The loading of thiophene adsorbed on the NaY zeolite decreased with an increasing temperature,which was ascribed to the patterns of physical adsorption.Both physical and chemical adsorption phenomena were detected on the NiY zeolite,with the σ complexation and S-M interaction existing during the chemical adsorption.The loading of thiophene adsorbed on the NiY zeolite at 302 K and 335 K was equal,but it decreased at 373 K.The diffusion coefficient of thiophene on the NaY zeolite decreased when the loading increased to more than 0.02 mmol/g,and on the contrary that of thiophene on the NiY zeolite did not change obviously with the loading adsorbed.     

五阳矿区煤层气解吸实验对瓦斯抽放的指导

将煤矿瓦斯抽放技术与煤层气储层解吸特征结合起来,旨在维护煤矿的生产安全,同时也可以变废为宝,更加有效地提高煤矿瓦斯的利用率。利用液氮吸附法对五阳矿区4个巷道煤样品的比表面积、孔体积、孔径分布进行研究,通过对煤层气的吸附/解吸性能进行测试,分析、对比了各项因素。结果显示,7805运输巷煤样品的微孔、小孔发育,煤层气含量丰富,节理发育。通过综合评价,应考虑在7805运输巷布置瓦斯抽放钻孔。     

考虑煤层气稳定解吸的数值试井方法

建立了考虑煤层气解吸作用的煤层气稳定解吸均质试井模型,在控制方程中引入稳定源来描述煤层气解吸作用,利用有限元方法求得其数值解。通过分析解吸系数的影响,明确了煤层气解吸作用能缓解地层中压力下降、减缓压力波的传播。当解吸作用达到一定强度时,煤层气解吸量已经达到生产量,压力停止传播,这种情形类似于遇到了定压边界。另外,还考虑了临界解吸压力对试井理论曲线的影响,临界解吸压力和初始地层压力相差的越小,煤层气解吸出现的时间越早,对测试曲线影响也越大。     

页岩与煤岩等温吸附模型对比分析

采用Freundlich经验公式、Langmuir模型、扩展的Langmuir模型、Toth吸附模型和Langmuir-Freundlich吸附模型等5 种单组分模型对煤与页岩CH4吸附实验数据进行拟合,分别检验了实验数据的拟合程度。结果表明,无论是煤岩还是页岩,三参模型拟合度均高于二参模型。二参模型中,Langmuir 模型对煤岩与页岩拟合精度较高,约是Freundlich经验公式模型的8倍以上。三参模型拟合精度都很高,其中对于页岩来说,Langmuir-Freundlich模型在平均温度下的拟合度最好,扩展的Langmuir模型拟合度较差;对于煤岩来说恰恰相反,扩展的Langmuir模型拟合度最好,而Langmuir-Freundlich模型拟合度较差。总体来看,页岩与煤岩分别对Langmuir-Freundlich模型、扩展的Langmuir模型拟合最好,Freundlich经验公式拟合最差。研究结果对煤岩与页岩等温吸附模型的精确选择具有一定的指导意义。     

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为深入探讨煤对甲烷气体吸附—解吸机理及可逆性,作者从物理化学和界面化学以及现代煤层气吸附理论的角度,并通过系统的煤对甲烷气体吸附—解吸可逆性物化模拟实验,进一步科学地求证了煤对甲烷气体吸附—解吸可逆性问题。根据理论分析和实验成果,明确地提出了：①煤对气体分子的物理吸附特性决定了吸附与解吸的可逆性;②吸附在煤内表面的甲烷分子被解吸需要一定的能量,以摆脱煤表面与甲烷分子之间的范德华力,因此解吸过程会不同程度地滞后于吸附。     

HPAM在油水界面的吸脱附作用研究

为了弄清聚合物HPAM油水界面的吸附规律,利用双偏振干涉测量(DPI)技术研究聚合物HPAM在油水界面的吸脱附行为,建立了热力学和动力学模型,揭示聚合物的吸脱附作用并探究其机理。研究结果表明,HPAM在油水界面呈现快速吸附-慢速脱附的化学吸脱附过程。最大平衡吸附量随着聚合物浓度、相对分子质量、疏水单体含量的增加显著增大。吸附动力学参数符合伪一级动力学方程。不同浓度下,聚合物的伪一级反应速率常数K变化不大,约为0.029 s-1。经过较长时间脱附后,油水界面上仍然有残留聚合物,且残余量随浓度的增大而增加。     

轻烃在KL吸附剂上的吸附与脱附性能研究

本文研究了Ｃ５－Ｃ７正构烷和９３＃汽油在ＫＬ吸附剂上的吸附与脱附性能。结果表明：ＫＬ吸附剂地ｎＣ５－ｎＣ７和９３＃汽油的吸附容量和工作容量均优于一般的市售活性炭。它可望作为炼油厂、加油站和油田轻烃的吸附回收利用。