煤岩等温吸附曲线特征在煤层气研究中的应用

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等温吸附曲线方法在煤层气可采资源量估算中的应用

第34卷第5期中国矿业大学学报 V ol.34No.5 2005年9月 Jo urnal of China U niv er sity of M ining&T echnology Sep.2005文章编号:1000-1964(2005)05-0679-04等温吸附曲线方法在煤层气可采资源量估算中的应用陈春琳1,林大杨2(1.中国煤炭地质总局第一勘探局,邯郸　056000;2.中国煤炭地质总局,北京　100039)摘要:在缺乏煤层气井生产资料的情况下,为了合理利用我国煤田地质勘探中煤层气解吸法所测的煤层气含量,使其计算的煤层气资源量与可采资源量更为接近,根据煤层气解吸特征,煤储层等温吸附特征,通过计算解吸系数,求取煤层气的解吸率.利用等温吸附曲线与煤层气临界解吸压力的关系,估算出煤层气临界解吸压力,并结合煤层气井的枯竭压力,估算出煤层气采收率,进而获得煤层气可采资源量.结果表明,残余气在煤层气开采时基本上是不可能获得的,另外由于生产技术的原因,参考国外煤层气实际生产情况,井深结构所能达到的最低储层压力之下的煤层气也基本上不能被采出.因此通过解吸系数法校正、等温吸附曲线法校正后,计算的煤层气资源量更能反映煤层气的可采潜力.关键词:煤层气解吸率;等温吸附曲线;可采资源量中图分类号:P618.11 文献标识码:AApplication of Isothermal Curves inEstimating Minable Resource of Coalbed M ethaneCHEN Chun-lin1,LIN Da-yang2(1.T he F ir st Ex plo ration Bur eau of China N ational A dm inistr ation of Coal G eolog y,Beijing100039,China;2.China Nat ional A dministr ation of coal G eo log y,Handan,Hebei056000,China)Abstract:The data of coalbed methane(CBM)contents obtained from coal resource ex ploration can be used to evaluate the CBM and recoverable CBM resources.Based on the characteristics of CBM desorption and coal isotherm al adsorption,the desorption ratio of CBM is obtained through calculating the CBM desorption coefficient.T he critical desorption pressure is estimated based on the relationship of isotherm al adsorption curve to the critical desorption pressure.Then,the recoverable CBM ratio can be calculated in com bination w ith the abandoned pressure of CBM w ell, and then the recoverable CBM resources can be obtained.The result show s that the remnant CBM can’t be recovered out from coal seam.Moreov er,the CBM resources under the condition of the low er lim it of the coal reservoir pressure w ith respect to the depth of CBM w ell is nearly im possible to be mined.Thus,the recoverable potential of the CBM can be reasonably reflected by the CBM resources calculated through the emendation of the desorption coefficient and isothermal adsorption curve.Key words:coalbed methane desorption ratio;isotherm al adsorption curve;recoverable resources收稿日期:20041124基金项目:973计划项目(2002CB211700)作者简介:陈春琳(1962-),女,湖南省浏阳市人,高级工程师,硕士,从事煤田地质和煤层气地质方面的研究.E-mail:chen-chun-lin@ 在煤层气资源的勘探开发中,煤层气可采资源量是保证煤层气资源开发成功与否的重要物质基础;也是确定下一步煤层气勘探开发部署、制定规划、确定投资规模的重要依据.因此,对煤层气可采资源量计算是煤层气勘探工作的一项重要内容.在煤层气资源量计算方面,前人已做了大量的研究工作,如叶建平[1]等计算我国埋深2000m以浅,含气量大于等于4m3/t的煤层气总资源量为14.34万亿m3.高瑞祺[2]等计算我国埋深300～1500m的煤层气远景资源量为27.3万亿m3.等等.在煤层气资源量的计算方法上,考虑到煤层气藏是一种裂隙—孔隙型气液两相、双重孔隙介质的储集类型,气井的动态与常规天然气有明显的不同,所以归纳总结出比较好的4种方法是:容积法、类比法、数值模拟法和产量递减法[3].比较4种计算方法,以数值模拟法和产量递减法较好,所计算的资源量比较接近实际产量;而容积法和类比法所计算的资源量与实际产量存在很大的误差.但前2种计算方法中需要有一定时间的排采数据,而我国目前煤层气勘探开发还处于实验阶段,也即小井网开采试验阶段;目前还没有进入开发中后期的煤层气藏资料.因此,对煤层气资源量计算大多采用容积法,但利用容积法计算的煤层气资源量比较笼统,没有充分考虑煤层气的解吸特性以及煤层气井的产出条件,所计算的资源量实际上是资源的地下聚集量(也即地质资源量),而真正可以被采出地面的只是其中的一部分(也即可采资源量),容积法计算的资源量把不能被采出地面的一部分数量也包含在内了.这样所计算的资源量就会很高,而无效值的比例会过大[4-5],使真正有利的勘探目标的优选变的困难,也给后期的勘探开发部署、制定规划、确定投资规模带来很大的风险.因此,如何将其校正为有效资源(也即可采资源量),是当前我国煤层气勘探开发中的一个重要问题,它已引起了同行专家们的普遍关注,也是国家“973”煤层气项目要解决的问题之一.1　解吸系数法校正我国煤层含气量的测定在时间上跨度较大,在测定方法上也不尽相同.上世纪六十、七十年代主要是采用集气式,测定的煤层含气量数据误差太大,只能作为参考,一般不参与资源量计算.八十年代采用解吸法,其原理和现在的直接法一样,但解吸的时间相对较短,所测的煤层含气量一般都由采样过程中的损失量、自然状态下的解吸量、真空状态下加热粉碎前脱气量、真空状态下加热粉碎后脱气量四部分组成,后两部分也称残余气.进入九十年代,美国的直接测定法已经在我国煤层气含量测定中逐渐采用;所测的煤层含气量是由损失气、解吸气和残余气3部分组成.显然,残余气在煤层气开采时基本上是不可能获得的,因此在煤层气资源量计算时应除去这一部分气量.对资源量中残余气的影响可以通过计算解吸系数(解吸法测定煤层含气量时,损失量与解吸量之和占总量的百分比)来校正.其公式如下R v=(V1+V2)/(V1+V2+V3)×100%,G v=G i R v,式中:G v为煤层气可解吸资源量,108m3;G i为煤层气地质资源量,108m3;R v为解吸率,%.我国煤田地质勘探中,煤层气解吸法煤层气样数量多,在估算我国煤层气解吸系数时可选择若干刻度区进行解剖,再用类比法得出各煤层气资源量/资源量计算区块的解吸系数.据张群[6]等研究我国煤的残余气含量变化范围为0～3m3/t,残余气的含量在煤层气含量中占的比例为1.5%～30.0%;换言之,煤层气的解吸率变化于98.5%～70.0%之间.2　等温吸附曲线法校正煤层气开发是一项复杂的、多因素及多层次的系统工程.煤层气井的产量除受控于煤层的含气性、煤的吸附-解吸特性以及煤层所处的原始压力系统外,在相当程度上受控于煤层气的钻井、完井和开采工艺,即煤层被打开后储层压力所能降低的程度和压降大小;压降越大,煤层气采收率就越高.因此,经过容积法计算、解吸系数法校正所得的煤层气资源量仍然不是煤层气井可开采出来的气量——可采资源量,还要考虑井深结构所能达到的最低储层压力(即煤层气井的枯竭压力).与常规储层相比,煤储层属低孔隙度、低渗透率储层.在开采煤层气时,当产层打开后,首先是排水降低储层压力,只有当储层压力下降到临界解吸压力以后,煤层气才能逐渐解吸产出.据傅雪海[7]等研究煤层气临界解吸压力与煤储层的含气量及吸附解吸特性呈函数关系.因此,在缺乏煤层气井生产资料的情况下,利用等温吸附曲线与煤层气临界解吸压力的关系,估算出煤层气临界解吸压力,然后结合煤层气井的枯竭压力,可以估算出煤层气采收率,进而获得可采资源量.680 中国矿业大学学报第34卷2.1　等温吸附曲线图解法吸附等温线获得比较容易,现在应用已经比较普遍.我国部分目标区的煤层气参数井均获得了实测含气量、储层压力、等温吸附曲线等资料,从而可根据井深结构所能达到的最低储层压力(即煤层气井的枯竭压力),通过吸附等温线估算出残余气量,与实际含气量结合起来即可估算出煤层气可采率及可采资源量,见图1.煤层气可采率和可解吸资源量的计算公式如下R f =(C gi -C ga )/C gi ,G g =G i R f ,式中:R f 为煤层气可采率,%;C gi 为原始储层条件下的煤层气含量,m 3/t ;C ga 为废弃压力条件下的煤层气含量,m 3/t ;C g 为原始储层条件下的煤层气可解吸资源量,m 3;C i 为原始储层条件下的煤层气总资源量,m 3.图1　利用等温解吸曲线计算煤层气采收率图解Fig.1　Diag ram fo r estimating the recoverable coalbed methane r atio using t he isotherm adsor ption curv e2.2　等温吸附曲线公式法公式法主要是通过等温吸附曲线计算出煤层气的临界解吸压力、理论最大采收率,进而可估算出煤层气的可采资源量,其计算公式如下:临界解吸压力:P cd =V me P L /(v L -V me )理论最大采收率:G =1-P ad (1+b P cd )/P cd (1+b P ad )或G =1-P ad (P L +P cd )/P cd (P L +P ad )可采资源量:G r =G i G式中:P cd 为临界解吸压力,MPa ;P ad 为可能达到的最低储层压力,即煤层气井的枯竭压力,M Pa;V me 为实测煤层气含量,m 3/t;P L 为兰氏压力,MPa;V L 为兰氏体积,m 3/t;G 为煤层气理论最大采收率,%.值得注意的是,我国现在还仅处于小井网开采试验阶段,目前还没有已经干枯或濒临枯竭煤层气藏资料.在利用等温吸附曲线估算采收率过程中,枯竭压力的采用一般根据美国的经验可降至的最低储层压力为100磅/平方英寸,约为0.7MPa 进行计算.3　实　例选择华北石炭—二叠系聚煤盆地中的平顶山矿区八矿深部、寿阳矿区韩庄及韩城矿区板桥目标区内的主要可采煤层为计算对象,详细分析目标区煤储层的吸附——解吸特征,进行等温吸附试验,获取等温吸附曲线[8](图2～4),分析其试验结果.结合区内的试井资料,计算各目标区主要可采煤层的解吸率、临界解吸压力、采收率及可采资源量(表1).图2　平顶山矿区三9-10、二1煤层等温吸附曲线Fig .2　Isot her m adsorption cur ve of coal seam Ⅱ1andⅢ9-10in Ping ding shan miningdistrict图3　韩城矿区3号、11号煤层等温吸附曲线F ig.3　I sotherm adsor ption curv e o f coal seam 3and 11in Hancheng miningdistrict图4　寿阳矿区3号、15号煤层等温吸附曲线F ig.4　I sotherm adsor ption curv e o f coal seam 3and 15in Shouyang mining distr ict681第5期陈春琳等:等温吸附曲线方法在煤层气可采资源量估算中的应用表1　研究目标区主要可采煤层中煤层气可采资源量计算表Table1　Recoverabl e coalbed gas resources of the maj or coal seams in the area studied 计算参数平顶山八矿目标区韩城板桥目标区寿阳韩庄目标区煤层三9二13号11号3号15号煤层埋深/m600～900800～1100500～900600～1000400～600500～700解吸率/%658581.7886.3289.586.2实测含气量/(m3õt-1)8.588.9510.739.511.612.90兰氏体积/(m3õt-1)22.2728.3321.2820.2035.838.51兰氏压力/M Pa 3.48 2.89 1.100.90 1.85 1.97临界解吸压力/M Pa 2.18 1.34 1.120.800.890.99预计枯竭压力/M Pa0.70.70.70.70.70.7预计可采率/%56.5338.2822.88 6.9815.2821.74地质资源量/万M37670013640087500328700181000372800可解吸资源量/万M34985511594071557.5283733.8161995321353.6可采资源量/万M328184.7844381.6316368.4919786.724753.869844.474　结　语煤层气在地质赋存条件和开发技术要求上的特殊性决定了其资源量/储量评价方法的特殊性,特别在资源量计算、采收率计算等方面都有着明显不同于其它矿种的特殊性.我国有丰富的煤层气资源,也已经有不同的全国煤层气资源量预测值.但是,在现有或可预见的不久将来的技术经济条件下,在庞大的资源量预测值中有多少是可被采出的?这是煤层气勘探开发研究中的一个重要的、极待解决的问题.笔者根据解吸率—等温吸附曲线计算煤层气可采资源量的方法还存在着一定的问题,就是计算的临界解吸压力值普遍偏低,临储比很小,可能会导致气井采收率偏低.参考文献:[1]　叶建平,秦　勇,林大杨.中国煤层气资源[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998.43-44.[2]　高瑞祺,赵政璋.中国油气新区勘探[M].北京:石油工业出版社,2001.29-36.[3]　李明宅,胡爱梅,孙晗严,等.煤层气储量计算方法[J].天然气工业,2002,22(5):33-34.Li M Z,Hu A M,Sun H Y,et al.T he method forcalculating of coalbed methane reser ves[J].N aturalGas Industr y,2002,22(5):33-34.[4]　张　抗.对中国天然气可采资源量的讨论[J].天然气工业,2002,22(6):6-9.Zhang K.Discussion on natural gas ex plo itableresources in China[J].N atur al Gas I ndustry.2002,22(6):6-9.[5]　陈晓东.对中国煤层气开发现状的思考与建议[J].天然气工业,2002,22(5):35-38.Chen X D.T he consideration and proposition oncurr ent status of coalbed methane development 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煤岩等温吸附曲线特征在煤层气研究中的应用

煤岩等温吸附曲线特征在煤层气研究中的应用与常规天然气相比煤层气被吸附在煤层微孔隙的内表面上。

由于煤的微孔隙极其发育具有特别大的比表面每克煤的内表面可达到通过吸附作用煤比常规砂岩具有更高的储气能力。

煤层的孔隙介质具有双重孔隙特征基质和割理分别代表着原生和次生的孔隙度。

煤层气以吸附状态储存于煤颗粒的内表面煤层气的吸附能力由煤质、煤阶成熟度、埋藏深度等状态所决定。

等温吸附曲线是指在某一温度条件下以逐步加压的方式使已脱气的煤岩重新吸附而建立的压力与含气量吸附气量关系曲线。

因此对等温吸附曲线特征的描述在很大程度上成为煤层气勘探开发决策依据之一。

1等温吸附实验1.1实验原理煤的吸附性是煤的一种自然属性。

煤是一种多孔介质具有很大的比表面积。

由于气体分子与煤内表面之间的范德华力作用气体有被吸附到煤内表面上的趋势这种吸附属于物理吸附符合兰格缪尔单分子层吸附理论。

煤的吸附能力是温度、吸附质、压力和煤性质的函数。

在温度和吸附质一定的情况下煤对气体的吸附量可用兰格缪尔方程描述式中—兰氏体积表征煤具有的最大吸附能力—兰氏压力反映煤内表面对气体的吸附能力。

当压p=pL V=VL VL和pL得。

1.2TerraTek公司IS34g 6823p/V=p/VL+pL VL绘制成以p为横坐标、以p/V归直线方程及相关系数R4V和压力p绘制等温吸附曲线。

1.3煤吸附性能的影响因素煤的吸附性能受煤阶、煤层上覆有效地层厚度H、镜质组含量X、灰分V等的影响Q Ro、煤层上覆有效地层厚度H、镜质组含量X和灰分含量V[1]Q=-1.2803+0.0037+0.005+0.43X+5.9846RoR0.844 3R为相关系数。

分0.8Ro2力区[2],范围主要取决于3等温吸附曲线应用3.1利用等温吸附曲线形态分析煤层气产量变化通过对等温吸附曲线的形态分析可以比较不同兰氏压Lp/(pL+p)则d e!"pdp=tanθ= LpLp+p! "L pLpL453和6L越大L d[d e!"pdp]dpL=dtanθdpL=L(p pL)p+p! "L3 p pL pL pL pL3L34、5和6pL p pL pL低至pLp pL和L L和pLpL越小[3]32利用等温吸附曲线估算煤层气可采特征,线0.7 MPa进行计算。

煤层气的藏保存条件及其吸附性分析

煤层气藏保存条件煤层气藏定义：含有一定量煤层气，具有相对独立流体流动系统的煤体或地质体。

即煤层气藏是煤层气聚集的最小单元，具有统一压力系统。

煤层气作为开采利用对象，煤层气藏必须具有一定量煤层气。

其处于同一个压力系统，受相同流体流动系统控制，属于最基本单元。

该地质体不仅指煤层，同时包含了煤层顶、底板。

煤是一种有机质高度富集的烃源岩, 生烃能力很强，其生气能力远超煤层自身储气能力，因而决定煤层含气量的主要因素不是煤层生气能力, 而是其储气能力与保存条件。

保存条件主要指盖层的封盖能力、水动力条件和构造运动等因素。

在地质历史中，上述地质作用主要是通过改变地层的温压条件而改变吸附与解吸和吸附与溶解之间的平衡，来控制地层中的煤层气赋存形式，从而影响煤层气的保存与富集。

1、较强的吸附能力是煤层气富集的前提煤层气以溶解气、游离气和吸附气三种方式赋存于煤层的双孔隙系统中：割理系统和微孔隙系统。

割理孔隙度一般都较小且被水充满，溶解气、游离气较少，煤层气主要以吸附状态存在于煤的基质微孔中，吸附气占总含气量的90～９５％以上，正是由于煤的这种吸附特性决定了煤的储集能力。

在地层条件下，吸附气、游离气和溶解气处于一种动态平衡过程中，在达到吸附平衡后，吸附量是压力和温度的函数。

但煤对气体的吸附属于物理吸附，吸附与解吸是可逆的，当温度和压力条件改变后，吸附量也会改变：当压力下降或温度升高时，吸附气就会解吸，转化为游离气。

同样，在地层水交替作用下，原有的平衡条件也会被打破而使吸附气越来越少。

由于吸附气的活性较游离气和溶解气弱得多，更易保存，因此煤的吸附能力越强，吸附量越大，越有利于煤层气的保存。

各种地质作用就是通过改变吸附与解吸及吸附与溶解的关系而影响煤层气的保存。

2、良好的封盖条件是煤层气保存的重要因素煤层气属于自生自储式，不需要初次运移，这就要求自生气开始，就需要有良好的封盖条件才能使煤层气得以保存。

盖层对于煤层气藏的作用主要是维持吸附与解吸的平衡，减少游离气的逸散和减弱交替地层水的影响。

潘庄煤层气区块15号煤储层物性特征研究

潘庄煤层气区块15号煤储层物性特征研究武杰;刘捷【摘要】煤储层物性特征是影响煤层气开发成效的关键因素,文章基于潘庄煤层气区块地质、煤层气地质及煤层气勘探开发资料,采用煤层气地质理论对该区15号煤储层物性特征进行了研究.结果表明:研究区15号煤储层具有较好的含煤性和含气性,可为煤层气开发提供较好开发对象和气源保障;煤的孔裂隙系统相对发育,煤层渗透性好、渗透率高,有利于煤层气吸附、储集、扩散及渗流;15号煤储层地层能量普遍较弱,煤储层压力为\"欠压\"状态,不利于驱动煤层气高效产出;煤中具有良好的吸附储集煤层气空间,煤对煤层气的吸附能力强、吸附量大,但煤层气解吸速率较低.【期刊名称】《煤》【年(卷),期】2019(028)006【总页数】5页(P1-5)【关键词】潘庄煤层气区块;15号煤层;煤储层物性特征【作者】武杰;刘捷【作者单位】煤与煤层气共采国家重点实验室,山西晋城 048012;易安蓝焰煤与煤层气共采技术有限责任公司,山西太原 030000;中国石油西部钻探工程有限公司井下作业公司,新疆克拉玛依 834000【正文语种】中文【中图分类】P618.131 研究区概况潘庄煤层气区块位于沁水盆地东南部晋城矿区，地理坐标为东经112°24' 00"～112°36'00"，北纬35°40' 00"～35°34' 43"，面积为157.755 km2。

区块内煤系地层相对发育，煤层累计厚度大、可采煤层多，具有良好的含煤性和含气性。

为解决煤层高瓦斯给矿井煤炭开采造成的难题，晋煤集团于20世纪90年代在该区开展了地面煤层气抽采、相关煤层气地质及勘探开发理论方面的研究工作，为我国“采煤采气一体化”的煤与煤层气绿色共采开创出了一条新路[1-2]。

煤层是煤层气的生气层和储集层，具有极强的非均质性，其物性特征不仅影响着煤层气开发技术选择，亦是造成不同煤矿区、不同井田、块段煤层气开发成效的关键之因[3-5]。

煤层气的超临界吸附研究

煤层气的超临界吸附研究摘要：以沁水盆地平衡水煤样的不同组分气体等温吸附实验为基础，通过煤吸附气体动力学过程和吸附量计算理论及方法的分析，对实验结果进行了深入探讨。

认为气体的超临界吸附的高压阶段累计吸附量下降是一个普遍的现象，这是由gibbs的吸附定义引起的“视吸附量”降低，而非“绝对吸附量”下降。

并且指出不同气体组分的竞争吸附作用改变了煤的吸附特性，致使煤的三元混合气体等温吸附曲线没有下降；但同时认为，只要实验条件允许，压力足够高，三元混合气体的吸附曲线也必将呈下降趋势。

关键词：安全技术及工程；超临界吸附；gibbs吸附定义；视吸附量；绝对吸附量一、吸附力和吸附能煤对瓦斯的吸附从本质上说是由煤体表面的原子或离子与气体分子之间的相互作用力引起的。

根据分子热力学和表面物理化学的知识，这些作用力可分为物理作用力和化学作用力。

吸附热较小、吸附速率快、吸附与解吸可逆等证据显示煤吸附气体基本上为物理吸附。

据量子力学理论推导出孤立两原子之间的总势能（lennard-jones势能）数学表达式：（1）式中：c为瞬时偶极—偶极作用常数；b为经验常数；r为两原子中心距离，加式中负号表示吸引。

吸附剂表面吸附很多吸附质分子，吸附系统总势能为：（2）二、等温吸附量的测定原理与计算方法目前测试气体吸附等温线大多采用的是静态容积法。

静态容积法是在恒定温度下，测试吸附前后体系的压力变化来计算获得吸附等温线数据。

其步骤是先通过标定装有吸附剂空间的总体积（通常使用he标定），然后充入定剂量的吸附气体，再测试吸附平衡后的压力。

当充摩的气体进入体积为的吸附空间后，在吸附作用下气体的压力会不断下降，当到达平衡压力时，可以通过气体状态方程或已知实验数据求得这时的气相密度。

虽然无法知道吸附后剩余气体所占的体积，但由于吸附相体积远小于，因此可以利用总体积代替来计算吸附空间剩余的气体量，静态容积法正是利用这个原理来求取平衡吸附量。

（1）还可以得到以下关系式：（2）（3）将式（2）代入式（3）可得：（4）即：，将其代入式（1）可得：（5）吸附相密度等于吸附相分子总量与吸附相体积的比值，即：，代入式（5）得：（6）式（6）中的可称为“绝对吸附量”，它反映了吸附剂上吸附相的真实值；的值是由静态容积法测定并计算得到的吸附量，并非吸附相的真实值，可称为“视吸附量”。

煤层气考试重点(经典)

煤层气是一种在煤化作用过程中形成的、并赋存在煤层中的以甲烷为主的混合气体，也称煤层吸附气、煤层甲烷或煤层瓦斯。

瓦斯是赋存在煤层中的煤层气与采动影响带中的煤成（层）气、采空区的煤型气及采掘活动过程中新生成的各种气体的总称。

煤层气两种基本成因类型：生物成因和热成因。

生物成因气分为原生生物成因气与次生生物成因气生物气的形成应满足两个条件：一是要有丰富的有机质提供产气的物质基础；二是具备有利于甲烷菌繁殖的环境条件。

控制煤层气化学组成的主要因素：1）煤的显微组分,特别是富氢组分的丰度2）储层压力3）煤化作用程度，即煤阶/煤级4）煤层气解吸阶段5）水文地质条件壳质组通常相对富氢，是煤成油的主要显微组分，具有很高的生烃能力.三种煤岩组分的烃气产率，以壳质组最高，镜质组次之，惰性组最低。

同位素的分布特征我国煤层气的δ13C1地域分布总体上体现出不同地质时代构造背景下煤中有机质生烃演化的特点。

δ13C1随最大反射率增高变重，但二者之间的这种正相关关系并非是线性的华北和华南煤层气δ13C1值与全国性规律一致，随煤级增高而变重，东北煤层气δ13C1 值的演化却与此相反，煤级增高，δ13C1值变小，暗示东北煤层甲烷稳定碳同位素的分布另有重要控制因素。

临界压力是指气、液两相共存的最高压力，即在临界温度时，气体凝析所需的压力。

高于临界温度，无论压力多大，气体不会液化；高于临界压力，不管温度多少，液态和气态不能同时存在。

溶解度（m3气/m3水）：20℃、1atm下单位体积水中溶解的气体体积，溶解度同气体压力的比值称为溶解系数（m3/m3·atm）。

溶解度特征：温度对溶解度的较复杂,温度<80℃时,随温度升高溶解度降低;温度>80℃时,溶解度随升高而增加。

甲烷溶解度随压力的增加而增加,低压时呈线性关系,高压时(>10MPa)呈曲线关系;甲烷溶解度随矿化度的增加而减少。

所以在高温高压的地下水中溶解气明显增加。

煤的等温吸附测试中数据处理问题研究

第28卷第2期煤炭学报Vol.28　No.2 2003年4月J OURNAL OF CHINA COAL SOCIET Y Apr.　2003　文章编号:0253-9993(2003)02-0131-05煤的等温吸附测试中数据处理问题研究张庆玲1,曹利戈2(11煤炭科学研究总院西安分院,陕西西安　710054;21西安邮电学院基础部,陕西西安　710061)摘　要: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含量、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.吸附相虽然客观存在,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.关键词:煤;甲烷;吸附;体积;校正中图分类号:P618111 文献标识码:A 煤的等温吸附实验是煤层气测试技术中不可缺少的重要组成部分,其主要目的是确定Langmuir体积、Langmuir压力、等温吸附曲线等技术参数,这些参数在煤层气资源评价开发中起重要作用.煤层等温吸附曲线是描述煤对甲烷气体的吸附能力以及吸附量与压力的关系,它反映煤的储气能力大小,是煤化性质、储层压力、地层温度、煤中矿物质、水分、煤岩组分的函数.等温吸附数据的正确测量和解释,是理解和预测煤层甲烷储层气体生产动态的重要因素,可以估算煤层的含气量,判断煤层的含气饱和度,确定煤层的临界解吸压力,预测在生产过程中降压解吸的可开采量等,为资源量计算、储层模拟、产能预测等方面提供了所需参数.如何得到准确的等温吸附数据,是煤层气测试技术人员一直追求的目标.国内外许多高压容量法测试煤对甲烷的吸附仪器(如美国Reven Ridge Resources,Terratek公司产品),实验过程多采用煤在平衡水分条件下[1]增压法.在每个平衡压力点下,计算吸附量是否需要进行吸附相体积校正,是目前认识分歧较大的焦点之一. 吸附相体积是指在等温吸附实验中,处于被吸附状态甲烷的体积.以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.计算吸附量时是否需要体积校正,笔者通过大量的实验数据以及多口煤层气勘探试验井的实测含气量、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的比较,计算了部分煤层的含气饱和度和临界解吸压力,通过对比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.吸附相体积校正后,各压力点下校正值高于未校正值,并且压力越高差值越大.由于每个压力点下得到的吸附量不同,吸附实验得到的各项参数明显不同,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.另外笔者还认为,目前所采用的等温吸附曲线都是用纯甲烷测定的,而没有考虑煤层气中存在的其它气体成分,导致测定的兰氏体积和兰氏压力比实际偏高.而吸附相体积校正后各项参数更高,这样与实际偏差就更大.所以用Langmuir 方程描述煤的等温吸附过程,得到的结果是比较准确的,吸附相体积不应校正,或现使用的校正公式不符合要求.收稿日期:2002-11-17 基金项目:国家“十五”重点科技攻关项目(2001BA605A-07-01)1　吸附相体积校正存在的问题目前所采用的校正公式最早是J.Sommen[2],D.H.Moffat和K. E.Weale[3]等人提出的,即V a=V G1-ρf/ρs,(1)式中,V a为绝对吸附量,cm3/g;V G为G ibbs吸附量或视吸附量、表观吸附量、过剩吸附量,可通过Langmuir方程求得,cm3/g;ρf为平衡条件下的自由气体密度,可通过实验测出,g/cm3;ρs为吸附气体密度,g/cm3. 采用式(1)进行体积校正前,首先要确定吸附相密度.而吸附相难以直接观测,因此对气体的吸附相认识仍处于理论假设阶段,吸附相气体的密度常用2种方法来估算(Menon,1968):①假设该密度为常压沸点下其液体的密度,在这种情况下,甲烷的密度为01421g/cm3;②当温度高于临界温度时(通常情况下),使用Van der Waals状态方程中的共容积常数,甲烷的密度为01375g/cm3.另外还有一些其它估算方法得出甲烷吸附相密度.采用的甲烷吸附相密度见表1,可见采用的吸附相密度值差别较大.采用不同的甲烷吸附相密度值,计算出的结果也不同,分别利用方法1,2,3,5对同一煤样吸附甲烷数据进行处理,结果见表2、图1.图中曲线说明校正后的结果明显高于未校正值,采用的吸附相密度值越小,校正结果越高.表1　采用不同方法得到甲烷的吸附相密度值T able1　Methane adsorption2phase densityobtained with different methods 方法相对密度/kg・m-3常压沸点时液态甲烷密度424临界状态甲烷密度163最大压缩状态的气体375理论模型推算(233～333K)150～350利用经验公式590吸附相密度随吸附质和吸附剂的距离变化[4]-表2　采用不同甲烷吸附相密度值得到的吸附参数T able2　Methane adsorption parameters derived fromdifferent adsorption2phase density甲烷密度/kg・m-3兰氏体积V L/cm3・g-1兰氏压力p L/MPa未校正37173119059048178312542455110410237558162414516320917422189图1　采用不同吸附相密度得到的吸附等温线Fig11　Adsorption isotherm derived from differentadsorption2phase density 由表2、图1可知,对同一煤样采用不同的甲烷密度得到的兰氏体积和兰氏压力相差很大.以上采用不同方法得到的甲烷密度都是推测值,并非代表处于吸附相状态甲烷的真实密度,相应校正后的体积也是一个估算值,这样会给试验的计算引进不准确数值. 甲烷密度的物理含义是单位体积的甲烷含量.对同一煤样来说,在等温吸附实验中,每个吸附平衡点压力不同,吸附量大小不同,单位体积甲烷的吸附量不同,即每个吸附平衡点下甲烷吸附相密度不同.对不同煤样而论,从褐煤到无烟煤,对甲烷的吸附能力不同,差异就更大.用同一甲烷吸附相密度来计算,吸附量显然不合理,所以笔者认为,目前采用吸附相校正公式存在问题.由于目前对吸附相认识还很不完善,吸附相虽然客观存在,但吸附相甲烷体积能占多少,每个吸附平衡点甲烷密度怎样计算,还是有待讨论的问题.Ruppe(1974)等发现[5],校正后并不能231煤炭学报2003年第28卷使结果更符合Langmuir 等温线,因为等温吸附的表达式(Langmuir 方程)就是由绝对吸附而导出的.吸附相体积,只是微观现象,是分子间占的体积,与宏观甲烷自由气体体积相比是微不足道的,所以在等温吸附实验中,如果人为的加以校正,会给试验结果带来相当大的误差.如果在进行煤层气资源量评价、储层特征描述、产能预测时,使用有误差的吸附数据,得到的将是有偏差的结果甚至产生错误的结论,势必会影响煤层气的勘探、开发工作.2　校正前、后的等温吸附实验结果比较由于煤层气的等温吸附实验多数在甲烷的临界温度以上,如果把被吸附的甲烷当作最大压缩极限的气体,通过范德华气体状态方程中体积修正项b 求出甲烷的吸附相密度为375kg/m 3,利用式(1)对不同变质程度煤样的等温吸附结果进行处理,煤样分别采自山西晋城、寿阳、柳林及兴县、淮南新集、河北大城、四川南桐、新疆吐哈等多个生产矿井,校正前、后的Langmuir 参数及相对误差见表3,计算相对误差时把校正后的数据当作真实值. 由表3可知,体积校正前、后Langmuir 参数差异很大,校正后的结果明显高于未校正值.Langmuir 体积随煤级增高相对误差变小,而Langmuir 压力随煤级增高相对误差没有明显变化.表3　不同变质程度煤样体积校正前、后的Langmuir 参数T able 3　Langmuir parameters of coals in different ranks before and after volume correction样　品Langmuir 体积/cm 3・g -1校正前校正后相对误差/%Langumir 压力/MPa校正前校正后相对误差/%褐煤1116417133-32183711911130-361371512825154-401181110119109-42132长焰煤1812726147-3019861479191-341711417822121-33147713511163-361761912426122-2616241346130-31111气煤1913426112-26100613311172-451991819925189-2616541366143-32119肥煤1714123124-2510931394187301391917327158-281463102419038137焦煤2813237128-2410431915158-291872411031156-2316431495102-30148瘦煤3514545179-2215811702167-36133贫煤3512345152-2216011442135-381503116740158-2119611632155-36108无烟煤4417457187-2216921583177-311533918751145-2215121523176-321983　校正前、后的等温吸附实验结果的实例分析根据煤层气参数井取得的实测含气量、储层压力、纯甲烷气体等温吸附曲线等资料,计算部分煤层的含气饱和度和临界解吸压力,发现有些矿区的煤储层实测饱和度和临界解吸压力很低,临储比很小,导致气井采收率较低.根据这些参数评价这些矿区都没有实际经济开发意义,但煤层气试验井的排采资料表明,气井的实际临界解吸压力要高于根据等温吸附曲线所计算的值.如某煤层气试验井,液面降到85m 处时就开始产气,上煤组深度为532m ,实际临界解吸压力为4147MPa ,要比计算的临界解吸压力高得331第2期张庆玲等:煤的等温吸附测试中数据处理问题研究多,见表4.表4　某煤层气试验井煤储层参数与体积校正前、后数据的比较T able 4　Coal reservoir parameters and d ata comparison before and after volume correction of a coal 2bed gas test w ell 样品编号储层压力/MPa 临界解吸压力/MPa 实测校正前校正后含气量/m 3・t -1实测校正前校正后含气饱和度/%校正前校正后15185313031152160617081821012075196651692615541475100219571037196111208813262177图2　体积校正前、后某试验井煤储层参数的对比Fig 12　Coal reservoir parameters comparison of a test well before and after volume correction 寿阳HG -6井和屯留TL -003井也有类似情况.图2为北方某煤层气试验井实测数据与纯甲烷气体等温吸附曲线,体积校正前、后与实际临界解吸压力和含气饱和度比较,图中试验井的原始储层压力为6155MPa ,实测临界解吸压力为4147MPa ,校正前临界解吸压力为5100MPa ,校正后临界解吸压力为2195MPa.试验井的实测含气量为7103m 3/t ,校正前理论含气量为7196m 3/t ,校正后理论含气量为11120m 3/t. 由表4、图2可以看出,校正前的数据与气井的实际临界解吸压力和实测含气量比较接近,而校正后的数据与实际情况偏差就很大.4　结语在等温吸附实验中,由于目前对吸附相认识还很不完善,吸附相虽然客观存在,但吸附相甲烷体积能占多少,每个吸附平衡点甲烷密度怎样计算,还是有待讨论的问题.甲烷吸附相密度在整个等温吸附实验过程中为一变值,如果人为的加以校正,会给试验结果带来误差.结合多口煤层气勘探试验井的实测气含量、储层压力等资料,笔者认为,目前所采用的等温吸附曲线都是用纯甲烷测定的,而没有考虑煤层气中存在的其它气体成分,已导致测定的兰氏体积和兰氏压力比实际偏高.而吸附相体积校正后各项参数更高,这样与实际偏差就更大. 煤是一种多孔介质,具有很强的压缩性,压力增高煤的体积减少,等温吸附实验多采用增压法,整个实验过程压力从1MPa 增至15MPa ,煤的体积会随着减少.如果只考虑吸附相存在煤的体积增加,忽略了使煤体积减少的其它因素影响,势必给试验结果带来误差.总之,在吸附实验中煤的体积有增有减,增加和减少的体积是相互抵消的,是一方大于另一方,还是均可以忽略,这些问题都有待于进一步探讨.鉴于目前的状态,笔者认为用Langmuir 方程描述煤的等温吸附过程,得到的结果是比较准确的,吸附相体积不应校正.参考文献:[1]　张庆玲.煤储层条件下水分———平衡水分测定方法研究[J ].煤田地质与勘探,1999,26(4):25～27.[2]　S ommen.Chemical structure and properties of coal Ⅶ2sorption capacity for methane [J ].Fuel ,1995,34:344.[3]　Moffat D H ,Weale K E.S orption by coal of methane at high pressure [J ].Fuel ,1955,43:449.[4]　K atsuyuki Murayta ,Mustapha Ei -Merraoui.A new determination of absolute adsorption isotherm of supercritical gasesunder high pressure with a special relevance to density -function theory study [J ].Journal of Chemical Physics ,2001,14(9):4196～4205.431煤炭学报2003年第28卷[5]　钱　凯,赵庆波,汪泽成.煤层甲烷气勘探开发理论与实验测试技术[M ].北京:石油工业出版社,1996.作者简介: 张庆玲(1962-),女,山西芮城人,高级工程师,1983年毕业于山西大学化学系,主要从事煤系共伴生矿产开发利用和煤层气的研究试验工作,先后参加国家“九五”、“十五”重点科技攻关等科研项目10余项,发表“由等温吸附热来揭示煤吸附甲烷能力的本质”等论文10余篇.Tel :029-*******,E -mail :qqzhang333@etang 1com.Study of data processing in coal sorption isotherm testingZHAN G Qing 2ling 1,CAO Li 2ge 2(1.Xi ’an B ranch ,Chi na Coal Research Instit ute ,Xi ’an 710054,Chi na ;21Basic Education ,Xi ’an Instit ute of Posts andTelecom m unications ,Xi ’an 710061,Chi na )Abstract :Based on experiment data analysis a large number of sorption isothermal tests and combined with the data of field gas content measurement and reservoir pressure tests from many coal 2bed gas exploration wells ,it is completed that a curve comparison of sorption isotherms of pure methane before and after volume correction.The result indicated that the sorption isotherm experimental data ,not corrected for volume in sorption volume ,are more reliable.Although the sorption phase really exists ,the methane volume in sorption state is more less compared with it in free state ,and the data of Langmuir volume and Langmuir pressure after correction are larger than 30%～40%,which deviate from reality seriously.Based on above stated it is pointed out that the problems exist in current used correction formula and presented a data processing method for sorption isotherm tests.K ey w ords :coal ;methane ;sorption ;volume ;correction煤矿有望告别大气污染今年启动的“西气东输”工程,主要是输送新疆塔里木地区的常规天然气,同时也将给长期徘徊不前的煤层气开发带来生机.目前已经勘探出的一批大型煤层气田和有利开发区块,包括山西河东煤田、沁水煤田、安微淮北矿区等,恰好位于规划中的“西气东输”管线附近,可以为管线提供可观的补充气源,煤层气开发也将借此迅速形成产业规模. 在我国这个世界上最大的煤炭生产国,煤矿的大气污染是一个令人头疼的难题.我国有44%的煤矿属于高瓦斯或瓦斯突出,每年因采煤向大气排放的甲烷约占世界总量的1/3,甲烷的温室效应是二氧化碳的20倍.专家指出,煤层气开发的环保意义不亚于大江、大河和汽车尾气的治理.其实,这种煤层气是近一二十年在国际上崛起的洁净能源,可以与常规天然气混输、混用,我国储量居世界第3位.随着煤层气开发曙光初露,煤矿污染大气的历史有望重写.(摘自“中煤网”)531第2期张庆玲等:煤的等温吸附测试中数据处理问题研究。

贵州织金地区龙潭组煤层等温吸附特征研究及应用_丁安徐

1.2 煤层基本特征
黔西地区成煤后期（主要是燕山和喜山期）煤系地层经受多次构造运动，构造煤发育[5，6]。典型的如 6 号煤，区内基本为粉煤。其他主力煤层，虽然在一些部位受局部构造影响，发育碎块和粉煤，但在区内以块煤为主，宏观煤岩类型多为光亮煤，煤岩成分以亮煤为主，断口参差状，性硬脆，易破碎，呈碎裂结构，内生裂隙发育，割理垂直方向延伸性差，割理缝呈闭合状，未见充填物，黄铁矿在局部富集呈透镜体状。
很弱，矿物质通过影响煤的有机质含量和有机质结构来影响煤的吸附能力。通过对区内煤样的分析，试验结果表明，随矿物含量的增加，兰氏体积和兰氏压力均呈减小趋势，呈负相关性，但离散性较强。煤中矿物质的存在，降低了煤中吸附气体的有机物质含量，同时还堵塞一些微孔隙，造成煤吸附气体的有效比表面积减少，使兰氏体积减少，吸附能力降低。另外矿物质的存在还影响煤内表面上气体的解吸和吸附作用，使兰氏压力发生变化，当矿物含量增高时，兰氏压力减少。
收稿日期：2011-03-09。第一作者简介：丁安徐（1982—），男，工程师，非常规油气实验研究。
第3期
丁安徐，等.贵州织金地区龙潭组煤层等温吸附特征研究及应用
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研究区位于扬子板块西段，晚古生代至中新生代，历经海西、印支、燕山和喜山等多旋回构造运动，研究区内的沉积相类型主要为三角洲相和潮坪相，龙潭组煤层发育。 [5] 区内可采及局部可采煤层有 6 号、7 号煤层等 10 层，其中，6 号和 16 号煤层是所在井田的主要可采煤层，二者储量之和占井田总储量的 42.5%；其次是 7、23、27 号煤层只在局部不可采。
Research and application of isothermal adsorption characteristics of the coal beds of Longtan formation in Zhijin, Guizhou

煤层气吸附与解吸可逆性实验研究

煤层气吸附与解吸可逆性实验研究谢勇强1,彭文庆2,曾荣1（1.江西省地矿资源勘查开发有限公司,江西南昌330030;2.煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,湖南湘潭411201）摘要：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.关键词：煤层气;吸附;解吸;可逆性中图分类号：TD845文献标识码：A文章编号：1674-5876（2010）02-0013-04收稿日期：2010-03-22通信作者：谢勇强(1979-),男,江西萍乡人,硕士,工程师,研究方向:采矿方法研究.E-mail:yongqiangxie@煤层气界普遍认为煤层气的吸附/解吸过程基本可逆,一般以等温吸附曲线来表述开采过程中的煤层气解吸过程,并用吸附等温线来确定煤层气开采参数.考虑到吸附与解吸过程可能会出现的差异,国内外一些学者和专家开展了煤层气吸附／解吸可逆性实验,以探索煤层气吸附／解吸的可逆性.这种实验的过程都是在进行吸附实验完成之后,紧接着进行降压解吸实验.然而,由于目前这种实验尚不规范,导致实验结果相差甚远,以至于得到不同的结论.有人认为煤对甲烷的吸附／解吸过程基本可逆,而有学者认为煤层气的解吸滞后[1-2].本文以西安科技大学AST-1000型煤层气吸附/解吸大样量仿真实验装置为依托,通过对不同煤阶煤样进行等温吸附/解吸实验研究,从煤的变质程度的差异性来探讨煤层气吸附/解吸可逆性.1煤样采集与制备本次实验煤样采自长春晖春、黄陵矿、山西柳林和晋城等矿,共4组煤样.按变质程度由低到高,分别为褐煤、长焰煤,焦煤,无烟煤.利用Leica 公司产M PV-3显微光度计,依据推荐国标GB/T8899-1996测定了煤样的显微组分组成,结果见表1.根据《高压容量法等温吸附实验方法标准编制说明》规定,本等温吸附实验煤样粒度为0.18～0.25mm.煤样制备步骤如下：1）破碎.采用粉碎机,将样品破碎成最大粒度<13mm.2）筛分.为了使煤样破碎到要求的粒度0.18～0.25mm,首先用0.25mm 的标准筛进行筛分,然后将过筛后的煤样颗粒用0.18mm 的标准筛进行筛分,最后将未能通过0.18mm 标准筛的煤样颗粒定为本实验用煤样.2煤的等温吸附与解吸实验实验研究依托西安科技大学AST-1000型煤层气吸附/解吸大样量仿真实验装置.该装置是在吸收国采样地点煤样类别工业分析Ro m ax/%M ad /%A ad /%V daf /%长春晖春HM 13.67.1938.050.40黄陵一号矿CYM 7.70 5.0837.950.61山西柳林JM 1.120.7317.40 1.42山西晋城WYM1.081.088.373.32表1煤样的显微组分组成分析结果Tab.1Maceral composition analysis data of coal samples矿业工程研究Mineral Engineering Research第25卷第2期2010年6月Vol.25No.2Jun.2010际上现有的两家等温吸附仪的优点的基础上研发出的新产品,具有实验精度高、性能稳定、更逼近实际等优点,为本研究创造了试验条件.2.1煤层气吸附/解吸大样量仿真实验装置结构及工作原理等温吸附/解吸实验装置（煤层气吸附/解吸大样量仿真实验装置）其结构及工作原理见图1.整套设备分为主机控制系统、恒温系统、测量计量系统、高压供气系统、真空系统等5大系统.实验分为吸附和解吸两个实验过程.吸附实验时,进行加压-平衡-加压这一吸附循环过程,逐次增高试验压力,可测得每一个压力点P i 下煤样吸附量N i 和克煤可燃物吸附甲烷量Q i ;解吸过程为吸附过程的逆过程,即为减压-平衡-减压循环过程,逐次测得的P i 及N i .2.2等温吸附与解吸实验结果在完成4个煤样的工业分析等基础参数测定后,对4组煤样进行了4次试样的高压等温吸附/解吸试验,t ＝30℃.实验编号前7位字符代表实验设备型号,后面字符“HM ”、“CYM ”、“JM ”、“WYM ”表示对应的煤样属HM 、CYM 、JM 和WYM.数据整理结果如表2.3煤层气吸附与解吸可逆性分析3.1实验数据结果处理分析根据实验测得的各平衡压力点吸附量和压力（表2）：V i =N i ×22.4×1000,利用Langmuir 方程[3-4]：P v =1a p +1ab,求出压力及该压力对应的吸附量间的比值（P i /V i ）,绘出P i 、P i /V i 之间的散点图,对这些点进行线性回归,利用最小二乘法求出直线方程及相关系数（R ）.直线斜率为1/a,截距为1/ab ,则可以计算出常数a 、b .最终得出吸附/解吸等温曲线的Langmuir 方程表达式.数据处理结果见表3和表4.从表3和表4可以看出：吸附回归的相关系数为0.9506～0.9999,平均为0.9838,偏差波动在0.0368～0.3233cm 3/g,平均为0.1467cm 3/g;解吸回归的相关系数为0.9828～0.9988,平均为0.9926,偏差波动在实验编号采样地点吸附/解吸不同压力点P /MPa 下的吸附量V /(cm 3/g)长春晖春黄陵一号矿山西柳林山西晋城吸附解吸吸附解吸吸附解吸吸附解吸P V P V P V P V P V P V P V P V 00000000000000001.1824.2921.70211.7911.5973.4914.17210.4711.7825.7272.9278.5771.5929.3302.34811.3572.9477.8943.85713.2423.4625.7335.16711.0653.8629.7844.92211.7543.76216.7484.83219.5624.97710.8905.68715.1775.3227.3007.11711.3835.91713.1256.93214.2975.87721.1197.15623.2436.95212.9317.23716.0317.5528.2798.95711.9187.99715.9488.91217.1137.95724.2918.72825.1249.13714.3368.43716.8099.4229.63210.44211.98510.11217.96010.73719.40010.13726.45210.57626.85610.33215.11510.33215.11511.07211.95011.07211.95011.95220.87611.95220.87511.96728.12411.96728.124AST1000-01HMAST1000-02CYMAST1000-03JMAST1000-04WYM表2煤样等温吸附与解吸实验测定结果Tab.2Experimental data ofadsorption-desorption isotherm of methane on coal samples实验编号a b 相关系数R 偏差δAST1000-01HM AST1000-02CYM AST1000-03JM AST1000-04WYM平均22.748518.312438.387640.60240.18810.13060.09140.18640.99900.95060.98550.99990.98380.05670.32330.16990.03680.1467实验编号a b 相关系数R 偏差δAST1000-01HM AST1000-02CYM AST1000-03JM AST1000-04WYM平均17.119413.127140.055842.70961.29210.98260.08640.16330.99050.99970.98280.99750.99260.37650.02540.18180.20420.1970表3煤样高压等温吸附甲烷整理数据及偏差（t =30℃）Tab.3Analysis data of high-pressureadsorption of methane on coal samples (t =30℃)表4煤样高压等温解吸甲烷整理数据及偏差（t =30℃）Tab.4Analysis data of high-pressuredesorption of methane on coal samples (t =30℃)图1等温吸附/解吸实验装备结构示意图Fig.1Schematic diagram of experimental equipment for isothermaladsorption anddesorption0.0254～0.3765cm 3/g 平均为0.1970cm 3/g.可见Langmuir 方程式对吸附和解吸过程拟合都很好.因此,本研究中等温吸附/解吸实验数学模型采用Langmuir 模型来拟合低阶煤吸附甲烷行为及低阶煤煤层气解吸行为是能满足要求的.3.2吸附与解吸可逆性分析根据表3和表4算出的Langmuir 方程参数重新获得曲线,即为回归后的煤样Langmuir 等温吸附/解吸曲线,如图2-图4.从图2-图4中可以看出,低阶煤（HM ）煤样吸附/解吸曲线出现了明显的滞后环,对甲烷的吸附和解吸表现出非可逆性,在相同压力下,升压过程（吸附）中对甲烷的吸附量要比降压过程（解吸）中的吸附量低.而中阶煤（JM ）和高阶煤（WYM ）煤样吸附与解吸等温线却具有很好的重合性.从表3和表4发现,低阶煤煤样吸附和解吸过程所回归a(Langmuir 体积）值相差比较大,达5cm 3/g 以上,说明吸附与解吸吻合性差.而(JM)和(WYM )吸附与解吸数据相接近,所回归的a(Langmuir 体积）值也比较接近,说明了吸附与解吸有良好的吻合性.可见,低阶煤对甲烷的吸附和解吸表现出非可逆性,解吸过程甲烷的吸附量要大于吸附过程中的吸附量,中、高阶煤吸附/解吸过程基本可逆.对于滞后现象的理论分析,已有人员进行了研究,颜肖慈[5]等发现滞后现象与多孔性吸附剂的孔结构有关：微孔、一端封闭的圆柱型或平行板形孔无吸附滞后现象,两端开口或口小内腔大的墨水瓶形状的孔有吸附滞后现象.根据煤的孔隙分布规律,低阶煤的孔隙多以开放孔为主,而中、高阶煤微孔发育明显[6].结合颜肖慈等滞后理论,低阶煤对甲烷的吸附和解吸应表现出非可逆性,中、高阶煤对甲烷的吸附和解吸应表现出可逆性,与本次实验结果相吻合,表明了实验结果与理论分析的一致性.4结论1）煤对甲烷的吸附和解吸等温线符合langmuir 方程.2）低阶煤对甲烷的吸附和解吸表现出非可逆性,在相同压力下,升压过程（吸附）中对甲烷的吸附量要比降压过程（解吸）中的吸附量低,解吸过程甲烷的吸附量要大于吸附过程中的吸附量.3）中、高阶煤吸附与解吸等温线具有很好的重合性,吸附/解吸过程基本可逆.4）低阶煤的吸附与解吸等温线的不重合性说明,开采煤层气作为一个储层气的解吸过程,与以往只简单地利用吸附等温线来确定煤层气开采参数如：“煤层气解吸速度”、“临界解吸压力”和“理论采收率”等是片面的.低阶煤煤层气吸附与解吸的不可逆性表明,吸附曲线不能描述气体解吸过程.参考文献：[1]张遂安,叶建平,唐书恒,等.煤对甲烷气体吸附—解吸机理的可逆性实验研究[J].天然气工业,2005,25(1):44-46.ZHANG Suian,YE Jianping ,TANG Suheng ,et al.Theoretical analysis of coal-methane adsorption/desorption mechanism and its reversibility ExperimentalStudy [J].NaturalGasIndustry .2005,25(1):44-46.[2]Chaback J,Morgan D,Yee D.Sorption irreversibities and mixture图2低阶煤煤样的Langmuir 等温吸附/解吸曲线图（t =30℃）Fig.2Adsorption-desorption Langmuir isotherms of methane on low-rank coal (t =30℃)吸附量V /(c m 3/g )压力P /M PaAST1000-02CYMAST1000-01HM 吸附量V /(c m 3/g )压力P /M Pa图3中阶煤JM 煤样的Langmuir 等温吸附/解吸曲线图（t =30℃）Fig.3Adsorption-desorption Langmuirisotherms of methane on medium-rank coal (t =30℃)图4高阶煤WYM 煤样的Langmuir 等温吸附/解吸曲线图（t =30℃）Fig.4Adsorption-desorption Langmuirisotherms of methane on high-rank coal (t =30℃)吸附量V /(c m 3/g )压力P /MPacompositional behavior during enhanced coal bed methane recovery processes[C]//SPE gas technology symposium.Calgarta,Canada Society of Petroleum Engineers,1996.[3]赵志根,唐修义.对煤吸附甲烷的Langmuir方程的讨论[J]．焦作工学院学报（自然科学版）,2002(21):1-4．ZHAO Zhigen,TANG Xiuyi.Discussion about Langmuir equation concerning methane adsorption by coal[J].Journal of Jiaozuo Institute of Technology(Natural Science).2002(21):1-4.[4]Harpalani S,Pariti U M.Study of coal sorption isotherm using amulticomponent gas mixture[C]//The1993International coalbed methane symposium,Tuscaloosa Alabama,USA:University of Alabama, 1993.[5]颜肖慈,罗明道.界面化学[M].北京:化学工业出版社,2005.YAN Xiaoci,LUO Mindao.Interface chemistry[M].Beijing:Chemical Industry Press,2005.[6]魏思民.煤阶与煤层含气性关系研究[J].中州煤炭,2009(11):17-19.WEI Simin.Study on relationship between coalrank and content of coalbed methane[J].Zhongzhou Coal,2009(11):17-19.Experimental study on the adsorptionand desorption reversibility of coalbed methaneXIEYongqiang1,PENG Wenqing2,ZENG Rong1(1.Geology and M ineral Exploration of Jiangxi Province Co.,Ltd.,Nanchang330030,China;2.Hunan Provincial Laboratory of Hunan Provincial Key Laboratory of M ine Safety and M ining Technology,Xiangtan411201,China)Abstract：This paper studies coal-methane adsorption-desorption reversibility mainly by taking the adsorption-desorption isotherm experiment as a method and through the determination of different metamorphic grade coal adsorption-desorption isotherms.The research indicates that low-rank coal adsorption-desorption isotherms has a clear hysteresis loop,and relatively large difference between the two isotherms a-value(Langmuir volume)of regression analysis, indicating the low-rank coal displays the non-invertibility to the adsorption-desorption process of methane on low-rank coal;the medium-high rank adsorption-desorption isotherms coal has a good frequency coincidence,and the two isotherms a-value(Langmuir volume)of regression analysis is relatively close,indicating the medium-high rank coal displays the invertibility to the adsorption-desorption process of methane on medium-high rank coal.The discovery of these phenomena,to determine the parameters of coal-methane extraction is of some significance.Key words：CBM(coalbed methane);adsorption;desorption;reversibility。

煤层气等温吸附测试应用

煤层气等温吸附测试应用发布时间：2022-01-05T07:05:37.546Z 来源：《中国科技人才》2021年第23期作者：赵学道[导读] 煤层气是否具有开采价值及设计开采方案的重要指标之一就是等温吸附，同时也是一种计算煤层气储量的关键性参数。

等温吸附仪测试方法改进，对于提高测试工作效率、测试精度，提高测试成功率，准确获取储层含气量参数，科学指导我国煤层气勘查与开发具有重要意义。

本文结合实例对煤层气等温吸附测试应用进行分析。

赵学道新疆维吾尔自治区煤炭煤层气测试研究所（新疆维吾尔自治区煤炭产品质量检测中心）新疆乌鲁木齐 820065摘要：煤层气是否具有开采价值及设计开采方案的重要指标之一就是等温吸附，同时也是一种计算煤层气储量的关键性参数。

本文结合实例对煤层气等温吸附测试应用进行分析。

关键词：煤层气；等温吸附测试；原理1高压等温吸附试验样品缸工作原理高压等温吸附缸包括通气盖、缸盖、100目滤网、80目滤网、缸体、缸底、底部固定环、顶部固定环、二级石英砂过滤层、一级石英砂过滤层、120目滤网、通气孔。

使用该高压等温吸附试验样品缸时，装有60～80目煤样的样品缸需用氦气清洗缸体。

清洗时氦气从气路口分别通过120目滤网、二级石英砂、100目滤网、一级过滤石英砂、80目过滤网，最后进入缸体。

清洗后，废气逆过程排出，用氦气重复标定缸体4次，以确定样品缸的体积和煤样的密度。

每次标定气体，按上述程序气体进入和排出。

试验过程中还需用高纯甲烷清洗基准缸，然后充气大于预估平衡压力后，打开基准缸和样品缸的阀门，使气体进入样品缸，使之压力相等后关闭阀门，监测压力随时间变化直至达到平衡。

整个试验压力平衡点从1mPa到大于储层压力，当储层压力小于8mPa时最少需做6个测点；大于8mPa时，测点更多。

浅谈煤层气勘查井位设计原则

浅谈煤层气勘查井位设计原则作者：陈毓翯白晓丽董颖来源：《中国科技纵横》2014年第07期【摘要】合理的井位设计是煤层气资源勘探开发的基础，不仅能够降低勘探开发成本、取得良好的工程效果，保障煤层气开发的顺利实施，并且可以大幅度提高煤层气井产能与经济效益。

本文主要是结合笔者的工作经验，对煤层气勘探有利区评价参数和井位设计原则进行了分析和探讨，以供与业内人士之间的交流学习。

【关键词】煤层气井位有利区1 引言煤层气勘查井位设计的首要步骤是确定研究区的煤层气资源勘探有利区，因此煤层气选区评价是进行井位设计的前提，是煤层气开发规划的重要内容，直接关系到未来气井产能以及煤层气开发的经济性。

现将国内煤层气选区评价参数及原则阐述如下。

2 选区评价的重要参数分类煤层气的富集成藏条件和采气方式与常规油气以及固体煤不同，其选区评价参数也有其特殊性。

对煤层气开采选区评价参数进行量化分类，不仅有利于选区的对比分析，而且可使评价原则进一步规范化。

针对煤层气选区评价重要参数分类阐述如下。

2.1 资源类型参数资源量是构成煤层气开发利用的物质基础。

只有具备一定厚度、一定分布面积、一定含气量，分布较稳定的煤层才能提供具有开发价值的煤层气资源。

（1）煤层厚度：含气量相同情况下，随着煤层厚度增大，煤层气资源量、产层厚度也增加，利于煤层气的储集、产出。

煤层太薄，资源丰度和产气量将达不到经济开发的要求，应排除在选区之外。

（2）含煤面积和煤层稳定性：含煤面积大，煤层分布稳定，则资源的分布稳定，对煤层气勘探开发有利。

选区评价要求含煤面积达到部署一套开发井网所需的面积，且主要煤层在该面积内稳定分布。

（3）含气量：实际工作中，主要是采取对煤心进行直接测定获得。

这种测定方法相对简单，测定结果也相对准确。

含气量越高，煤层气地质条件越优越。

（4）含气饱和度：实测含气量是煤心解吸得到的含气量，理论含气量是吸附等温线上与原始地层压力对应的含气量。

饱和度越高，煤层气资源越富集。

吸附势理论在煤层气吸附解吸研究中的应用

( 1. M inistry of Edu ca tion X uzh ou 221008 , Ch ina; 2 . S ch ool of Re source and Earth S cien ce, Ch ina Un iv ersity of M in ing and T echnology, X uzhou
the pred icted curve and the site m easured curve could be w ell fitted, the average absolute erro r o f the predicted vaule w as 0 5 c m 3 /g and the ave rage relative error w as 3 12% . M eanwh ile accord ing to the adso rption feature cu rves of nitrogen and m ethane at 30 be a cro ss po int at the corresponding pressure of 0 61M P a betw een the n itrogen and m e thane adsorption character istic curves. T hus when the pressure w as lo w er than 0 61M Pa , the adsorption potentia l o f nitrogen wou ld be higher than the adso rption po tential of the m ethane . T he n itrog en injection w ould play a prom otion ro le to i m prove the production of the coa l bed me thane . T herefore , a pre li m inary theoretical basis could be prov ided to deter m ine the nitrogen in jection pressure range dur ing the N 2 - ECBM pro cess o f the coa l reservoir . K ey word s : coa l bed m ethane ; adsorption; deso rption; m ethane ; nitrogen ; adso rption character istic curve ; isother m a l adsorption curve

寿阳区块15号煤高温吸附特征及其煤层气开发意义

第18卷第1期 2021年2月中国煤层气CHINA COALBED METHANEVol. 18 No. 1February.2021寿阳区块15号煤高温吸附特征及其煤层气开发意义周剑辉^王海侨2段静2郭烨1(1.中联煤层气有限责任公司，北京100015; 2.中联煤层气有限责任公司研发中心，北京100015)摘要：寿阳区块15号煤的煤层气资源量可观，但部分区域含气饱和度不到70%。

对部分煤芯样品进行高温吸附实验发现，在煤层压力和含气量不变的情况下，本地区的15号煤只要温度超过36.51即可使含气饱和度升高超过100%而解吸产出，高温解吸附特性非常明显。

但根据热平衡计算，单独采用升温解吸工艺进行煤层气开发没有经济性。

根据研究区的煤层气资源条件和高温吸附特征，建议将高温助排作为一种辅助开发手段，采用降压解吸+升温解吸组合工艺模式，采用高溫钻完井工作液体系，或在排采初期同时进行升温和降压，利用iT度管理将临界解吸压力始终控制在井底压力之下并与之同步下降，待井底压力下降到常温解吸压力以下时可停止加温，转入常规的排水降压模式维持后续生产关键词：寿阳煤层气含气饱和度升温解吸热平衡Characteristics of High-isothermal Adsorption and Development Significance of Coalbed Methane of No. 15 Coal Seam in Shouyang BlockZHOU Jianhui1,W ANG Haiqiao2,DUAN Jing2,G UO Ye1(1.China United Coalbed M ethane Coiporation Ltd,Beijing 100015； 2.Research and DevelopmentCentre of China United Coalbed Methane Corporation Ltd,Beijing 100015)Abstract：The coalbed methane resource of No.15 Coal Seam is considerable in Shouyang Block,hut the gas saturation is lower than70%. According to the results of high temperature isothermal adsorption tests,the gas saturation of No.15 C oal Seam will grow th to 100% at the temperature of36. 5T1while coalbed methane could be desorbed,and it shows the available characteristics of high temperature.However,through the calculation of heat balance,there is no economic value for coalbed methane developm ent only using the technology of tem perature desorption in this area.According to the characteristics of coalbed methane resources and high temperature isothermal adsorption,this paper proposes an auxiliary drainage method by heating up temperature,controlling the critical desorption pressure always lower than the BHP and declining with it synchronously,and stopping the heating when the BHP is lower the critical desorption pressure of normal temperature and change to drainage and pressure reduction.基金项目国家油气重大专项“弱含水叠置含气系统排采工艺技术研究”（2016Z X05044005-004)作者简介周剑辉，男，中国石油大学（华东）地质丁.程专业，硕士研究生，工程师，从事煤层气地质及开采工作。

等温吸附曲线在煤层气储量评估中的应用

等温吸附曲线在煤层气储量评估中的应用
吴章利
【期刊名称】《内蒙古煤炭经济》
【年(卷),期】2017(0)15
【摘要】煤层气是指赋存在煤层中以甲烷为主要气体成分的烃类气体,是一种优质洁净的多用途环保能源.积极开展煤层气的储量评估工作,能够为后续开展煤层气的开发和利用工作,提供良好的前提条件.本文以贵州省威宁县新发乡煤炭沟煤矿为例,从煤层气产气的规律分析和研究入手,针对煤储层的物性特性进行全面研究,并细致说明了等温吸附曲线在煤层气储量评估中的应用情况.
【总页数】2页(P154-155)
【作者】吴章利
【作者单位】贵州省煤田地质局地质勘查研究院,贵州贵阳550081
【正文语种】中文
【中图分类】F403.7;P618.13
【相关文献】
1.等温吸附曲线在煤层气排采中的应用——以织金区块为例 [J], 许科;崔彬
2.类比技术在煤层气储量评估中的应用 [J], 李明宅;廖黔渝;丁蓉;张芳;李丽
3.煤岩等温吸附曲线特征在煤层气研究中的应用 [J], 陈浩;李建明;孙斌
4.水驱曲线法在高含水油田上市储量评估中的应用 [J], 周焱斌;凌浩川;张弛;潘杰;张吉磊
5.等温吸附曲线方法在煤层气可采资源量估算中的应用 [J], 陈春琳;林大杨
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【煤的等温吸附试验探讨】煤的等温吸附实验报告

【煤的等温吸附试验探讨】煤的等温吸附实验报告摘要：在煤的地质勘探过程中，运用煤的吸附常数可以间接计算煤的吸附瓦斯储量。

吸附常数的测定，目前主要采用煤的甲烷吸附量测定方法(MT/T 752-1997)和煤的高压等温吸附试验方法（GB/T 19560-xx），对两种测试方法特点、吸附常数表征及影响因素进行探讨。

关键词：煤的吸附试验吸附常数影响因素：TD94 ：A ：1007-3973（xx）007-057-02煤的形成过程，伴生有丰富的非常规天然气体，俗称瓦斯、煤层气，在煤中主要以游离态、吸附态形式存在。

游离态气体容易脱离煤体而释放出来，在煤的解析试验中也称自然解析气；吸附气则与煤的本身性质有关，煤是一种多孔介质，具有发达的孔隙结构，属于天然吸附剂，煤表面及孔隙内表面对甲烷等气体具有很强的吸附能，气体容易在煤表面及孔隙内聚集，形成气体吸附状态。

煤层气地质勘探中，煤层气储量常采用总含气量进行评估。

评价方法有直接法与间接法。

直接法也叫解析法，直接测定煤芯煤样气含量，包含自然解析量、损失量及残余气量，一般称为常规含量分析；间接法也叫非常规瓦斯测定法，通过吸附常数计算，吸附常数主要通过试验获取，吸附气量则根据吸附常数进行计算。

自然解析量、损失量在常压状态下从煤体自然释放，在封闭空间呈现游离气体特征，试验中可以准确计算；残余气体包括吸附气体与封闭孔隙不可解析气体，封闭不可解析气体在生产中不可获得，一般不予测定；常规试验时，在恒定温度、不同压力条件下测定甲烷吸附量，通过图形拟合间接求取煤的吸附常数。

1 试验原理煤的吸附量一般用Langmuir单分子层气体吸附模型来描述，煤的吸附气体与游离气体随着压力、温度的改变可以互相转化，在温度一定的条件下，通过Langmuir方程来计算煤层气吸附量（Q）。

即2 试验方法2.1 干燥煤样试验(1)测定方法概要：实验室筛分制样，制取粒度为0.2-0.3mm的煤样。

准确称取50g煤样装入玻璃干燥皿中，80℃真空干燥6小时；将干燥煤样装入煤样杯，于60℃水浴中真空脱气4小时。