鄂尔多斯盆地深部煤层气吸附能力的影响因素及规律

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2.1.2 等 压 条 件 已有研究表明,等 压 条 件 下 不 同 煤 阶 煤 的 吸 附 量 随温度增加均减小 。 [7-10] 鄂尔 多 斯 盆 地 东 部 煤 层 气 吸 附 实 验 显 示 ,在 等 压 条 件 下 ,煤 的 甲 烷 吸 附 量 随 温 度 增 高呈线性降低,高温 高 压 阶 段 温 度 增 加 引 起 的 吸 附 量 降 低 更 为 显 著 (图 4)。
1)煤 层 在 地 层 条 件 下 对 甲 烷 的 吸 附 能 力 主 要 体 现 为储层压力、温度的 双 重 作 用,即 随 埋 深 增 大,储 层 压 力增大带来的煤层气吸附量增大与储层温度升高带来 的煤层气吸附量减小的综合作用结果。 2)等压条件下,煤 的 甲 烷 吸 附 量 随 温 度 增 高 呈 线 性降低,高温高压阶 段 温 度 增 加 引 起 的 吸 附 量 降 低 更 为 显 著 ;受 温 度 和 压 力 的 综 合 作 用 ,在 较 低 温 度 和 压 力 条件下压力对煤吸附 能 力 的 影 响 大 于 温 度 的 影 响,在 较高温度和压力时温度对煤吸附能力的影响大于压力
图 3 鄂 尔 多 斯 盆 地 东 部 煤 层 气 等 温 吸 附 曲 线 图 (100℃ )
2 深 部 煤 层 气 吸 附 特 征 及 最 大 吸 附 量 变化规律
2.1 深 部 煤 层 气 吸 附 特 征 针对鄂尔多斯盆地深部煤层气等温吸附特征研 究,选取 了 气、肥、焦、瘦 煤 不 同 煤 阶 (Ro 介 于 0.68% ~1.93%),按40 ℃、55 ℃、70 ℃、85 ℃、100 ℃ 不 同 温 度 条 件 进 行 等 温 吸 附 实 验 ,煤 层 气 吸 附 特 征 如 下 : 2.1.1 等 温 条 件 等温吸附时,不 同 煤 阶 煤 的 甲 烷 吸 附 量 随 压 力 的 增 加 而 增 加 ,低 压 阶 段 吸 附 量 增 加 显 著 ,高 压 阶 段 吸 附 量增加缓慢;同 一 压 力 下,高 煤 阶 吸 附 量 大 于 低 煤 阶 (图 1、2、3)。
关键词 鄂尔多斯盆地 深部 煤层气 吸附特征 解吸 等温吸附实验 深度 DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.10.010
已有研究与实验 表 明,煤 层 气 主 要 通 过 范 德 华 力 以 吸 附 状 态 存 在 于 煤 的 内 表 面 ,等 温 条 件 下 ,吸 附 量 随 储层压力的增 大 而 增 大[1-3];然 而,煤 层 气 的 吸 附 量 同 样受到储层温度的 控 制,并 随 温 度 的 升 高 而 减 少。 实 际上,煤层在地层条 件 下 对 甲 烷 的 吸 附 能 力 主 要 体 现 为储层压力、温度的 双 重 作 用,即 随 埋 深 增 大、储 层 压 力增大带来的煤层气吸附量增大与储层温度升高带来 的煤层气吸附量减小的综合作用结果。 以往研究主要关注煤层气吸附量随埋深的增大而 增大的变化趋势,对 埋 深 带 来 的 温 度 升 高 导 致 的 煤 层 气吸附量减少关注不够。笔者旨在通过对鄂尔多斯盆 地深部煤层进行高温 高 压 吸 附 实 验,研 究 深 部 煤 层 气 的吸附量随埋深的变 化 趋 势,进 而 指 导 煤 层 气 资 源 评 价与目标优选。
[3]石丽娜,杜庆军,同登 科.煤 层 气 窜 流—扩 散 过 程 及 其 对 开 发效果的影响[J].西 南 石 油 大 学 学 报:自 然 科 学 版,2011, 33(3):137-140.
[4]陶少杰.煤 层 气 的 吸 附 与 解 吸 [R]∥ 煤 层 气 论 文 选 编.濮 阳:中原油田煤层气事业 部,中 原 油 田 经 济 技 术 信 息 中 心,
因 此 ,在 深 部 条 件 下 ,煤 层 气 的 吸 附 性 能 受 到 地 层 温 度 、压 力 的 双 重 控 制 ,在 较 低 温 度 和 压 力 条 件 下 压 力 对煤吸附能力的影响 大 于 温 度 的 影 响,在 较 高 温 度 和 压力时温度对煤吸附能力的影响大于压力的影响。 2.2 深 部 煤 层 气 最 大 吸 附 量 变 化 规 律 根 据 鄂 尔 多 斯 盆 地 东 部 地 层 温 度 、压 力 情 况 ,按 照 地温梯度2.8 ℃/100m、压 力 系 数 0.93 MPa/100 m, 将上述不同温度、压 力 下 的 煤 层 气 等 温 吸 附 曲 线 折 算 到相应的埋藏深度,得 到 煤 层 气 吸 附 量 随 深 度 变 化 曲 线(图5)。呈 现 如 下 变 化 规 律:不 同 煤 阶 煤 的 吸 附 量 随 深 度 的 增 加 呈 快 速 增 大 、缓 慢 增 大 、逐 步 减 小 的 变 化 趋势,最大吸 附 量 深 度 介 于 900~1 600 m。 其 中,瘦 焦煤(Ro 介 于 1.21% ~1.93%)煤 层 吸 附 量 在 900~ 1 300m附近达到最 大 吸 附 量 (16.5~17.2 m3/t),之 后 递 减 ,在3 000m附 近 吸 附 量 降 至14~16m3/t;气
1 深部煤层气吸附实验
1.1 煤 层 气 的 吸 附 原 理 煤层具有庞大的 微 孔 隙 内 表 面 积,一 般 可 达 数 百 平方米/克,具有 很 强 的 吸 附 性 能 。 [4-6] 其 吸 附 原 理 是
由于煤体内部的碳原子为饱和状态而其表面的碳原子 为不饱和状态,二者之 间 产 生 能 量 差,即 吸 附 能 (又 称 范 德 华 力 )。 当气体分子运动 碰 到 煤 体 孔 隙 表 面 时,其 中 一 部 分就被吸附住,暂 时 停 留 在 煤 的 内 表 面 上。 这 种 吸 附 属 于 物 理 吸 附 ,吸 附 时 是 放 热 反 应 ,但 释 放 出 的 热 量 不 足以克服吸附引力,所 以 气 体 分 子 就 牢 牢 地 吸 附 在 煤 体内表面 上 而 不 能 自 由 运 动,即 呈 吸 附 状 态 的 气 体。 但 是 ,当 煤 层 温 度 升 高 或 压 力 降 低 时 ,所 产 生 的 热 量 足 以克服吸附引力时,被 吸 附 的 气 体 分 子 就 会 脱 离 煤 体 内表面而回到可以自 由 运 动 的 游 离 状 态 的 气 体,这 种 现象称为解吸。煤层气的吸附与解吸在理论上具有可 逆性,煤层内表面积 越 大,吸 附 能 量 越 大,能 被 吸 附 的 气 体 分 子 越 多 ,即 吸 附 量 越 大 。 1.2 吸 附 实 验 在 煤 层 气 测 试 实 验 中 ,常 利 用 恒 温 下 的 吸 附 实 验 , 做 出 等 温 吸 附 曲 线 ,来 直 观 地 反 应 煤 层 气 的 吸 附 性 能 , 即通过等温吸附线了解煤层气吸附能力与相应压力的 对应关 系。目 前 国 内 外 煤 层 气 开 采 深 度 大 多 浅 于
1997:77-83. [5]欧成华,李 士 伦,杜 建 芬,等.煤 层 气 吸 附 机 理 研 究 的 发 展
陈 刚 等 .鄂 尔 多 斯 盆 地 深 部 煤 层 气 吸 附 能 力 的 影 响 因 素 及 规 律 .天 然 气 工 业 ,2011,31(10):47-49. 摘 要 煤层气等温吸附实验结果表明,煤层对甲烷的 吸 附 能 力 主 要 受 储 层 压 力 、温 度 的 双 重 影 响,过 去 的 研 究 主 要关注煤层气吸附量随埋深(压力)的增大而增大的变化趋 势,而 对 深 埋 带 来 的 温 度 升 高 导 致 煤 层 气 吸 附 量 减 少 则 关 注 不够。为此,以鄂尔多斯盆地某深部煤层为例,进行煤层气高 温、高 压 吸 附 实 验,以 研 究 其 吸 附 量 随 埋 深 的 变 化 趋 势 ,从 而指导煤层气资源评价与目标优选。结果表明:①等压条件下,煤层的甲烷吸附量随温度增高呈线性降 低,高 温、高 压 阶 段温度增加引起的吸附量降低更为显著;②受温度和压力的 综 合 作 用,在 较 低 温 度、压 力 条 件 下 压 力 对 煤 层 吸 附 能 力 的 影响大于温度的影响,在较高温度、压力条件下温度对煤吸附 能 力 的 影 响 大 于 压 力 的 影 响 ;③ 深 部 煤 层 气 的 吸 附 量 随 埋 深增加呈快速增大、缓慢增大、逐步减小的变化趋势,最大吸附量深 度 为 900~1 600 m。 该 认 识 有 别 于 过 去 认 为 随 深 度 增大煤层吸附量持续升高的传统观点。
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天 然 气 工 业 2011年10月
1 200m,煤储层温度、压 力 条 件 一 般 在50 ℃、20 MPa 之内,吸附实验温度一般选定为恒温30 ℃。 实验采用 100g煤样,经破碎处理为大小介于0.2~0.25mm 的 样 品 后 装 入 煤 样 压 力 罐 ,另 一 副 压 力 罐 充 满 甲 烷 气 体 , 与 煤 样 罐 连 通 ,均 放 入 恒 温 水 浴 中 ,然 后 打 开 阀 门 使 气 罐中的甲烷气体充入 煤 样 罐,测 定 不 同 压 力 点 的 相 应 甲烷吸附量,获得 不 同 温 度 的 等 温 吸 附 曲 线。 笔 者 针 对1 200~3 000 m 埋深的深部煤层气储层条件,改进 实验装置,将最大实验温度增加到100 ℃,压力增加到 30 MPa,以研究深部煤层气吸附规律。
图 5 鄂 尔 多 斯 盆 地 东 部 煤 层 气 吸 附 量 随 深 度 变 化 曲 线 图
煤(Ro 介 于 0.68% ~0.78%)煤 层 吸 附 量 在 900~ 1 600m附近达到最大吸附量(7.2~10.5 m3/t),之 后 递减,在3 000m 附近吸附量降至4~9m3/t。
3 结论
基 金 项 目 :国 家 科 技 重 大 专 项 “深 部 煤 层 气 富 集 规 律 及 有 利 区 块 预 测 ”(编 号 :2011ZX05033-003)。 作者简介:陈刚,1980年生,工程师,博士研究生;主要从事煤层气科研生产工作。地址:(065007)河北省廊坊市 44 信 箱 石 油 分 院 煤 层 气 研 究 所 。 电 话 :(010)69213106,13811681312。E-mail:chengang69@petrochina.com.cn
第31卷第10期 地 质 勘 探
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鄂尔多斯盆地深部煤层气吸附能力的影响因素及规律
陈 刚1,2 李五忠2
1.中 国 矿 业 大 学 资 源 与 地 球 科 学 学 院 2.中 国 石 油 勘 探 开 发 研 究 院 廊 坊 分 院
[1]钱凯,赵庆 波.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.
[2]欧成华,梁成钢,蒋建立,等.考 虑 吸 附、变 形 的 煤 层 气 分 阶 段 流 动 模 型 [J].天 然 气 工 业 ,2011,31(3):48-51.
第31卷第10期 地 质 勘 探
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3)深部煤层气 的 吸 附 量 随 埋 深 增 大 呈 快 速 增 大、 缓慢增大、逐 步 减 小 的 变 化 趋 势,最 大 吸 附 量 深 度 为 900~1 600 m。
参 考 文 献
图 1 鄂 尔 多 斯 盆 地 东 部 煤 层 气 等 温 吸 附 曲 线 图 (40℃ ) 图 2 鄂 尔 多 斯 盆 地 东 部 煤 层 气 等 温 吸 附 曲 线 图 (70℃ )
图 4 鄂 尔 多 斯 盆 地 东 部 煤 层 气 等 压 吸 附 曲 线 图 (魏 家 滩 斜 沟 ,Ro=0.7% )
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