第3、4章煤储层吸附解吸特征解说.ppt

煤储层吸附/解吸特征 表面和界面(surface and interface) 表面和界面(surface and interface) 界面现象的本质 界面现象的本质 固体表面吸附 煤储层的孔隙性和渗透性 煤储层的孔隙、裂隙空间，由煤基质孔隙和天然裂隙系统两部分组成，具双孔隙结构模 型。其中，煤基质是煤层气呈吸附状态储存的主要空间．天然裂隙系统则是煤层气渗流运移 的主要通道。因此，孔隙性和渗透性不仅影响煤储层的储集性能，而且对于煤层气开发成功 与否起着决定性的控制作用。 一 煤储层的孔隙性 煤储层的孔隙性，包括孔隙率、孔隙结构、孔径分布、孔隙连通性等主要性质，煤层气的 吸附性能(含气量和气体组成)以及扩散、渗透能力都与煤储层的孔隙性密切相关，并受煤 级、煤岩组成、煤层结构等地质因素的强烈影响。 (一)煤储层的孔隙率和孔比表面积 煤的孔隙率，是煤中孔隙体积占煤总体积之百分比。单位质量煤样中孔隙的比表面积， 则称为孔比表面积。根据测试方法的不同，可得出总孔隙率、有效孔隙率(连通孔隙率)．或水孔隙率、氦气孔隙率、空气孔隙率、液氮孔隙率、压汞孔隙率及其相应的孔比表面积参数。 孔隙率随煤级增高而发生规律性变化。在镜质组最大反射率为0.5％-1.5％之间或长焰煤到焦煤阶段，随煤级增高孔隙率从17％左右急剧减小到2％左右，达到极小值，之后，随煤级继续增高孔隙率转而表现为增大的趋势。 煤的孔隙率增大，煤的兰氏体积和压力随之增大，这表明孔隙率越大，煤对煤层气的吸附能力越强，煤层气解吸的效率也就越高。 在地温梯度和压力梯度正常的地区, 埋深1000m的煤储层中, 液态水的压力可达8MPa, 温度可达45℃ 与常温常压条件相比, 地层条件下煤中液态水能克服一定的毛细管力而进人孔径更小的孔隙中, 那么, 地层条件下煤中液态水能否进人吸附孔隙对煤吸附气体能力产生显著影响? 干燥煤样制备是将煤样在烘箱内105℃干燥2h. 平衡水煤样制备是在30℃饱和湿度下煤样吸满气态水. 注水煤样制备通过注水实验来完成. 样品制备 实验样品粒度的选择 煤样粒级对等温 吸附实验结果的影响 煤样粒级对等温 吸附实验周期的影响 选择2-5mm煤样作为实验样品 实验结果 注水煤样体积≥干燥煤样体积＞平衡水煤样体积 实验结果 干煤样在6Ma左右接近最大饱和吸附量, 平衡水煤样在10MPa左右接近最大饱和吸附量, 注水煤样在30MPa左右接近最大饱和吸附量。 注水煤样等温吸附曲线与实验数据的拟合度最高, 其次为平衡水煤样, 干煤样等温吸附曲线与实验数据的拟合度最差。 在低压段（＜5MPa), 注水煤样的等温吸附线与平衡水煤样较为接近, 注水煤样的吸附气量与平衡水煤样大体相当, 而明显低于干燥煤样。在中压段（5-15MPa),注水煤样的等温吸附线与平衡水煤样开始显著分离, 注水煤样的吸附气量大于平衡水煤样, 但小于干燥煤样。高压段（＞15MPa), 注水煤样的等温吸附线逐渐逼近并会超越干煤样, 随压力增高和接近最终饱和吸附, 注水煤样的吸附气量接近或大于于燥煤样。 储层条件下煤层中的液态水对煤基质吸附气体存在显著影响, 液态水可以使煤基质吸附气体的能力提升！ 认识 储层压力对吸附能力的影响 　表 煤层气吸附量与压力关系 煤对甲烷的吸附量受压力控制,随着压力增大而变大。当压力为0. 5MPa时,其吸附量为Langmuir体积的10%～23%;在小于10MPa压力条件下,吸附气占总吸附量的55%～85%;压力大于10MPa时,随着压力增大,吸附量的增量已很小。 多元气体的吸附 多元气体的吸附是通过吸附位的竞争来进行的，吸附竞争力的强弱与吸附质分子的极性有明显的关系。多元气体的吸附等温线总是介于吸附能力强的气体和吸附能力弱的气体之间，组成的百分比不同，所得的等温线也不同。 煤对二元气体等温吸附过程中的组分分馏效应（唐书恒等，2005） 纯气体等温吸附实验 同一煤样对CO2、CH4和N2的吸附实验结果相比, CO2的VL值要比CH4的VL值大, CH4的值又比N2的值大, 即3种气体在煤中的吸附能力大小顺序是CO2＞CH4＞N2 而PL值越大，表明气体越容易从煤中解吸, 即3种气体优先解吸的顺序是N2 ＞CH4 ＞CO2· CH4和N2二元气体等温吸附实验 CH4和CO2二元气体等温吸附实验 在二元气体的等温吸附实验中, 吸附能力较强的气体组分优先被吸附, 因此造成游离相中该气体组分的相对浓度呈先降低然后逐渐增加的趋势, 而游离相中吸附能力较弱的气体组分相对浓度有先增加然后逐渐减少的趋势。 认识 吸附时间 吸附时间是气体从煤中解吸的速率,厘定为气含量测试的