第三章 煤储层压力和吸附解吸特征.pptVIP

2、压力系数：即实测储层压力与同深度静水压力之比，%①超压：压力系数1，压力梯度0.98MPa/100m；②正常压力：压力系数=1，压力梯度=0.98MPa/100m；③欠压：压力系数1，压力梯度0.98MPa/100m。我国三十二个矿区煤层气试井结果表明，各煤级煤储层超压状态占33.2%，正常压力状态占21.9%，欠压状态占45.3%，各煤级煤储层中三种状态均有分布，其中中煤级煤储层大多处于欠压状态。目前，关于煤层气在煤层中的赋存状态比较一致的观点是煤层气在煤中有三种赋存状态：以吸附态形式存在于煤层有机质的微孔隙和微裂隙表面中，称为吸附气；以游离态形式存在于煤层大中孔隙和大中裂隙中，称为游离气；以及以溶解态形式存在于煤层中的水里，称为水溶气。VanBergen等认为在煤层中煤层气有四种赋存状态：（1）吸附在微孔隙中；（2）被包裹在煤基质孔隙中；（3）游离在煤中割理和裂隙中；（4）溶解在煤中的裂隙水中。Crosdale等人认为在煤中煤层气的赋存状态也有四种：（1）压缩在孔隙中的游离态气体；（2）浓缩为固相或液相；（3）溶解在煤结构中；（4）吸附在煤内表面上。Collions提出的煤层气在煤层中存在的四种赋存状态：煤层气在煤中处于平衡状态时，在煤孔隙中由表面向外依次为孔隙表面的单分子吸附相、类液态相、孔隙气态相和游离态相。一、溶解态对天然气而言，在高压条件下甲烷在水中的溶解度可达到数十m3(气)/m3(水)。通常用亨利定律描述煤层气在水中的溶解度，利用气体逸度和亨利常数的不同可以更加合理地解释气体在水中的溶解现象。1、逸度的计算逸度可以根据逸度因子的定义来求取：2、气体亨利常数的计算3、溶解度的计算煤层气在水中溶解度的实验研究煤层气在地层水中的溶解度随矿化度的升高而降低，在低压条件下矿化度影响较小，在高压条件下则影响较大。例如四川盆地泉36井气在60℃、100Pa时，矿化度为l0000mg／L和57000mg／L的溶解度分别为1.65和1.16，两者相差0.49。压力为400Pa时，两者溶解度分别为4.22和3.19，差值为1.03，矿化度对溶解度的影响更加明显二、游离态三、吸附态能吸附别的物质的物质称为吸附剂（adsorbent），被吸附到吸附剂表面上的物质称为吸附质（adsorbate）。煤对煤层气的吸附，煤是吸附剂，煤层气为吸附质。固体的比表面积用单位体积内的总面积或单位重量总面积来表示。最常用的测定比表面积的方法是浸润热法，该方法基于任何物理吸附都是放热反应的基本原理：表面能的差异性决定了煤对气体吸附能力的不同。表面能越高，煤吸附气体的能力就越大。表面能的大小又受控于煤的变质程度、煤体结构和组分等因素。通常情况下，煤对煤层气的吸附属于快速、可逆的物理吸附，是通过煤分子与气体分子之间的分子间作用力－vanderWaals力中的Debye诱导力、London色散力和静电引力来实现的，并由此形成吸附势阱深度Ea（势垒）。自由气体分子只有损失部分能量Ea才能停留在煤孔隙表面上，因此煤对煤层气的吸附过程是一个放热过程。（1）在煤表面的碳原子由于作用力不平衡，有向煤体内部运动的趋势。这种趋势使其获得一种额外的能量——表面能，从而吸附煤表面上的气体分子。（2）从煤的有机结构方面分析，低中变质程度煤中有机质的芳香结构层很少，且随机分布，并由大量的含氧官能团、含氧桥和脂肪族侧键联结和支撑，随着煤化程度的提高逐渐脱落为小分子，如CH4、CO2、H2O等，结果使煤体本身的价键和作用力发生不平衡，导致吸附作用的产生。在一定温度下，吸附速率与气体的压力和固体表面空吸附位的数量成正比。假设固体表面吸附位总数为N，由于吸附而导致的表面覆盖率的变化式为：关于多层吸附，位能理论认为固体吸附剂表面存在一个位能场，吸附质分子在这一场中越接近固体表面密度越大，越向外越小。吸附剂对吸附质的吸附产生了许多等位面，每一组等位面之间，都相当于一定体积。如果认为固体与气体分子间的力为色散力，则位能理论称为色散模型，如果是诱导力，则为极化模型。色散模型色散力是1930年London发现的第三种分子间的力——静电力。认为如果对原子或分子作瞬间的相对摄影，就会发现原子核与电子在各种不同瞬间的相对位置不同。分子具有瞬间周期性变化的偶极矩，伴随着这种周期性变化的偶极矩，有不同