煤岩吸附高压甲烷的实验与模型研究

摘要：

吸附是甲烷在煤层中的最主要赋存方式,约占80%~90%.随开发进行,吸附态甲烷不断解吸,并将导致煤岩基质收缩,表现为裂隙的张开和渗透率的改善.基于气体等温吸附仪,开展了不同盆地典型煤样对甲烷的吸附能力测试,分析了甲烷吸附量随温度、压力和煤样工业分析指标的变化规律.认为吸附量随温度增加单调递减,随压力增加先增大后略有降低,在12~15 MPa左右存在极大值.认为固定碳是煤样吸附甲烷的主要成分,水分显著降低了煤样对甲烷的吸附能力.理论方面,对简化局部密度(SLD)理论中的流体状态方程和流固势能函数进行了评价、优选,结合测试数据确定了模型中的特征参数,有效表征了甲烷在煤样上的吸附特征.结合煤样的工业分析结果,建立了狭缝宽度、固固相互作用势能参数、表面积随煤样工业分析指标的变化关系式,拟合误差分别为3.9%、7.7%和10.4%.利用工业分析指标的吸附特征参数表征值计算了甲烷在活性炭上的吸附量,与实验数据的平均相对误差均小于10%,实现了SLD理论的推广应用.

关键词：煤层气、吸附实验、简化局部密度理论、推广应用

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资助基金：国家自然科学基金青年科学基金51804317;国家自然科学基金面上项目51974333

在线出版日期：2020-04-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共15页

页码：78-92