煤层气吸附解吸机理研究

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1、煤层气吸附解吸机理研究煤层气吸附解吸机理研究【摘要】随着社会的发展，开拓新能源已是各国政府努力发展的方向，煤层气因为具有新能源效应、环保效应、煤炭生产安全效应及领域广阔的商业效应，而成为各国的主耍发展对象，煤层气的勘探、开发受到了世界各国能源部门以及研究人员的高度重视。本文试图对当前制约煤层气开发的因素和能源需求的分析，指出了研究煤层气的解吸吸附机理的意义。通过分析国内外解吸吸附机理的研究历史和现状，例如煤层中的水分含量以及地层压力条件和温度条件等作了大量研究，希望为我国的煤层气实际开采提供可靠的理论依据。【关键词】煤层气解吸吸附影响因素非常规天然气中煤层气（CBM）的储量占世界天然

2、气总储量的30%以上。煤层气（CBM）是成煤过程中生成，并以吸附和游离状态赋存丁哋下煤层及围岩的自储式天然气体。rfT于我国的特殊国情，在不同学术时期或者因为外文资料的翻译原因等，造成CBM有不同的名字或者定义，比如煤层甲烷、瓦斯、煤层气等。为方便表述，统一命名为煤层气，即CBM。1中国煤层气勘探开发问题分析众所周知，目前我国的沁水盆地中南部地区的煤层气的勘探开发利用发展较为快速，但其他地区的开发利用还停留在比较基础的阶段,因为：（1）由于起步较晚，我国的CBM基础理论一般是从美国的技术学习而来，虽然美国的技术相对成熟，但是中国的地质结构特殊，结合中国煤层自身特点的赋存条件的指导理论

3、研究尚且不足；（2）石油天然气开发技术一直影响我国CBM的开发，我国的CBM开发工艺没有考虑到CBM独特的生储特性，没有做到具体问题具体分析。资料显示，地质的演化或者现阶段地质的构造状况对CBM的开采影响十分巨大。由于我国的含煤岩系是经历了多期构造作用的影响而保存，与其他国家大为不同。煤体结构较为特殊，降低了煤层气的渗透性能冃影响产能输出；同吋，由于煤是自生自储，它与石油天然气的储层截然不同，多种因素制约着它的产能，例如CBM的勘探理论或者开采工艺技术，以及国家能源政策制约了对外合作，科技人才的短缺等。CBM产业属于新型能源行业，其国内的总体趋势是大步向前发展的。2CBM理论的国内外

4、研究现状经历数十年的发展，目前世界各国对CBM解吸吸附机理的研究突飞猛进。但是，我国对煤储层的渗透性无法做到准确评价，且其形成机理研究也相对落后，尤其是具有极低渗、高应力等地质条件的研究还处于起步阶段。开采理论无法适应实际生产的应用，这也成为制约我国煤层气利用的一大障碍。3煤层气的解吸吸附理论在CBM研究初期，一直认为CBM是以游离态和溶解态赋存于煤层中，但是后來研究发现煤层的自身孔隙的总容积要远远小于CBM总含量，所以可以明确的指出CBM肯定还有另外一种存在状态，即吸附态，也就是说在某种多孔介质中容纳了以累液态或凝聚态存在的气体，其存在方式分为化学吸附和物理吸附。通过各种理论和大量

5、的实验证明,煤岩中的煤层气主要是以物理吸附的方式存在；此外，解吸是指CBM分子在其被煤岩等介质吸附后，受到了在热运动或者是某种振动的影响下，使CBM分了重新活跃，且足以摆脱吸附介质的吸附力，这样CBM分子又能以游离状态返回到CBM分子群中。研究发现，CBM的解吸/吸附在…定条件下可以相互转换。3.1CBM的解吸过程(1)压力对CBM的赋存状况影响极大，煤岩裂隙中会产生气或者水，这些都能改变煤岩的压力状况，使煤基质块中的CBM分子因为压力变化而从新回到分子群中，使得其煤层气含量(煤层气浓度)大大降低。在条件合适的情况下，解吸与吸附可以说是互为逆过程，能相互转换。(1)由于被吸附的CBM

6、分了浓度的降低，使得煤介质表面微孔隙屮CBM浓度和对内部微孔隙系统浓度较低，这时有种CBM浓度梯度存在于煤基质块的内部和表面微孔隙系统间o存在于内部微孔隙中的CBM分子会穿过微孔隙系统，按照浓度梯度的变化，从比较低的方向发生运移现象，其方向大致是由内至外，学术上一般认为这种现象是Knudson型扩散等多种扩散现象共同作用的结果。(2)如果CBM排采井采用排水降压时，在压力梯度的作用下，储层的裂隙系统中的水和CBM分了会出现以遵守流动Darcy定律，即压力梯度与流体流速成正比，的流动的现象以层流方式向井筒方向涌动。由于煤基质块的表面解吸能力比较强大，所以完全可以保持吸附气和口由气之间的

7、均衡，而在其内部的口由气与吸附气则处于不均衡状态。3.2CBM吸附过程(1)以往的研究表明CBM吸附先是渗流过程，即由于强大的外部压力使甲烷的气体分子渗流到大孔系统中流动，并且在煤基质外的表面产生一种煤层气气膜。(2)吸附的全过程第二步是扩散过程，它主要包括内扩散过程和外扩散过程。其中前一个过程是指在图3中，甲烷气体分子通过2这个点，进入煤介质的微孔隙中然后慢慢渗透到介质的每一个部分的过程；而后一个过程是指图3中，处于煤介质的外部甲烷气体分了从1这个点横穿