煤储层吸附解吸特征.ppt
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煤的吸附解吸曲线通常指的是煤对气体(如甲烷)的吸附和解吸过程中的关系曲线。
这些曲线可以用于了解煤储层中甲烷的吸附和释放行为,这对于煤层气的开发和利用具有重要的意义。
煤的吸附解吸曲线通常包括以下关键参数和特性:
1. 吸附等温线:
- 描述在特定温度下,煤对气体的吸附量随着气体压力的变化而变化的曲线。
这反映了煤对气体的吸附能力。
2. 解吸等温线:
- 描述在特定温度下,已吸附的气体在气体压力减小的情况下从煤中解吸的曲线。
这反映了储层中甲烷的释放行为。
3. 吸附解吸等温线的斜率和形状:
- 吸附解吸等温线的斜率和形状反映了煤与气体相互作用的强度和方式。
曲线的形状和斜率的变化可以提供关于储层中气体吸附和解吸机理的信息。
4. 临界吸附压力:
- 描述气体在特定温度下开始吸附的最低压力。
这对于了解气体在储层中的启动吸附条件很重要。
这些曲线通常在实验室条件下通过吸附解吸实验测定。
研究煤的吸附解吸曲线有助于了解煤层气的形成、储存和释放机制,为煤层气资源的勘探和开发提供科学依据。
需要注意的是,实际煤层气储层的吸附解吸行为受到多种因素的影响,包括煤的孔隙结构、温度、压力等,因此煤层气勘探和开发中还需要考虑更多的地质和工程因素。
实验五煤储层的解吸特征煤储层的三元孔、裂隙结构决定了煤层甲烷解吸动力学的阶段性,在排水降压作用下,煤储层宏观裂隙内压降较快,显微裂隙、大孔隙次之,而微孔隙则压降缓慢。
当储层压力低于临界解吸压力以后,甲烷首先在宏观裂隙内开始解吸,然后依次是显微裂隙、大孔隙、微孔隙。
煤层甲烷不断由吸附相变成游离相。
解吸与吸附作用几乎是完全可逆的过程,同样可用Langmuir 等温吸附定理来描述。
当煤储层压力降低到一定程度,煤中被吸附的甲烷开始与微孔表面分离,这个过程叫解吸。
解吸是煤中吸附气由于储层压力降低而转变成游离气体的过程,在压降过程中,吸附/解吸动态平衡结果是造成吸附量减少。
煤储层解吸特性常用可解吸率或可解吸量和解吸速率来衡量,解吸总量由阶段解吸量组成,解吸速率往往采用吸附时间来定量表示。
一、解吸率与解吸量我国煤层气井和美国煤层气解吸资料由3部分构成,即逸散气量、解吸气量(解吸至一周内平均每天小于10cm3时为止)、残余气量。
逸散气量、解吸气量之和为可解吸量,其与总含气量之比称为可解吸率。
我国前期煤田地质勘探资料,瓦斯(煤层气)解吸资料多由四部分构成,即损失气量(V1)、现场两小时解吸量(V2)、真空加热脱气量(V3)和粉碎脱气量(V4)。
通常,将损失气量与解吸气量之和与总气量之百分比称为解吸率,解吸率与该深度下实际含气量的乘积称为解吸量。
沁水盆地中南部煤储层的解吸特性变化较大,煤层甲烷解吸率分布范围为15.6 ~68.0%(表5-5),平均为37.82%,其中,3煤解吸率、解吸量基本上随埋深增加而增大(图5-16);15煤在埋深500m左右解吸率最高(图5-17)。
层域上,15煤解吸率、解吸量大于3煤,3煤平均解吸率为30.9%,15煤平均为37.8%,区域上,屯留、大宁解吸率最低,樊庄次之,但大宁、樊庄、屯留井田含气量大,二、吸附时间吸附时间表示甲烷通过煤基质块进入裂隙的扩散时间。
由罐装煤样解吸实验求得,定义为实测解吸气体体积累计达到总解吸气量(STP:标准温度、压力)的63%时所对应的时间。
实验四 煤层气的解吸特征一、实验目的掌握解吸法测试煤层气含量的方法;掌握损失气(逸散气)的推算方法;掌握吸附时间的计算方法。
二、实验内容1.逸散气量(损失气量)的推算逸散气量(损失气量)与取心至样品密封解吸罐中所需时间有关, 取心、装罐所需时间越短, 则计算的逸散气量(损失气量)越准确。
当逸散气量(损失气量)不超过总含气量的20%时, 直接法所测的含气量比较准确。
解吸气和逸散气(损失气量)是煤层气的可采部分, 因此准确测定逸散气(损失气量)至关重要。
美国矿业局采用的直接法计算逸散气的理论依据是:煤体内的空隙是球形的, 且孔径的分布是单峰的, 气体在孔隙中的扩散是等温的且服从菲克第一定律, 所有孔隙中气体的初始浓度相同, 球体的边界处浓度为零。
则解吸最初几个小时释放出的气体与解吸时间的平方根成正比, 总的解吸量可由下式表示:01t t a V V ++=总式中: —总解吸量, ml ; —逸散气量, ml ;—系数; —解吸罐解吸时间, min ; —逸散时间, min 。
令 , 则上式写为:aT V V +=1总 其中实测解吸气量 。
由此在解吸气量与时间的平方根的图中(一般取前10个点), 反向延长到计时起点, 即可估算出逸散气量(图4-1)。
图4-1 逸散气量的估算直接法的计时起点与钻井液类型有关, 对于气相或雾相取心, 假设取心筒穿透煤层即开始解吸, 损失时间(逸散时间)为取心时间、起钻时间和样品到达地面后密封在解吸罐中之前时间的总和。
对于清水取心, 假设当岩心提到距井口一半时开始解吸, 这种情况下, 损失时间为起钻时间的一半加上地面装罐之前的时间。
2.吸附时间的计算吸附时间通常由煤样的自然解吸实验(美国的直接法)来确定。
1)计算累计达到总解吸气量的63%时所对应的气体体积V 63%=总解吸气量(STP )×63% 2)计算累计达到总解吸气量的63%时所对应的时间在煤样的自然解吸实验中找到该样品累计达到总解吸气量的63%时所在的时间区间t1和t2, 其所对应的累计解吸量为Vt1和Vt2, 则:121%63121)(t t t V V V V t t t --⨯-+=τ三、实验报告根据煤样的自然解吸实验(美国的直接法, 表4-1, 煤层段为清水钻进)推算损失气(逸散气)含量和计算吸附时间。
第四章煤储层压力及吸附/解吸特征煤层气以游离、吸附、固溶和溶解多种状态赋存于煤储层中。
其中吸附状态是煤层气最主要的赋存形式,储层压力是控制煤层吸附气量的最关键因素。
第一节煤储层压力一、定义煤储层通常受到三个方向的应力作用:垂直主应力,近似于上覆岩层的重量;两个相互正交的水平主应力,其大小明显不同,两者比值一般介于0.2~0.8之间,且很少与垂向主应力相等。
构造应力与所处构造部位密切相关,水平应力在逆断层或褶皱发育地段要远大于垂向主应力,在正断层发育地段则小于垂向应力(国家地震局地壳应力研究所,1990)。
煤储层压力,是指作用于煤孔隙—裂隙空间上的流体压力(包括水压和气压),故又称为孔隙流体压力,相当于常规油气储层中的油层压力或气层压力。
煤储层压力一般通过试井分析测得,即利用外推方法求取原始地层条件下相对平衡状态的初始压力。
煤储层压力与煤层含气性密切相关,它与吸附性(特别是临界解吸压力)之间的相对关系直接影响采气过程中排水降压的难易程度。
因此,煤储层压力的研究,不仅对煤层含气性和开采地质条件的评价十分重要,同时也可为完井工艺提供重要参数。
煤储层流体要受到三个方面力的作用,包括上覆岩层静压力、静水柱压力和构造应力。
当煤储层渗透性较好并与地下水连通时,孔隙流体所承受的压力为连通孔道中的静水柱压力,即是说储层压力等于静水压力。
若煤储层被不渗透地层所包围,由于储层流体被封闭而不能自由流动,储层孔隙流体压力与上覆岩层压力保持平衡,这时储层压力便等于上覆岩层压力。
在煤储层渗透性很差且与地下水连通性不好的条件下,由于岩性不均而形成局部半封闭状态,则上覆岩层压力即由储层内孔隙流体和煤基质块共同承担,即:σV=p+σ(4-1)式中,σV—上覆岩层压力,MPa;p—煤储层压力,MPa;σ—煤储层骨架应力,MPa。
此时,煤储层压力将小于上覆岩层压力而大于静水压力。
二、压力状态在实践中,为了对比不同地区或不同储层的压力特征,通常根据储层压力与静水柱压力之间的相对关系确定储层的压力状态,采用的参数为储层压力梯度或压力系数。