煤层气解吸特征的实验研究_马东民

温度对煤吸附甲烷的影响实验蔺亚兵;马东民;刘钰辉;马薇;贾雪梅【摘要】为了研究温度对煤吸附甲烷的影响，实验测定了不同温度下煤对甲烷的吸附等温线，并对实验数据进行了拟合，同时对覆盖度与压力、温度、吸附量以及孔隙类型的关系进行了分析。

结果表明：随着温度的增高，饱和吸附量和吸附速率明显降低，并且含气量与覆盖度呈正相关关系；同一压力下，随着温度升高，覆盖度降低；相对覆盖度概念可以解释高温覆盖度高而吸附量小于低温阶段的现象；结合孔隙度和液氮分析结果发现，随着温度的增高，小孔和微孔的吸附能力强于中孔和大孔；甲烷在煤上的等量吸附热随吸附量的增大而增大，但无规律可循，且由Clausius-Clapeyron 方程预测出的等温吸附曲线与实测值有偏差，表明煤表面能量的不均匀性和表面离子的复杂性。

%10.3969/j.issn.1001-1986.2012.06.006【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】5页(P24-28)【关键词】温度;煤;甲烷;吸附;覆盖度;吸附热;吸附等温线【作者】蔺亚兵;马东民;刘钰辉;马薇;贾雪梅【作者单位】陕西省煤田地质局勘察研究院,陕西西安 710054;西安科技大学,陕西西安 710054;中煤科工集团西安研究院,陕西西安 710054;西安科技大学,陕西西安 710054;西安科技大学,陕西西安 710054【正文语种】中文【中图分类】P618.11温度和压力是影响煤吸附特征的主要物理参数，在较低温度和压力区，压力对煤吸附量的影响大于温度的影响，随着温度和压力的增加，煤吸附甲烷量增大，在较高温度和压力区，温度对煤吸附能力的影响大于压力的影响，煤吸附甲烷量减少[1]。

然而,吸附过程是一个放热过程，不同煤级或同一煤级的煤在不同的温度有着不同的吸附特征[2]。

为了研究不同温度对煤吸附甲烷的影响，本文以AST-2000型大样量煤层气吸附/解吸仿真实验装置为依托，通过对不同煤样进行变温吸附实验研究，着重从覆盖度和等量吸附热角度探讨煤的吸附特性；同时，由于不同温度下的吸附等温线是过程模拟和设计所必要的，本文运用Clausius-Clapeyron 方程计算得到的等量吸附热来预测不同温度下煤对甲烷的吸附等温线，并与文献数据进行比较，对预测结果进行探讨。

煤层气的超临界吸附研究摘要：以沁水盆地平衡水煤样的不同组分气体等温吸附实验为基础，通过煤吸附气体动力学过程和吸附量计算理论及方法的分析，对实验结果进行了深入探讨。

认为气体的超临界吸附的高压阶段累计吸附量下降是一个普遍的现象，这是由gibbs的吸附定义引起的“视吸附量”降低，而非“绝对吸附量”下降。

并且指出不同气体组分的竞争吸附作用改变了煤的吸附特性，致使煤的三元混合气体等温吸附曲线没有下降；但同时认为，只要实验条件允许，压力足够高，三元混合气体的吸附曲线也必将呈下降趋势。

关键词：安全技术及工程；超临界吸附；gibbs吸附定义；视吸附量；绝对吸附量一、吸附力和吸附能煤对瓦斯的吸附从本质上说是由煤体表面的原子或离子与气体分子之间的相互作用力引起的。

根据分子热力学和表面物理化学的知识，这些作用力可分为物理作用力和化学作用力。

吸附热较小、吸附速率快、吸附与解吸可逆等证据显示煤吸附气体基本上为物理吸附。

据量子力学理论推导出孤立两原子之间的总势能（lennard-jones势能）数学表达式：（1）式中：c为瞬时偶极—偶极作用常数；b为经验常数；r为两原子中心距离，加式中负号表示吸引。

吸附剂表面吸附很多吸附质分子，吸附系统总势能为：（2）二、等温吸附量的测定原理与计算方法目前测试气体吸附等温线大多采用的是静态容积法。

静态容积法是在恒定温度下，测试吸附前后体系的压力变化来计算获得吸附等温线数据。

其步骤是先通过标定装有吸附剂空间的总体积（通常使用he标定），然后充入定剂量的吸附气体，再测试吸附平衡后的压力。

当充摩的气体进入体积为的吸附空间后，在吸附作用下气体的压力会不断下降，当到达平衡压力时，可以通过气体状态方程或已知实验数据求得这时的气相密度。

虽然无法知道吸附后剩余气体所占的体积，但由于吸附相体积远小于，因此可以利用总体积代替来计算吸附空间剩余的气体量，静态容积法正是利用这个原理来求取平衡吸附量。

（1）还可以得到以下关系式：（2）（3）将式（2）代入式（3）可得：（4）即：，将其代入式（1）可得：（5）吸附相密度等于吸附相分子总量与吸附相体积的比值，即：，代入式（5）得：（6）式（6）中的可称为“绝对吸附量”，它反映了吸附剂上吸附相的真实值；的值是由静态容积法测定并计算得到的吸附量，并非吸附相的真实值，可称为“视吸附量”。

大佛寺井田4号煤CH4与CO2吸附解吸实验比较马东民;李来新;李小平;白怀东;王杰;刘厚宁;李方晴【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2014(039)009【摘要】以迅速降低大佛寺4号煤含气量,提高地面煤层气井采收率为目标,进行CO2驱替CH4技术的实验研究.对采自大佛寺矿井40114工作面的样品,进行多个温度点柱体原煤与60～80目平衡水样的CH4与CO2吸附解吸对比实验.结果表明:CO2在煤孔隙表面与CH4一致,吸附过程符合Langmuir方程,解吸过程可用解吸式描述;由热力学计算可知,柱体原煤升压过程CO2吸附热为56.827kJ/mol,CH4吸附热为12.662 kJ/mol,降压过程CO2吸附热为115.030kJ/mol,CH4吸附热为23.602 kJ/mol,无论升压过程还是降压过程CO2吸附热远大于CH4吸附热,两种气体在煤孔隙表面竞争吸附时CO2占据优势,导致置换解吸;吸附势、吸附空间计算验证了这个结论;利用CO2驱替CH4技术,提高煤层气采收率,理论依据充分可行.【总页数】7页(P1938-1944)【作者】马东民;李来新;李小平;白怀东;王杰;刘厚宁;李方晴【作者单位】西安科技大学,陕西西安710054;国家能源煤与煤层气共采技术重点实验室,山西晋城048204;陕西省煤层气开发利用有限公司,陕西西安710065;陕西省煤田地质局131队,陕西韩城715400;中国煤炭地质总局航测遥感局,陕西西安710054;西安科技大学,陕西西安710054;西安科技大学,陕西西安710054;西安科技大学,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】P618.11【相关文献】1.大佛寺井田煤储层孔隙特征 [J], 严康;白怀东;刘厚宁;李方晴;王杰2.无烟煤对CO2和CH4的吸附解吸特性研究 [J], 吕乾龙;刘伟;宋奕澎;武德尧3.大佛寺井田煤储层孔隙特征研究 [J], 刘哲;曹石榴4.基于"定体积法"的大佛寺井田煤储层稳产阶段动态含气量反演 [J], 刘巧妮;刘钰辉5.西山煤田古交矿区不同深度煤储层CH4吸附解吸特征 [J], 周家锐;宋晓夏;李伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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V —总解吸量，ml ；1V —逸散气量，ml ；a —系数；t —解吸罐解吸时间，min ；0t —逸散时间，min 。

令0t t T +=，则上式写为：aT V V +=1总其中实测解吸气量aT V =2。

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63.2%时所对应的气体体积V 63.2%=总解吸气量（STP ）×63.2% 2）计算累计达到总解吸气量的63.2%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63.2%时所在的时间区间t 1和t 2，其所对应的累计解吸量为V t1和V t2，则：121%2.63121)(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。

煤层气吸附解吸实验过程对吸附量的影响分析
煤层气吸附解吸实验过程对吸附量的影响分析
刘永彬1，马东民1，谈泊2
【摘要】提出了在煤层气吸附解吸实验过程中，吸附相体积和自由空间误差体积是造成吸附量测试误差的主要因素。

通过分析吸附量的计算公式发现:这两种误差之和与吸附量误差成正比，而吸附解吸曲线之间的差异与这两种误差无关;增大样品缸容积可以减小自由空间误差体积对吸附量的影响，却不能改变吸附相体积对吸附量的影响。

【期刊名称】煤
【年(卷),期】2009(018)011
【总页数】4
【关键词】煤层气;甲烷;吸附相体积;自由空间体积
目前，国内使用的吸附设备主要是从美国T erra-Tek公司和RavenRideg Resource公司引进的煤层气等温吸附仪。

十几年的使用发现，这两家公司的吸附仪装载实验样品量太少，实验结果重现性差。

针对国内外煤层气吸附/解吸实验仪存在的缺陷，西安科技大学联合中国石油大学(北京)，以国家973煤层气项目“煤层气开采基础理论研究”课题为依托，研制出AST－1000型煤层气吸附解吸大样量仿真实验仪，其主要特点是样品缸装样量达到1 000 g，吸附实验结束后可以继续做解吸实验。

超临界吸附是指气体在它的临界温度以上在固体表面上的吸附，即adsorption at supercriticaltemperature［1］。

作为煤层气主要成分CH4的储层条件超过了甲烷的临界压力(4.58 MPa)和临界温度(190.7 K)，因此，甲烷在煤层气储层条件下处于超临界状态［2］。

由于在临界温度以上，气体在常压下的物理吸附。

西安科技大学硕士学位论文不同温度下煤层气吸附/解吸特征的实验研究姓名：王鹏刚申请学位级别：硕士专业：矿产普查与勘探指导教师：马东民@论文题目：不同温度下煤层气吸附/解吸特征的实验研究专 业：矿产普查与勘探硕 士 生：王鹏刚 （签名） 指导教师：马东民 （签名）摘 要煤层气吸附/解吸机理的研究是煤层气开发技术发展的关键理论。

在长期的等温吸附/解吸实验研究中我们发现，增压吸附与降压解吸过程中，随着压力变化实验对象的自由空间皆伴随温度的变化；吸附过程与解吸过程相同压力平衡点自由空间的温度变化量存在差异。

煤层气的开采现场，基本地质条件、工艺技术、排采制度相同的两口生产井产气能力差别很大。

尤其是不同季节进行压裂作业的垂直井，由于大量的前置液以微小的温度差异进入煤层，相邻两口井产气时间有时相差3月之久。

这些都说明了煤层气吸附/解吸过程中有温度效应。

温度对于煤层气吸附/解吸作用的影响，属于当前煤层气研究的盲区，需要专门来做实验进行分析。

论文通过3个煤样在系列温度点的等温吸附/解吸实验，得到不同阶煤煤样的等温吸附/解吸曲线，利用Langmuir模型拟合吸附实验数据，Weibull模型拟合解吸实验数据，并根据Clausius-Clapeyron方程计算吸附/解吸过程的吸附热，以此分析煤层气吸附/解吸的热效应机制，而后总结了温度对煤层气吸附/解吸的影响。

主要结论为：（1）采用Langmuir模型能够较好的描述等温吸附实验数据，而对于等温解吸过程，Weibull模型是目前最好的模型；（2）增压吸附是一个持续放热的过程，吸附量越大，放出热量越大；解吸作用是非自发的吸热过程，吸收热量小于吸附过程同平衡压力点放出的热量，解吸过程促使储层温度降低，抑制了解吸作用的持续进行；（3）随着温度的升高，解吸率增大，温度升高促进了解吸作用。

在3.5~5Mpa中高压阶段，温度增高比压力降低对解吸作用的影响更敏感。

而此压力范围属于排采的排水阶段，对排采制度的制定十分重要。

煤层气吸附与解吸可逆性实验研究谢勇强1,彭文庆2,曾荣1（1.江西省地矿资源勘查开发有限公司,江西南昌330030;2.煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,湖南湘潭411201）摘要：以等温吸附与解吸实验为手段,通过对不同变质程度的煤进行吸附/解吸等温线的测定,探讨煤层气吸附与解吸可逆性.实验结果分析发现：低阶煤煤样吸附/解吸曲线出现了明显的滞后环,吸附和解吸过程所回归a(Langmuir 体积）值相差比较大,说明吸附与解吸吻合性差,对甲烷的吸附和解吸表现出非可逆性;中、高级煤吸附与解吸等温线具有很好的重合性,吸附与解吸过程所回归的a(Langmuir 体积）值也比较接近,对甲烷的吸附和解吸表现出可逆性.该现象的发现,为煤层气开采参数的确定具有一定的意义.关键词：煤层气;吸附;解吸;可逆性中图分类号：TD845文献标识码：A文章编号：1674-5876（2010）02-0013-04收稿日期：2010-03-22通信作者：谢勇强(1979-),男,江西萍乡人,硕士,工程师,研究方向:采矿方法研究.E-mail:yongqiangxie@煤层气界普遍认为煤层气的吸附/解吸过程基本可逆,一般以等温吸附曲线来表述开采过程中的煤层气解吸过程,并用吸附等温线来确定煤层气开采参数.考虑到吸附与解吸过程可能会出现的差异,国内外一些学者和专家开展了煤层气吸附／解吸可逆性实验,以探索煤层气吸附／解吸的可逆性.这种实验的过程都是在进行吸附实验完成之后,紧接着进行降压解吸实验.然而,由于目前这种实验尚不规范,导致实验结果相差甚远,以至于得到不同的结论.有人认为煤对甲烷的吸附／解吸过程基本可逆,而有学者认为煤层气的解吸滞后[1-2].本文以西安科技大学AST-1000型煤层气吸附/解吸大样量仿真实验装置为依托,通过对不同煤阶煤样进行等温吸附/解吸实验研究,从煤的变质程度的差异性来探讨煤层气吸附/解吸可逆性.1煤样采集与制备本次实验煤样采自长春晖春、黄陵矿、山西柳林和晋城等矿,共4组煤样.按变质程度由低到高,分别为褐煤、长焰煤,焦煤,无烟煤.利用Leica 公司产M PV-3显微光度计,依据推荐国标GB/T8899-1996测定了煤样的显微组分组成,结果见表1.根据《高压容量法等温吸附实验方法标准编制说明》规定,本等温吸附实验煤样粒度为0.18～0.25mm.煤样制备步骤如下：1）破碎.采用粉碎机,将样品破碎成最大粒度<13mm.2）筛分.为了使煤样破碎到要求的粒度0.18～0.25mm,首先用0.25mm 的标准筛进行筛分,然后将过筛后的煤样颗粒用0.18mm 的标准筛进行筛分,最后将未能通过0.18mm 标准筛的煤样颗粒定为本实验用煤样.2煤的等温吸附与解吸实验实验研究依托西安科技大学AST-1000型煤层气吸附/解吸大样量仿真实验装置.该装置是在吸收国采样地点煤样类别工业分析Ro m ax/%M ad /%A ad /%V daf /%长春晖春HM 13.67.1938.050.40黄陵一号矿CYM 7.70 5.0837.950.61山西柳林JM 1.120.7317.40 1.42山西晋城WYM1.081.088.373.32表1煤样的显微组分组成分析结果Tab.1Maceral composition analysis data of coal samples矿业工程研究Mineral Engineering Research第25卷第2期2010年6月Vol.25No.2Jun.2010际上现有的两家等温吸附仪的优点的基础上研发出的新产品,具有实验精度高、性能稳定、更逼近实际等优点,为本研究创造了试验条件.2.1煤层气吸附/解吸大样量仿真实验装置结构及工作原理等温吸附/解吸实验装置（煤层气吸附/解吸大样量仿真实验装置）其结构及工作原理见图1.整套设备分为主机控制系统、恒温系统、测量计量系统、高压供气系统、真空系统等5大系统.实验分为吸附和解吸两个实验过程.吸附实验时,进行加压-平衡-加压这一吸附循环过程,逐次增高试验压力,可测得每一个压力点P i 下煤样吸附量N i 和克煤可燃物吸附甲烷量Q i ;解吸过程为吸附过程的逆过程,即为减压-平衡-减压循环过程,逐次测得的P i 及N i .2.2等温吸附与解吸实验结果在完成4个煤样的工业分析等基础参数测定后,对4组煤样进行了4次试样的高压等温吸附/解吸试验,t ＝30℃.实验编号前7位字符代表实验设备型号,后面字符“HM ”、“CYM ”、“JM ”、“WYM ”表示对应的煤样属HM 、CYM 、JM 和WYM.数据整理结果如表2.3煤层气吸附与解吸可逆性分析3.1实验数据结果处理分析根据实验测得的各平衡压力点吸附量和压力（表2）：V i =N i ×22.4×1000,利用Langmuir 方程[3-4]：P v =1a p +1ab,求出压力及该压力对应的吸附量间的比值（P i /V i ）,绘出P i 、P i /V i 之间的散点图,对这些点进行线性回归,利用最小二乘法求出直线方程及相关系数（R ）.直线斜率为1/a,截距为1/ab ,则可以计算出常数a 、b .最终得出吸附/解吸等温曲线的Langmuir 方程表达式.数据处理结果见表3和表4.从表3和表4可以看出：吸附回归的相关系数为0.9506～0.9999,平均为0.9838,偏差波动在0.0368～0.3233cm 3/g,平均为0.1467cm 3/g;解吸回归的相关系数为0.9828～0.9988,平均为0.9926,偏差波动在实验编号采样地点吸附/解吸不同压力点P /MPa 下的吸附量V /(cm 3/g)长春晖春黄陵一号矿山西柳林山西晋城吸附解吸吸附解吸吸附解吸吸附解吸P V P V P V P V P V P V P V P V 00000000000000001.1824.2921.70211.7911.5973.4914.17210.4711.7825.7272.9278.5771.5929.3302.34811.3572.9477.8943.85713.2423.4625.7335.16711.0653.8629.7844.92211.7543.76216.7484.83219.5624.97710.8905.68715.1775.3227.3007.11711.3835.91713.1256.93214.2975.87721.1197.15623.2436.95212.9317.23716.0317.5528.2798.95711.9187.99715.9488.91217.1137.95724.2918.72825.1249.13714.3368.43716.8099.4229.63210.44211.98510.11217.96010.73719.40010.13726.45210.57626.85610.33215.11510.33215.11511.07211.95011.07211.95011.95220.87611.95220.87511.96728.12411.96728.124AST1000-01HMAST1000-02CYMAST1000-03JMAST1000-04WYM表2煤样等温吸附与解吸实验测定结果Tab.2Experimental data ofadsorption-desorption isotherm of methane on coal samples实验编号a b 相关系数R 偏差δAST1000-01HM AST1000-02CYM AST1000-03JM AST1000-04WYM平均22.748518.312438.387640.60240.18810.13060.09140.18640.99900.95060.98550.99990.98380.05670.32330.16990.03680.1467实验编号a b 相关系数R 偏差δAST1000-01HM AST1000-02CYM AST1000-03JM AST1000-04WYM平均17.119413.127140.055842.70961.29210.98260.08640.16330.99050.99970.98280.99750.99260.37650.02540.18180.20420.1970表3煤样高压等温吸附甲烷整理数据及偏差（t =30℃）Tab.3Analysis data of high-pressureadsorption of methane on coal samples (t =30℃)表4煤样高压等温解吸甲烷整理数据及偏差（t =30℃）Tab.4Analysis data of high-pressuredesorption of methane on coal samples (t =30℃)图1等温吸附/解吸实验装备结构示意图Fig.1Schematic diagram of experimental equipment for isothermaladsorption anddesorption0.0254～0.3765cm 3/g 平均为0.1970cm 3/g.可见Langmuir 方程式对吸附和解吸过程拟合都很好.因此,本研究中等温吸附/解吸实验数学模型采用Langmuir 模型来拟合低阶煤吸附甲烷行为及低阶煤煤层气解吸行为是能满足要求的.3.2吸附与解吸可逆性分析根据表3和表4算出的Langmuir 方程参数重新获得曲线,即为回归后的煤样Langmuir 等温吸附/解吸曲线,如图2-图4.从图2-图4中可以看出,低阶煤（HM ）煤样吸附/解吸曲线出现了明显的滞后环,对甲烷的吸附和解吸表现出非可逆性,在相同压力下,升压过程（吸附）中对甲烷的吸附量要比降压过程（解吸）中的吸附量低.而中阶煤（JM ）和高阶煤（WYM ）煤样吸附与解吸等温线却具有很好的重合性.从表3和表4发现,低阶煤煤样吸附和解吸过程所回归a(Langmuir 体积）值相差比较大,达5cm 3/g 以上,说明吸附与解吸吻合性差.而(JM)和(WYM )吸附与解吸数据相接近,所回归的a(Langmuir 体积）值也比较接近,说明了吸附与解吸有良好的吻合性.可见,低阶煤对甲烷的吸附和解吸表现出非可逆性,解吸过程甲烷的吸附量要大于吸附过程中的吸附量,中、高阶煤吸附/解吸过程基本可逆.对于滞后现象的理论分析,已有人员进行了研究,颜肖慈[5]等发现滞后现象与多孔性吸附剂的孔结构有关：微孔、一端封闭的圆柱型或平行板形孔无吸附滞后现象,两端开口或口小内腔大的墨水瓶形状的孔有吸附滞后现象.根据煤的孔隙分布规律,低阶煤的孔隙多以开放孔为主,而中、高阶煤微孔发育明显[6].结合颜肖慈等滞后理论,低阶煤对甲烷的吸附和解吸应表现出非可逆性,中、高阶煤对甲烷的吸附和解吸应表现出可逆性,与本次实验结果相吻合,表明了实验结果与理论分析的一致性.4结论1）煤对甲烷的吸附和解吸等温线符合langmuir 方程.2）低阶煤对甲烷的吸附和解吸表现出非可逆性,在相同压力下,升压过程（吸附）中对甲烷的吸附量要比降压过程（解吸）中的吸附量低,解吸过程甲烷的吸附量要大于吸附过程中的吸附量.3）中、高阶煤吸附与解吸等温线具有很好的重合性,吸附/解吸过程基本可逆.4）低阶煤的吸附与解吸等温线的不重合性说明,开采煤层气作为一个储层气的解吸过程,与以往只简单地利用吸附等温线来确定煤层气开采参数如：“煤层气解吸速度”、“临界解吸压力”和“理论采收率”等是片面的.低阶煤煤层气吸附与解吸的不可逆性表明,吸附曲线不能描述气体解吸过程.参考文献：[1]张遂安,叶建平,唐书恒,等.煤对甲烷气体吸附—解吸机理的可逆性实验研究[J].天然气工业,2005,25(1):44-46.ZHANG Suian,YE Jianping ,TANG Suheng ,et al.Theoretical analysis of coal-methane adsorption/desorption mechanism and its reversibility ExperimentalStudy [J].NaturalGasIndustry .2005,25(1):44-46.[2]Chaback J,Morgan D,Yee D.Sorption irreversibities and mixture图2低阶煤煤样的Langmuir 等温吸附/解吸曲线图（t =30℃）Fig.2Adsorption-desorption Langmuir isotherms of methane on low-rank coal (t =30℃)吸附量V /(c m 3/g )压力P /M PaAST1000-02CYMAST1000-01HM 吸附量V /(c m 3/g )压力P /M Pa图3中阶煤JM 煤样的Langmuir 等温吸附/解吸曲线图（t =30℃）Fig.3Adsorption-desorption Langmuirisotherms of methane on medium-rank coal (t =30℃)图4高阶煤WYM 煤样的Langmuir 等温吸附/解吸曲线图（t =30℃）Fig.4Adsorption-desorption Langmuirisotherms of methane on high-rank coal (t =30℃)吸附量V /(c m 3/g )压力P /MPacompositional behavior during enhanced coal bed methane recovery processes[C]//SPE gas technology symposium.Calgarta,Canada Society of Petroleum Engineers,1996.[3]赵志根,唐修义.对煤吸附甲烷的Langmuir方程的讨论[J]．焦作工学院学报（自然科学版）,2002(21):1-4．ZHAO Zhigen,TANG Xiuyi.Discussion about Langmuir equation concerning methane adsorption by coal[J].Journal of Jiaozuo Institute of Technology(Natural Science).2002(21):1-4.[4]Harpalani S,Pariti U M.Study of coal sorption isotherm using amulticomponent gas mixture[C]//The1993International coalbed methane symposium,Tuscaloosa Alabama,USA:University of Alabama, 1993.[5]颜肖慈,罗明道.界面化学[M].北京:化学工业出版社,2005.YAN Xiaoci,LUO Mindao.Interface chemistry[M].Beijing:Chemical Industry Press,2005.[6]魏思民.煤阶与煤层含气性关系研究[J].中州煤炭,2009(11):17-19.WEI Simin.Study on relationship between coalrank and content of coalbed methane[J].Zhongzhou Coal,2009(11):17-19.Experimental study on the adsorptionand desorption reversibility of coalbed methaneXIEYongqiang1,PENG Wenqing2,ZENG Rong1(1.Geology and M ineral Exploration of Jiangxi Province Co.,Ltd.,Nanchang330030,China;2.Hunan Provincial Laboratory of Hunan Provincial Key Laboratory of M ine Safety and M ining Technology,Xiangtan411201,China)Abstract：This paper studies coal-methane adsorption-desorption reversibility mainly by taking the adsorption-desorption isotherm experiment as a method and through the determination of different metamorphic grade coal adsorption-desorption isotherms.The research indicates that low-rank coal adsorption-desorption isotherms has a clear hysteresis loop,and relatively large difference between the two isotherms a-value(Langmuir volume)of regression analysis, indicating the low-rank coal displays the non-invertibility to the adsorption-desorption process of methane on low-rank coal;the medium-high rank adsorption-desorption isotherms coal has a good frequency coincidence,and the two isotherms a-value(Langmuir volume)of regression analysis is relatively close,indicating the medium-high rank coal displays the invertibility to the adsorption-desorption process of methane on medium-high rank coal.The discovery of these phenomena,to determine the parameters of coal-methane extraction is of some significance.Key words：CBM(coalbed methane);adsorption;desorption;reversibility。

煤层气解堵实验研究柳迎红1,2刘 强2 刘春艳3(1.北京科技大学,北京 100083; 2.中国海油新能源投资有限责任公司,北京 100010;3.承德石油高等专科学校,河北 06700)摘 要:利用添加表面活性剂降低煤粉和水的表面张力,使煤粉容易被水润湿。

浆体具有一定的流动性,从而可被活性水从煤层细缝中冲去达到解堵的目的。

通过对不同表面活性剂的解堵作用效果的研究表明:加入自制表面活性剂PS 后,煤粉和水之间的表面张力明显减小,对煤层气有较好的解堵效果,实现煤层气的增产。

关键词:煤层气 解堵技术 表面活性剂Study on CB M Blocking Removal ExperimentLiu Yinghong 1,2,Liu Qianga 2,Liu Chunyan 3(1.University of Science and Technology Beijing,Beijing,100083; 2.Ne w Energy InvestmentCo.,L td,C NO OC,Beijing,100010;3.Chengde Petroleum College,Hebei 067000)Abstract:The surface tension of coal pow der and w ater w ould be reduces by adding surfactant,and the coal pow der is easy to be moisturized by w ater.The slurry has liquidity that could be washed away f rom the cracks by active w ater so as to remove the blockage.Based on the research on the blocking removal effect by different surfactant,the results show that the surface tension f coal powder and water reduces w hen the self-made sur 2factant PS is added,which c ould effectively remove the blockage of CB M and increase the production.Keywor ds:CB M;blocking removal technology;surfactant1 前言目前国内外主要通过水力压裂改造技术[1]、煤中多元气体驱替技术[2,3]和定向羽状水平钻井[4]等技术来增加煤层气的产量。

含水煤层中气体吸附、解吸-扩散的分子模拟研究煤层气储层通常饱和着大量地层水,水的存在会对气体的吸附和扩散产生影响。

为了提高煤层气的产量,压裂成为主要的增产措施,而压裂液的适用性是决定煤层气井压裂效果好坏的关键因素之一。

因此,本文针对含水煤层中气体吸附和扩散时的特征以及活性水压裂液和泡沫压裂液对CH4扩散的影响,利用分子模拟方法和实验手段展开如下研究：(1)煤层气储层具有非均质性,所以采用Fuchs煤化学结构模型构建煤分子狭缝孔模型。

在干燥煤的气体吸附研究中,采用蒙特卡罗法模拟了不同温度和孔径下H2O、CO2和CH4的吸附特征；在含水煤的气体吸附研究中,则分别考虑了单组分CO2和CH4以及双组分CH4/CO2在不同温度、孔径、含水率和摩尔比下的吸附特征。

(2)通过分子动力学方法分别模拟计算了单组分CO2和CH4以及双组分CH4/CO2在不同温度、压力、孔径、含水率和摩尔比下的扩散系数、分子平均自由程和等势而分布等参数,揭示了气体在含水煤中的扩散规律。

(3)利用分子模拟方法分别建立了泡沫压裂液中起泡剂十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和甜菜碱以及稳泡剂聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)和羧甲基纤维素钠(CMC)的分子结构模型。

通过分子动力学方法分别模拟计算了不同起泡剂和稳泡剂与煤、水和含水煤之间的相互作用能和泡沫压裂液影响下CH4的扩散系数,并与实验测定出的饱和泡沫压裂液煤粉的CH4有效扩散系数进行了对比,揭示了泡沫压裂液对煤层CH4扩散的影响规律。

(4)通过分子模拟方法分别研究了KCl对水分子在煤表面吸附的影响以及钾离子含量的多少对助排剂(十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠)分子在煤表面吸附的影响。

利用分子动力学方法模拟计算了活性水压裂液影响下CH4的扩散系数,并与实验测定¨的饱和活性水压裂液煤粉的CH4有效扩散系数进行了对比,揭示了活性水压裂液对煤层CH4扩散的影响规律。