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1、會(huì)計(jì)學(xué)1儲(chǔ)層壓力與吸附性儲(chǔ)層壓力與吸附性第一節(jié)第一節(jié) 煤儲(chǔ)層壓力煤儲(chǔ)層壓力一、定義一、定義 指作用于煤孔隙指作用于煤孔隙裂隙空間上的流體壓力裂隙空間上的流體壓力( (包括水壓和氣壓包括水壓和氣壓) ),故又稱為,故又稱為孔隙流體壓力孔隙流體壓力。多通過試井獲取。多通過試井獲取. . 煤儲(chǔ)層壓力與煤層含氣性密切相關(guān),它與吸附性(特別是臨界解吸壓力)之間的相對(duì)關(guān)系直接影響采氣過程中排水降壓的難易程度。因此,煤儲(chǔ)層壓力的研究,不僅對(duì)煤層含氣性和開采地質(zhì)條件的評(píng)價(jià)十分重要,同時(shí)也可為完井工藝提供重要參數(shù)。煤儲(chǔ)層壓力與煤層含氣性密切相關(guān),它與吸附性(特別是臨界解吸壓力)之間的相對(duì)關(guān)系直接影響采氣過程中排

2、水降壓的難易程度。因此,煤儲(chǔ)層壓力的研究,不僅對(duì)煤層含氣性和開采地質(zhì)條件的評(píng)價(jià)十分重要,同時(shí)也可為完井工藝提供重要參數(shù)。 煤儲(chǔ)層流體要受到三個(gè)方面力的作用,包括煤儲(chǔ)層流體要受到三個(gè)方面力的作用,包括上覆巖層靜壓力上覆巖層靜壓力、靜水柱壓力靜水柱壓力和和構(gòu)造應(yīng)力構(gòu)造應(yīng)力。 第1頁/共46頁1、開放體系、開放體系 煤儲(chǔ)層滲透性較好并與地下水連通。煤儲(chǔ)層滲透性較好并與地下水連通。 孔隙流體所承受的壓力為連通孔道中的靜水柱壓力,即儲(chǔ)層壓力孔隙流體所承受的壓力為連通孔道中的靜水柱壓力,即儲(chǔ)層壓力=靜水壓力。靜水壓力。 2、封閉體系、封閉體系 若煤儲(chǔ)層被不滲透地層所包圍,由于儲(chǔ)層流體被封閉而不能自由流動(dòng)。

3、若煤儲(chǔ)層被不滲透地層所包圍,由于儲(chǔ)層流體被封閉而不能自由流動(dòng)。 儲(chǔ)層孔隙流體壓力與上覆巖層壓力保持平衡,這時(shí)儲(chǔ)層壓力儲(chǔ)層孔隙流體壓力與上覆巖層壓力保持平衡,這時(shí)儲(chǔ)層壓力=上覆巖層壓力。上覆巖層壓力。 3、半封閉體系、半封閉體系 在煤儲(chǔ)層滲透性很差且與地下水連通性不好的條件下,由于巖性不均而形成局部半封閉狀態(tài)。在煤儲(chǔ)層滲透性很差且與地下水連通性不好的條件下,由于巖性不均而形成局部半封閉狀態(tài)。 上覆巖層壓力由儲(chǔ)層內(nèi)孔隙流體和煤基質(zhì)塊共同承擔(dān):上覆巖層壓力由儲(chǔ)層內(nèi)孔隙流體和煤基質(zhì)塊共同承擔(dān): VP V上覆巖層壓力,MPa;P煤儲(chǔ)層壓力,MPa; 煤儲(chǔ)層骨架應(yīng)力,MPa。 第2頁/共46頁第3頁/共4

4、6頁超壓超壓煤層氣井噴煤層氣井噴第4頁/共46頁三、儲(chǔ)層壓力的地質(zhì)控制三、儲(chǔ)層壓力的地質(zhì)控制 1、埋深、埋深y = 0.0114x - 1.4369r= 0.82142345678910111250060070080090010001100煤層埋深m儲(chǔ)層壓力/MPa線性 (實(shí)測(cè)壓力)線性 (正常壓力)第5頁/共46頁 2、地應(yīng)力、地應(yīng)力 構(gòu)造應(yīng)力增加,有利于煤儲(chǔ)層壓力的保持,但往往導(dǎo)致滲透率降低,并給煤儲(chǔ)層的排水、降壓以及煤層氣的解吸、運(yùn)移、產(chǎn)出造成一定困難,在高地應(yīng)力區(qū)尤為如此。總體上來看,構(gòu)造應(yīng)力過高會(huì)對(duì)煤層氣井的高產(chǎn)帶來消極影響,過低則不利于煤層氣的富集。構(gòu)造應(yīng)力增加,有利于煤儲(chǔ)層壓力的

5、保持,但往往導(dǎo)致滲透率降低,并給煤儲(chǔ)層的排水、降壓以及煤層氣的解吸、運(yùn)移、產(chǎn)出造成一定困難,在高地應(yīng)力區(qū)尤為如此。總體上來看,構(gòu)造應(yīng)力過高會(huì)對(duì)煤層氣井的高產(chǎn)帶來消極影響,過低則不利于煤層氣的富集。 不同地區(qū)地應(yīng)力的大小是不同的,當(dāng)應(yīng)力增大,孔裂隙被壓縮,體積變小,儲(chǔ)層壓力變大;當(dāng)?shù)貞?yīng)力變小,孔裂隙體積變大,儲(chǔ)層壓力則變小。因此,地應(yīng)力與儲(chǔ)層壓力存在相關(guān)性。不同地區(qū)地應(yīng)力的大小是不同的,當(dāng)應(yīng)力增大,孔裂隙被壓縮,體積變小,儲(chǔ)層壓力變大;當(dāng)?shù)貞?yīng)力變小,孔裂隙體積變大,儲(chǔ)層壓力則變小。因此,地應(yīng)力與儲(chǔ)層壓力存在相關(guān)性。第6頁/共46頁 煤層氣井的注入/壓降試井的微型壓裂法可測(cè)到煤儲(chǔ)層的閉合壓力,最小

6、主應(yīng)力實(shí)際上是指煤體被壓開的裂縫開啟后閉合時(shí)的閉合壓力。 煤儲(chǔ)層壓力與閉合壓力的關(guān)系煤儲(chǔ)層壓力與閉合壓力的關(guān)系 第7頁/共46頁 儲(chǔ)層壓力與最小主應(yīng)力之間的這種規(guī)律,對(duì)于煤層氣開采是一對(duì)矛盾:儲(chǔ)層壓力與最小主應(yīng)力之間的這種規(guī)律,對(duì)于煤層氣開采是一對(duì)矛盾: 儲(chǔ)層壓力大,容易排水降壓,形成壓力差,氣體易解吸;儲(chǔ)層壓力大,容易排水降壓,形成壓力差,氣體易解吸; 最小主應(yīng)力對(duì)煤層氣開采有負(fù)面影響,應(yīng)力對(duì)孔裂隙起著閉合作用,應(yīng)力越大,孔裂隙的開啟程度越小,對(duì)流體的滲流通道有影響,降低了煤儲(chǔ)層的滲透率,也就影響到產(chǎn)氣量。最小主應(yīng)力對(duì)煤層氣開采有負(fù)面影響,應(yīng)力對(duì)孔裂隙起著閉合作用,應(yīng)力越大,孔裂隙的開啟程度

7、越小,對(duì)流體的滲流通道有影響,降低了煤儲(chǔ)層的滲透率,也就影響到產(chǎn)氣量。 因此,因此,煤層氣開采應(yīng)選擇應(yīng)力小的區(qū)域和儲(chǔ)層壓力高的區(qū)域煤層氣開采應(yīng)選擇應(yīng)力小的區(qū)域和儲(chǔ)層壓力高的區(qū)域。第8頁/共46頁注:注: 我國(guó)晚古生代、中生代煤儲(chǔ)層為無水煤層或弱含水煤層,只有新生代個(gè)別煤層為含水層,試井方法以水流體為載體得出的煤儲(chǔ)層壓力,很難反映我國(guó)煤儲(chǔ)層壓力的全貌,因?yàn)槊簝?chǔ)層壓力中包括水壓和氣壓,對(duì)應(yīng)于煤儲(chǔ)層三元結(jié)構(gòu)系統(tǒng),實(shí)際上存在三級(jí)壓力場(chǎng)。我國(guó)晚古生代、中生代煤儲(chǔ)層為無水煤層或弱含水煤層,只有新生代個(gè)別煤層為含水層,試井方法以水流體為載體得出的煤儲(chǔ)層壓力,很難反映我國(guó)煤儲(chǔ)層壓力的全貌,因?yàn)槊簝?chǔ)層壓力中包括

8、水壓和氣壓,對(duì)應(yīng)于煤儲(chǔ)層三元結(jié)構(gòu)系統(tǒng),實(shí)際上存在三級(jí)壓力場(chǎng)。 第9頁/共46頁pp3、水文地質(zhì)、水文地質(zhì)開放體系開放體系第10頁/共46頁第11頁/共46頁第12頁/共46頁4、煤層氣(瓦斯)壓力、煤層氣(瓦斯)壓力 煤層氣煤層氣(瓦斯瓦斯)壓力是指在煤田勘探鉆孔或煤礦礦井中測(cè)得的煤層孔隙中的氣體壓力。煤儲(chǔ)層試井測(cè)的儲(chǔ)層壓力是水壓,二者的測(cè)試條件和測(cè)試方法明顯不同。壓力是指在煤田勘探鉆孔或煤礦礦井中測(cè)得的煤層孔隙中的氣體壓力。煤儲(chǔ)層試井測(cè)的儲(chǔ)層壓力是水壓,二者的測(cè)試條件和測(cè)試方法明顯不同。 煤層氣(瓦斯)壓力梯度值的變化幅度很大,介于之間,撫順礦區(qū)的氣壓最低,天府礦區(qū)的氣壓最高。氣壓高低與煤層

9、含氣飽和度、煤層風(fēng)化帶的深度有關(guān)。煤層氣(瓦斯)壓力梯度值的變化幅度很大,介于之間,撫順礦區(qū)的氣壓最低,天府礦區(qū)的氣壓最高。氣壓高低與煤層含氣飽和度、煤層風(fēng)化帶的深度有關(guān)。第13頁/共46頁吸附方式:吸附方式:物理吸附,范德華力物理吸附,范德華力吸附模型:吸附模型:?jiǎn)螌游?,多層吸附,容積充填理論單層吸附,多層吸附,容積充填理論一、吸附理論模型一、吸附理論模型1 1、LangmuirLangmuir模型模型第二節(jié)第二節(jié) 煤儲(chǔ)層的吸附特征煤儲(chǔ)層的吸附特征 42號(hào)煤樣012345678024681012p /MPaVL,daf / m3t-1304050LLmpppVbpabpbpbpVV11VL

10、或或V Vm m或或a最大吸附量;最大吸附量; VL 、P PL L朗格繆爾體積朗格繆爾體積 和壓力,和壓力,P PL L等于等于1 1b b 第14頁/共46頁V吸附量(吸附量(m3/g););P平衡氣體壓力(平衡氣體壓力(MPa););Vm單分子層達(dá)到飽和的吸附量(單分子層達(dá)到飽和的吸附量(m3/g););P0實(shí)驗(yàn)溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓(實(shí)驗(yàn)溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓(MPa););C與吸附熱和吸附質(zhì)液化有關(guān)的系數(shù)。與吸附熱和吸附質(zhì)液化有關(guān)的系數(shù)。 第15頁/共46頁3 3、吸附勢(shì)理論、吸附勢(shì)理論Vo微孔體積,微孔體積,m3/g ;吸附質(zhì)的親和系數(shù);吸附質(zhì)的親和系數(shù);K與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)

11、;與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù);R普氏常數(shù),普氏常數(shù),8.314J/(mol*K);Po實(shí)驗(yàn)溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸汽壓力;實(shí)驗(yàn)溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸汽壓力;T平衡溫度,平衡溫度,K; p 吸附平衡時(shí)的氣體壓力,吸附平衡時(shí)的氣體壓力,MPa; 第16頁/共46頁 二、二、 平衡水等溫吸附實(shí)驗(yàn)平衡水等溫吸附實(shí)驗(yàn)IS-100型氣體等溫吸附型氣體等溫吸附/解吸儀解吸儀第17頁/共46頁數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)恒溫水浴煤樣過濾器 溫度探頭壓力傳感器到色譜儀氦或甲烷氣源加濕器水浴溫度顯示器C DAFvB Sc T IS-100IS-100儀器結(jié)構(gòu)框圖儀器結(jié)構(gòu)框圖第18頁/共46頁pV氣體在固體表面上吸附等溫線的不同類型氣體在固體

12、表面上吸附等溫線的不同類型 三、等溫吸附曲線類型三、等溫吸附曲線類型第19頁/共46頁四、多相介質(zhì)煤巖體的吸附特征四、多相介質(zhì)煤巖體的吸附特征(一)(一) 氣相多組分吸附特征氣相多組分吸附特征0 6 12 18 24 30 p/MPa 24 16 8 0 Q/cm3g-1 N2 CH4+N2 CH4 CH4+CO2+N2 CH4+CO2 CO2 單組分和多組分混合氣體等溫吸附曲線單組分和多組分混合氣體等溫吸附曲線第20頁/共46頁(二)(二) 多相介質(zhì)的吸附特征多相介質(zhì)的吸附特征 1、煤對(duì)水和單組分氣體、煤對(duì)水和單組分氣體CH4的吸附的吸附 0246810121401234567p /MPaV

13、L,daf / m3 t-1Mad=0.00%Mad=0.56%Mad=1.26%Mad=2.08%Mad=2.66%Mad=5.10%不同含水條件下的不同含水條件下的CHCH4 4等溫吸附曲線等溫吸附曲線第21頁/共46頁2、煤級(jí)變化對(duì)、煤級(jí)變化對(duì)CH4的吸附特征的吸附特征 6050403020100.5123456 7 8 9Ro,max/%a/cm .g值3-1不同煤級(jí)煤的干燥樣最大吸附量與Ro,max的關(guān)系 第22頁/共46頁y1 = 7.9593x + 3.9913r= 0.89y2= -6.5863x + 61.122r= 0.970510152025303540012345678

14、9Ro,maxVL,dafm3 .t-1不同煤級(jí)煤的平衡水樣最大吸附量與Ro,max的關(guān)系 第23頁/共46頁第24頁/共46頁第三節(jié)第三節(jié) 等溫吸附曲線的應(yīng)用等溫吸附曲線的應(yīng)用第25頁/共46頁一、理論飽和度或?qū)崪y(cè)飽和度一、理論飽和度或?qū)崪y(cè)飽和度 含氣飽和度是指煤儲(chǔ)層在原位溫度、壓力、水分含量等儲(chǔ)層條件下,煤層含氣總量與總?cè)輾饽芰Φ谋戎?。含氣飽和度是指煤?chǔ)層在原位溫度、壓力、水分含量等儲(chǔ)層條件下,煤層含氣總量與總?cè)輾饽芰Φ谋戎怠T趯?shí)際操作中,常用在實(shí)際操作中,常用吸附氣飽和度吸附氣飽和度來近似表示來近似表示煤儲(chǔ)層含氣飽和度煤儲(chǔ)層含氣飽和度。應(yīng)當(dāng)指出:等溫吸附曲線和煤層含氣量均應(yīng)校正為干燥無灰

15、基,才能進(jìn)行對(duì)比。應(yīng)當(dāng)指出:等溫吸附曲線和煤層含氣量均應(yīng)校正為干燥無灰基,才能進(jìn)行對(duì)比。 理論飽和度理論飽和度: :實(shí)際含氣量與蘭氏體積之比值實(shí)際含氣量與蘭氏體積之比值 S理理=V實(shí)實(shí)/VL S理理理論飽和度,理論飽和度,%; V實(shí)實(shí)實(shí)測(cè)含氣量,實(shí)測(cè)含氣量,m3/t;第26頁/共46頁 p ad p ad 吸附等溫線吸附等溫線: V=/(P+) /第27頁/共46頁實(shí)測(cè)飽和度實(shí)測(cè)飽和度: :實(shí)測(cè)含氣量與實(shí)測(cè)儲(chǔ)層壓力投影到吸附等溫實(shí)測(cè)含氣量與實(shí)測(cè)儲(chǔ)層壓力投影到吸附等溫 線上所對(duì)應(yīng)的理論含氣量的比值。線上所對(duì)應(yīng)的理論含氣量的比值。 S實(shí)實(shí)=V實(shí)實(shí)/V V=VLP/(P+PL) V實(shí)實(shí)實(shí)測(cè)甲烷含量;

16、實(shí)測(cè)甲烷含量; S實(shí)實(shí)含氣飽和度。含氣飽和度。 V理論含氣量,理論含氣量,m3/t VLLangmuir體積,體積,m3/t; PLLangmuir壓力,壓力,MPa; P煤儲(chǔ)層壓力,煤儲(chǔ)層壓力,MPa;吸附狀態(tài):吸附狀態(tài):過飽和,飽和,欠飽和過飽和,飽和,欠飽和第28頁/共46頁第29頁/共46頁 實(shí)實(shí)VVPVPLLcd第30頁/共46頁三、理論采收率三、理論采收率 煤層甲烷采收率不僅取決于煤層的含氣性、吸附煤層甲烷采收率不僅取決于煤層的含氣性、吸附/解吸特性以及煤層所處的原始?jí)毫ο到y(tǒng),且相當(dāng)程度上受控于煤層氣的鉆井、完井和開采工藝,即煤層被打開后儲(chǔ)層壓力所能降低的程度和壓降的大小。解吸特性

17、以及煤層所處的原始?jí)毫ο到y(tǒng),且相當(dāng)程度上受控于煤層氣的鉆井、完井和開采工藝,即煤層被打開后儲(chǔ)層壓力所能降低的程度和壓降的大小。 據(jù)美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)可降至的最低儲(chǔ)層壓力,即枯竭壓力,約為,由臨界解吸壓力和朗繆爾常數(shù)可計(jì)算出理論采收率:據(jù)美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)可降至的最低儲(chǔ)層壓力,即枯竭壓力,約為,由臨界解吸壓力和朗繆爾常數(shù)可計(jì)算出理論采收率: Pcd臨界解吸壓力;臨界解吸壓力; Pad枯竭壓力,約為枯竭壓力,約為)()(1adLcdcdLadPPPPPP第31頁/共46頁礦區(qū)礦區(qū)煤層煤層煤層煤層埋深埋深/m含氣量含氣量(m3/t)實(shí)測(cè)飽和實(shí)測(cè)飽和度度/%臨界解吸壓力臨界解吸壓力Pcd/MPa理論采收率理論采收率/

18、%實(shí)測(cè)實(shí)測(cè)飽和飽和韓城韓城363010.3721.248.91.231.2256624.7219.224.60.810.24鐵法鐵法13,148248.8532.427.30.510峰峰峰峰25809.8326.315.80.776.7陽泉陽泉-壽陽壽陽343610.1221.746.61.0424.0155539.5421.444.60.9620.6淮南謝李淮南謝李1375014.8820.962.31.0327.9大城大城4119013.6716.483.36.5170.2開灤開灤5,8,98004.6410.046.40.50淮北蘆嶺淮北蘆嶺8,961013.3120.265.95.98

19、76.5平頂山平頂山二二19006.8724.428.21.7451.7 我國(guó)部分礦區(qū)煤層氣實(shí)測(cè)飽和度及臨界解吸壓力我國(guó)部分礦區(qū)煤層氣實(shí)測(cè)飽和度及臨界解吸壓力 一般而言,由等溫吸附曲線和含氣量計(jì)算的臨界解吸壓力值普遍偏低,一些煤層氣試驗(yàn)井的排采資料表明,氣井的實(shí)際臨界解吸壓力要高于等溫吸附曲線所計(jì)算的值。主要原因在于一般而言,由等溫吸附曲線和含氣量計(jì)算的臨界解吸壓力值普遍偏低,一些煤層氣試驗(yàn)井的排采資料表明,氣井的實(shí)際臨界解吸壓力要高于等溫吸附曲線所計(jì)算的值。主要原因在于煤儲(chǔ)層壓力的復(fù)雜性煤儲(chǔ)層壓力的復(fù)雜性,計(jì)算的臨界解吸壓力尤其是與氣壓較大的煤儲(chǔ)層差別很大計(jì)算的臨界解吸壓力尤其是與氣壓較大的

20、煤儲(chǔ)層差別很大。 第32頁/共46頁一、壓力一、壓力 當(dāng)溫度與其它因素相同時(shí),煤儲(chǔ)層甲烷吸附量隨壓力的增加而增大,但不同的壓力區(qū)間,其增加的幅度是不同的。低壓時(shí),吸附量隨壓力幾乎呈線性增長(zhǎng),朗格繆爾方程可簡(jiǎn)化為享利(當(dāng)溫度與其它因素相同時(shí),煤儲(chǔ)層甲烷吸附量隨壓力的增加而增大,但不同的壓力區(qū)間,其增加的幅度是不同的。低壓時(shí),吸附量隨壓力幾乎呈線性增長(zhǎng),朗格繆爾方程可簡(jiǎn)化為享利(Henry)公式,即:)公式,即: 由此可見,低壓時(shí)吸附量與氣體壓力成簡(jiǎn)單的正比線性關(guān)系。在中由此可見,低壓時(shí)吸附量與氣體壓力成簡(jiǎn)單的正比線性關(guān)系。在中高壓時(shí),吸附量增長(zhǎng)率逐漸變小,至某一極限壓力,吸附達(dá)到飽和狀態(tài),吸附量

21、不再增大。因此,深部煤儲(chǔ)層壓力對(duì)煤的吸附性影響不大。地層條件下,壓力通常是煤層埋深的函數(shù)。高壓時(shí),吸附量增長(zhǎng)率逐漸變小,至某一極限壓力,吸附達(dá)到飽和狀態(tài),吸附量不再增大。因此,深部煤儲(chǔ)層壓力對(duì)煤的吸附性影響不大。地層條件下,壓力通常是煤層埋深的函數(shù)。 第33頁/共46頁 理論上,VL不受溫度的影響,在任何溫度條件下,吸附質(zhì)一定時(shí),其極限吸附量都相同。 但在未達(dá)到最大吸附量之前,由于吸附是放熱過程,溫度總是對(duì)脫附起活化作用,溫度越高,吸附性越弱,越有利于解吸。二、溫度二、溫度HH平頂山二1,氣煤干燥煤樣0510152025300246壓力(MPa)VL,daf / m3 t-13040平衡水煤樣

22、Shannopin 2號(hào)礦Pittsburgh 煤層0481216202401234567壓力(MPa)VL,daf / m3 t-103050第34頁/共46頁 不同溫度條件下的等溫吸附實(shí)驗(yàn)成果不同溫度條件下的等溫吸附實(shí)驗(yàn)成果地點(diǎn)樣號(hào)Ro,max煤級(jí)朗格繆爾體積、朗格繆爾壓力304050MeVL,dafPL,dafMeVL,dafPL,dafMeVL,dafPL,daf孤南40.86氣煤2.8511.150.502.539.60.972.538.670.49坊子13-10.88氣煤2.8110.250.613.238.350.413.237.620.43莊古90.95肥煤5.148.870.

23、423.3910.930.473.399.480.47王莊12-11.23焦煤5.9411.880.202.809.030.222.808.430.24坊子131.38焦煤3.8511.600.462.6110.530.152.6112.250.26王莊122.57無煙煤6.6718.500.583.0716.930.663.0715.390.75第35頁/共46頁三、煤層埋深三、煤層埋深 煤層埋深是溫度和壓力的間接反映,埋深增大,壓力和溫度均增加。 一般而言,煤層甲烷吸附量隨埋深的增加而增大。從瓦斯風(fēng)化帶邊界到400600m深度,甲烷含量增加最快;8001000m為緩慢增加的區(qū)段;10001

24、500m壓力增加使吸附甲烷含量增加很小,而此時(shí)溫度較高,使吸附甲烷量減少較多,二者綜合結(jié)果,吸附氣量總體趨于減少。但不同煤級(jí)煤吸附甲烷含量隨埋深的變化差異很大。第36頁/共46頁四、煤級(jí)四、煤級(jí) 平衡水條件下煤的飽和吸附氣量與煤階呈兩段式模式,其拐點(diǎn)大約在平衡水條件下煤的飽和吸附氣量與煤階呈兩段式模式,其拐點(diǎn)大約在Ro,max=4.0%左右。當(dāng),朗格繆爾體積隨煤級(jí)的增加而增大,當(dāng),朗格繆爾體積隨煤級(jí)的增加而減少。左右。當(dāng),朗格繆爾體積隨煤級(jí)的增加而增大,當(dāng),朗格繆爾體積隨煤級(jí)的增加而減少。 平衡水條件下,低煤階煤(平衡水條件下,低煤階煤(Ro,max0.65%),吸附氣量一般小于),吸附氣量一

25、般小于18cm3/g,高煤階的煤(,高煤階的煤(Ro,max在在4.0%左右),吸附氣量可達(dá)左右),吸附氣量可達(dá)40cm3/g。 干燥煤樣條件下,飽和吸附氣量與煤階呈三段式演化,即在干燥煤樣條件下,飽和吸附氣量與煤階呈三段式演化,即在Ro,max3.7%,呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系,呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系第37頁/共46頁 五、煤孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)吸附的影響五、煤孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)吸附的影響 煤的結(jié)構(gòu)包括煤的煤的結(jié)構(gòu)包括煤的物理結(jié)構(gòu)物理結(jié)構(gòu)和和化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)。其中化學(xué)結(jié)構(gòu)指煤的分子結(jié)構(gòu);物理結(jié)構(gòu)包括分子間的堆垛結(jié)構(gòu)與孔隙結(jié)構(gòu)。與其它多孔吸附質(zhì)一樣,煤的吸附特性很大程度上取決于其孔隙結(jié)構(gòu)。其中化學(xué)結(jié)構(gòu)指煤的分子結(jié)構(gòu);物理結(jié)構(gòu)包括

26、分子間的堆垛結(jié)構(gòu)與孔隙結(jié)構(gòu)。與其它多孔吸附質(zhì)一樣,煤的吸附特性很大程度上取決于其孔隙結(jié)構(gòu)。 普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為煤對(duì)氣體的吸附能力與孔容、比表面積呈正相關(guān)關(guān)系,但煤級(jí)不同,不同孔徑段的不同孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響程度也不同。普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為煤對(duì)氣體的吸附能力與孔容、比表面積呈正相關(guān)關(guān)系,但煤級(jí)不同,不同孔徑段的不同孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響程度也不同。六、其他六、其他 另外煤的另外煤的化學(xué)組成化學(xué)組成、煤巖學(xué)組成煤巖學(xué)組成及及水分含量水分含量對(duì)煤的吸附型也有一定的影響。對(duì)煤的吸附型也有一定的影響。第38頁/共46頁第五節(jié)第五節(jié) 煤儲(chǔ)層的解吸特征煤儲(chǔ)層的解吸特征第39頁/共46頁一、解吸量與解吸率一、解吸量與解吸率

27、我國(guó)煤層氣井和美國(guó)煤層氣解吸資料由我國(guó)煤層氣井和美國(guó)煤層氣解吸資料由3部分構(gòu)成,即逸散氣量、解吸氣量部分構(gòu)成,即逸散氣量、解吸氣量(解吸至一周內(nèi)平均每天小于解吸至一周內(nèi)平均每天小于10cm3時(shí)為止時(shí)為止)、殘余氣量。逸散氣量、解吸氣量之和為、殘余氣量。逸散氣量、解吸氣量之和為理論可解吸量理論可解吸量,其與總含氣量之比稱為,其與總含氣量之比稱為理論可解吸率理論可解吸率。 我國(guó)前期煤田地質(zhì)勘探資料,瓦斯解吸資料多由四部分構(gòu)成,即損失氣量、現(xiàn)場(chǎng)兩小時(shí)解吸量、真空加熱脫氣量和粉碎脫氣量。通常,將我國(guó)前期煤田地質(zhì)勘探資料,瓦斯解吸資料多由四部分構(gòu)成,即損失氣量、現(xiàn)場(chǎng)兩小時(shí)解吸量、真空加熱脫氣量和粉碎脫氣

28、量。通常,將損失氣量與解吸氣量之和與總氣量之百分比損失氣量與解吸氣量之和與總氣量之百分比稱為稱為解吸率解吸率,損失氣量與現(xiàn)場(chǎng)兩小時(shí)解吸氣量之和損失氣量與現(xiàn)場(chǎng)兩小時(shí)解吸氣量之和為為解吸量解吸量。 第40頁/共46頁 解吸量(cm3/g) 礦區(qū) 地層 時(shí)代 煤 層 編 號(hào) 反射率(%) V1+V2 總量 解吸率(%) 樣本數(shù) 鐵法 K1 12 0.56 1.96 5.23 37.5 123 遼河 E 0.54 1.78 7.86 22.6 2 靖遠(yuǎn) J1+2 0.92 1.90 6.38 29.8 42 窯街 J1+2 煤 1,2 0.64 0.39 4.26 9.10 3 P1 3 2.12 5

29、.62 9.67 54.0 1 韓 城 C2 11 2.28 2.37 4.39 59.0 2 P2 13-1 0.87 1.59 5.40 29.4 12 淮南 新集 P1 11-2 1.04 1.43 5.15 27.8 14 徐州 P2 2 1.16 1.36 4.82 28.2 16 峰峰 P1 2 2.26 2.93 6.53 44.9 6 P1 3 1.86 4.48 12.51 35.8 61 潞 安 C2 15 1.92 3.96 11.81 33.5 14 P1 3 4.35 3.79 14.24 26.6 105 晉 城 C2 15 4.32 7.05 18.46 38.2

30、 90 P1 2 1.43 1.23 5.60 22.0 4 霍 州 C2 10 1.53 1.46 5.00 29.2 4 P2 9 JM,SM 5.76 10.82 53.2 5 恩 洪 P2 15 JM 5.59 10.63 52.6 9 我國(guó)部分礦區(qū)煤層甲烷平均解吸量統(tǒng)計(jì)結(jié)果我國(guó)部分礦區(qū)煤層甲烷平均解吸量統(tǒng)計(jì)結(jié)果第41頁/共46頁28.527.638.436.238.149.101020304050603004005006007008003埋深/m3解吸率/%33.737.739.633.736.638.63032343638404230040050060070080015埋深/m15

31、解吸率/%沁水盆地中南部解吸率與煤層埋深的關(guān)系沁水盆地中南部解吸率與煤層埋深的關(guān)系 東北鐵法和西北寶積山等中生界煤儲(chǔ)層埋深增大,煤層甲烷解吸東北鐵法和西北寶積山等中生界煤儲(chǔ)層埋深增大,煤層甲烷解吸 率卻有降低的明顯趨勢(shì),最佳解吸深度在率卻有降低的明顯趨勢(shì),最佳解吸深度在400600m之間。由此來看,之間。由此來看, 不同地區(qū)和不同時(shí)代煤儲(chǔ)層甲烷解吸率與埋深之間關(guān)系往往大相徑庭不同地區(qū)和不同時(shí)代煤儲(chǔ)層甲烷解吸率與埋深之間關(guān)系往往大相徑庭。 第42頁/共46頁二、吸附時(shí)間二、吸附時(shí)間 定義:實(shí)測(cè)解吸氣體體積累計(jì)達(dá)到總解吸氣量定義:實(shí)測(cè)解吸氣體體積累計(jì)達(dá)到總解吸氣量 (STP:標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力)的:標(biāo)

32、準(zhǔn)溫度、壓力)的63%時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。 吸附時(shí)間與產(chǎn)能達(dá)到高峰的時(shí)間有關(guān),與煤層氣長(zhǎng)期的產(chǎn)能關(guān)系不密切。吸附時(shí)間短,則煤層氣井有可能在短期內(nèi)達(dá)到產(chǎn)能高峰,有利于縮短開發(fā)周期,但不利于氣井的長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)。吸附時(shí)間與產(chǎn)能達(dá)到高峰的時(shí)間有關(guān),與煤層氣長(zhǎng)期的產(chǎn)能關(guān)系不密切。吸附時(shí)間短,則煤層氣井有可能在短期內(nèi)達(dá)到產(chǎn)能高峰,有利于縮短開發(fā)周期,但不利于氣井的長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)。 通常由煤樣的通常由煤樣的自然解吸實(shí)驗(yàn)自然解吸實(shí)驗(yàn)來確定吸附時(shí)間。來確定吸附時(shí)間。 我國(guó)煤儲(chǔ)層吸附時(shí)間在數(shù)小時(shí)至我國(guó)煤儲(chǔ)層吸附時(shí)間在數(shù)小時(shí)至20d之間,沁水盆地石炭之間,沁水盆地石炭-二疊系煤的吸附時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),但也只有二疊系煤的吸附時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),但也只有120d。 第43頁/共46頁表4-7 我國(guó)部分煤儲(chǔ)層吸附時(shí)間統(tǒng)計(jì)表(據(jù)葉建平,有補(bǔ)充) 礦區(qū) 孔號(hào) 煤層 編號(hào) 埋深 /m 反射 率/% 吸附 時(shí)間/d 礦區(qū) 孔號(hào) 煤層 編號(hào) 埋深 /m 反射 率/% 吸附 時(shí)間/d

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