第三章煤層氣的儲(chǔ)層壓力及賦存狀態(tài)

1、第三章煤層氣的儲(chǔ)層壓力及賦存狀態(tài)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（包括水裂隙空間上的流體壓力（包括水壓和氣壓），故又稱為孔隙流體壓力。壓和氣壓），故又稱為孔隙流體壓力。 1 1、開放體系、開放體系 儲(chǔ)層壓力等于靜水壓力儲(chǔ)層壓力等于靜水壓力 2 2、封閉體系、封閉體系 儲(chǔ)層壓力等于上覆巖層壓力儲(chǔ)層壓力等于上覆巖層壓力 3 3、半封閉體系、半封閉體系 上覆巖層壓力由儲(chǔ)層內(nèi)孔隙流體和煤基質(zhì)塊共上覆巖層壓力由儲(chǔ)層內(nèi)孔隙流體和煤基質(zhì)塊共 同承擔(dān)同承擔(dān)超壓超壓煤層氣井噴煤層氣井噴三、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

2、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) 2、地應(yīng)力、地應(yīng)力pp3、水文地質(zhì)、水文地質(zhì)開放體系開放體系4、煤層氣（瓦斯）壓力、煤層氣（瓦斯）壓力 煤層氣（瓦斯）壓力是指在煤田勘探鉆孔或煤礦礦煤層氣（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。井中測(cè)得的煤層孔隙中的氣體壓力。 煤儲(chǔ)層試井測(cè)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。煤儲(chǔ)層壓力是水壓與氣壓的

3、總和，在封閉體系不同。煤儲(chǔ)層壓力是水壓與氣壓的總和，在封閉體系中，儲(chǔ)層壓力中水壓等于氣壓；在開放體系中，儲(chǔ)層中，儲(chǔ)層壓力中水壓等于氣壓；在開放體系中，儲(chǔ)層壓力等于水壓與氣壓之和。壓力等于水壓與氣壓之和。第二節(jié)第二節(jié) 煤層氣賦存狀態(tài)煤層氣賦存狀態(tài)亨利定律最初表達(dá)式為亨利定律最初表達(dá)式為 ： iiicHp 式中：pi氣體組分 i 所受到的壓力，MPa；Hi氣體組分 i 的亨利常數(shù)，MPa；ci氣體組分 i 在溶劑中的摩爾分?jǐn)?shù)，mol/mol 美國(guó)化學(xué)家路易斯假定了一新的熱力學(xué)量美國(guó)化學(xué)家路易斯假定了一新的熱力學(xué)量逸度，逸度，使得亨利定律更加完善，最終表達(dá)式為：使得亨利定律更加完善，最終表達(dá)式為：

4、iiicHf fi氣體的氣相逸度 pfii式中：i組分 i 的逸度因子；p系統(tǒng)的壓力，MPa 由于氣體在水中的溶解已經(jīng)處于臨界溫度之上，臨界條件下的由于氣體在水中的溶解已經(jīng)處于臨界溫度之上，臨界條件下的飽和蒸汽壓力便失去了物理意義。物理化學(xué)研究表明逸度因子飽和蒸汽壓力便失去了物理意義。物理化學(xué)研究表明逸度因子與對(duì)比壓力和對(duì)比溫度有關(guān)與對(duì)比壓力和對(duì)比溫度有關(guān) ： i),(rriipT式中：式中：Tr氣體的對(duì)比溫度；氣體的對(duì)比溫度；pr氣體的對(duì)比壓力氣體的對(duì)比壓力 根據(jù)系統(tǒng)的溫度和壓力以及氣體的臨界溫度和壓力求得：根據(jù)系統(tǒng)的溫度和壓力以及氣體的臨界溫度和壓力求得： c/TTTrc/ pppr式中：

5、T系統(tǒng)的溫度，K；p系統(tǒng)的壓力，MPa；Tc氣體臨界溫度，K；pc氣體的臨界壓力，MPa CH4和和CO2的臨界溫度和臨界壓力的臨界溫度和臨界壓力 0.20.30.40.60.81.0234568102030400.10.20.30.40.50.60.81.02.03.00.10.20.30.40.50.60.81.02.0301.00.90.80.70.600.10.20.30.40.51.61.41.21.10.950.900.850.800.750.700.650.600.55Tr=0.52.01.51.31.11.00.90.80.70.6Tr=0.50.90.960.981.01.1

6、1.31.5Pr氣體普遍化逸度因子圖氣體普遍化逸度因子圖 常溫常壓下，氣體在純水中溶解的亨利常數(shù)大多可以在各種常溫常壓下，氣體在純水中溶解的亨利常數(shù)大多可以在各種化工手冊(cè)化工手冊(cè)中查出中查出 。亨利常數(shù)表達(dá)為：亨利常數(shù)表達(dá)為： )(50s10TmkjjjiThH式中：hj相關(guān)系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)獲得 j為 0 到 5 的整數(shù)；T系統(tǒng)溫度，K； m鹽的摩爾濃度，mol/kg；)(sTk為鹽度相關(guān)系數(shù)，其值可根據(jù) 下式求得：jjjTsTk50s)(式中：sj相關(guān)系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)獲得 當(dāng)氣體溶于純水時(shí)，亨利常數(shù)公式則可簡(jiǎn)化表示為：當(dāng)氣體溶于純水時(shí)，亨利常數(shù)公式則可簡(jiǎn)化表示為：50jjjiThH氣體溶解度參數(shù)氣體

7、溶解度參數(shù) 根據(jù)以上的逸度及逸度因子的計(jì)算公式可導(dǎo)出：根據(jù)以上的逸度及逸度因子的計(jì)算公式可導(dǎo)出：iiiiiHpHfc假設(shè)地表溫度為假設(shè)地表溫度為290 K，地溫梯度為，地溫梯度為3/100 m，靜水壓力梯度，靜水壓力梯度為為1 MPa/100 m。從地表每。從地表每100 m取一值進(jìn)行計(jì)算，求取不同取一值進(jìn)行計(jì)算，求取不同埋深埋深CO2與與CH4溶解度，并計(jì)算其比值。溶解度，并計(jì)算其比值。 溶解度（）m /m33432106080100120140溫度（）。C泉?dú)猓ò樯鷼猓┑V化度（）2#6889.5mg/L400Pa50Pa100Pa200Pa300Pa溫度對(duì)甲烷在水中溶解度的影響溫度對(duì)甲烷在

8、水中溶解度的影響 當(dāng)溫度低于當(dāng)溫度低于80 80 時(shí)，溶解度隨溫度升高而逐漸變??；當(dāng)高于時(shí)，溶解度隨溫度升高而逐漸變??；當(dāng)高于80 80 時(shí)隨溫度升高而增時(shí)隨溫度升高而增大，但其影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于壓力。而且在不同溫度條件下，溶解度與壓力的關(guān)系曲線有隨壓力大，但其影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于壓力。而且在不同溫度條件下，溶解度與壓力的關(guān)系曲線有隨壓力增大而散開的特征，說(shuō)明在高壓條件下，甲烷的溶解度受溫度的影響較大，在低壓下溫度增大而散開的特征，說(shuō)明在高壓條件下，甲烷的溶解度受溫度的影響較大，在低壓下溫度的影響相對(duì)較小的影響相對(duì)較小 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫度、壓力、礦化度是控制煤層氣在水中溶解度的主要因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫度、

9、壓力、礦化度是控制煤層氣在水中溶解度的主要因素。壓力（）Pa400300200100012345溶解度（）m /m33泉?dú)猓ò樯鷼猓?80礦化度10306.63mg/L60 C。120 C。80 C。 溶解度與壓力的關(guān)系溶解度與壓力的關(guān)系 煤層氣在地層水中的溶解度隨壓力增加而煤層氣在地層水中的溶解度隨壓力增加而增大；增大； 圖中曲線具上陡下緩的特征，表明圖中曲線具上陡下緩的特征，表明在低壓條件下壓力的變化對(duì)溶解度影響較大，在低壓條件下壓力的變化對(duì)溶解度影響較大，在高壓條件下影響相對(duì)變小。在高壓條件下影響相對(duì)變小。 煤的孔隙或裂隙中有一部分自由氣體，稱游離態(tài)氣體。煤的孔隙或裂隙中有一部分自由氣體

10、，稱游離態(tài)氣體。 這種賦存狀態(tài)的氣體符合氣體狀態(tài)方程。對(duì)理想氣體而言，這種賦存狀態(tài)的氣體符合氣體狀態(tài)方程。對(duì)理想氣體而言，其狀態(tài)方程為：其狀態(tài)方程為：式中：V氣體體積，cm3；M氣體質(zhì)量，kg；摩爾質(zhì)量，kg/mol； T絕對(duì)溫度，K。 其他許多氣體不能用上式描述，而是用真實(shí)氣體狀態(tài)方程其他許多氣體不能用上式描述，而是用真實(shí)氣體狀態(tài)方程范德華方程范德華方程 ：222VaMpbMV=RTM a、b常數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)求得常數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)求得 RTMpV壓縮因子（Z）可定義為：在給定溫度、壓力條件下，真實(shí)氣體所占體積（VT）和相同條件下理想氣體所占體積（VI）之比 Z=ITVV ZnRTpV 范德華方程可

11、改為：范德華方程可改為： n=M （mol 數(shù)） pV=ZMRT 所以：所以：表示氣體壓縮的另一種方法是等溫壓縮系數(shù)（Cg）法，即在一定溫度下，隨壓力改變，氣體體積的變化率 pVVpC11g因pnRTZV ，則 TpV=2pZpZpnRT pZZpC11g對(duì)理想氣體而言對(duì)理想氣體而言Z=1，而真實(shí)氣的，而真實(shí)氣的Z值隨溫度、壓力在變化值隨溫度、壓力在變化 1. 煤的比表面積qQimm式中：Q 吸附時(shí)釋放出的熱量；qimm1 cm2表面浸潤(rùn)至濕時(shí)放出的熱，即固體在某中性液體中的浸潤(rùn)熱；固體的比表面積 煤的比表面積相當(dāng)大，采用煤的比表面積相當(dāng)大，采用CO2做介質(zhì)測(cè)得煤的比表面積大體為做介質(zhì)測(cè)得煤的

12、比表面積大體為50200 cm2/g 2. 吸附等溫線吸附等溫線體積壓力IIIIIIIVV吸附等溫線的五種類型吸附等溫線的五種類型 吸附能取決于吸附質(zhì)分子對(duì)固體表面可覆蓋的程度。在任何溫度下，吸附質(zhì)吸附能取決于吸附質(zhì)分子對(duì)固體表面可覆蓋的程度。在任何溫度下，吸附質(zhì)和固體表面都要趨于動(dòng)態(tài)平衡。也就是說(shuō)，游離相吸附質(zhì)的化學(xué)勢(shì)能和表面束和固體表面都要趨于動(dòng)態(tài)平衡。也就是說(shuō)，游離相吸附質(zhì)的化學(xué)勢(shì)能和表面束縛吸附質(zhì)的化學(xué)勢(shì)能是相等的。前者取決于氣體壓力，后者取決于固體表面的縛吸附質(zhì)的化學(xué)勢(shì)能是相等的。前者取決于氣體壓力，后者取決于固體表面的覆蓋率。這樣在給定的溫度下的覆蓋率實(shí)際上就是被吸附的吸附質(zhì)壓力的

13、函數(shù)。覆蓋率。這樣在給定的溫度下的覆蓋率實(shí)際上就是被吸附的吸附質(zhì)壓力的函數(shù)。 在一定溫度下覆蓋率（或者說(shuō)吸附量）隨壓力的變化稱為吸附等溫線在一定溫度下覆蓋率（或者說(shuō)吸附量）隨壓力的變化稱為吸附等溫線024681012141651015壓力（）MPa含氣量（）m /t3R =1.23%o初始儲(chǔ)層壓力8.7MPa臨界解吸壓力8.1MPa可達(dá)到最低儲(chǔ)層壓力2.6MPa9.3m /t3實(shí)際含氣量13.7m /t3理論含氣量14m /t3吸附等溫線與煤層氣產(chǎn)出、壓力的關(guān)系吸附等溫線與煤層氣產(chǎn)出、壓力的關(guān)系 吸附等溫線在煤層氣吸附等溫線在煤層氣研究中的應(yīng)用主要表研究中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：現(xiàn)在以下

14、四個(gè)方面： 評(píng)價(jià)煤層對(duì)氣體的評(píng)價(jià)煤層對(duì)氣體的最大吸附能力，實(shí)測(cè)最大吸附能力，實(shí)測(cè)值往往偏低；值往往偏低； 預(yù)測(cè)生產(chǎn)過程中儲(chǔ)預(yù)測(cè)生產(chǎn)過程中儲(chǔ)層壓力降低時(shí)釋放出層壓力降低時(shí)釋放出氣體的最大值和釋放氣體的最大值和釋放速率；速率； 確定臨界解吸壓力。確定臨界解吸壓力。 確定氣飽和度。特確定氣飽和度。特別是在氣體處于未飽別是在氣體處于未飽和狀態(tài)，即所含氣體和狀態(tài)，即所含氣體量未達(dá)到最大吸附能量未達(dá)到最大吸附能力時(shí)，這一測(cè)試相當(dāng)力時(shí)，這一測(cè)試相當(dāng)重要。重要。 3. 吸附等溫線的數(shù)學(xué)表達(dá)式(1) 單分子層吸附理論單分子層吸附理論蘭氏方程蘭氏方程Langmuir等溫吸附理論有以下幾個(gè)假定條件：等溫吸附理論有以

15、下幾個(gè)假定條件：所有的吸附位是等同的，相鄰吸附位之間的吸附與解吸過程所有的吸附位是等同的，相鄰吸附位之間的吸附與解吸過程 是彼此獨(dú)立的；是彼此獨(dú)立的；b. 吸附能力與周圍吸附位是否被占據(jù)沒有關(guān)系；吸附能力與周圍吸附位是否被占據(jù)沒有關(guān)系；c. 吸附氣體被看作是理想氣體；吸附氣體被看作是理想氣體；d. 單分子層吸附；單分子層吸附；e. 吸附熱與表面占有率無(wú)關(guān)。吸附熱與表面占有率無(wú)關(guān)。 該理論認(rèn)為被吸附氣體和吸附劑之間的平衡是動(dòng)態(tài)的，即分子該理論認(rèn)為被吸附氣體和吸附劑之間的平衡是動(dòng)態(tài)的，即分子在吸附劑表面空白區(qū)凝結(jié)的速率等于分子從已占領(lǐng)區(qū)域重新蒸發(fā)在吸附劑表面空白區(qū)凝結(jié)的速率等于分子從已占領(lǐng)區(qū)域重新

16、蒸發(fā)的速率的速率 。)1 (PNKdtda當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，表面覆蓋率則沒有變化，則上兩式相等：當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，表面覆蓋率則沒有變化，則上兩式相等：NKdtddKPKP1其表達(dá)式為其表達(dá)式為: bpbpVV1m式中：p壓力；V吸附體積；Vm單分子層體積；b常數(shù)。 如果把上式改寫成線性方程：如果把上式改寫成線性方程：mm1VpbVVp以 p/V 對(duì) p 作圖得一直線，由斜率和截距便可求出常數(shù) Vm和 b 該理論適合物理吸附和化學(xué)吸附，描述 I 型吸附等溫線，是目前廣泛用于煤層氣吸附的狀態(tài)方程。更為簡(jiǎn)單的表達(dá)式 pppVVLLpL蘭氏壓力，在此壓力下吸附量達(dá)最大吸附能力的 50%；VL蘭氏體積，反映煤體

17、的最大吸附能力，與溫度、壓力無(wú)關(guān)，取決于煤的性質(zhì) (2) D-R和D-A方程 D-R（Dubinin-Radushkevich）和）和D-A（Dubinin-Astakhov）方程在對(duì)煤?jiǎn)谓M分氣體等溫吸附模擬時(shí)較準(zhǔn)確）方程在對(duì)煤?jiǎn)谓M分氣體等溫吸附模擬時(shí)較準(zhǔn)確 D-R：)ln(Dexp200PPVV 式中，D 為常數(shù)，n 為指數(shù)，其它同上。其中 V0、D 和 n 可用最小二乘法結(jié)合 MATLAB多因素優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化 （3）Freundlich吸附方程藺金太等人認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)中的藺金太等人認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)中的CH4等溫吸附未達(dá)到明顯飽和趨勢(shì)之等溫吸附未達(dá)到明顯飽和趨勢(shì)之前，用前，用Freundlich方程

18、解釋會(huì)更合理一些方程解釋會(huì)更合理一些 nPKV 式中，K為 Freundlich 常數(shù)，n 表示 Freundlich 指數(shù)。 Langmuir-Freundlich等溫吸附方程為：等溫吸附方程為： nnLKPKPVV1(4) 多分子層吸附理論多分子層吸附理論B.E.T方程方程Brunauer、Emmett 和 Teller 等人于 1938 年提出了用來(lái)對(duì)多分子層吸附進(jìn)行描述的 BET 理論。BET 理論在 Langmuir 理論的基礎(chǔ)上，假定： a. 多層吸附形式； b. 在第一層吸附分子與固體表面之間的結(jié)合力為氣固間的 van der Waals 力，外層各層之間的結(jié)合力為氣氣間的 va

19、n der Waals 力。 c. 第一層的吸附熱adsH由固體表面和吸附質(zhì)特征來(lái)確定。 對(duì)于第二層和外面各層的吸附熱adsH等于蒸發(fā)熱vapH。 d. 蒸發(fā)（或解吸）只發(fā)生在外表面，蒸發(fā)速度等于各層的凝聚速度，即蒸發(fā)與凝聚、解吸與吸附處于動(dòng)態(tài)平衡。 xcxcxVV111m式中：0p/px ，其中 p蒸汽壓力；p0飽和蒸汽壓力；c與氣體吸附熱和凝結(jié)有關(guān)的一個(gè)常數(shù) 改寫為改寫為 mm111cVxccVxVx以xV/x1對(duì) x 作圖，由斜率和截距可求出 Vm和 c。 是假設(shè)吸附層數(shù)是無(wú)限的，但對(duì)多層吸附而言，由于受孔徑限制，吸附層只是假設(shè)吸附層數(shù)是無(wú)限的，但對(duì)多層吸附而言，由于受孔徑限制，吸附層只

20、能為能為n層，則導(dǎo)出層，則導(dǎo)出B.E.T之三常數(shù)方程之三常數(shù)方程V11m11111nnncxxcnxxnxcxV (5) 位能理論位能理論0e00lnlnlnVaVRTpp31/V式中：=e0VVa；310e0/RTVV；偶極矩；eV 多層吸附可視為一層凝結(jié)的液膜，eV就是該液膜的液體體積，取決于吸附質(zhì)、吸附劑和溫度，其中0V為吸附量，常數(shù)，pp0ln，該方程適合于 II 類吸附等溫線。 (5) 其它理論其它理論 p/VpBTKTKTKTpBKTpTGVppSpN31pLa4ln21式中：Na吸附劑中氣體分子數(shù)； TG無(wú)量綱溫度校正因子；常數(shù)；Vp吸附劑孔隙體積；KBoltzman 常數(shù)；B范

21、德華因子；S吸附位總數(shù)量； T=mKTh，h 為Plank 常數(shù)；m氣體分子量 壓力吸附態(tài)氣體孔隙氣體類液態(tài)氣體蘭氏形式總氣體體積吸附態(tài)氣體體積游離態(tài)氣體體積壓力氣體體積多孔介質(zhì)中氣體的三種相態(tài)多孔介質(zhì)中氣體的三種相態(tài) 黑勇士盆地煤的吸附等溫線黑勇士盆地煤的吸附等溫線 四種煤對(duì)三種單組分氣體等溫吸附曲線四種煤對(duì)三種單組分氣體等溫吸附曲線長(zhǎng)焰煤0102030405060700246810壓力 /MPa吸附量 /cm3g-1CH4CO2N2氣煤0102030405060700246810壓力 /MPa吸附量 /cm3g-1CH4CO2N2無(wú)煙煤0102030405060700246810壓力 /M

22、Pa吸附量 /cm3g-1CH4CO2N2焦煤0102030405060700246810壓力 /MPa吸附量 /cm3g-1CH4CO2N24. 多組分氣體的吸附 對(duì)于不同氣體，其沸點(diǎn)越高越易被吸附，如對(duì)于不同氣體，其沸點(diǎn)越高越易被吸附，如CO2C2H6CH4N2H2。另外，。另外，氣體分子的極性也起作用，極性分子比非極性分子有較強(qiáng)的吸附能力氣體分子的極性也起作用，極性分子比非極性分子有較強(qiáng)的吸附能力 長(zhǎng)焰煤、焦煤、無(wú)煙煤吸附不同配比長(zhǎng)焰煤、焦煤、無(wú)煙煤吸附不同配比CO2結(jié)果結(jié)果 不同配比的不同配比的CH4+CO2、CH4+N2混合氣體吸附量都介于強(qiáng)混合氣體吸附量都介于強(qiáng)吸附質(zhì)和弱吸附質(zhì)的吸

23、附量之間，隨強(qiáng)吸附質(zhì)比例越大，曲線吸附質(zhì)和弱吸附質(zhì)的吸附量之間，隨強(qiáng)吸附質(zhì)比例越大，曲線越靠近強(qiáng)吸附質(zhì)的吸附曲線。越靠近強(qiáng)吸附質(zhì)的吸附曲線。 4、多組分氣體吸附特征、多組分氣體吸附特征長(zhǎng)焰煤03690246810壓力/Mpa吸附量/cm3.g-1純CH4純N2CH4:N2=80:20CH4:N2=50:50CH4:N2=20:80 長(zhǎng)焰煤、焦煤、無(wú)煙煤吸附不同配比長(zhǎng)焰煤、焦煤、無(wú)煙煤吸附不同配比N2結(jié)果結(jié)果4、多組分氣體吸附特征、多組分氣體吸附特征 a b a a焦煤、焦煤、b b無(wú)煙煤吸附無(wú)煙煤吸附CHCH4 4:CO:CO2 2=80:20=80:20過程實(shí)測(cè)值和組分吸附量過程實(shí)測(cè)值和組分

24、吸附量曲線曲線 a b a a焦煤、焦煤、b b無(wú)煙煤吸附無(wú)煙煤吸附CHCH4 4:CO:CO2 2=80:20=80:20過程組分摩爾濃度過程組分摩爾濃度的變化曲線的變化曲線CH4+CO2 二元混合氣體系二元混合氣體系CH4- N2二元混合氣體系二元混合氣體系 相同條件下相同條件下N2的吸附能力小于的吸附能力小于CH4，所以，所以N2在與在與CH4的競(jìng)的競(jìng)爭(zhēng)吸附中處于劣勢(shì)，但是隨爭(zhēng)吸附中處于劣勢(shì)，但是隨濃度的增高，在吸附相中的比濃度的增高，在吸附相中的比例逐漸增加，并超過例逐漸增加，并超過 a b c a b c 無(wú)煙煤無(wú)煙煤不同配比濃度不同配比濃度a CHa CH4 4:N:N2 2=80

25、:20 b CH=80:20 b CH4 4:N:N2 2=50:50 c CH=50:50 c CH4 4:N:N2 2=20:80=20:80吸附等溫線吸附等溫線 a b ca b c無(wú)煙煤對(duì)無(wú)煙煤對(duì)a CHa CH4 4:N:N2 2=80:20 b CH=80:20 b CH4 4:N:N2 2=50:50 c CH=50:50 c CH4 4:N:N2 2=20:80=20:80吸附吸附過程組分摩爾過程組分摩爾 濃度濃度的變化曲線的變化曲線 當(dāng)混合體系中當(dāng)混合體系中N2濃度提高時(shí)，吸附相中濃度提高時(shí)，吸附相中N2起主導(dǎo)作用起主導(dǎo)作用。CH4- N2二元混合氣體系二元混合氣體系不同氣體

26、的吸附特征不同氣體的吸附特征 二氧化碳和甲烷的解吸特征二氧化碳和甲烷的解吸特征 10509896949290888684161412108642解吸壓力(MPa)CO2CH4CH4(%)CO2(%)樣品 圣胡安盆地大小目溫度混合氣體水分:60-200:44.4 C:CH ,CO ,N:1.7%422CON242CO24,20161284004812壓力(MPa)吸附氣體積)(CM /g3樣品:圣胡安盆地大小:60-200目溫度:44.4 C水分:1.7%?；旌蠚鈔jjjiimiipBpBVV11式中：iVi 組分的吸附量，cm3；miVi 組分單分子層吸附量，cm3；iB=1/pL對(duì) i 組分

27、，Pa-1；pii 組分分壓，Pa；jB=1/pL對(duì) j 組分，Pa-1；pjj 組分分壓，Pa；n組分?jǐn)?shù)量 （1）煤階對(duì)吸附能力的影響）煤階對(duì)吸附能力的影響鏡質(zhì)體反射率鏡質(zhì)體反射率 40302010R(%)max吸 附 量（可 燃 物 ）Qcm /g,3鐘玲文與張新民的研究發(fā)現(xiàn)在鏡質(zhì)組含鐘玲文與張新民的研究發(fā)現(xiàn)在鏡質(zhì)組含量大于量大于60%的煤的吸附量與煤化程度的的煤的吸附量與煤化程度的關(guān)系關(guān)系 YeeYee認(rèn)為：在一般情況下，認(rèn)為：在一般情況下，煤的氣體吸附能力隨著煤的氣體吸附能力隨著煤階變化有兩種趨勢(shì)：煤階變化有兩種趨勢(shì)：（1 1）吸附能力隨著煤階）吸附能力隨著煤階的增加而增大；（的增加而

28、增大；（2 2）U U字型，即吸附量在高揮字型，即吸附量在高揮發(fā)分煙煤發(fā)分煙煤A A階段附近存在階段附近存在一個(gè)最小值。一個(gè)最小值。 + +0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.0R(%)o,max吐哈、準(zhǔn)格爾盆地部分煤樣分析結(jié)果本論文所選個(gè)煤樣的分析結(jié)果180510152025303540455055V (m /t,daf)L3吸附能力與煤階的關(guān)系吸附能力與煤階的關(guān)系 揮發(fā)分及固定碳+本論文說(shuō)選擇個(gè)煤樣分析結(jié)果18吐哈、準(zhǔn)格爾盆地部分煤樣分析結(jié)果0510152025303540455055606570V (%)daf0510152025303

29、5404550V (m /t,daf)L3煤的蘭氏體積與揮發(fā)分含量之間的關(guān)系煤的蘭氏體積與揮發(fā)分含量之間的關(guān)系 0102030405060708090100051015202530354045VL(m3/t,daf)CGD( daf, %)煤的蘭氏體積與固定碳含量之間的關(guān)系煤的蘭氏體積與固定碳含量之間的關(guān)系 煤的蘭氏體積與揮發(fā)分和固定碳的含量呈線性關(guān)系，即煤的蘭氏體積有隨煤的蘭氏體積與揮發(fā)分和固定碳的含量呈線性關(guān)系，即煤的蘭氏體積有隨著揮發(fā)分含量的增加而減小、隨著固定碳含量增加而增加的趨勢(shì)。著揮發(fā)分含量的增加而減小、隨著固定碳含量增加而增加的趨勢(shì)。 水分及平衡水分M =16.73e+0.65R

30、 +1.20c0-R0/0.76M :%c平衡水分（）R :%0鏡質(zhì)體反射率（）161412108642001234567R%0（）平衡水分（）%平衡水分與煤階的關(guān)系平衡水分與煤階的關(guān)系 024681012141601020304050Mc( %)本文所采個(gè)煤樣的分析結(jié)果18吐哈等盆地煤樣的分析結(jié)果 V (m /t,d af)L3煤的蘭氏體積與平衡水分之間的關(guān)系煤的蘭氏體積與平衡水分之間的關(guān)系 隨著煤化程度的加深，平衡水分隨著煤化程度的加深，平衡水分值有逐漸降低后又有抬升的趨勢(shì)。值有逐漸降低后又有抬升的趨勢(shì)。同樣平衡水分含量與煤的吸附能同樣平衡水分含量與煤的吸附能力之間也存在一定的關(guān)系，即隨力

31、之間也存在一定的關(guān)系，即隨著平衡水分含量的增加，煤的蘭著平衡水分含量的增加，煤的蘭氏體積呈降低的趨勢(shì)，這種關(guān)系氏體積呈降低的趨勢(shì)，這種關(guān)系實(shí)際上反映的是煤級(jí)對(duì)吸附能力實(shí)際上反映的是煤級(jí)對(duì)吸附能力的影響的影響 。煤層中的水分以兩種狀態(tài)存在于煤層中：煤層中的水分以兩種狀態(tài)存在于煤層中：一是游離態(tài)賦存于煤層的大孔隙中，一一是游離態(tài)賦存于煤層的大孔隙中，一是以吸附態(tài)的形式賦存于煤層的小孔隙是以吸附態(tài)的形式賦存于煤層的小孔隙中中 。當(dāng)水分達(dá)到一定值時(shí)，甲烷的吸附量不再降水分達(dá)到一定值時(shí)，甲烷的吸附量不再降低，也就是說(shuō)不再對(duì)吸附過程產(chǎn)生影響，這低，也就是說(shuō)不再對(duì)吸附過程產(chǎn)生影響，這時(shí)的水分稱為平衡水分或是

32、臨界水分。時(shí)的水分稱為平衡水分或是臨界水分。（3）煤巖組分吸附能力的影響 情形情形1 1鏡質(zhì)組含量高的鏡煤的吸附能力比含量低的暗煤的鏡質(zhì)組含量高的鏡煤的吸附能力比含量低的暗煤的吸附能力高吸附能力高04812162005101520253035P(MPa)V (m /t,daf)L3V =40.86p =2.18LL30 Co12#太西鏡煤16#太西暗煤V =38.66p =2.23LL暗煤鏡煤5#鏡煤6#鏡煤V =25.01LP =2.21LV =22.27LP =2.45L暗煤鏡煤30V (m /t,daf)L3P MPa)(0481216200510152025汝箕溝大峰礦2個(gè)煤樣的等溫吸

33、附曲線 柳林廟灣礦2個(gè)煤樣在不同溫度下的等溫吸附曲線 汝箕溝兩個(gè)煤樣中鏡質(zhì)組含量分別為汝箕溝兩個(gè)煤樣中鏡質(zhì)組含量分別為97.00%97.00%和和88.23%88.23%，柳林的兩個(gè)煤樣中鏡，柳林的兩個(gè)煤樣中鏡質(zhì)組含量分別只有質(zhì)組含量分別只有90.75%90.75%和和89.62%89.62% 情形情形2 2惰質(zhì)組具有很強(qiáng)的吸附能力惰質(zhì)組具有很強(qiáng)的吸附能力30暗煤鏡煤11#鏡煤15#暗煤V =21.854LP =2.37LV =27.38LP =3.54LP(MPa)0481216200510152025V (m /t,daf)L3暗煤30構(gòu)造煤鏡煤18#濟(jì)源構(gòu)造煤14#濟(jì)源暗煤10#濟(jì)源暗煤

34、V =35.32LP =3.64LV =32.36LP =3.59LV =29.69LP =2.78L201612840051015202530P(MPa)V (m /t,daf)L3平頂山十礦11號(hào)鏡煤和15號(hào)暗煤等溫吸附曲線 濟(jì)源大社礦3個(gè)煤樣的等溫吸附曲線 從顯微組分來(lái)看，雖然從顯微組分來(lái)看，雖然1111號(hào)鏡煤和號(hào)鏡煤和1515號(hào)暗煤來(lái)自同一煤層，但它們顯微組號(hào)暗煤來(lái)自同一煤層，但它們顯微組分的含量有很大的不同：分的含量有很大的不同：1111號(hào)煤樣雖號(hào)煤樣雖然鏡質(zhì)體含量比然鏡質(zhì)體含量比1515高（高（1111號(hào)煤層為號(hào)煤層為96.05%96.05%，1515號(hào)煤層為號(hào)煤層為75.91%75.91%），但其），但其惰質(zhì)組（半絲質(zhì)體及絲質(zhì)體）含量較惰質(zhì)組（半絲質(zhì)體及絲質(zhì)體）含量較低（低（1111號(hào)煤層為號(hào)煤層為3.95%3.95%，1515號(hào)煤層為號(hào)煤層為18.26% 18.26% 1010號(hào)鏡煤的鏡質(zhì)組含量明顯高號(hào)鏡煤的鏡質(zhì)組含量明顯高于于1414號(hào)暗煤和號(hào)暗煤和1818號(hào)構(gòu)造煤（號(hào)構(gòu)造煤（1010號(hào)鏡質(zhì)組含量為號(hào)鏡質(zhì)組含量為93.29%93.29%，1414號(hào)號(hào)為為68.67%68.67%，1818號(hào)為號(hào)為93.35%93.35%），），1010號(hào)惰質(zhì)組為號(hào)惰質(zhì)組為4.7%4.7%，1414號(hào)號(hào)30.31%30.31%，1818號(hào)號(hào)6.65% 6.65% 情形情形