煤儲層壓力及吸附

46第四章煤儲層壓力及吸附/解吸特征主要的賦存形式，儲層壓力是掌握煤層吸附氣量的最關(guān)鍵因素。第一節(jié)煤儲層壓力一、定義正交的水平主應(yīng)力，其大小明顯不同，兩者比值一般介于0.2~0.8之間，且很少與垂向主應(yīng)向主應(yīng)力，在正斷層發(fā)育地段則小于垂向應(yīng)力〔199。煤儲層壓力，是指作用于煤孔隙—裂隙空間上的流體壓力〔包括水壓和氣壓，故又稱〔特別是臨界解吸壓力之間的相對關(guān)系直接影響采氣過程價(jià)格外重要，同時(shí)也可為完井工藝供給重要參數(shù)。煤儲層流體要受到三個(gè)方面力的作用，包括上覆巖層靜壓力、靜水柱壓力和構(gòu)造應(yīng)力。當(dāng)煤儲層滲透性較好并與地下水連通時(shí)，孔隙流體所承受的壓力為連通孔道中的靜水柱壓閉狀態(tài)，則上覆巖層壓力即由儲層內(nèi)孔隙流體和煤基質(zhì)塊共同擔(dān)當(dāng)，即：σ ＝p＋σ 〔4-1〕V式中，σ—上覆巖層壓力，MPa；p—煤儲層壓力，MPa；σ—煤儲層骨架應(yīng)力，MPa。V此時(shí)，煤儲層壓力將小于上覆巖層壓力而大于靜水壓力。二、壓力狀態(tài)之間的相對關(guān)系確定儲層的壓力狀態(tài)，承受的參數(shù)為儲層壓力梯度或壓力系數(shù)。kPa/mMPa/100m等于靜水壓力梯度9.78kPa/，淡水為高壓或超壓特別狀態(tài)；假設(shè)小于靜水壓力梯度，則稱為低壓特別狀態(tài)。11層壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于靜水壓力則稱超壓特別；假設(shè)壓力系數(shù)小于1，儲層壓力低于靜水壓力時(shí)，稱進(jìn)展評價(jià)。三、地質(zhì)掌握煤儲層壓力受地質(zhì)構(gòu)造演化、生氣階段、水文地質(zhì)條件〔水位、礦化度、溫度〕埋深、含氣量、大地構(gòu)造位置、地應(yīng)力等諸多因素的影響。2.24kPa/m，最高達(dá)17.28kPa/m。處于欠壓狀態(tài)的煤儲層占總測試層次數(shù)45.3％；處于正常壓力狀態(tài)的煤儲層占總層次數(shù)的21.9％；處于高壓特別狀態(tài)占總層次數(shù)的32.％〔199。上述狀況說明：我國以欠壓煤儲層為主、分布普遍，但也不乏高壓煤儲層。紅陽CW17煤、鐵法DT113煤、太原西山XG12煤、韓城HS1511煤等為高壓煤儲層；沈北、平頂山、淮南、離柳—三交、大城、峰峰等地區(qū)所測試的煤層幾乎均為正常壓力狀態(tài)煤儲層或略高于靜水壓力的高壓煤儲層；而阜、開灤、安陽—鶴壁、焦作、淮北、陽泉—壽陽、豐城等地區(qū)所測試的煤層全部或大局部為地質(zhì)條件作具體的分析。1、埋深煤儲層壓力總體上與埋深呈線性正相關(guān)關(guān)系，煤層埋深增加，儲層壓力隨之增高〔圖4-，但數(shù)據(jù)較為離散〔表4-。我國煤層氣試井成果說明，在埋深小于500m5MPa1000m時(shí)，除韓城、太原西山、開灤等礦區(qū)的個(gè)別層次接近11MPa以外，絕大局部煤儲層的平均壓力均小于10MPa；當(dāng)埋深大于1000m10MPa，如大城、平頂山、淮南、吳堡等地。481212111098765432500(實(shí)測壓力)(正常壓力)M/壓層儲y=0.0114x-1.4369r=0.8214600700800煤層埋深／m900100011004-1淮南煤田煤儲層壓力與埋藏深度之間的關(guān)系表4-1 淮南煤田主煤層儲層壓力試井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表試井參數(shù)集礦區(qū)謝李礦區(qū)潘集礦區(qū)13-1 86 13-16,7,811-213-1/MPa4.96 7.347.36 4.6211.4510.346.78埋深/m501.01 772.63707.69 810.531060.19957.41698.97/MPa/hm0.99 0.951.04 0.571.081.080.97壓力系數(shù)1.01 1.131.07 0.581.101.100.962、地應(yīng)力壓以及煤層氣的解吸、運(yùn)移、產(chǎn)出造成肯定困難，在高地應(yīng)力區(qū)尤為如此。總體上來看，構(gòu)造應(yīng)力過高會對煤層氣井的高產(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，體積變小大；當(dāng)?shù)貞?yīng)力變小，孔裂隙體積變大，儲層壓力則變小。因此，地應(yīng)力與儲層壓力存在相關(guān)性。煤層氣井的注入/壓降試井的微型壓裂法可煤體被壓開的裂縫開啟后閉合時(shí)的閉合壓力試井資料而言，我國煤儲層閉合壓力變化于6.0~22.7MPa8~16MPa力值分布于井深大于1200m的大城和吳堡地1000m的高應(yīng)力地區(qū)則分布于韓城北部、紅陽、淮北、西山等礦區(qū)。美國黑勇士1~6MPa，澳大利亞東部悉尼盆地、鮑恩盆地為1~10MPa，少數(shù)達(dá)14MPaEnever和Henni，199，而中國地應(yīng)力低限 圖4-2煤儲層壓力與閉合壓力的關(guān)系值大體相當(dāng)于美國黑勇士盆地地應(yīng)力的高限值。 〔據(jù)唐書衡，2023〕50與美國和澳大利亞相比，中國煤儲層所承受的原地應(yīng)力要大。據(jù)煤層氣井儲層壓力與閉合壓力測試結(jié)果系〔圖4-，當(dāng)最小主應(yīng)力到達(dá)10MPa時(shí)，煤儲層壓力一般在5MPa左右；最小主應(yīng)力增20MPa8MPa1.5MPa/100m的地區(qū)，煤儲層平均壓力梯度大于1.03MPa/100m，均為高壓或超壓儲層；在平均地應(yīng)力梯度低于1.5MPa/100m的地區(qū)，除韓城之外，煤儲層平均壓力梯度均小于1.03MPa/100m，為正常或欠壓儲層。隙起著閉合作用，應(yīng)力越大，孔裂隙的開啟程度越小，對流體的滲流通道有影響區(qū)域。上存在三級壓力場。3、水文地質(zhì)〔液柱高度與靜水壓力梯度之積〔又稱之為視儲層壓力高，儲層壓力就越大。在煤系中，由于各個(gè)煤層與主要含水層間無明顯的水力聯(lián)系，往往構(gòu)華北地區(qū)太原組煤層的直接充水含水層是其頂板的石灰?guī)r含水層層的直接充水含水層的富水性、補(bǔ)給條件、水頭高度等有關(guān)?！菜恢匾蛩亍Ｒ话銐毫λ^埋藏越深，壓力梯度就越??；埋藏越淺則壓力梯度越高。儲層壓力狀態(tài)是按大于、等于或小于淡水靜水壓力梯度〔9.78kPa/m〕的標(biāo)準(zhǔn)來判定的。同的壓力水頭高度下，高礦化水比低礦化水的水頭壓力要大。因此，在封閉、滯流、地下水補(bǔ)排條件較差的高礦化度水分布區(qū)段，往往消滅儲層壓力的高壓特別狀態(tài)。4、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井中測得的煤層孔隙中的氣體壓力。壓與氣壓之和。煤層氣〔瓦斯〕壓力梯度值的變化幅度很大，介于1.2~13.4kPa/m之間，撫順礦區(qū)的氣壓最低，天府礦區(qū)的氣壓最高。氣壓凹凸與煤層含氣飽和度、煤層風(fēng)化帶的深度有關(guān)。其次節(jié)煤儲層的吸附特征吸附〔或稱外表吸附〕〔如氣體、固體或液體分子，且它們與固體或液體外表處于接觸狀態(tài)。吸附是氣體與固體外表之間未到達(dá)熱力學(xué)平衡時(shí)發(fā)生的，到達(dá)平衡是作為“吸附質(zhì)”的氣體分子在“吸附劑”的固體外表上的積存實(shí)現(xiàn)的。吸附的結(jié)果，在固體外表上形成了由吸附質(zhì)構(gòu)成的“吸附層Moffat等〔195，Yang等〔1985〕2~3倍，煤層甲烷以物理吸附方式儲存在煤中，氮?dú)?、二氧化碳等的吸附也與甲烷一樣，說明煤對氣體的吸附性是無選擇性的〔Moffa，195；Yan，198。大量試驗(yàn)證明，煤對氣體的吸附是可逆的。由于范德華力的作用，在臨界溫度以下全部氣體都有吸附勢，并會形成多層吸附，甚至產(chǎn)生分散現(xiàn)象。甲烷氣體與煤外表相互作用的現(xiàn)場低溫紅外光譜試驗(yàn)說明異性的，當(dāng)甲烷在煤核外表呈正三角錐重疊時(shí)能量最低，相互作用勢最大；在-100~30℃范圍內(nèi)未覺察化學(xué)吸附態(tài)的存在〔陳昌國，1995。物理吸附釋放的熱量很低，一般只有2.09~20.92J/mol，化學(xué)吸附釋放的熱量較高，可達(dá)20.92~41.84J/mol。量子化學(xué)計(jì)算得出，當(dāng)甲烷吸附于煤d002面時(shí)，最大吸附勢僅為2.65kJ/mol，明顯屬于物理吸附過程，即外表凝〔199的物理性質(zhì)和相像的密度。一、吸附等溫線類型在恒定的溫度和壓力變化條件下的吸附過程稱為等溫吸附量之間關(guān)系的曲線稱為等溫吸附曲線。按Bruhauer等人的分類，煤對甲烷的吸附屬于第Ⅰ類吸附等溫線〔圖4-，其特征是2.0~3.0nm，其吸附等溫線仍表現(xiàn)為第Ⅰ種類型。煤層氣的吸附理論有朗格繆爾單分子層吸附理論、BET多分子層吸附理論和容積充填理論，目前使用最廣的是朗格繆爾理論。ⅠⅡⅠⅡⅢⅣⅤp圖4-3 氣體在固體外表上吸附等溫線的不同類型二、吸附理論〔一〕朗格繆爾理論朗格繆爾模型〔Langmuir，1916〕是依據(jù)汽化和分散的動(dòng)力學(xué)平衡原理建立的，其方程這一理論設(shè)計(jì)的。朗格繆爾模型是基于單分子層吸附理論得出的，其根本假設(shè)為：①固體外表具有吸附力量是由于其外表上的原子力場沒有得到飽和，有剩余力存在，得到了飽和，因此吸附是單分子層的；數(shù)；氣相，再回到氣相的時(shí)機(jī)不會受鄰近其它吸附分子的影響，即被吸附分子之間無作用力；解吸〔脫附〕也在進(jìn)展，只是吸附速度等于解吸速度而已。上述過程可表示為：吸附氣體分子〔空間〕 氣體分子〔被吸附在固體外表上〕解吸假設(shè)用θ代表外表被掩蓋的百分?jǐn)?shù)，稱為掩蓋度，即：S 〔4-2〕StSSt為固體的總外表積。則〔1-θ〕表示空白百分?jǐn)?shù)。當(dāng)吸附達(dá)平衡時(shí)，依據(jù)根本假設(shè)可知，吸附速度等于脫附速度。假設(shè)以N代表單位時(shí)間內(nèi)單位外表上的碰撞分子數(shù)，依據(jù)氣體分子運(yùn)動(dòng)論，有：2mkTN p 2mkT式中，p為氣體壓力；m為氣體分子的質(zhì)量；k為Boltzman常數(shù)；T為確定溫度。設(shè)LangmuirV應(yīng)為：aV N(1) 〔4-4〕a吸速度V 為：d

V 〔4-5〕d式中，為解吸比例常數(shù)，由上式可以看出，它為＝1時(shí)的解吸速度。吸附平衡時(shí)，Va

V，即可導(dǎo)出：dNN

bp 1bp

〔4-6〕1N式〔4-6〕即為Langmuir吸附等溫式，其中， 12mkT2mkT

〔4-7〕Langmuir吸附等溫式還可寫為：V bp

Vbp

abp V p Vm

或V m L 〔4-8〕1bp 1bp 1bp pPL式中，V或V 或a代表吸附劑的外表掩蓋滿單分子層時(shí)的吸附量也稱最大吸附量，V 通L m La通常指枯燥條件下測得的最大吸附量；Vp時(shí)吸附氣體的吸附量；P為朗格繆爾壓力，P1L Lb。V和V在計(jì)算時(shí)均以在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積表示。m式〔4-6〕bqq以Boltzmannexp[-q/kT]成正比，所以：0

〔4-9〕式中， 為初始解吸比例常數(shù)，其它符號同前。式〔4-9〕代入式〔4-7〕得：0bexpq/kT]/mkT1/2] 4-1〕0式〔4-10〕可以看出，b主要是溫度和吸附熱的函數(shù)。對于放熱過程，q增加，b也隨之增大，溫度上升，b減小。所以一般提高溫度，吸附量降低。為了進(jìn)展數(shù)據(jù)擬合，式〔4-8〕可化為直線型，即：V V V Vp P PL L第一步，據(jù)實(shí)測每個(gè)壓力點(diǎn)P〕的吸附體積V，計(jì)算V/P；其次步作V/P與V的散點(diǎn)圖，擬合出直線的截距VL

/P和斜率1/PL

；第三步由VL

/P和1/PL

計(jì)算出VL

和 ，將PLPVPL

代入4-，即可得到朗格繆爾方程?！捕扯喾肿訉游嚼碚摗狟ET方程多分子層吸附理論是由布魯勞爾〔Brunaue、埃麥特(Emmet、特勒〔Telle〕三人于1938Langmuir上述單分層模型中的前三項(xiàng)假設(shè)〔即吸附是動(dòng)態(tài)平衡，固體外表是均勻的，被吸附分子間相互作用力外，還補(bǔ)充了以下假被吸附分子和碰撞到其上面的氣體分子之間也存在范德華力第一層的吸附熱和以后各層的吸附熱不同，而其次層以上各層的吸附熱一樣；③吸附質(zhì)的吸時(shí)才進(jìn)展其次層吸附，而是每一層都有可能有“空著”的吸附位，吸附層是不連續(xù)的。這種吸附由BET方程描述。BET方程的二常數(shù)表達(dá)式為p 1

C1.p

〔4-12〕V(p0

p) Vm

C VC pm 0式中，Vm-—單分子層到達(dá)飽和時(shí)的吸附量；p

—試驗(yàn)溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸汽壓力；oC與吸附熱和吸附質(zhì)液化熱有關(guān)的系數(shù)。多分子層吸附理論可以描述前述全部5固體的比外表積。〔三〕吸附勢理論能越高，因此吸附質(zhì)的濃度也越高，反之則越低。Polanyi曾對吸附勢進(jìn)展了定量描述，因此這種理論有時(shí)也被稱為Polanyi吸附勢理論。吸附勢理論對微孔吸附劑的等溫吸附進(jìn)展定量描述的方程是Dubinin—Radushkevich〔R—d〕方程，即：V=V

exp[K(RTln

p0)2] 〔4-13〕0 Po式中，V—微孔體積；β—吸附質(zhì)的親和系數(shù)；K—吸附質(zhì)的飽和蒸汽壓力；p—試驗(yàn)oo溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸汽壓力。吸附勢模型可描述前述Ⅱ類吸附等溫線，適合于孔徑較小的物質(zhì)〔一般孔徑 0.6nm~0.7n，并且不易發(fā)生多層吸附或毛細(xì)分散現(xiàn)象?！菜摹辰y(tǒng)計(jì)勢動(dòng)力學(xué)理論—多相吸附模型單分子層吸附和多分子層吸附理論是基于兩相平衡的概念是平衡的。而Collins則認(rèn)為，煤內(nèi)部孔隙中的氣體分子不是游離的，而是處于煤分子的電吸附劑外表的游離氣相、單分子層吸附相、孔隙氣相、類液相四相平衡。假設(shè)多孔介質(zhì)為具有肯定孔隙體積的固體的集合體組成，則較高壓力下的吸附等溫線方程為SpNa Pp

VG(T)P

p(12B p)KT KT

KT(T)

]1/3VP

〔4-14〕L KTln

L4BpL

—吸附劑中的氣體分子數(shù)；Pa

—壓力常數(shù)；G〔T〕—孔隙相氣體密度的校正因子；α—常數(shù)；Vp—吸附劑孔隙體積；K—Boltzman常數(shù)；S—吸附位總數(shù)量；h—Plank常數(shù)；hmKTm—?dú)怏w分子量；T—確定溫度；λ〔T〕hmKT面積；B—范德華因子。

；∑—比外表積，單位孔隙體積的表公式中的第一項(xiàng)為單層吸附的分子數(shù)量，實(shí)際為Langmuir等溫吸附；其次項(xiàng)為以“孔隙氣”形式存在于孔隙體積Vp中的分子數(shù)量；最終一項(xiàng)為以“壓縮”或“類液層”形式存在的氣體分之?dāng)?shù)量，在壓力較低時(shí)為零。這種吸附等溫線可用圖4-4來表示，屬前述的Ⅱ類吸附等溫線。4-4等溫吸附條件下多孔固體中的三種相態(tài)〔等壓線〔等容線〔線。由于一種類型的曲線可以換算成另一種類型的曲線，故一般只進(jìn)展等溫吸附試驗(yàn)。測量吸附等溫線的方法有體積法或PVT〔壓力-體積-溫度〕法、重量法和氣相色譜法。曲線。目前使用最普遍的是利用Bell、Rakop〔1986〕及Mavor〔1990〕給出的容量法，在平衡水條件下測定煤的吸附等溫線〔附錄四。1、試驗(yàn)儀器〔RavenRidge公司生產(chǎn)的高壓等溫吸附儀，圖4-，它安裝在恒溫水浴或油浴上，由容量為80c3160cm3的不銹鋼器缸組成，容器、管子和閥門的壓力值必需大于試驗(yàn)時(shí)所預(yù)料的最高壓力值，全部缸和管子的容積必需準(zhǔn)確地測定?；鶞?zhǔn)缸和試驗(yàn)缸設(shè)在恒溫器中,0.2℃以內(nèi),基準(zhǔn)缸和試驗(yàn)缸壓力是由高周密壓力傳感器單獨(dú)監(jiān)控，精度為3.51kPa。試驗(yàn)缸的溫度在試驗(yàn)期間要確保穩(wěn)定。不同時(shí)間的溫度和壓力數(shù)據(jù)均由計(jì)算機(jī)收集,數(shù)據(jù)采集使用高速16 圖4-5 IS-100型氣體等溫吸附/解吸儀60s10010個(gè)4個(gè)等溫試驗(yàn)缸的數(shù)據(jù)采集。2、試驗(yàn)樣品將樣品裂開到小于60目0.25m，再進(jìn)展篩分分析，以確定樣品的粒徑分布。在進(jìn)展碳含量。為了再現(xiàn)儲層條件，承受美國材料試驗(yàn)協(xié)會〔ASTM〕所推舉的標(biāo)準(zhǔn)，即在儲層溫度和平衡水含量條件下進(jìn)展氣體吸附試驗(yàn)。平衡水分含量確實(shí)定方法：首先將樣品稱重〔約100，準(zhǔn)確到0.2m，把預(yù)濕煤樣或自然煤樣放入裝有過飽和KSO2 4

溶液的恒溫箱中，該溶液可以使相對濕度保持在96%~97%之間。48h后煤樣即被全部潮濕，間隔肯定時(shí)間稱重一次，直到恒重為止。平衡水分含量等于工業(yè)分析中空氣枯燥基水分〔M〕與平衡煤水分含量之和。ad3、容量測定容量測定包括如下步驟：①校準(zhǔn)儀器以確定試驗(yàn)缸的孔隙體積；②使基準(zhǔn)缸充氣的壓力大于現(xiàn)時(shí)等溫階段試驗(yàn)缸要求的最終壓力；③翻開基準(zhǔn)缸和試驗(yàn)缸之間的閥門，使其壓力相等，并關(guān)閉該閥門；④監(jiān)測試驗(yàn)缸的壓力，以確定該壓力點(diǎn)何時(shí)到達(dá)穩(wěn)定，即到達(dá)吸25量。準(zhǔn)缸和試驗(yàn)缸的總?cè)莘e。在試驗(yàn)室溫度下重復(fù)三次作初始校準(zhǔn)，以便把試驗(yàn)誤差降至最低?？?cè)莘e測量的誤差一般是±0.03cm3。80g~150g在±0.03cm3以內(nèi)。在標(biāo)定期間，必需估算相應(yīng)溫度和壓力時(shí)氦的氣體偏差系數(shù)，這種估算值可從氦的氣體偏差系數(shù)表中獲得。試驗(yàn)過程中首先用高純甲烷〔甲烷純度為99.99%〕清洗基準(zhǔn)缸，然后充氣使基準(zhǔn)缸的段內(nèi)不同時(shí)間的壓力。在該壓力點(diǎn)早期，以0.01s的間隔收集數(shù)據(jù)，而在該壓力點(diǎn)晚期，則0.1min的間隔收集，這個(gè)階段是連續(xù)的，直到30min0.7kPa為止。漸漸數(shù)依據(jù)要求的最高壓力確定，當(dāng)最高壓力小于或等于8MPa6個(gè)，每個(gè)12h12MPa10MPa，壓力6個(gè)。四、多相介質(zhì)煤巖體的吸附特征由前面兩章我們知道煤儲層中含有多種介質(zhì)及對水與氣二相介質(zhì)的吸附特征。〔一〕CH4、CO2、N2、C2H6等多組分組成的混合物，僅僅爭論單組分氣體的吸附是不全面的。通過多組分氣體的吸附性來分析煤層氣開發(fā)過程中注入CO2置換CH或注入N降低CH分壓的理論依據(jù)和效果。4 2 41、單組分氣體的吸附力量吸附介質(zhì)的相對吸附力量增長的挨次是N＜CH＜CH＜CO＜CH＜HO。因此，CH的2 4 2 6 2 3 8 2 4吸附力量大于N

，但小于CO〔4-6〕和HO，其吸附力相對較弱，這就使得CH2 2 2

相對容易從煤中解吸出來，有利于煤層氣的開采。Q/cm32Q/cm32g-124CH+CO+N42 2CO2CH+CO4216CH-gCH+N484 2N2m/a0061218P/MPa24305040值302010 0.5 1 2Ro,/ax

3 45 6789圖4-6 單組分和多組分混合氣體 圖4-7最大吸附量〔a值〕與R 的關(guān)系o,max等溫吸附曲線〔據(jù)何學(xué)秋，1995〕 〔干煤樣，傅雪海，1998〕對單組分氣體吸附特征爭論最多的是在枯燥條件下煤對甲烷的吸附，傅雪海等〔1998，2023〕的爭論結(jié)果說明：隨鏡質(zhì)組反射率R 增高，干煤樣的朗格繆爾體積呈波狀演化，o,max分別在鏡質(zhì)組最大反射率=1.1%四周消滅微小值，在R

=4.0%左右消滅極大值，即：當(dāng)右o,max右1.1 4.0 1.1 4.0R ＜ ％和R ＞ ％，朗格繆爾體積隨煤級的增加而削減；當(dāng) ％＜R ＜ ％，1.1 4.0 1.1 4.0o,max o,max o,max朗格繆爾體積隨煤級的增加而增大〔圖4-著較大差異，即平衡水條件下不存在第一個(gè)拐點(diǎn)。2、多組分氣體的吸附特征依據(jù)前述langmuir模型，設(shè)有A、B兩種氣體的掩蓋度和分壓分別為 A BP。當(dāng)吸附到達(dá)平衡時(shí)，A、B兩種氣體各自的吸附與解吸速度相等，即：B

P、AN A N B

B A B B

〔4-15〕〔4-16〕或 A P

〔4-17a〕1

A AA B B P

〔4-17b〕1 B BA BN、N和、

分別為A、B氣體在單位時(shí)間、單位面積上的碰撞數(shù)和解吸速度A B的比例常數(shù)；A

分別為A、B氣體單位時(shí)間、單位面積上碰撞分子被吸附的分?jǐn)?shù)。根B據(jù)式〔4-10〕得：

b A

exp[qA

0A

kT1/2b B B

exp[qB

/kT]/[0B

B

1/2]q、qA B

分別為A和B一個(gè)分子的吸附熱。聯(lián)立式4-1a〕和式4-17，可以得到A、B兩種氣體的Langmuir等溫方程式：bPA AAA 1bPA A

bPB

〔4-18a〕b Bb

PB 〔4-18b〕B 1bPA A

bPB B同理可以推得n種氣體混合時(shí)，其中某一種氣體iLangmuir等溫吸附方程式： bP i ii bP

〔4-19〕i ii1從式〔4-18a〕和式〔4-18b〕可以看出，A、B氣體是相互抑制的。由圖4-6的吸附等溫線之間，CH-NCH的吸附量，CH-CO二4 2 4 4 2元混合氣體的吸附量總是大于純CH的吸附量。CH、CO 、N三元混合氣體吸附等溫線4 4 2 2分氣體〔CH＋CO〕等溫吸附曲線很接近，隨著吸附壓力的提高，其吸附性界于吸附性強(qiáng)4 2的雙組分〔CH＋CO〕和CH單組分氣體之間。這說明白混合氣體剛開頭吸附時(shí)，煤體主4 2 42 4 2 3、COCHNCH2 4 2 有關(guān)，而且還與各組分的濃度〔分壓〕有關(guān)，分壓大的氣體其吸附性強(qiáng)。但是各組分的分壓變化與其吸附量的變化是不成比例的，而且吸附量的變化比其分壓變化要小。設(shè)煤儲層內(nèi)已吸附CH，注入CO或N掌握整個(gè)吸附過程，則由動(dòng)力學(xué)方程可知：4 2 2dxk

kbb PPACH4 ACH4

〔4-20〕dt ACH4

(1bPbA A CH4

P )2CH4式中，A為CO或N；dx/dt 為置換/解吸速率；k 為置換/解吸速率常數(shù)。2 2往煤儲層中注入N降低CH分壓，使CH解吸，即：2 4 4N＋CH CH＋N2 4 4 2煤對N

的吸附力量弱于CH，有：b P

b P 2 4 N N2 2

CH CH4 4dx kb b P P N2CH4 N2 CH4

〔4-21〕dt P )2CH CH4 4式〔4-21〕PN2

的分壓增加，初始時(shí)CH4

解吸速率幾乎呈線性增大，后隨P 分壓CH4的減小，由緩慢增加至幾乎不增加。往煤儲層中注入CO置換出CH，即：2 4CO＋CH CH＋CO2 4 4 2煤對CO的吸附力量強(qiáng)于CH，有：b P

b P 2 4 CH CH4 4

CO CO2 2dx kb b P PCO CH CO CH2 4 2 4

〔4-22〕dt P )2CO CO2 2式〔4-22〕PCH變，因P 4

PCO2

的分壓增加，置換速率會消滅極大值；PCO2

分壓不分壓的漸漸減小，置換速率呈線性減小。CH4〔二〕多相介質(zhì)吸附指煤不但吸附氣相CHCO N 等，還吸附液相〔如油、水。油、4 2 2之間的結(jié)合力更強(qiáng)，結(jié)合也更嚴(yán)密。與CH、CO 、N 等相比，油、水分子優(yōu)先吸附于煤4 2 2中，從而占據(jù)了局部能吸附氣體的位置，使煤吸附氣體的力量變?nèi)酢?1、煤對水和單組分氣體CH的吸附4水分對煤吸附氣相組分起抑制作用，水分的存在降低了煤對甲烷的吸附量。 Joubert〔1973，1974〕覺察：只有在未到達(dá)臨界含水量〔相當(dāng)于平衡水分〕時(shí)，水分增加甲烷吸附4-8為水分含量對吸附等溫線的影響，在到達(dá)臨界含水量〔2％〕之前，煤層吸附甲烷的力量隨水分含量的0增加到2％，煤層吸附氣量從12.74cm3/g降至8.49cm3/g5.6MP，水分含量超過2％之后，對煤層吸附氣量幾乎沒有影響。42、平衡水條件下煤對CH的吸附特征4據(jù)傅雪海〔2023〕對采自我國陽泉、沁源、潞安、晉城、陽城、沁水、霍州、淮南、淮2635個(gè)生產(chǎn)礦井的35個(gè)煤〔樣品時(shí)代為華北石炭~二疊紀(jì)和西北侏羅紀(jì)鏡質(zhì)組最大反射率R ％介于omax0.3~8.6％之間，在平衡水和3°C條件下的高壓吸附試驗(yàn)說明，朗格繆爾體積V〕與鏡質(zhì)組最大反射率R,

的關(guān)系在R, ＝4.％左右消滅拐點(diǎn)〔圖4-，即當(dāng)R, ＜o(jì)max

omax

omax4.0R,

的增加而增大；當(dāng)R, ＞4.0％，隨R,

的增加而削減。omax

omax

omax403530403530y=-6.583+61.1222r=0.971-t.／d,2520151050y=7.959x+3.99131r=0.890123456789Ro，max／％Mad=0.00%Mad=0.56%Mad=1.26%Mad=2.08%Mad=2.66%Mad=5.10%01234567p/MPa1210t 83m/a,d 6VL420omax圖4-8水分含量對等溫線的影(Joubert,1974) 圖4-9朗格繆爾體積VLdaf〕與Romax以上關(guān)系提醒出煤化作用機(jī)理對煤的吸附力量起著重要的掌握作用列不規(guī)章，構(gòu)造松散，單位內(nèi)外表上的碳原子密度小，且含氧官能團(tuán)多，吸附的水分多，對〔＞30nm〕〔＜1.3nm＝增加，比外表積增大，煤的吸附性增加。但在R, ＝4.0％四周，煤的物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)omax生了顯著躍變。在物理性質(zhì)上：鏡質(zhì)組反射率超過惰質(zhì)組〔粗粒體，完成了反射率關(guān)系的是孔隙率、孔容、孔比外表積隨煤級變化消滅的最重要的拐點(diǎn)之一。在化學(xué)性質(zhì)上，煤的有〔圖4-1〔圖4-1；根本構(gòu)造單元〔BSU〕的堆砌層數(shù)到達(dá)極大值，延展度發(fā)生階躍，雙周期組合根本消逝，普遍消滅BSU單體之間的相互拼疊，自由基濃度到達(dá)最大值，線寬也消滅從增長向削減轉(zhuǎn)化的趨勢〔199，尤其是煤巖體吸附勢〔吸附1mol氣體時(shí)所放出的熱量〕當(dāng)R ＞4.0％之后，隨Ro,max

o,max

的增加，朗格繆爾體積削減。主要有兩方面的緣由，一了甲烷進(jìn)入微孔隙的通道；另一方面，中、高級無煙煤的吸附勢較低。Ettinger〔1966〕覺察，富惰質(zhì)組煤的甲烷吸附量在中煤級煤階段高于富鏡質(zhì)組煤，在高煤級煤階段兩者相當(dāng)。巴卡耶娜〔1980〕認(rèn)為，惰質(zhì)組的相對吸附性與煤級有關(guān)，在長焰煤~肥煤階段，惰質(zhì)組吸附量高于鏡質(zhì)組，在瘦煤~無煙煤階段反之。于良臣等〔1985〕等〔1990〕覺察惰質(zhì)組含量與朗格繆爾體積之間的半絲質(zhì)體的吸附量通常較高。張群等〔1999〕爭論東北、華北、華南和西南地區(qū)的中生代和晚古生代主要煤田或含煤區(qū)的數(shù)十個(gè)煤樣〔1.1％＜Ro,ma＜3.09％，得出朗格繆爾體積隨鏡質(zhì)組含量增加而增大，隨惰質(zhì)組含量的增加而減小。鏡質(zhì)組與惰質(zhì)組以及惰質(zhì)組中不同顯微組分之間朗格繆爾體積的差異是造成顯微組分含量與朗格繆爾體積之間離散性較大的主要緣由利于解吸。由此可見，平衡水條件下，低煤級煤和低煤化煙煤的等溫吸附特征與中、高煤化煙煤和高煤級煤的差異主要表現(xiàn)在受煤級的影響減弱，受煤巖組分的影響增加〔圖4-。數(shù)指環(huán)合縮1.00數(shù)指環(huán)合縮1.000.950.900.850.800.750.700.650.600.550.500.451 2 3 4 5 6 7 8 910111213R %o,max1.000.980.960.94〕f度得芳0.920.900.880.860.840.821 2 3 4 5 6 7 8 910111213R %o,max圖4-10環(huán)縮合指數(shù)與鏡質(zhì)組反射率 圖4-11 芳香度與鏡質(zhì)組反射率〔R, 〕的關(guān)系〔據(jù)秦勇，1994〕 〔R, 〕的關(guān)系〔據(jù)秦勇，1994〕omax omax3、煤對水和多元組分氣體的吸附特征平衡水條件下，CHCON，CH、CON多元組分氣體的吸附特征與枯燥煤4 2 2 4 2 2樣〔圖4-6〕格外近似，只是最大吸附量比枯燥煤樣低一些。44CH的吸附特征4CHCH4 4的體積少，極性低，結(jié)合力弱所致，上述枯燥煤樣最大吸附量在R ＝1.1％處消滅極少值o,max甲烷的吸附量削減造成的。從圣胡安盆地BEA15-4井水果地組所取煤樣〔R 約為1.2%〕o,max快速提高。第三節(jié)等溫吸附曲線的應(yīng)用的煤層氣臨界解吸壓力；其次，估算煤儲層的理論含氣量和確定煤層氣的飽和狀態(tài)；第三，推測煤儲層在降壓解吸過程中煤層氣的采收率或可采資源量。一、理論飽和度或?qū)崪y飽和度氣力量的比值。等溫吸附參數(shù)和煤層含氣量均應(yīng)校正為原位基〔通常用空氣枯燥基，才能和度〔有時(shí)又稱為確定飽和度〕是實(shí)測含氣量與朗氏體積之比值，即：LS =V /V 〔4-23〕L理 實(shí)式中，S —理論飽和度，%；V —實(shí)測含氣量，m3/t；其它符號同前。理 實(shí)〔為儲層溫度線上所對應(yīng)的理論含氣量的比值，有：S =V /V 〔4-24〕實(shí) 實(shí)V=V

p/〔p+P〕L L式中，S

—實(shí)測飽和度，%；p—實(shí)測儲層壓力，MPa；V—實(shí)測儲層壓力投影到吸附實(shí)padpad圖4-12 據(jù)吸附等溫線計(jì)算的實(shí)測飽和度和臨界解吸壓力100%時(shí)，則為氣飽和儲層；<100%時(shí)，則為欠飽和儲層；>100%時(shí)，則為過飽和儲層，說明煤儲層內(nèi)存在較多游離態(tài)和水溶態(tài)氣體。層甲烷實(shí)測飽和度變化較大，為15.8%~83.3，平均為44〔表4-。實(shí)測飽和度的牢靠程度雖然遠(yuǎn)高于理論飽和度算的飽和度誤差不同，低煤級煤誤差更大。水飽和度通常是指煤儲層內(nèi)全水分含量〔用體積表示〕與儲層孔隙〔孔隙與裂隙空隙〕體積之百分比。礦區(qū)煤層深/m礦區(qū)煤層深/m實(shí)測飽和度/%臨界解吸壓力P/MPacd/%363010.3721.248.91.231.22韓城56624.7219.224.60.810.24鐵法13,148248.8532.427.30.510峰峰25809.8326.315.80.776.7陽泉343610.1221.746.61.0424.0-壽陽155539.5421.444.60.9620.6淮南謝李1375014.8820.962.31.0327.9大城4119013.6716.483.36.5170.2開灤5,8,98004.6410.046.40.50淮北蘆嶺8,961013.3120.265.95.9876.5平頂山二19006.8724.428.21.7451.7二、臨界解吸壓力煤層氣臨界解吸壓力是指解吸與吸附到達(dá)平衡時(shí)對應(yīng)的壓力，即壓力降低使吸附在煤微孔隙外表上的氣體開頭解吸時(shí)的壓力。其與煤儲層含氣量及吸附/解吸特性呈函數(shù)關(guān)系，〔簡稱為臨儲壓力比往往打算了地面煤層氣開采中排水降壓的難易程度。臨界解吸壓力系指在等溫曲線上煤樣實(shí)測含氣量所對應(yīng)的壓〔圖4-1計(jì)算得到。V PP V實(shí)

L 〔4-25〕cd VL 實(shí)式中，Pcd—臨界解吸壓力，MPa；其它符號同前。我國局部礦區(qū)施工的煤層氣參數(shù)井實(shí)測含氣量、儲層壓力、等溫吸附曲線計(jì)算得出臨臨界解吸壓力分布于0.5~6.51MPa6.51和5.98MP〔表4-但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說明，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。如樊莊北TL003井的實(shí)0.7MPaDT-385m就開頭產(chǎn)氣，上煤組深度為532m，實(shí)際臨界解吸壓力為4.47MPa，比計(jì)算的臨界解吸壓力高得多。正如前面所提到層差異很大。三、理論采收率煤層甲烷采收率不僅取決于煤層的含氣性100磅/〔枯竭壓力，約為0.7MP，由臨界解吸壓力和朗格繆爾常數(shù)可計(jì)算出理論采收率。1

P (Pad P (Pcd L

P )cdP )ad

〔4-26〕P式中，—理論采收率，%； —枯竭壓力，MPa；其它符號同前。Pad由臨界解吸壓力可以計(jì)算理論采收率，我國局部礦區(qū)理論采收率變化于6.7%~76.5%之間，平均為27〔表4-。第四節(jié)影響煤的吸附性因素影響煤的吸附性因素有壓力、溫度〔埋深、煤巖組分、煤級、煤層含水性、煤的物理構(gòu)造與吸附質(zhì)類型等。利〔Henry〕公式，即：VV

bp 〔4-27〕L式中，V-吸附量，cm3/g；V-朗格繆爾吸附常數(shù)，cm3/g；b-朗格繆爾壓力倒數(shù)，1／MPa；Lp-氣體壓力，MPa。由此可見，低壓時(shí)吸附量與氣體壓力成簡潔的正比線性關(guān)系。在中~高壓時(shí)，吸附量增長率漸漸變小，至某一極限壓力，吸附到達(dá)飽和狀態(tài)，吸附量不再增大。因此，深部煤儲層壓力對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)。二、溫度理論上，吸附常數(shù)V不受溫度的影響，在任何溫度條件下，極限吸附量都一樣。而壓LPL

與溫度有關(guān)，其關(guān)系可由Vant Hoff方程給出：1b 〔4-28〕1P 0L式中，b-1／MPaH-cal/g.mol；R-通用氣體常數(shù)，01.987cal/g.mol.k；T-確定溫度，K。溫度總是對脫附起活化作用，溫度越高，越有利于解吸，式〔4-28〕式描述了溫度對吸附的影響，吸附是放熱過程，故H是負(fù)值，因此，指數(shù)項(xiàng)是正值。所以，隨著溫度上升，壓力常數(shù)b削減，吸附力量減弱〔圖4-1。Ettinger等〔1966〕建立了一個(gè)閱歷方程，假設(shè)煤在30℃時(shí)甲烷的吸附量，則在其它溫度下的吸附量由下式得到：et30VV n ntet30

〔4-29〕分別是溫度為t和30℃時(shí)枯燥煤樣的甲烷吸附量，n 和n 是相應(yīng)溫度t 30 t 30下的溫度系數(shù)指數(shù)。302530℃302530℃40℃20t,5枯燥煤樣00246壓力〔MPa〕2420平衡水煤樣Shannopin2號礦Pittsburgh煤層116-t,840℃30℃50℃0012 34 567壓力〔MPa〕圖4-13 溫度對吸附性的影響〔a-據(jù)葉建平,1998；b-killingley,1995〕溫度上升，煤層吸附量削減。據(jù)煤科院重慶分院的爭論，溫度每上升10C，枯燥煤樣吸0.1~0.3cm3/g，葉建公平〔1998〕對平頂山二煤分別在300C、400C所作的等溫吸1300C開頭，溫度每上升10C，煤吸附量削減0.2cm3/g。Killingley等〔1995〕測定在5MPa時(shí)，溫度每上升C，平衡水煤樣甲烷吸附量下降0.12c3/〔圖4-1a。煤的吸附力量是煤的物性、外部溫度、壓力及吸附介質(zhì)的函數(shù)，即：V VLp

〔4-30〕Pp 0L式中，V、P，朗氏體積和朗氏壓力；Vp下的氣體吸附量；t，試驗(yàn)溫度；t

，煤儲L L 0層溫度；n 0.02 。0.9930.7p304010.11~0.29cm3/g0.18cm3/g；405010.03~0.15cm3/g0.09cm3/g〔表4-。二、煤層埋深400~600m深度，甲烷含量增加最快；800~1000m為緩慢增加的區(qū)段；1000~1500m壓力增加使吸附甲烷含量增加很小，而此時(shí)溫度較高，使吸附甲烷量削減較多，二者綜合結(jié)果，吸附氣量總體趨于削減。但不同煤級煤吸附甲烷含量隨埋深的變化差異很大。表4-3 不同溫度條件下的等溫吸附試驗(yàn)成果〔據(jù)宋全友，2023〕地點(diǎn)地點(diǎn)樣號R,omax朗格繆爾體積、朗格繆爾壓力煤級〔%〕30℃40℃50℃MeVL,dafPL,dafMeVL,dafPL,dafMeVL,dafPL,daf孤南40.86氣煤2.8511.150.502.539.640.972.538.670.49坊子13-10.88氣煤2.8110.250.613.238.350.413.237.620.43莊古90.95肥煤5.148.870.423.3910.930.473.399.480.47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

—鏡質(zhì)組最大反射率，%；Me—平衡水含量，%；Vo,max

L,daf

L,daf—枯燥基無灰基朗格繆爾壓力，MPa。表中粗體為特別值，可能系較高溫度下煤樣未能吸濕平衡所致。三、煤階〔朗格繆爾體積鏡質(zhì)組反射率R =4.0%左右〔圖4-。當(dāng)R

＜4.0％，朗格繆爾體積隨煤級的增加而o,max增大，朗格繆爾體積與煤級的擬合公式為：

omaxV =7.9593R,

+3.9913 (R,

〔4-31〕L，daf

omax

omax當(dāng)R, ＞4.0％，朗格繆爾體積隨煤級的增加而削減，即：omax

V =-6.5863R,

+61.122 ,

〔4-32〕L，daf

omax

omax平衡水條件下低煤階R <0.65%吸附氣量一般小于18c3/高煤階的Ro,max o,max在4.0左右，吸附氣量可達(dá)40c3/〔表4-。四、臨界含水量自然狀態(tài)下，幾乎全部的煤層都含有水。為便于實(shí)際應(yīng)用，美國ASTM規(guī)定煤層含水量是指溫度在104~110℃時(shí)，煤層水以水分子形式釋放出來的數(shù)量。水在煤層中以自由水、鍵結(jié)合。水化合物屬無機(jī)物，如石膏和粘土。表4-4朗格繆爾體積與煤類的關(guān)系煤類褐煤長焰煤氣煤肥煤瘦煤焦煤貧煤無煙煤V/-32tL<89~1211~1613~1817~2420~2424~3030~40〔取決于煤中氧的含量乎不影響甲烷氣的吸附力量〔圖4-。但游離態(tài)的水常以各種形式與煤中氧結(jié)合，從而堵塞了局部煤孔隙喉道，導(dǎo)致有效吸附面積和透氣性能的降低。1、枯燥煤樣等溫吸附數(shù)據(jù)的水分校正〔Ettinger〕〔Mad〕低于臨界含水量〔Me〕時(shí)，有：V /V CM 1 〔4-33〕d w 0 e0式中，Vd-cm3；Vw-cm3；C-系數(shù)，煙煤0.31。Killingley等〔1995〕BowenC0.39，JoubertC00 0值為0.23，傅雪海等〔1998〕據(jù)大城、開灤、峰峰、平頂山、焦作、韓城、陽泉—壽陽、潞C0.25~0.31C0.18~0.25。0 01114河北峰峰t,枯燥煤樣平衡水煤樣6 7壓力〔MPa〕89 10a14河北峰峰t,枯燥煤樣平衡水煤樣6 7壓力〔MPa〕89 1016141614河北大城12t 10/fa 8,642枯燥煤樣daf(西安勘探分院)平衡水煤樣,daf(Amoco公司)原煤樣(Amoco公司)00 1 2 3 4 5 6 7 8 9101112壓力〔MPa〕121086420012345圖4-14 枯燥煤樣與平衡水煤樣等溫吸附曲線比照圖〔轉(zhuǎn)引自葉建平，1998〕2、枯燥煤樣與平衡水煤樣最大吸附量之間的回歸公式傅雪海等〔1998〕還據(jù)大城、開灤、峰峰、平頂山、焦作、韓城、陽泉—壽陽、潞安、a值換算成平衡水煤樣最大吸附量〕的閱歷公式4-3，即：r=0.9487 〔4-34〕式中a相當(dāng)于平衡水煤樣最大吸附量c3/；a是枯燥煤樣最大吸附(c3/g。該公式擬合數(shù)據(jù)取自0.80~3.20R 范圍〔圖4-1，低煤級煤和高煤級煤，即水o,max含量過高的煤，會有肯定誤差。在氣、肥、焦、瘦、貧及三號無煙煤階段其校正值與平衡水煤樣實(shí)測數(shù)據(jù)接近。枯燥煤樣a值經(jīng)水分校正后，aˊ值與煤級的關(guān)系為：當(dāng)R <4.0%，o,maxaˊ值隨煤級的上升而增大，當(dāng)R

>4.0%值隨煤級的增加而削減〔圖4-1，與前述o,max平衡水煤樣等溫吸附試驗(yàn)結(jié)果幾乎完全全都。圖4-15 枯燥煤樣與平衡水煤樣 圖4-16 最大吸附量之間的相關(guān)圖 與煤級的關(guān)系五、吸附質(zhì)煤對CO、CH、N等都是弱的范德華力，它們絕大多數(shù)吸附在煤微孔隙的內(nèi)外表上。2 4 2的位置。所以，煤對甲烷的吸附力量隨其它物質(zhì)的增加而降低。六、煤的無機(jī)組成和重?zé)N氣煤的無機(jī)組分和顯微組分是影響吸附氣含量的另一個(gè)因素發(fā)分煙煤有重?zé)N物質(zhì)存在，使得煤的微孔隙被堵塞，導(dǎo)致儲氣力量下降。對于更高煤階，由于重?zé)N物質(zhì)又被熱解成水、氣分子，煤的儲氣力量又有所增大。第五節(jié)煤儲層的解吸特征煤儲層的三元孔、裂隙構(gòu)造打算了煤層甲烷解吸動(dòng)力學(xué)的階段性，在排水降壓作用下，Langmuir等溫吸附定理來描述。程中，吸附/解吸動(dòng)態(tài)平衡結(jié)果造成吸附量削減。煤儲層解吸特性常用可解吸率或可解吸量和解吸速率來衡量，解吸總量由階段解吸量組成，解吸速率往往承受吸附時(shí)間來定量表示。一、解吸率與解吸量我國煤層氣井和美國煤層氣解吸資料由3局部構(gòu)成，即逸散氣量、解吸氣量〔解吸至一周內(nèi)平均每天小于10cm3時(shí)為止其與總含氣量之比稱為理論可解吸率。我國前期煤田地質(zhì)勘探資料，瓦斯〔煤層氣〕解吸資料多由四局部構(gòu)成，即損失氣量〔V、現(xiàn)場兩小時(shí)解吸量〔V、真空加熱脫氣量〔V〕和粉碎脫氣量〔V。通常，將損1 2 3 4失氣量與解吸氣量之和與總氣量之百分比稱為解吸率為解吸量，即解吸率與該深度下實(shí)際含氣量的乘積。我國煤的解吸特性變化較大。煤層甲烷解吸率變化于9.1%~59.0之間〔表4-。甘肅窯街因CO含量到達(dá)259.122.6，219.2%，西北靖遠(yuǎn)下中侏羅統(tǒng)煤的甲烷解吸率為29.8%，華北石炭-二疊系煤層甲烷解吸率介于22.0~59.0%53%左右。礦區(qū)地層時(shí)代煤層編號礦區(qū)地層時(shí)代煤層編號反射率〔%〕V+V解吸率〔%〕樣本數(shù)1 2總量城C2淮南集P2P11113-111-22.280.871.042.371.591.434.395.405.1559.029.427.821214城C2霍州P1C2恩洪P2P2152109154.321.431.53JM,SMJM7.051.231.465.765.5918.465.605.0010.8210.6338.222.029.253.252.6904459鐵法J3f120.561.965.2319.2133遼河E0.541.787.8622.62靖遠(yuǎn)J1+20.921.906.3829.842窯街J1+21,20.640.394.269.103韓P132.125.629.6754.01徐州P221.161.364.8228.216峰峰P122.262.936.5344.96潞P131.864.4812.5135.861安C2151.923.9611.8133.514晉P134.353.7914.2426.6105地中南部煤層甲烷解吸率介于15.6～68.0之間〔表4-，平均為37.823煤解吸率、解吸量根本上隨埋深增加而增大〔圖4-1、圖4-115煤在埋深500m左右解吸率最高〔圖4-115煤解吸率、解吸量大于33煤平均解吸率為30.915煤平均為37.8%，區(qū)域上，屯留、大寧解吸率最低，樊莊次之，但大寧、樊莊、屯留井田含氣量大，解吸量仍舊很大〔表4-。東北鐵法和西北寶積山等中生界煤儲層埋深增大，煤層甲烷解吸率卻有降低的明顯趨勢，最正確解吸深度在400~600m之間。由此來看，不同地區(qū)和不同時(shí)代煤儲層甲烷解吸率與埋深之間關(guān)系往往大相徑庭。6049.1506049.150%/êüa4038.436.238.128.53027.620100300400 500 600 3￡?é/m800424039.638.6%/?ü?37.73836.63633.733.713230300 400 500 600 700 15￡??/m12108.67t12108.67t87.25/ám65.485.833.72a#43.29320300 400 500 600 700 3#?é/m121/??a?.108.8586.12 6.76.2264.75.064120300 400 500 600 700 15#??/m4-18沁水盆地中南部可解吸量與煤層埋深的關(guān)系二、吸附時(shí)間吸附時(shí)間定義為實(shí)測解吸氣體體積存計(jì)到達(dá)總解吸氣ST的63.2%即不管求逸散氣承受什么方法，其吸附時(shí)間都是一樣的。它取決于煤的組成、煤基塊大小、煤化程度及煤的裂隙間距。但不利于氣井的長期穩(wěn)產(chǎn)。1吸附時(shí)間可以通過集中系數(shù)和煤基塊外形來計(jì)算，即1D 〔4-35〕式中，—吸附時(shí)間；D—集中系數(shù)；—外形因子。由下式定義： AVm

〔4-36〕m式中，—比例系數(shù)；A4-7。

—煤基質(zhì)塊的面積；Vm

—煤基質(zhì)塊的體積。不同煤基質(zhì)塊的m煤層/%(樣品數(shù))煤層/%(樣品數(shù))地區(qū)長治夏店屯留南峰趙莊官莊樊莊潘莊大寧總計(jì)m3/t埋深/m300~400400~500500~600600~700700~800800~9003#38.3(5)23.6(14)39.9(5)15#35.4(1)32.2(3)34.5(18)34.6(7)3#22.1(2)32.8(2)45.2(4)68.0(4)15#31.2(2)31.9(2)63.3(1)3#33.7(13)35.5(34)38.1(10)39.6(3)43.4(1)15#15.6(1)19.0(1)31.1(8)34.5(6)3#23.5(5)45.8(2)50.8(1)49.6(2)15#25.2(1)31.8(3)56.9(1)38.6(1)3#17.9(3)44.5(2)33.7(4)26.3(2)54.8(1)15#41.8(