甲烷在頁巖上的吸附等溫過程

楊 峰,寧正福,張 睿,趙華偉,趙天逸,何 斌

(1.中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室,北京 102249;2.中國石油大學(北京)石油工程教育部重點實驗室,北京 102249)

甲烷在頁巖上的吸附等溫過程

楊 峰1,2,寧正福1,2,張 睿1,2,趙華偉1,2,趙天逸1,2,何 斌1,2

(1.中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室,北京 102249;2.中國石油大學(北京)石油工程教育部重點實驗室,北京 102249)

為了從熱力學角度研究頁巖吸附甲烷的機理,通過容積法測定35,50和65℃時,0～12 MPa下甲烷在頁巖上的吸附等溫線,采用考慮吸附相體積的修正Langmuir模型處理實驗數據,并根據Clausius-Clapeyron方程和vant Hoff方程計算甲烷在頁巖上吸附時的等量吸附熱和極限吸附熱。結果表明:甲烷在頁巖上的吸附等溫線具有Ⅰ型吸附等溫線特征,修正Langmuir吸附模型較好地擬合了吸附數據,擬合的平均相對誤差小于4.1%。根據等量吸附線計算的等量吸附熱為11.67～16.62 kJ/mol,平均14.58 kJ/mol,說明頁巖對甲烷的吸附為物理吸附,并且等量吸附熱隨甲烷吸附量的增大而非線性遞減,表明頁巖表面能量的不均勻性,甲烷分子優先吸附在頁巖表面的高能吸附位。由vant Hoff方程計算甲烷在頁巖上的極限吸附熱為23.91 kJ/mol。

頁巖;甲烷;吸附;吸附等溫線;吸附熱

隨著我國經濟持續穩定增長,未來幾十年將是中國天然氣產業發展的高峰期,常規天然氣的勘探和開發已不能滿足經濟社會發展的需求[1]。頁巖氣是近期可實現經濟規模勘探開發、資源豐富的非常規天然氣資源[2]。頁巖氣的賦存方式以吸附態和游離態為主,含少量溶解氣[3]。……