低中煤級構(gòu)造煤超臨界甲烷吸附特性及吸附模型適用性

宋 昱,姜 波,李 明,劉杰剛,劉和武

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221116; 2.中國礦業(yè)大學(xué) 煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室，江蘇 徐州 221008)

低中煤級構(gòu)造煤超臨界甲烷吸附特性及吸附模型適用性

宋 昱1,2,姜 波1,2,李 明1,2,劉杰剛1,2,劉和武1,2

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221116; 2.中國礦業(yè)大學(xué) 煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室，江蘇 徐州 221008)

綜合分析了低中煤級構(gòu)造煤甲烷超臨界吸附特性，以及常用的吸附理論及其擴展模型對構(gòu)造煤的適用性。I類模型對最大吸附量(Vm)的擬合方差平均值表現(xiàn)為原生<碎裂<碎斑<片狀<揉皺<碎粒<鱗片<糜棱煤，其中T和L-F對原生煤和脆性構(gòu)造煤的Vm擬合效果較好。II類模型對構(gòu)造煤Vm的擬合方差高于I類模型，其中T-BET-1和T-BET-2不適合于鱗片煤。III類模型的擬合方差平均值表現(xiàn)為：碎斑<碎裂<原生<碎粒<揉皺<鱗片<糜棱煤，擬合偏差低于I和II類模型，其中DR1～DR3和DA-3模型可以有效計算鱗片煤和揉皺煤的Vm。DR1～DR3可以較好的反映糜棱煤的Vm。隨著構(gòu)造變形的增強，III類模型的吸附飽和度逐漸增高，由單分子層不飽和吸附(原生、碎裂、碎斑)，逐漸過渡為單分子層飽和吸附(碎粒、片狀煤)，再過渡為多分子層吸附(鱗片、揉皺、糜棱煤)。原生煤及構(gòu)造煤吸附勢(0～13 kJ/mol)分布均隨著吸附空間的增大而逐漸降低。在達到最大吸附量時，吸附空間表現(xiàn)為：原生≈碎裂<碎斑<碎粒≈片狀<揉皺<糜棱≈鱗片煤。擬合偏差分析表明：E-L,L-F,L和T，對碎粒煤適應(yīng)性最強;L,F,T和E-L適合于鱗片煤;L,F,E-L,T-BET-3,DR1,DR2適合于揉皺煤;而模型F和T適合于糜棱煤。

構(gòu)造煤;等溫吸附;吸附模型;吸附適用性

由于成煤作用完成后經(jīng)歷多期構(gòu)造運動，我國主要煤盆地構(gòu)造煤廣泛發(fā)育[1];其特殊的孔裂隙結(jié)構(gòu)決定了煤層氣(瓦斯)吸附特性不同于原生結(jié)構(gòu)煤[2-3]，進而影響其發(fā)育區(qū)煤與瓦斯突出防治與煤層氣開發(fā)，脆性系列構(gòu)造煤(碎裂煤、碎斑煤、碎粒煤和片狀煤)為煤層氣開發(fā)的有利目標(biāo)層而糜棱煤是煤與瓦斯突出的高發(fā)區(qū)，從本質(zhì)上受控于不同煤體結(jié)構(gòu)煤CH4吸附性存在差異。利用等溫吸附實驗可有效獲取吸附氣臨界解吸壓力、最大含氣量以及煤層氣采收率等參數(shù)[4]，進而可估計煤層氣資源/儲量，研究不同類型構(gòu)造煤的吸附特征及相適應(yīng)的吸附模型是獲取上述參數(shù)的關(guān)鍵，同時對于分析構(gòu)造煤吸附特性差異的微觀機理以及對于煤層氣資源量評價，具有重要的理論和實踐意義。……