[发明专利]一种煤吸附甲烷势阱深度分布的测定方法

说明书

一种煤吸附甲烷势阱深度分布的测定方法，涉及煤储层中甲烷储量的评估方法，鉴于天然煤体吸附甲烷势阱深度非均匀的特征，本发明对块煤样品进行不同恒温条件下的多测点吸附压力下的吸附量测试；利用基于吸附动力学的朗格缪尔方程，首先对不同恒温条件下的吸附速率参数b与其对应温度T进行拟合计算，得到比例常数b_m，然后对各个恒温条件下的的甲烷吸附量与吸附压力进行分段拟合，计算出不同深度势阱的数量，从而绘制出一定深度范围内的势阱分布直方图。利用本发明可实现对煤体在不同温度与压力条件下的甲烷吸附能力的精确计算，进而对煤储层煤层气含量精确评价。

技术领域

本发明涉及煤储层中甲烷储量的评估方法，具体涉及利用不同恒温条件下，多吸附压力测点的甲烷吸附量与吸附压力分段拟合，对煤中甲烷势阱深度与数量分布曲线进行统计的一种煤吸附甲烷势阱分布的测定方法。

背景技术

煤中甲烷的吸附储集方式主要为物理吸附；即甲烷分子和煤分子在范德华力作用下相互吸引的结果。煤中甲烷分子具有吸附态和游离态两种形式，并且大约90％的甲烷分子都处于吸附态。根据吸附动力学，吸附势阱是指煤表面局部势能较低且能发生吸附甲烷的位置，其深度与煤与甲烷之间的相互吸引力有关。煤中甲烷吸附量取决于煤体吸附势阱参数(势阱深度，势阱数量)与甲烷气体状态参数(吸附压力，温度等)两方面因素。1916年，朗缪尔(I.Langmuir)在假定煤表面吸附势阱均匀的条件下，从动力学观点推导了单分子层吸附状态方程，称为朗格缪尔方程。该方程确立了等温吸附过程中吸附质的吸附量，吸附压力，以及吸附材料参数之间的数学关系，在吸附科学与界面化学领域得到广泛的应用，成为目前煤层气储集特征评价的理论基础。

然而与人工均质吸附材料不同，煤体是天然的多组分非均质吸附剂，由于不同煤阶微孔隙表面大分子结构的官能团与侧链的多样性，孔隙表面形态的分形特征，以及煤中煤岩组分矿物质结构的复杂性等多种原因，其吸附甲烷的势阱深度具有明显的非均匀性。这使得煤储层与理想朗格缪尔方程均匀势阱吸附的基本假设不能完全相符。这为煤储层中甲烷储量的评估与煤层气高效开采带来了极大的困难。

发明内容

鉴于天然煤体吸附甲烷势阱深度非均匀的特征，本发明提供一种煤吸附甲烷势阱深度分布的测定方法，实现对煤体在不同温度与压力条件下的甲烷吸附能力的精确计算，绘制势阱深度与势阱数量之间的分布直方图，进而对煤储层煤层气含量精确评价。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种煤吸附甲烷势阱分布的测定方法，其特征在于：所述的煤吸附甲烷势阱分布的测定方法，其具体步骤如下：：

①从目标煤层直接切割体积为10mm×10mm×10mm立方体煤样；

②利用恒温吸附仪器，对煤样在不同恒温条件进行多测点吸附压力的甲烷吸附量精密测试并记录；

③利用基于吸附动力学的朗格缪尔方程，对吸附温度与吸附速率参数b测定值拟合计算，得到比例参数b_m；

④利用基于吸附动力学的朗格缪尔方程，对不同吸附压力段的吸附量与吸附压力进行分段拟合，得到不同压力段的平均势阱深度及其对应势阱数量；

⑤统计煤中吸附势阱总量，并绘制煤吸附甲烷势阱深度分布直方图。

进一步，所述步骤①中，测试所取煤样为天然块煤，而非粉煤或压制型煤。

进一步，所述步骤②中，利用恒温吸附仪器对煤样不同恒温条件下的多测点吸附压力下的吸附量测试并记录，其中测试温度为不少于3组，参考实际煤储层温度范围应分布在10℃～90℃之间，恒温测试温度分布在每组温度间隔不小于15℃。参考天然煤储层压力范围，每组温度下吸附压力测点应分布在0～3MPa，且测点数不小于10个。

进一步，所述步骤④中，每个拟合压力段的压力测点为3～4个，共获得不小于7个吸附压力段。