[发明专利]一种基于煤工业分析参数的甲烷吸附性能影响机理研究方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤层气微观储层评价技术领域，尤其涉及一种基于煤工业分析参数的甲烷吸附性能影响机理研究方法。

背景技术

国内外学者通过研究一致认为煤岩水分含量与甲烷吸附能力具有负相关性，即水分含量增加，甲烷吸附能力呈现下降的趋势。水分增加会降低甲烷的吸附量，但超过临界水分含量时，吸附量不再受水分影响。水分与气体之间存在着竞争吸附，一般认为，在水分含量达到一定临界值后，水分含量的增加对煤的吸附性影响很小甚至没有影响。有学者从实验结果获得，水分含量每增加 1％，甲烷吸附量减小约4.2cm³/g。另有学者在含平衡水和干燥煤样的甲烷等温吸附实验中发现，中低变质煤阶段，煤级越低含平衡水煤样的吸附量越小，中高变质煤受水分的影响吸附量虽减少，但减少幅度低于中低变质煤样。许多国外学者对煤岩灰分与甲烷吸附能力的关系研究后，一致认为灰分含量对煤岩吸附能力起到了消极作用，这也意味着甲烷主要吸附在煤岩有机质中。国内学者马京长等对沁水盆地高阶煤岩灰分含量与甲烷吸附能力相关性进行了系统的研究，发现：灰分含量<20％时，甲烷吸附能力随灰分含量的增加而减少；灰分含量>20％时，甲烷吸附能力随灰分含量的增加而增大。郝世雄等(2012)选择了煤岩固定碳质量分数分别为70.17％、78.53％、88.34％和94.45％四种煤样作为研究对象，对它们吸附甲烷的性能进行了对比讨论。结果表明：当固定碳质量分数从70.17％增大到94.45％时，固定碳质量分数对煤岩甲烷吸附能力呈U型的二次多项式关系。孟磊等(2014)通过分析煤岩固定碳与甲烷吸附量的关系发现，在固定碳质量分数为56.67％-75.99％的区间内，随固定碳质量分数增加，吸附能力(V_L)线性增加，且呈现极强的正相关性，表明碳分子数量的增加能够加强对甲烷气体分子的吸附量；而固定碳质量分数与兰氏体积(P_L)无明显相关性。刘胖(2010)研究发现，吸附能力(V_L)随着挥发分的减少而成反S 型增加。

虽然我国的煤层气勘探开发已经历了几十年的发展，但很多地质理论问题尚处于探索阶段，对煤层气在储层中的主要赋存方式及吸附性能的控制因素等还不明确。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明为了克服煤层气在储层中吸附机理不明确的现状，本发明的目的在于提供一种基于煤工业分析参数的甲烷吸附性能影响机理研究方法，基于煤的工业分析及甲烷等温吸附实验等测试方法，充分利用相关测试数据，对煤层甲烷吸附性能影响机理进行研究，从而为煤层气储量预测及开发提供技术支持。

本发明涉及一种基于煤工业分析参数的甲烷吸附性能影响机理研究方法，包括以下步骤：

步骤一，煤工业分析参数确定：煤的工业分析参数包括水分、灰分、挥发分和固定碳含量四个参数；

步骤二，利用步骤一中对应样品在空气干燥基ad、干燥无灰基daf、平衡水分基em三种基质下进行甲烷等温吸附实验，甲烷等温吸附实验得到的数据计算兰氏体积V_L，如下计算公式：

V＝V_L*P/(P+P_L)

式中，V为吸附体积，P为平衡气体压力，P_L为兰氏压力，V和V_L的单位均为cm³/g，P和P_L的单位均为MPa；

步骤三，所述水分与甲烷吸附能力相关性确定：对比同一个样品空气干燥基兰氏体积(V_Lad)和平衡水分基兰氏体积(V_Lem)的大小；建立平衡水分基煤样的兰氏体积与平衡水分含量的相关性；

步骤四，所述灰分与甲烷吸附能力相关性确定：对比同一个样品空气干燥基兰氏体积(V_Lad)和干燥无灰基兰氏体积(V_Ldaf)的大小；建立空气干燥基煤样的兰氏体积(V_Lad)与灰分含量(A_ad)的相关性；

步骤五，所述固定碳与甲烷吸附能力相关性确定：建立空气干燥基煤样的兰氏体积(V_Lad)与固定碳含量(FC_ad)的相关性；

步骤六，所述挥发分与甲烷吸附能力相关性确定：建立干燥无灰基煤样的兰氏体积(V_Ldaf)与挥发分含量(V_daf)的相关性，即可。