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什么是吸附態(tài)甲烷?

吸附是甲烷在煤層中的最主要賦存方式,約占80%~90%。吸附煤層中的甲烷即是吸附態(tài)甲烷。

吸附態(tài)甲烷有哪些特征?

在不同的濕度、溫度和壓力條件下,甲烷煤樣上的吸附量是不同的。由于甲烷在碳基吸附劑上的吸附過程可逆,反應放熱,當系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)時,甲烷的吸附速率等于解吸速率。

隨著壓力增大,甲烷分子不斷附著在吸附劑表面上,吸附位點逐漸趨于飽和,這將導致吸附劑表面能不斷降低,表現(xiàn)為壓力增大引起的吸附能力增幅減弱;另一方面,甲烷壓縮性隨著壓力增大不斷提高,體相容量不斷增大,當壓力超過極大值后,相比附著在吸附劑上,此時甲烷分子更容易壓縮在體相中。另外,壓力極值點的數(shù)值大小還取決于體相和吸附相中甲烷容量的相對大小,甲烷在兩相中的容量均隨溫度增加而降低,這造成了不同溫度條件下,壓力極值點略有不同。

為什么要研究吸附態(tài)甲烷?

我國煤層氣資源豐富,深部煤層氣資源量大,開發(fā)前景廣闊。但我國近30年來對煤層氣的勘探開發(fā)和相關研究主要針對1000m以淺煤層,較少涉足1000m以深煤層。與淺煤層相比,深煤層具有高溫、高壓、高地應力、滲透性差、強度低的特征,且其中的甲烷通常處于超臨界狀態(tài),造成了深部煤層氣體賦存狀態(tài)和產(chǎn)出機理認識不清,制約了我國煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

開發(fā)煤層氣既能消除煤炭開采過程中的安全隱患,又能減少其直接排放到大氣中造成的環(huán)境污染,還能緩解常規(guī)化石燃料的供應問題。隨開發(fā)進行,吸附態(tài)甲烷不斷解吸,并將導致煤巖基質收縮,表現(xiàn)為裂隙的張開和滲透率的改善。因此,了解甲烷在煤巖上的吸附特征有助于準確估算煤層氣地質儲量,并揭示其產(chǎn)出機理。

低場核磁共振技術如何研究吸附態(tài)甲烷?

低場核磁共振技術是一種先進的無損檢測技術。低場核磁共振技術的基本工作原理是先獲得被測物體的核磁共振信號,根據(jù)不同組分的弛豫時間差異,得到核磁共振成像圖或T2弛豫分布圖譜,低場核磁共振技術既可檢測多孔介質的結構特性,也可檢測多孔介質的某些物理特性和流動參數(shù)及流體和多孔介質骨架間相互作用,研究流體在其中流動狀況及分布規(guī)律.低場核磁共振T2弛豫分布技術,可以根據(jù)測量到的馳豫時間來分析吸附在煤體中的氣體.因此應用低場核磁共振成像或T2弛豫分布技術研究煤儲層中煤層氣賦存運移規(guī)律有望直觀揭示煤層氣在煤層中的賦存流動狀態(tài)、運移產(chǎn)出過程中的各方面影響因素,從而搞清楚煤體內(nèi)部煤層氣運移流動狀態(tài)和賦存狀態(tài).

賦存在煤體中的甲烷氣體(包括吸附態(tài)甲烷和游離態(tài)甲烷)其馳豫時間要比純游離態(tài)的甲烷氣體的短,且信號強度也要小很多,低場核磁共振成像圖或T2弛豫分布圖譜可以很好的反映吸附態(tài)甲烷和游離態(tài)甲烷。