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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(guò)程可逆,反應(yīng)放熱,當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),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(diǎn)逐漸趨于飽和,這將導(dǎo)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(dāng)壓力超過(guò)極大值后,相比附著在吸附劑上,此時(shí)甲烷分子更容易壓縮在體相中。另外,壓力極值點(diǎn)的數(shù)值大小還取決于體相和吸附相中甲烷容量的相對(duì)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(diǎn)略有不同。
為什么要研究吸附態(tài)甲烷?
我國(guó)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(guó)近30年來(lái)對(duì)煤層氣的勘探開發(fā)和相關(guān)研究主要針對(duì)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(yīng)力、滲透性差、強(qiáng)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(jī)理認(rèn)識(shí)不清,制約了我國(guó)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(guò)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(yīng)問(wèn)題。隨開發(fā)進(jìn)行,吸附態(tài)甲烷不斷解吸,并將導(dǎo)致煤巖基質(zhì)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(zhǔn)確估算煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量,并揭示其產(chǎn)出機(jī)理。
低場(chǎng)核磁共振技術(shù)如何研究吸附態(tài)甲烷?
低場(chǎng)核磁共振技術(shù)是一種先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。低場(chǎng)核磁共振技術(shù)的基本工作原理是先獲得被測(cè)物體的核磁共振信號(hào),根據(jù)不同組分的弛豫時(shí)間差異,得到核磁共振成像圖或T2弛豫分布圖譜,低場(chǎng)核磁共振技術(shù)既可檢測(cè)多孔介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性,也可檢測(cè)多孔介質(zhì)的某些物理特性和流動(dòng)參數(shù)及流體和多孔介質(zhì)骨架間相互作用,研究流體在其中流動(dòng)狀況及分布規(guī)律.低場(chǎng)核磁共振T2弛豫分布技術(shù),可以根據(jù)測(cè)量到的馳豫時(shí)間來(lái)分析吸附在煤體中的氣體.因此應(yīng)用低場(chǎng)核磁共振成像或T2弛豫分布技術(shù)研究煤儲(chǔ)層中煤層氣賦存運(yùn)移規(guī)律有望直觀揭示煤層氣在煤層中的賦存流動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)移產(chǎn)出過(guò)程中的各方面影響因素,從而搞清楚煤體內(nèi)部煤層氣運(yùn)移流動(dòng)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(shí)間要比純游離態(tài)的甲烷氣體的短,且信號(hào)強(qiáng)度也要小很多,低場(chǎng)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。
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