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技术

本发明专利技术公开了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：(1)采集研究区的煤样品，进行煤工业分析和甲烷等温吸附实验；(2)利用三种基质煤的工业分析实验得到煤岩的水分、灰分、挥发分及固定碳含量；(3)利用三种基质煤样甲烷等温吸附实验数据计算三个兰氏体积数值；(4)对比同一个样品的VLad和VLem值，从而确立水分对甲烷吸附性能的影响机理；(5)对比同一个样品的VLad和VLdaf值，从而确立灰分对甲烷吸附性能的影响机理；6)建立兰氏体积与水分、灰分、挥发分及固定碳含量之间的相关性。本发明专利技术具有设计思路清晰，操作步骤简洁，容易实现；可以明确四种煤工业分析参数对甲烷吸附性能的影响情况。

A study method of influence mechanism of methane adsorption performance based on coal industrial analysis parameters

The invention discloses a method based on the analysis of coal industry analysis parameters, including the following steps: (1) collect coal samples in the study area, carry out coal industry analysis and methane isothermal adsorption experiment; (2) the water, ash, volatile and solid of coal and rock are obtained by industrial analysis of three kinds of matrix coal. The content of fixed carbon; (3) using the experimental data of three kinds of matrix coal sample methane adsorption to calculate three blue volume values; (4) comparing the VLad and VLem values of the same sample, thus establishing the influence mechanism of water on the adsorption property of methane; (5) comparing the VLad and VLdaf values of the same sample, thus establishing the effect of ash on the adsorption property of methane Mechanism; 6) establish the correlation between Langerhans volume and moisture content, ash content, volatile matter and fixed carbon content. The invention has clear design thinking, simple operation steps and easy realization. The influence of four kinds of coal industrial analysis parameters on methane adsorption performance can be clearly defined.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及煤层气微观储层评价
，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。
技术介绍
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(VL)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(PL)无明显相关性。刘胖(2010)研究发现，吸附能力(VL)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。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术为了克服煤层气在储层中吸附机理不明确的现状，本专利技术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。本专利技术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VL，如下计算公式：V＝VL*P/(P+PL)式中，V为吸附体积，P为平衡气体压力，PL为兰氏压力，V和VL的单位均为cm3/g，P和PL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(VLad)和平衡水分基兰氏体积(VLem)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(VLad)和干燥无灰基兰氏体积(VLdaf)的大小；建立空气干燥基煤样的兰氏体积(VLad)与灰分含量(Aad)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(VLad)与固定碳含量(FCad)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(VLdaf)与挥发分含量(Vdaf)的相关性，即可。优选地，步骤一中，所述煤的工业分析参数中水分，即空气干燥基煤样水分含量的确定方法为：取1(±0.1)g煤样放入鼓风干燥箱内，加热至105℃-110℃，持续一个半小时。然后取出干燥好的样品重新称重，计算出损失的重量，即为水分含量；所述煤的工业分析参数中灰分，即空气干燥基煤样灰分含量的确定方法为：取1(±0.1)g煤样放入干燥箱内，加热至500℃，持续一个小时，之后继续提高温度至815℃，继续维持一个小时，最后取出样品重新称重，计算出损失的重量，即为灰分含量；所述煤的工业分析参数中挥发分，即空气干燥基和干燥无灰基煤样挥发分含量的确定方法：取1(±0.1)g干燥煤样放入抽真空干燥箱内，加热至900℃，持续7分钟，最后取出样品重新称重，计算出损失的重量，即为空气干燥基挥发分含量，继续减去灰分和水分的含量即为干燥无灰基煤样挥发分含量；所述煤的工业分析参数中固定碳含量，即空气干燥基煤样固定碳含量的确定利用下列公式：FCad＝100％-Mad-Aad-Vad(1)其中，FCad—空气干燥基煤样固定碳含量；Mad—空气干燥基煤样水分含量；Aad—空气干燥基煤样灰分含量；Vad—空气干燥基煤样挥发分含量。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：(1)本专利技术设计思路清晰，操作步骤简洁，容易实现；(2)本专利技术可以定量确定煤工业分析参数对甲烷吸附能力影响机理。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术中的研究方法流程图；图2为本专利技术中的甲烷等温吸附曲线图；图3为本专利技术中的煤工业分析参数与兰氏体积相关性图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1本实施例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，基于煤工业分析和甲烷等温吸附实验，充分利用煤水分、灰分、挥发分、固定碳及兰氏体积之间的内在关系，构建了四个工业参数与甲烷吸附性能的相关性，进而确定了煤工业分析参数对甲烷吸附性能的影响情况，从而为煤层气储层特征及储量计算提供了技术支持。以下结合附图和具体实施例对本专利技术作具体的介绍。参照图1，本专利技术的确定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，其流程图见图1所示，下面结合附图对本专利技术的技术方案做详细叙述。步骤一、煤工业分析参数获取煤的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。如表1所示煤岩工业分析参数统计表。表1步骤二、进行甲烷等温吸附实验以样品表1中的L1为例，将不少于200g的煤样品进行甲烷等温吸附实验。如表2所示L1样品甲烷等温吸附实验统计表。表2与表2对应的甲烷等温吸附曲线如图2所示步骤三、水分与甲烷吸附能力相关性确定对比同一个样品(以L1样品为例)空气干燥基兰氏体积(VLad)和平衡水分基兰氏体积(VLem)的大小，如图2所示，可得出VLad>VLem；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，如图3a所示。步骤四、灰分与甲烷吸附能力相关性确定对比同一个样品(以本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于，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、干燥无灰基、平衡水分基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VL，如下计算公式：V＝VL*P/(P+PL)式中，V为吸附体积，P为平衡气体压力，PL为兰氏压力，V和VL的单位均为cm

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于，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、干燥无灰基、平衡水分基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VL，如下计算公式：V＝VL*P/(P+PL)式中，V为吸附体积，P为平衡气体压力，PL为兰氏压力，V和VL的单位均为cm3/g，P和PL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和平衡水分基兰氏体积的大小；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和干燥无灰基兰氏体积的大小；建立空气干燥基煤样的兰氏体积与灰分含量的相关性；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与固定碳含量的相关性；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与挥发分含量的相关性，即可。2.如权利要求1所述的基于煤工业分析参数的甲烷吸附性能影响机...

【专利技术属性】
技术研发人员：单长安，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61