注入增产法提高煤层气采收率的理论探讨

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混 合 气 体 ・ ! ; <5* 4=+ " ; >?2 = + # ・ ! ; <5* 4=+ 甲 烷 " ; >?2 = + # 二 氧 化 碳 ・ ! ; <5* 4=+ " ; >?2 = + #
煤对 !"# 9 !$% 的吸附参数
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气体 临界温度 沸点
而对 !"# 吸 附的 " 常数在!- 为 & ’ .*+ 时有一极大值， % 附时的 " 常数却随!- 的升高而稳定增大； 在 !"# 9 % 煤对混合气体吸附的 " 常数随!- 原 !$% 吸附体系中， % 始混合气体 !!$ 中的升高而增大， 对 !$% 吸附时的 "
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气体的沸点和临界温度
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收稿日期： &"""U")U"$ 基金项目： 教育部春晖计划资助项目 （春晖 # !&） ； 教育部重点科学技术资助项目 （!FF% 年） ； 重庆市科委院士基金项目 （&""" 年） 作者简介： 徐龙君 （!F(*U） ， 男， 重庆垫江人， 重庆大学西南能矿资源开发及环境灾害控制工程教育重点实验室副研究员， 博士
万方数据 后。主要从事矿岩物理化学和环保等方面的教学与科研工作。
第 %* 卷第 / 期
徐龙君 等： 注入增产法提高煤层气采收率的理论探讨
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原始混合气体中 !!$ ! & ’ %(#) !"# 的浓度高于 !$% ， % 后吸附相中 !$% 浓度高于 !"# ； 对 * 个系统而言， 随着 原始混合气体中杂组分体积分数的增大， 吸附相中杂 组分浓度增大， !"# 的浓度减小。上述均可从煤对 # 种气体吸附能力的强弱顺序得到解释。 表+
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# 煤对混合气体吸附时的 ! 值大于其对任一单 组分吸附时的 ! 值； 在 !"# 9 "% 、 !"# 9 -% 的吸附体系 中， 煤对混合气体吸附时的 " 值小于其对 !"# 吸附的 在 !"# 9 !$% 吸附体系中， 煤对混合气体吸附时 " 值； 的 " 值大于其对 !"# 吸附时的 " 值， 但小于其对 !$% 吸附时的 " 值。
［!］
有较高沸点和临界温度的气体如 7;& 能通过可溶性机 理迅速扩散到固体煤的所有孔隙。因此可认为， 如一 种物质的临界温度和沸点较高， 则煤对其的吸附能力 较强。从表 ! 列出的各气体的参数来看， 煤对它们吸 附能力及吸附速率的快慢顺序应为： 7;& E 78) E :& E 8& 。由此可解释上述结论。 " 煤对 78) 9 8& 混合气 体吸附系统中， 当原混合气体中氢气的体积分数 ! 由 吸附相中 78) 的体 " +!$F" " + *(F " " + $F* " " + >%& 时， 积分数始终远大于 8& 的体积分数； 煤对 78) 9 :& 混合 气体的吸附系统中， 原始混合气体中由 " + !"( " " + *(! 吸附相中 78) 的浓度高于 "" + $*!"" + (F)"" + >*> 时， 而 !: 为 " + %F$ 且总压大于 " + >( G?1 后吸 :& 的浓度， & 在煤对 78) 9 7;& 吸附系 附相中 :& 的浓度高于 78) ； 统中， 原 始 混 合 气 体 中 !7; 为 " + "%>( 时， 吸附相中
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煤对 !"# 9 -% 的吸附参数
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该法可用于我国煤层气的开采， 但这方面的理论研究 很少。为此， 笔者拟以煤对二元混合气体的吸附特征 研究出发， 探讨注入增产法提高煤层气采收率的基本 原理。
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煤对二元混合气体的吸附特征
此处所指的二元混合气体系指 78) 和另一组分
气体 （:& 、 称为杂组分） 。文献 ［&］ 的 ?!%! @ !%* 列 8& 、 7;& ， 出了前苏联西部矿 ! & 煤层煤 （ " A1B C &* + )D ） 在不同压 力下对二元混合气体的吸附量及游离相和吸附相中两 种气体的体积分数， 但未进行其它的分析。为此， 以该 组数据展开分析讨论。
用 12345678 等温式拟合煤吸附二元混合气体的有 关数据发现， 在 !"# 9 "% 或 !"# 9 -% 的吸附系统中， 总吸附量和 !"# 吸附量与平衡混合压力的关系， 均较 好地符合 12345678 方程， 而对 "% 或 -% 的吸附量与压 力间不遵从此关系式； 在煤对 !"# 9 !$% 吸附系统中， 煤对混合气体、 !"# 及 !$% 的吸附量和压力之间的关 系均可用 12345678 方程描述。表 % : # 列出了煤对 * 种混合气体的吸附特征参数， 由此可以得出： ! 对 !"# 饱和吸附量 ! 基本上随原始 9 "% 、 !"# 9 -% 系统而言， 混合气体中杂组分浓度的升高而减小； 而对 !"# 9 !$% 吸附系统基本上是相反的变化。可以理解为： 吸附能 力较弱的 -% 或 "% 加入到 !"# 中减弱了煤对 !"# 的吸 附， 加入的杂组分越多影响越大； 而吸附能力较强的 !$% 加入到 !"# 体系中时， !$% 分子取代了部分 !"# 分子， 从而使总吸附量增大， 加入的 !$% 越多， 增加量 越大。 表%
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上， 对注入增产法提高煤层气采收率的原理进行了初 步探讨， 得到了如下主要结论： -）煤对 !$% 、 !"# 、 4# 、 $# 的吸附能力由强到弱的 顺序为： !"# 6 !$% 6 4# 6 $# 。 #）煤对二元混合气体的吸附符合 7890/:;< 等温 吸附式； 在 !$% & 4# 和 !$% & $# 系统中， 不同平衡压力 对甲烷的吸附量满足 7890/:;< 方程， 但对氮气或氢气 的吸附不能用此式描述； 在 !$% & !"# 系统中， 煤对甲 烷和二氧化碳的吸附均可采用 7890/:;< 方程表征； 煤 对二元混合气体的吸附常数、 对混合气体中单组分吸 附 的 8、 = 常数等均与原始混合气体中杂组分的体积 分数有关。 ,）在煤层中注入 !"# 或 4# 可提高气的采收率， 且相对而言 4# 优于 !"# 。 参考文献：
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