4 储层压力与吸附性

¿ Õ Æ ø
¸ É Ô ï » ù
3 -1
É ¸ P/V
Ô ï Î Þ
Ò »
3 -1
» ù P/V
Î ¸ ü ½ Á ¿ V/ cm g µ ² Ê à ¼ Ë Æ á
0
5.3165 8.4606 10.5769 12.3480 13.9100 15.2057
ü ½ Î ¸ Á ¿ V/ cm g µ ² Ê à ¼ Ë Æ á
Adsorption testing system
等温吸附测试系统
Raven Ridge 公司 美国（1994） 用途：煤的单组分、多组分等温吸附实验
Adsorption testing system
等温吸附测试系统
Terra Tek 公司 美国（2004）
煤样制备（60～80目） 平衡水分测试 煤样装缸
吸附方式：物理吸附，范德华力
吸附模型：单层吸附，多层吸附，容积充填理论 一、朗格缪尔理论
Vm bp VL p abp V 1 bp 1 bp p p L
VL或Vm或a—最大吸附量； VL 、PL——朗格缪尔体积 和压力，PL等于1／b
二、 平衡水等温吸附实验
IS-100型气体等温吸附/解吸仪(中国矿大)
到色谱仪 氦或 甲 烷 气源
压力 传 感 器 过 滤 器 温度 探头 Sc T 煤样
C D A Fv 恒 温 水浴 B
加湿器
水 浴 温度 显 示 器 数 据 采 集 系统
四、多相介质煤岩体的吸附特征
（一） 气相多组分吸附特征
Q/cm ·g 24 16 8 0 0 6 12 18 p/MPa 24 30
È µ Â Î ü Î ½ ¸ µ Ê é Ñ ý Ê Ý ¾ ± í
Ç Â ¼ ¼ º Å Ñ ¹ Á ¦ P
MPa 0
1 2 3 4 5 6 1.2808 2.6709 4.0335 5.4301 6.7500 8.1890 Langmuri · ½ ³ Ì : Ê Ñ µ é ² Î Ê ý Õ Æ ¿ ø ¸ É Ô ï » ù É Ô ¸ ï Î Þ » Ò » ù
%，各煤级煤储层中三种状态均有分布，其中中煤级煤储层
大多处于欠压状态。
超压——煤层气井喷
三、储层压力的地质控制
1、埋深
12 11 10 9
储层压力/MPa
线性 ( 实测压力) 线性 ( 正常压力)
8 7 6 5 4 3 2 500 600 700 800 煤层埋深／m y = 0.0114x - 1.4369 r= 0.8214 900 1000 1100
2、温度对煤吸附CH4的影响
8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 2 4 6 p / MPa 8 10 12 42号煤样 30℃ 40℃ 50℃
12 10
t -1 VL ,daf / m 3 ·
t -1 VL ,daf / m 3 ·
8 6 4 2 0 0
3、平衡水条件下煤对CH4的吸附特征
40 35 30 y 2 = -6.5863 x + 61.122 r = 0.97
体积实验
压力实验
等温吸附试验
数据处理
测试报告
报告审查成果报出测 Nhomakorabea分析流程
试验条件： 试验在储层温度下进行吸附测试。
试验最高压力大于实测储层压力，取 8 MPa 或 12MPa。 试验步骤： （1）体积试验：测试煤样的真实体积和密度 。 步骤：关闭参考缸和样品缸间阀门，向参考缸中充氦气止压力（2.06 2.08MPa）。然后打开阀门让参考缸、样品缸平衡。记录平衡前后压力、温 度值，通过真实气体状态方程计算煤样真实体积和密度。通过煤样的体积， 就得到样品缸的自由空间体积。 （2）压力实验: 检查系统的气密性。 方法: 向系统充氦气，压力超过实验要求的最高压力（或储层压力），保 证接下来的整个等温吸附实验在密封条件下进行。调节温度达到实验要求。
容器。样品缸和参考缸臵于恒温装臵内，保持温度的稳定性和
一致性，温度和压力皆由高精度、高灵敏度测量元件进行监控 。
仪器的工作原理：
容量法是最成熟和应用最广泛的方法之一，也是国内外煤层 气吸附领域普遍采用的方法。其原理是通过P、T、V三参数关
系分别计算吸附平衡前后的自由气体量，其差值即吸附量。
4. 高压等温吸附实验___测试仪器
3、半封闭体系
上覆岩层压力由储层内孔隙流体和煤基质块共 同承担
二、储层压力状态
压力系数：即实测储层压力与同深度静水压力之比，%
① 超压：压力系数>1，压力梯度>0.98 MPa/100m；
② 正常压力：压力系数=1，压力梯度=0.98 MPa/100m； ③ 欠压：压力系数<1，压力梯度<0.98 MPa/100m。 我国三十二个矿区煤层气试井结果表明，各煤级煤储层 超压状态占33.2%，正常压力状态占21.9%，欠压状态占45.3
0 0
6.2437 9.9361 12.4215 14.5015 16.3359 17.8575
0
5.0569 8.5446 10.8802 12.6191 13.8713 14.9431 0.2409 0.3157 0.3813 0.4398 0.4853 0.5386
5.9389 10.0348 12.7777 14.8199 16.2904 17.5492
2、地应力
3、水文地质
开放体系
P=Gp· H
P—储层压力，MPa；
Gp—压力梯度（单位垂深内的储层压力增量）， MPa/100m；
H—煤层中心埋藏深度，m
Gw p =h·
p —视储层压力，MPa
Gw—静水压力梯度；0.98MPa/100m（淡水）；
0.98MPa/100m（咸水） h—煤层中点处水头深度，m
3 -1
CH4 +CO2 +N2
CO2 CH4 +CO2 CH4 CH4 +N2 N2
（二） 吸附特征
1、水对煤吸附CH4的影响
14 12 10
VL ,daf / m3 t -1
8 6 4 2 0 0 1 2 3 4 p /MPa 5 6 7 Mad=0.00% Mad=0.56% Mad=1.26% Mad=2.08% Mad=2.66% Mad=5.10%
（1）测试样品 要求: 代表性煤样，一般为煤 层煤样1-2kg，实验室缩制。 粒度：60-80目 (0.2-0.25mm) 质量：100－150克 同时进行工业分析测试。 （2）平衡水分测试 将样品称重浸泡于玻璃烧杯 ，放进装有过饱和K2SO4溶液 的真空干燥器中，在30℃、相 对湿度96-97%下，水分平衡3－ 7天。 煤样预处理好后，等待测试 使用。
求出煤样的体积，就可计算出样品缸内自由空间体积。自由 空间体积是指样品缸装入煤样后煤样颗粒之间的空隙、煤样颗 粒内部微细空隙、样品缸剩余的自由空间、连接管和阀门内部 空间的体积之总和。 自由空间体积计算公式为： V = V1 - VS 式中： V –––自由空间体积, ，cm3；
V1 ––– 系统总体积，cm3；
VS ––– 煤样的体积, ， cm3。
吸附量: 根据参考缸、样品缸的平衡 压力及温度，计算不同平衡 压力点的吸附量。 利用公式： PV = nZRT 式中：P——压力，MPa； V——体积, cm3； n——摩尔数； Z——气体的压缩因 子； R——气体常数； T——温度，K。
分别求出平衡前系统内气体的摩尔数（ n1）和平衡后系统内气体的摩尔数（n2） ，则煤样吸附气体的摩尔数增量（∆n）： ∆n=n1－n2 …………… （4） 式中： ∆n––––– 平衡前后自由气体摩尔 数的增量； n1––––– 平衡前系统内气体的摩尔数； n2––––– 平衡后系统内气体的摩尔数。 吸附气体的总体积增量（∆V总）： ∆V总=∆n×22.4×1000 ……（5） 单位吸附增量（∆V）： ∆V = V总 / M ……………（6） 式中：M–––––煤样质量； V总––––吸附气体的总体积； ∆V–––––单位吸附增量。
（3）等温吸附实验测试：在温度达到实验要求，确定系统密封不漏气时 方可进行。 测试步骤：关闭样品缸阀门，向参考缸充甲烷气体，压力为计算出的目 标压力。温度稳定后，启动等温吸附实验程序。在60秒时打开样品缸阀门， 记录不同时间的压力与温度。前300秒每秒采集一次数据，以后1分钟采集 一次数据，直到达到吸附平衡。 重复充气、压力检测，到最终压力为止。 第一个压力点完成后，关闭阀门，继续往参考缸中充气，达到计算出的 第二个目标压力，温度稳定后，启动等温吸附实验程序，在60秒时打开阀 门让两缸平衡。平衡后重复以上过程，直至最后一个压力点实验结束。
4、煤层气（瓦斯）压力
煤层气（瓦斯）压力是指在煤田勘探钻孔或煤矿矿 井中测得的煤层孔隙中的气体压力。 煤储层试井测 的储层压力是水压，二者的测试条件和测试方法明显
不同。煤储层压力是水压与气压的总和，在封闭体系
中，储层压力中水压等于气压；在开放体系中，储层 压力等于水压与气压之和。
第二节 煤储层的吸附特征
Langmuir体积（VL）和Langmuir压力（PL）的计算： 求出压力及该压力对应的吸附量间的比值（P/∆V），绘出P、 P/∆V之间的散点图，对这些点进行线性回归，利用最小二乘法 求出直线方程及相关系数（R）。 假设直线斜率为A，截距为B，则： Langmuir体积（VL）为：
VL = 1/A ……………………
Langmuir压力（PL）为：
（7）
PL = B/A=VLB ………………… （8）
测试参数：
（1）平衡水分； （2）各平衡点压力下吸附量； （3）Langumuir体积、Langumuir压力、 R值； （4）吸附等温线； （5）P/V─P图。 等温吸附试验报告：最终测试结果、原始测试数据。 质量评述： 在最终报告中提出质量评述意见，尤其是在出现不可预见的问题 时，以供甲方使用数据时考虑。