煤的等温吸附试验探讨
等温吸附曲线解释
Langmuir 吸附等温线物理意义:
VL:煤岩的最大吸附能力(这时P →∞),简称兰氏体积.
PL:吸附量V 达到VL/2时所对应的压力值,简称兰氏压力.影响吸附等温线的形态参数,反映煤层气解吸的难易,值越低,脱附越容易,开发越有利.
• V1:当前地层压力下的煤岩理论含气量. P1:储层压力,即当前煤储层压力.
• V2:当前地层压力下的实际含气量. P2:临界解吸压力,甲烷开始解吸的压力点. • Vi:排采过程中含气量. Pi:排采过程中的储层压力.
• Vn:煤层残留含气量. Pn:煤层气井的枯竭压力.
Langmuir 吸附等温线生产中的意义:
• V2/V1—含气饱和度.
• (V2-Vn)/V2—理论最大采收率.
• (V2-Vi)/V2—生产过程中动态采收率.
• 根据临界解吸压力和储层压力可以了解煤层气的早期排采动态.
• 若煤层欠饱和(V2<V1),气体的解吸和流动受到抑制,煤储层压力P1须降低至临界解
吸压力P2时才开始解吸.
• 当V2≥V1时,为过饱和状态,这时C 点位于B 点的正上方, 当煤层压力降到接近P1
点时就有气体产出.
• 随着枯竭压力Pn 的降低,最大采收率增加;因此排采过程中要尽可能的降低枯竭压力,
以获得更高的采收率.但枯竭压力的确定要受到工艺技术和经济条件等因素的制约. • 另可通过注气增加储层能量,驱替置换煤层气来提高采收率.
压力/P
图中:A(PL,VL)-最大吸附点; B(P1,V1)-理论吸附点; C(P1,V2)-实际吸附点;
D(Pi,Vi)-采收过程吸附点; E(Pn,Vn)-枯竭吸附点; C’(P2,V2)-临界解吸吸附。
煤层
煤层气（Coalbed Methane）储层参数，主要包括煤的等温吸附特性参数、煤层气含量、渗透率、储层压力、原地应力，以及有关煤岩煤质特征的镜质组反射率、显微组分、水分、灰分和挥发分等，相应的测试分析技术有：煤的高压等温吸附试验（容量法）、煤层气含量测定、煤层气试井和煤岩煤质分析等。
煤的高压容量法等温吸附实验，是煤层气资源可采性评价和指导煤层气井排采生产的关键技术参数，等温吸附数据测定准确性，直接关系到煤层气开发项目的成败和煤层气产业的发展。
许多研究表明，煤是具有巨大内表面积的多孔介质，象其它吸附剂如硅胶、活性碳一样，具有吸附气体的能力。
煤层气以物理吸附方式储存在煤中，主要证据有：甲烷的吸附热比气化热低2—3倍（Moffat ＆Weale，1955；Yang ＆Saunders，1985），氮气和氢气的吸附也与甲烷一样，这表明煤对气体的吸附是无选择性的；大量试验也证明，煤对气体吸附是可逆的（Daines，1968；Maver 等，1990）。
结合国内外资料，推荐吸附样粒度为60—80目。
煤的平衡水分—当煤样在温度30℃、相对湿度96%条件下，煤中孔隙达到水分平衡时的含水量。
测试平衡水平的主要目的是：恢复储层条件下煤的含水情况，为煤的吸附实验做准备。
煤层气含量—指单位重量煤中所含的标准状态下（温度20℃、压力101.33kpa）气体的体积，单位是cm3/g或m3/t。
它是煤层气资源评价和开发过程中计算煤层气资源量和储量、预测煤层气井产量的重要煤储层参数之一。
煤层气含量的测定方法大体上可分为两类：直接法（解吸法）和间接法（包括等温吸附曲线法和单位体积密度测井法）。
在直接法中，保压取心解吸法是精确获得原地煤层气含量最好的方法。
直接法的基本原理煤心煤样的煤层气总量由三部分气体量构成：一是损失气（lost gas）,二是实测气（measured gas），三是残余气（residual gas）。
损失气量估算主要采用（USBM法），该法假设煤中气体解吸可理想化地看作球形煤粒中气体在恒温下扩散，可以用扩散方程来描述，球形煤粒内气体的初始浓度为常数。
煤体瓦斯吸附解吸动力学特征及其应用
煤体瓦斯吸附解吸动力学特征及其应用
煤体瓦斯吸附解吸动力学特征是指煤体与瓦斯之间吸附和解吸过程的速率和特征。
煤体中存在大量的孔隙和微孔，这些孔隙和微孔能够吸附和储存大量的瓦斯。
煤体瓦斯吸附解吸动力学特征的研究可以帮助我们了解煤体中瓦斯的吸附和解吸过程，从而更好地控制和利用煤层气资源。
煤体瓦斯吸附解吸动力学特征主要包括吸附速率、解吸速率和吸附解吸平衡时间。
吸附速率是指煤体吸附瓦斯的速率，它受到煤体孔隙结构、瓦斯分子与煤体表面相互作用的影响。
解吸速率是指煤体释放瓦斯的速率，它受到煤体孔隙压力和温度的影响。
吸附解吸平衡时间是指煤体吸附和解吸达到平衡所需的时间，它受到煤体孔隙结构和温度的影响。
煤体瓦斯吸附解吸动力学特征的研究对于煤层气资源的开发和利用具有重要意义。
首先，了解煤体瓦斯吸附解吸动力学特征可以帮助我们预测煤层气的产量和释放速率，为煤层气的开采和利用提供科学依据。
其次，煤体瓦斯吸附解吸动力学特征的研究可以帮助我们设计和改进煤层气开采技术和设备，提高煤层气的开采效率和安全性。
此外，煤体瓦斯吸附解吸动力学特征的研究还可以帮助我们评估煤层气的储量和资源潜力，为煤层气资源的评估和开发提供依据。
煤体瓦斯吸附解吸动力学特征的研究对于煤层气资源的开发和利用具有重要意义，它可以帮助我们了解煤层气的产量和释放速率，设
计和改进煤层气开采技术，评估煤层气的储量和资源潜力。
潘晓飞-新疆库拜煤田铁列克西区煤层气储层特征
新疆库拜煤田铁列克西区煤层气储层特征潘晓飞（新疆煤田地质局一六一队，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐830009）摘要：在详细分析新疆库拜煤田铁列克西区煤层气优选区的煤储层特征的基础上，对煤层气基础地质、煤岩学、煤层含气量、吸附/解吸和储层物性进行了总结评价，提供了基础实验分析数据。
研究表明，铁列克西区煤层气基础地质条件良好，各项储层参数有利，适合于煤层气开采。
关键词：储层特征；煤层气；铁列克西区众所周知，煤层气勘探开发有着增加新能源、改善煤矿安全和保护环境三重意义。
煤层气作为非常规天然气，是我国能源结构中重要的后备资源，据有关专家预测，我国煤层气资源总量为31.46×1012m3，已经非常接近于我国常规天然气的资源总量。
新疆煤层气资源丰富，据预测煤层气资源量达9.5万亿立方米（与天然气资源量相当），占全国煤层气预测资源量的26%。
全国含气量大于10000亿立方米的9个含气盆地，新疆占了4个，包括准噶尔盆地、吐哈盆地、天山系列盆地群和塔里木盆地。
2014年在库拜煤田做了大量煤层气勘查工作，证实了库拜煤田有可观的煤层气含量和产能。
本文作者对库拜煤田西部的铁列克西区的煤田、水文和煤层气地质条件作了详细的分析和评价。
库拜煤田位于天山中段南麓、塔里木盆地的北缘，总体走向为近东西向，局部地段为北东走向，形态展布不规则。
铁列克西区煤层气优选区西起老虎台乡，东至铁列克镇，《新疆煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十二五”规划》明确将库拜煤田拜城矿区列为煤层气勘查和地面开发的重点区块。
2014年新疆维吾尔自治区煤田地质局在库拜煤田铁列克西区施工了2口煤层气井，进行煤层气靶区优选，本文根据有关的试验参数和近期的实验分析数据对该区煤层气储层特征作出新的分析。
1基础地质特征煤层气基础地质特征应该包括地质构造、地层沉积、煤田地质、水文地质等方面的内容，在这里简述之。
研究区总体构造形态为一向南倾斜的单斜构造，地层总体为近东西走向，向南倾斜，倾角较缓30°-40°。
吸附热力学及动力学的研究
吸附热力学及动力学的研究摘要：杂乱无章的实验数据, 不经过数学处理, 得不到能够描述它们的模型，其本身无论在科学理论上，还是在应用技术上都没有太大的实际意义。
本文综述了近些年来在液固吸附理论研究领域对吸附等温线，吸附热力学及吸附动力学的研究进展。
论述5 种类型吸附等温线，总结了热力学中△H 、△G 、△S 的几种求算方法，以及5种吸附动力学的模型，从而，为吸附实验数据的处理和模型优选,，提供依据。
关键字：吸附 等温曲线 热力学 动力学1吸附等温曲线吸附等温曲线是指在一定温度下溶质分子在两相界面上进行的吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之间的关系曲线。
在一定温度下, 分离物质在液相和固相中的浓度关系可用吸附方程式来表示。
作为吸附现象方面的特性有吸附量、吸附强度、吸附状态等, 而宏观地总括这些特性的是吸附等温线.[1]1.1Langmuir 型分子吸附模型Langmuir 吸附模型是应用最为广泛的分子吸附模型,Langmuir 型分子吸附模型[2]就是在Langmuir 吸附模型的基础上,研究者就Langmuir 吸附模型的局限性进行了改进、发展,形成了一系列的分子吸附模型。
1. 1.1 Langmuir 分子吸附模型Langmuir 分子吸附模型是根据分子间力随距离的增加而迅速下降的事实,提出气体分子只有碰撞固体表面与固体分子接触时才有可能被吸附,即气体分子与表面相接触是吸附的先决条件。
并做如下假定: ①气体只能在固体表面上呈单分子层吸附; ②固体表面的吸附作用是均匀的; ③被吸附分子之间无相互作用。
所以Langnuir 等温吸附方程[3 ]cK c q q d m +≡或cK c K q q b b m +≡1 (1)其中,qm 为饱和吸附容量,Kd 为吸附平衡的解离常数,Kb 为结合常数( = 1/ Kd) 。
Langnuir 分子吸附模型对于当固体表面的吸附作用相当均匀,且吸附限于单分子层时,能够较好的代表试验结果。
吸附等温线的测定实验报告醋酸
吸附等温线的测定实验报告醋酸一、实验目的：1.了解非理想气体的吸附和物理吸附的特点；2.掌握吸附等温线的测定方法；3.利用测定数据绘制出吸附等温线。
二、实验原理：物理吸附：分子间之间的van der Waals 排斥力和吸引力产生。
当固体表面与气体分子的热运动引起的相互作用的能量达到物理吸附能，则气体分子附着在固体表面。
随着气体分子附着在固体表面的增加，气体分子之间也开始相互作用，附着在固体表面上的气体分子有一定的组织形态，因此对温度、压力等因素较为敏感。
吸附等温线：在一定温度下，吸附剂与气体之间的吸附热相平衡时，吸附剂上单位面积的吸附量是一个与气体压力P有关的函数，该函数称为吸附等温线（或吸附量-压力等温线）。
常用的表示方法是用P 反比例表示吸附量。
三、实验步骤：1.用洗涤沥青瓶、称重瓶按吸附量的平衡球量呈重量分配，将一定重量的吸附剂放入洗涤沥青瓶中；2.用干燥管过氧化钙通入干燥空气，寻找适当的气体流量；关闭气流阀，打开灯泡通电，将洗涤沥青瓶加热至温度平衡后，打开气体流量阀，调节预定气体压力，等压均衡后封紧阀门，计时开始，记录气体压力，并在规定时刻测量脱附剂重量、气体压力；3.根据数据计算吸附量并绘制出吸附等温线。
四、实验数据与结果：1.吸附剂：醋酸；2.实验温度：25°C；3.实验结果：时间（min）压力（kPa）吸附量（g/m2）0 19.91 03 16.85 0.304 6 14.22 0.546 9 12.02 0.776 12 10.16 0.965 15 8.64 1.203 18 7.31 1.435 21 6.22 1.659 24 5.31 1.833 27 4.57 2.027 30 3.89 2.163 4.吸附等温线绘制：
煤层瓦斯基础参数测定技术汇编1. 引言煤层瓦斯是煤矿安全生产中的重要因素之一，了解煤层的瓦斯生成、迁移和聚集规律对矿井安全管理至关重要。
煤层瓦斯的基础参数测定技术是研究和掌握煤层瓦斯特性的重要手段，本文将对煤层瓦斯基础参数测定技术进行汇编和总结。
2. 煤层瓦斯基础参数煤层瓦斯基础参数是指煤层中瓦斯的各项物理参数。
了解和测定这些参数对于制定煤层瓦斯防治措施和瓦斯抽放设计具有重要意义。
常见的煤层瓦斯基础参数包括煤层瓦斯含量、煤层孔隙度、煤层渗透系数、煤层瓦斯吸附解吸规律等。
3. 煤层瓦斯含量测定技术煤层瓦斯含量是指煤层中瓦斯在煤体中的体积分数。
准确测定煤层瓦斯含量对于评估煤层瓦斯的危险性和瓦斯抽放方案设计至关重要。
煤层瓦斯含量测定技术主要包括直接测定法、间接推算法和预测模型法等。
3.1 直接测定法直接测定法是通过现场采集煤层样品进行实验测定瓦斯含量的方法。
常用的直接测定法包括瓦斯解放法、水解法和气解法等。
3.2 间接推算法间接推算法是通过测定煤层中其他参数，如煤的挥发分、固定碳含量、煤层孔隙度等，间接推算出瓦斯含量的方法。
常见的间接推算法有分类推断法、统计推断法和模型法等。
3.3 预测模型法预测模型法是利用历史数据和数学模型建立预测模型来预测煤层瓦斯含量的方法。
常用的预测模型包括人工神经网络模型、回归分析模型和支持向量机模型等。
4. 煤层孔隙度测定技术煤层孔隙度是指煤层中孔隙的体积占总体积的比例。
准确测定煤层孔隙度对于评估煤层的储气能力和瓦斯迁移规律具有重要意义。
煤层孔隙度测定技术主要包括液体置换法、气体压曲线法和氮吸附法等。
4.1 液体置换法液体置换法是通过将煤样浸泡在液体中，测定液体在煤样孔隙中置换后的体积变化来计算煤层孔隙度的方法。
常用的液体置换法有水置换法、甲醇置换法和石蜡置换法等。
4.2 气体压曲线法气体压曲线法是通过测定煤样在不同气体压力下的吸附量和解吸量，计算煤层孔隙度的方法。
常用的气体压曲线法有氮气压曲线法和二氧化碳压曲线法等。
吸附试验方法
吸附试验方法引言：吸附试验是一种常用的实验方法，用于研究物质在固体表面上的吸附行为。
通过吸附试验，可以了解吸附剂的吸附性能、吸附机理以及吸附过程中的影响因素等。
本文将介绍吸附试验的基本原理、实验步骤和数据处理方法。
一、基本原理吸附试验的基本原理是利用吸附剂与被吸附物质之间的相互作用力，使被吸附物质在吸附剂表面上吸附。
吸附剂的选择要考虑到被吸附物质的特性以及吸附试验的目的。
常用的吸附剂包括活性炭、硅胶、分子筛等。
被吸附物质可以是气体、液体或溶液中的溶质。
二、实验步骤1. 准备吸附剂：根据实验需求选择合适的吸附剂，并进行预处理，如煅烧、活化等。
2. 准备吸附试样：将吸附剂样品称量并放置在试验容器中。
3. 吸附操作：通过不同的方法将被吸附物质引入试验容器，使其与吸附剂接触，吸附达到平衡。
4. 分离和收集：将试验容器中的吸附剂与被吸附物质分离，并进行收集。
5. 数据处理：根据收集到的数据，计算吸附量、吸附速率等参数，并进行统计分析。
三、数据处理方法1. 吸附量计算：吸附量是吸附剂上所吸附的物质的质量或浓度。
可以通过称重或化学分析等方法来确定吸附量。
2. 吸附等温线绘制：将吸附量与被吸附物质的浓度或压力之间的关系绘制成吸附等温线，以分析吸附剂的吸附性能。
3. 吸附速率计算：吸附速率是单位时间内吸附剂上所吸附的物质的质量或浓度的变化量。
可以通过吸附量随时间的变化来计算吸附速率。
4. 吸附机理分析：通过实验数据和吸附等温线等信息，结合吸附剂的特性，分析吸附过程中的吸附机理。
结论：吸附试验是研究吸附行为的一种重要实验方法。
通过吸附试验，可以了解吸附剂的吸附性能和吸附机理，并为吸附剂的选择和应用提供依据。
在进行吸附试验时，需要注意实验步骤的严谨性和数据处理方法的准确性，以保证实验结果的可靠性。
同时，吸附试验的结果还可以为吸附过程的优化提供参考。
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煤的等温吸附试验探讨
煤的形成过程，伴生有丰富的非常规天然气体，俗称瓦斯、煤层气，在煤中主要以游离态、吸附态形式存在。
游离态气体容易脱离煤体而释放出来，在煤的解析试验中也称自然解析气；吸附气则与煤的本身性质有关，煤是一种多孔介质，具有发达的孔隙结构，属于天然吸附剂，煤表面及孔隙内表面对甲烷等气体具有很强的吸附能，气体容易在煤表面及孔隙内聚集，形成气体吸附状态。
煤层气地质勘探中，煤层气储量常采用总含气量进行评估。
评价方法有直接法与间接法。
直接法也叫解析法，直接测定煤芯煤样气含量，包含自然解析量、损失量及残余气量，一般称为常规含量分析；间接法也叫非常规瓦斯测定法，通过吸附常数计算，吸附常数主要通过试验获取，吸附气量则根据吸附常数进行计算。
自然解析量、损失量在常压状态下从煤体自然释放，在封闭空间呈现游离气体特征，试验中可以准确计算；残余气体包括吸附气体与封闭孔隙不可解析气体，封闭不可解析气体在生产中不可获得，一般不予测定；常规试验时，在恒定温度、不同压力条件下测定甲烷吸附量，通过图形拟合间接求取煤的吸附常数。
1 试验原理
煤的吸附量一般用Langmuir单分子层气体吸附模型来描述，煤的吸附气体与游离气体随着压力、温度的改变可以互相转化，在温度一定的条件下，通过Langmuir方程来计算煤层气吸附量（Q）。
即
2 试验方法
2.1 干燥煤样试验
(1)测定方法概要：实验室筛分制样，制取粒度为0.2-0.3mm的煤样。
准确称取50g煤样装入玻璃干燥皿中，80℃真空干燥6小时；将干燥煤样装入煤样杯，于60℃水浴中真空脱气4小时。
吸附温度30℃条件下，进行低压吸附，吸附平衡8小时，测定煤样体积；在相同温度条件下，向吸附罐中充入不低于4MPa 甲烷，煤样杯内压力达到平衡后，依次测定6组在相同温度、不同压力条件下的
甲烷吸附量。
用压力-吸附量作图，根据Langmuir吸附理论拟合求解煤的吸附常数a、b值。
(2)高压吸附Langmuir方程：
2.2 含饱和水煤样试验
(1)测定方法概要：将制取好的粒度为0.2-0.3mm的煤样，准确称取35g置于玻璃器皿中，均匀加入适量蒸馏水使煤样全部淹没为止，并充分搅拌，室温下放置2h；用玻璃漏斗过滤出多余的水分；将装有煤样的玻璃器皿放入相对湿度为96%-97%、温度为30℃的干燥器中，干燥器底部装有适量的硫酸钾过饱和溶液；每隔24h称重煤样一次，直到相邻两次重量之差不超过煤样质量的2%，则为煤样已达到水平衡；将达到平衡水分的煤样装入煤样杯中，在吸附温度30℃条件下，向煤样杯中充入不同压力的甲烷，测定6组煤在相同温度、不同压力条件下的甲烷吸附量。
用压力-吸附量作图，根据Langmuir吸附理论拟合求解煤的吸附常数Langmuir体积（VL）、Langmuir压力(PL)。
(2)高压吸附Langmuir方程：
3 吸附试验探讨
(1)实验室测定煤的吸附常数，吸附常数表征为a、b、VL、PL，其中a=VL，b=1/PL。
随着煤的变质程度，从烟煤到无烟煤，吸附常数a值会增大。
试验过程中呈现两种状态，即吸附和解析，在不同压力、温度下，吸附-解析过程在达到平衡前交替进行。
温度一定时，压力增大，煤体处于吸附状态；压力降低，煤体从平衡状态向不平衡状态过度，释放气体，处于解析状态。
一般认为，吸附曲线与解析曲线是可逆等同的，但也有研究表明，煤的吸附曲线与解析曲线是不重合的，吸附气体从煤体向自由空间释放，气体需要有摆脱束缚的外部能量，因此解析曲线呈现出明显的滞后性。
(2)目前对煤的吸附研究，主要通过理论模型指导和试验研究相结合，但计算吸附量都存在一定程度的不完善之处。
赵继展等人提出直接考虑煤样空气干燥基来计算煤的瓦斯吸附含量，采用气体状态方程计算煤层游离瓦斯含量新计算公式，使结果计算准确。
吸附常数的准确性，在煤层气地质评价及综合利用中，直接影响煤层气评价与开发部署。
吸附试验中吸附气体的选择也多局限于一元、二元、三元等气体组份；研究表明，煤中主要的三种气体（二氧化碳、甲烷、氮气）的吸附能力从大
到小依次为：二氧化碳、甲烷、氮气；一元气体与混合气体所测定的吸附常数有显著的差异。
煤层气中主要成份包括甲烷、重烃、二氧化碳、一氧化碳、氮气等的多组分混合气体，从目前大量研究来看，针对不同地层条件下煤层气全组分气体所做的吸附试验研究太少，所得到的试验成果尚不足以模拟煤层气藏中气体吸附的实际状态。
(3)吸附试验中主要影响因素。
1)试验温度的影响。
煤的两种试验方法中，吸附温度设定为30℃。
煤的吸附发生在煤表面及孔隙，温度升高，煤的吸附量降低。
煤层在不同深度下，其储存温度都不相同；试验中温度应考虑煤层原始储存温度。
2)试验水分的影响。
水分是吸附试验中一个重要影响因素，它随着温度的变化性很大。
水分子有极性，容易被煤所吸附，充填煤中的孔隙，会优先占据甲烷的位置，因此水分的存在，会降低煤对甲烷的吸附量。
因此，从实验室试验角度出发，重点考虑水分对煤的吸附常数的影响，吸附试验条件尽量模拟煤的地下储存条件，使试验结果更具可靠性。
由于试验中储存温度、储存压力通常是可知的，所以吸附试验所面临的难题是储存条件下煤中固有水分的恢复。
两种吸附试验中，干燥煤样试验较多的针对试验理论结果的计算；饱和水煤样的试验主要考虑煤样原始储存状态。
在大部分试验样品中，采样过程及实验室制样过程中，不同程度破坏煤样的原始储存状态，特别是煤样的水分含量，这对煤样吸附常数获取产生很大的不确定性。
干燥煤样条件下，吸附量随温度的上升变化幅度较大，下降明显；平衡水分煤样条件下，吸附量随温度的升高变化趋势不明显。
煤的吸附试验，优先考虑煤的高压等温吸附试验方法，即饱和水煤样试验方法。
煤层气地质勘探中，通过更科学合理的方法采取煤芯煤样，能准确测定煤样的原始储存水分含量及相关储存参数。
3)试验压力的影响。
吸附试验中，吸附压力不低于8MPa，煤样吸附才能达到平衡状态。
煤层气形成是复杂、漫长的过程，煤的变质程度对试验中所需的平衡压力有影响，大小为：气煤>焦煤>贫煤>无烟煤；其含气量与储存地质情况有很大的关系，一般而言，储存环境封闭性好，煤层气不易渗透、转移，富含量相对就高。
而目前我国煤的存储状态中煤层气大部分呈现欠饱和状态，实验室试验中则是理想饱和吸附气状态，试验结果能否真实反映原始储存状态，还有待进一步的论证和研究。
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