孙仁远 林 李 王 宁 张元法 胡爱梅 陈 东

(1.中国石油大学 (华东)石油工程学院,山东 266555;2.中石化华东分公司石油勘探开发研究院,江苏 210000;3.中联煤层气国家工程研究中心,北京 100095)

在煤层气吸附性能评价方面,国内主要采用进口设备进行评价,为满足研究工作的需要,自行设计了一套煤岩吸附性能评价装置,开展了不同气体在煤岩中的吸附性能评价,研究了煤质、压力、温度、颗粒粒径、含水量等因素对煤岩吸附特性的影响。

1 实验材料及装置

实验材料包括半烟煤、无烟煤、高纯度气体(氦气、氮气、二氧化碳、甲烷,99.99%)、蒸馏水等。

煤岩经破碎、粉碎、过筛、烘干制成实验用煤粉;煤粉经压制、砸实制成实验煤样。

煤层气吸附实验装置如图1所示,它主要由气瓶、恒温箱、标准室以及样品室组成。实验样品基本参数如表1所示。

图1 煤层气吸附实验装置

表1 实验基础参数

2 实验原理及步骤

2.1 吸附量计算

采用吸附-平衡-再吸附实现吸附过程。根据真实气体状态方程,第一次吸附平衡时的吸附气体体积为：

第n次平衡时的吸附气体体积为：

吸附量为：

式中：P,P(n)——第1(n)次平衡压力,MPa;

P1,P1(n)——标准室第1(n)次压力,MPa;

P2,P2(n)——样品室第1(n)次压力,MPa;

Psc——标准大气压力,MPa;

V1——标准室体积,cm3;

Vφ——样品室孔隙体积,cm3;

V,V(n)——第1(n)次吸附体积,cm3;

Z1,Z1(n)——对应压力P1,P1(n)的气体压缩系数;

Z2,Z2(n)——对应压力P2,P2(n)的气体压缩系数;

Z,Z(n)——对应压力P,P(n)的气体压缩系数;

Q(i)——吸附量,cm3/g;

M——煤样质量,g。

2.2 实验步骤

(1)连接实验装置,对系统抽真空;(2)向标准室中充入实验气体至初始压力点P1; (3)连通标准室与样品室进行吸附实验,待吸附达到平衡时,读取压力值P;(4)关闭标准室与样品室的连通阀,再次向标准室中充入一定量实验气体,重复步骤 (3),至最高吸附压力点,吸附实验结束。……