唐巨鹏 田虎楠,2) 潘一山

* (辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新 123000)

† (辽宁大学物理学院,沈阳 110036)

引 言

煤系页岩气俗称瓦斯,是陆相页岩气的重要组成部分之一,主要以吸附态和游离态形式存在.页岩气单井产能并非恒定不变,而是随着累计产量增加而不断递减[1],初期单井产量高递减快,以游离气为主;后期产量稳定,递减慢,以吸附气为主[2],随着煤系页岩瓦斯开采深度不断增加,这一现象愈发明显,而煤系页岩瓦斯吸附−解吸过程差异即吸附−解吸迟滞效应在这一现象中影响不可忽略,因此通过实验和理论从微细观角度探究煤系页岩瓦斯吸附−解吸迟滞规律就显得格外重要.

煤系页岩瓦斯吸附过程中随着孔隙瓦斯压力不断增加,瓦斯(甲烷)分子在煤系页岩基质和孔喉表面不断吸附直到平衡如图1(a)所示;裂隙游离态瓦斯采出引起的裂隙和基质压力差使得基质表面吸附态瓦斯解吸[3],直到解吸平衡此时仍有部分瓦斯由于孔喉、吸附质以及纳米孔隙变形等诸多因素影响而被阻塞或封闭在微孔隙和基质中如图1(b)所示,与吸附平衡状态相比,这些被阻塞和封闭瓦斯导致明显滞后现象[4].

图1 吸附−解吸迟滞效应示意图Fig.1 Schematic diagram of adsorption-desorption hysteresis

国内外学者对页岩瓦斯迟滞效应进行大量理论和实验研究.Ekundayo 等[5-6]研究发现高温高压条件下页岩甲烷吸附−解吸存在明显滞后现象且迟滞程度与黏土和有机质碳含量有关;Zapata 和Sakhaee-Pour[7]认为页岩气吸附−解吸迟滞效应与……