马合意，朱川曲，赵鹏涛

(湖南科技大学 资源环境与安全工程学院，湖南 湘潭 411201)

0 引言

吸附是煤储层天然气的主要储集机理。吸附模型通常与物质平衡计算相结合，以确定煤层气并预测天然气产量。通常情况下煤层气是由CH4，CO2，N2等组分的混合物组成[1-2]。煤层气生产的主要回收机制是，在达到相对较低的压力之前，由于吸附最强烈的组分被优先保留，采出的气体成分可能会发生变化。为预测采出煤层气的商业价值，需要对气体成分进行预测。因此，在某些情况下，需要精确的二元气体吸附模型来进行1次煤层气开采的经济建模[3]。二元或多组分吸附模型的另一个应用是预测CH4的回收率或CO2封存，前一个过程包括注入N2或CO2等气体，以提高CH4的回收率；后一个过程涉及注入CO2或烟道气，以减少温室气体排放[4-6]。

目前，许多多组分吸附模型已应用于二元和三元煤层气吸附。主要模型：扩展的Langmuir模型[7]、负荷比相关模型[8]、理想吸附溶液理论[9]、Flory-Huggins空位解模型[10]、基于微孔尺寸分布的扩展的Langmuir方程[11]、基于微孔尺寸分布和理想吸附溶液理论的模型[12]和二维状态方程(2D EOS)模型[13-14]。这些模型虽然都取得了一定的效果，但扩展的Langmuir模型预测精度较差，该模型在热力学上是不一致的[15]，而其他模型尚未被广泛应用于煤层气系统，因为这些模型均未根据现场数据进行过广泛测试[16-18]。

综上所述，各模型的预测精度差别与气体组分和实验条件有很大关系。本文基于Dubinbin-Astakhov和空位溶液理论，在严格的热力学推导下，建立预测煤层气二元(多元)吸附模型，该模型的特点是只使用纯气体吸附等温线就能对多组分气体吸附进行预测。……