什么是吸附態(tài)甲烷?

吸附是甲烷在煤層中的最主要賦存方式,約占80%~90%。吸附煤層中的甲烷即是吸附態(tài)甲烷。

吸附態(tài)甲烷有哪些特征?

在不同的濕度、溫度和壓力條件下,甲烷煤樣上的吸附量是不同的。由于甲烷在碳基吸附劑上的吸附過(guò)程可逆,反應放熱,當系統達到平衡狀態(tài)時(shí),甲烷的吸附速率等于解吸速率。

隨著(zhù)壓力增大,甲烷分子不斷附著(zhù)在吸附劑表面上,吸附位點(diǎn)逐漸趨于飽和,這將導致吸附劑表面能不斷降低,表現為壓力增大引起的吸附能力增幅減弱;另一方面,甲烷壓縮性隨著(zhù)壓力增大不斷提高,體相容量不斷增大,當壓力超過(guò)極大值后,相比附著(zhù)在吸附劑上,此時(shí)甲烷分子更容易壓縮在體相中。另外,壓力極值點(diǎn)的數值大小還取決于體相和吸附相中甲烷容量的相對大小,甲烷在兩相中的容量均隨溫度增加而降低,這造成了不同溫度條件下,壓力極值點(diǎn)略有不同。

為什么要研究吸附態(tài)甲烷?

我國煤層氣資源豐富,深部煤層氣資源量大,開(kāi)發(fā)前景廣闊。但我國近30年來(lái)對煤層氣的勘探開(kāi)發(fā)和相關(guān)研究主要針對1000m以淺煤層,較少涉足1000m以深煤層。與淺煤層相比,深煤層具有高溫、高壓、高地應力、滲透性差、強度低的特征,且其中的甲烷通常處于超臨界狀態(tài),造成了深部煤層氣體賦存狀態(tài)和產(chǎn)出機理認識不清,制約了我國煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

開(kāi)發(fā)煤層氣既能消除煤炭開(kāi)采過(guò)程中的安全隱患,又能減少其直接排放到大氣中造成的環(huán)境污染,還能緩解常規化石燃料的供應問(wèn)題。隨開(kāi)發(fā)進(jìn)行,吸附態(tài)甲烷不斷解吸,并將導致煤巖基質(zhì)收縮,表現為裂隙的張開(kāi)和滲透率的改善。因此,了解甲烷在煤巖上的吸附特征有助于準確估算煤層氣地質(zhì)儲量,并揭示其產(chǎn)出機理。

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)如何研究吸附態(tài)甲烷?

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)是一種先進(jìn)的無(wú)損檢測技術(shù)。低場(chǎng)核磁共振技術(shù)的基本工作原理是先獲得被測物體的核磁共振信號,根據不同組分的弛豫時(shí)間差異,得到核磁共振成像圖或T2弛豫分布圖譜,低場(chǎng)核磁共振技術(shù)既可檢測多孔介質(zhì)的結構特性,也可檢測多孔介質(zhì)的某些物理特性和流動(dòng)參數及流體和多孔介質(zhì)骨架間相互作用,研究流體在其中流動(dòng)狀況及分布規律.低場(chǎng)核磁共振T2弛豫分布技術(shù),可以根據測量到的馳豫時(shí)間來(lái)分析吸附在煤體中的氣體.因此應用低場(chǎng)核磁共振成像或T2弛豫分布技術(shù)研究煤儲層中煤層氣賦存運移規律有望直觀(guān)揭示煤層氣在煤層中的賦存流動(dòng)狀態(tài)、運移產(chǎn)出過(guò)程中的各方面影響因素,從而搞清楚煤體內部煤層氣運移流動(dòng)狀態(tài)和賦存狀態(tài).

賦存在煤體中的甲烷氣體(包括吸附態(tài)甲烷和游離態(tài)甲烷)其馳豫時(shí)間要比純游離態(tài)的甲烷氣體的短,且信號強度也要小很多,低場(chǎng)核磁共振成像圖或T2弛豫分布圖譜可以很好的反映吸附態(tài)甲烷和游離態(tài)甲烷。