水对甲烷在煤狭缝中吸附影响的分子模拟研究

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1、第35卷第02期煤炭技术Vol.35No.022016年02月CoalTechnologyFeb.2016doi:10.13301/j.cnki.ct.2016.02.090水对甲烷在煤狭缝中吸附影响的分子模拟研究潘建琼1，张超2，田力3（1.中石化江汉油田分公司石油工程技术研究院，湖北潜江433123；2.中国石油天然气管道局，河北廊坊065000；3.华润燃气（郑州）市政设计研究院有限公司，郑州450000）摘要：对沁南东-夏店区块煤样的元素含量、官能团、微晶结构、孔径分布等性质进行了分析，基于分析结果构建了煤结构的

2、计算机模型。采用巨正则蒙特卡洛（GCMC）方法和分子动力学（MD）方法研究了含水量对甲烷在煤狭缝中的吸附量和吸附构型的影响规律。关键词：煤层甲烷；分子模拟；含水量；吸附量中图分类号：TD712文献标志码：A文章编号：1008－8725（2016）02－0232－03MolecularSimulationStudyofEffectofWateronAdsorptionofCH4inSlitPoreofCoalsPANJian-qiong1，ZHANGChao2，TIANLi3（1.ResearchInstituteofPe

3、troleumEngineeringandTechnologyinJianghanOilfieldCompanyofSinopec,Qianjiang433123,China;2.ChinaPetroleumPipelineBureau,Langfang065000,China;3.Huarungas(Zhengzhou)MunicipalDesignInstitute,Zhengzhou450000,China）Abstract:Haveanalyzedtheelement,functionalgroup,microc

4、rystallinestructureandporediameterdistributionofcoalsamplesofQinnan-Xiadiancoalfield,andconstructedtherelatedcomputermodels.GrandcanonicalensembleMonteCarlo(GCMC)andmoleculardynamic(MD)simulatemethodswerecarriedouttoinvestigatetheeffectsofwatercontentontheadsorpt

5、ioncapacityandtheadsorptionconfigurationsofCH4intheslit-poreofcoals.Keywords:coalbedmethane;molecularsimulation;watercontent;adsorptioncapacity0引言C骨架、-OH及-NH2。采用X射线衍射仪分析煤样由于吸附作用的存在，煤层气的开采效率较低。微晶结构，结果表明煤样平均晶面间距0.3497nm，煤层本身的含水量以及开采前期注水压裂过程中与石墨（002）面的晶面间距相近。采用比表面积及

6、带入大量的水都是影响煤层气吸附的重要因素，因孔径分析仪进行煤样孔径分析，煤样的最可几孔径此针对含水煤样开展煤层气吸附规律的研究更具求平均值得3.15nm。综合以上分析结果，采用实际意义。对于甲烷在湿煤样中的吸附目前也已经MaterialsStudio计算软件中的Visualizer模块，在石有了大量的文献报道，研究发现煤样含水对甲烷的墨（002）面上进行官能团（-OH、-NH2）和杂原子修吸附量有着显著的影响。关于水对甲烷吸附影响的饰（N、O、H原子），并进行结构优化，得到模型如图研究主要集中在低含水量的情况下，对于注水

7、压裂1所示。煤结构模型大小4.92nm×5.12nm×5.27nm，时水对甲烷吸附的影响还鲜有报道。另一方面，实原子层间距0.35nm，狭缝宽度3.15nm，狭缝孔壁验方法难以对水作用下甲烷吸附的微观机理进行选用3层原子，与煤样分析结果吻合。分析。本文采用分子模拟的方法，研究了沁南东-夏店区块注水过程中，煤层不同含水量对甲烷吸附量和吸附构型的影响规律，并从甲烷和煤层间相互作用能的角度进行了解释。1模型和方法1.1煤狭缝模型构建首先分析了所取煤样的化学成分、微晶结构、（a）石墨（002）表面（b）狭缝模型官能团种类以及孔径

8、分布范围。煤样元素分析按照图1表面修饰后的煤结构模型GB/T476-2008《煤中碳和氢的测定方法》进行，分析1.2计算方法发现煤样中碳、氢、氧和氮的平均含量为90.61%、计算采用Accelrys公司的MaterialsStudio计算4.03%、1.75%和1.52%，可判断该区块煤样属于高软件，吸附量计算采用巨