煤层气井排采讲稿

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1、1、吸附的概念：吸附（adsorption）是指在固相-气相、固相-液相、固相-固相、液相-气相、液相-液相等体系中，某个相的物质密度或溶于该相中的溶质密度在界面上发生改变（与本体相）的现象。几乎所有的吸附现象都是界面浓度高于本体相（正吸附）；也有些电解质水溶液，液相表面的电解质浓度低于本体相（负吸附）。被吸附的物质称为吸附质，具有吸附作用的物质称为吸附剂。吸附量与气相压力或液相溶质浓度和温度有关，是吸附剂的基本性质。在温度一定时，吸附量与压力（气相）或者浓度（液相）的关系称为吸附等温线（adsorpti

2、onisotherm）。在压力一定时，吸附剂量与温度的关系称为等压线（adsorptionisobar）。吸附量一定时，压力与温度的关系称为吸附等量线（adsorptionisostere）2、煤层气赋存状态通常情况下，90%以上的气体以吸附气的形式保存在煤的内表面，游离状态、吸附状态和溶解状态处在一个动态平衡过程中，其中吸状态可占70%-95%，游离状态约占5%-20%，溶解状态极小，因此煤层气主要以吸附状态赋存在煤基质表面，煤基质表面分子与甲烷分子间的作用力属于范德华力，主要为物理吸附。煤层气在煤储层

3、中的吸附方式为物理吸附。煤层气之所以能吸附于煤基质的微孔隙和显微裂隙中，是因为煤表面上的力场是不饱和的。这种不饱和力场的存在，使甲烷气体与煤分子之间存在德拜诱导力和伦敦色散力，由此形成吸附势阱。当甲烷气体碰撞到煤体表面，分子运动的动能小于吸附势阱时，气体分子则会被煤分子捕获，从而与煤分子结合在一起，并放出吸附热。由于不同变质程度煤体核心的芳香环数、孔径、力场饱和度等的不同，导致吸附势阱、捕获气体分子能力吸附距离的差异，随着气体分子不断被吸附，煤表面力场不饱和度减小，煤分子与气体分子之间的相互作用力减小，气

4、体分子碰撞的位置离煤体核心的距离变远，被煤分子捕获的可能性减小，直到吸附势阱与气体运动的动能相等时，达到吸附平衡。这样从煤核心到外围的宏观裂隙系统由内到外依次形成稳定吸附层、平衡吸附层和自由气体层。吸附位能理论认为，含瓦斯煤体实际上是一种具有气相、吸附相和固相存在的三相介质结构，即近煤表面为吸附相，吸附相外层为游离气相，吸附相内层为煤体本身所组成的固相;煤层气在煤孔几隙系统的吸附层结构示意图如图1所示。图1单个煤体“球形”吸附层结构示意图3、等温吸附线类型气体在固体表面的吸附状态多种多样。Brunauer

5、、Deming、Deming和Teller将各种固体—气体的几万根吸附等温线整理成为5大类，后来Sing又增加了一种阶梯型类型，现在一共分为6大类。Ⅰ型：Langmuir等温线A由于单分子层的吸附作用力很大，表面吸附位的反应性高，属于电子转移型吸附相互作用，这时的吸附大多不可逆，被视为化学吸附；B活性炭和沸石常呈这种类型，固体具有超微孔和极微孔，外表面极比孔内表面积小很多。在低压区，吸附曲线就迅速上升，发生微孔内吸附，在平坦区发生外表面吸附，微孔吸附势很大。Ⅱ型:S型等温线非多孔性固体表面或大孔固体上自由

6、的单一多层可逆吸附过程。在低P/P0处有拐点，是等温线的第一个陡峭部,等温线向上凸，相当于单分子层吸附的完成。随着相对压力的增加，开始形成第二层，在饱和蒸气压时，吸附层数无限大。Ⅲ型：在整个压力范围内凸向下，曲线没有拐点在憎液性表面发生多分子层，或固体和吸附质的吸附相互作用小于吸附质之间的相互作用时，呈现这种类型。例如水蒸气在石墨表面上吸附或在进行过憎水处理的非多孔性金属氧化物上的吸附。在低压区的吸附量少，表明吸附剂和吸附质之间的作用力相当弱。相对压力越高，吸附量越多，表现出有孔充填。Ⅳ型：低P/P0区曲

7、线凸向上，与Ⅱ型等温线类似。在较高P/P0区，吸附质发生毛细管凝聚，等温线迅速上升。当所有孔均发生凝聚后，吸附只在远小于内表面积的外表面上发生，曲线平坦。由于发生毛细管凝聚，在这个区内可观察到滞后现象，即在脱附时得到的等温线与吸附时得到的等温线不重合，脱附等温线在吸附等温线的上方，产生吸附滞后。氮气、有机蒸汽和水蒸气在硅胶上吸附属这一类。Ⅴ型:等温线的特征是向相对压力轴凸起。与III型等温线不同，在更高相对压力下存在一个拐点。V型等温线来源于微孔和介孔固体上的弱气－固相互作用，微孔材料的水蒸汽吸附常见此类

8、线型.如水蒸气在活性炭或憎水处理过的硅胶上的吸附。VI型等温线以其吸附过程的台阶状特性而著称。这些台阶来源于均匀非孔表面的依次多层吸附。液氮温度下的氮气吸附不能获得这种等温线的完整形式，而液氩下的氩吸附则可以实现。4、单分子层吸附Langmuir方程四个假设条件1固体表面存在未饱和力场，具有吸附气体的能力2不考虑气体分子之间的相互作用3吸附是单分子层吸附，吸满一层气体分子后不再吸附4固体表面均匀，吸附热不变。方程的原始推导：假