甲烷在煤的微孔隙喉道通过性及其对解吸的影响机理
周动1
刘志祥2
冯增朝3
沈永星3
1.太原理工大学安全与应急管理工程学院,山西太原030024;太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原0300242.中国兵器工业规划研究院,北京,1000533.太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原,030024
摘要：煤是天然的多孔介质,其内部含有大量破碎煤块与多种类型的微孔隙结构,甲烷在煤的微孔隙喉道通过性是影响甲烷解吸效率的重要原因之一.基于单孔喉模型,分别对孔喉直径、孔喉几何形态与甲烷分子在孔喉附近的Leonard-Jones势的关系进行了分析;基于两能态模型,得到了孔喉势阱/势垒的几何临界尺寸及变化规律,研究发现,当R/r0(孔喉半径/甲烷分子直径)＜0.89时,孔喉平面位置对甲烷分子存在势垒,孔喉平面两侧存在势阱;当R/r0 ＞0.89时,孔喉平面仅存在势阱,势阱深度随着孔喉增大逐渐降低.基于玻尔兹曼能量分布定律与麦克斯韦分子速率分布原理,推导出了温度、压力、孔喉直径对微孔隙吸附/解吸甲烷过程中的孔喉通过性影响的定量关系,分析表明温度、压力差、孔喉直径是影响甲烷通过孔喉的主要因素.温度越高,压力差越大,孔喉直径越大,孔隙甲烷的通过性越好,反之则通过性越差.基于上述理论分析,建立了煤的非均匀孔喉结构模型,通过数值模拟方法进行了含孔喉微孔隙吸附/解吸甲烷规律研究.研究证明,煤中孔喉势阱对甲烷分子运移的阻滞作用,是引起煤层甲烷吸附/解吸速率下降与甲烷解吸滞后现象,导致煤层气开采期限内解吸率低下的重要原因之一;微孔隙孔喉越小,其影响越明显.研究结果对于煤层气开采效率评价及煤层原位致裂增透改性强化煤层气开采提供借鉴.
关键词：孔喉微孔隙解吸阻滞势阱/势垒
分类号：P618.11(矿床学)
资助基金：国家自然科学基金(51604186)基础研究项目(201801D221366)
论文发表日期：2019-01-01
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：6( 2797-2802 )
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