高温高压页岩吸附甲烷等温吸附模型探究

摘要

甲烷在地层条件下，超过了其本身的临界温度及压力，属于超临界流体，将不再存在饱和蒸汽压，不会被液化，吸附也不会出现毛细凝聚现象。针对页岩吸附甲烷的行为研究，主要基于吸附机理，通过对经典吸附模型的拓展进行。吸附模型一共四大类，根据超临界流体现有的研究表明，超临界流体在吸附剂表面不会形成多层吸附，也不会产生毛细凝聚现象，仅为单层吸附或微孔填充，其等温吸附曲线为Ⅰ型等温吸附曲线。因此仅分子动力学类和吸附势能类的吸附模型能够运用于超临界流体的吸附。
　　在运用模型对页岩吸附甲烷的实验数据进行描述时，发现其曲线不符合Ⅰ型等温吸附曲线的形态，呈倒吸附现象。根据理论推导和实验数据处理研究发现，根据Gibbs的定义，吸附分为绝对吸附量和过剩吸附量，而实验仅能测得过剩吸附量。但是绝对吸附量才是吸附的真实吸附量，对于生产具有重大的指导意义。现有的对于过剩吸附量修正为绝对吸附量的修正方法主要三种:曲线作图法、赋值法、待定参数拟合法。针对三种修正方法进行了对比研究，都无法准确研究吸附行为，针对这样的情况，建立了新的一种修正方法，结合作图法和待定参数法，使修正结果更加符合真实的吸附行为。
　　针对不同的经典吸附模型修正后应用于描述过剩吸附量的研究发现，各模型从机理上都无法准确的描述页岩的吸附行为。结合页岩吸附剂的特征，重新对半孔宽模型进行了推导。改变了其假设条件，加上了被忽略的临界半孔径以上孔的吸附量，使之更加符合页岩吸附的实际条件。利用新的模型对不同区块的实验样品吸附结果进行研究，新模型都能很好的拟合各个工区页岩的吸附行为，其对应的求出的吸附相密度也符合吸附的实际情况。

目录

声明

摘要

1．1 研究目的与意义

1．2 研究对象

1．2．1 甲烷气体

1．2．2 吸附现象

1．3 国内外研究现状

1．3．1 经典亚临界吸附机理及模型

1．3．2 超临界流体吸附机理及模型

1．3．3 高温高压页岩气吸附机理研究进展

1．4 主要研究内容及思路

第2章 高温高压页岩吸附甲烷测试与曲线形态

2．1 高温高压页岩吸附甲烷等温吸附测试

2．1．1 吸附量测试方法概述

2．1．2 实验设备

2．1．3 实验样品与处理

2．1．4 实验操作流程及实验

2．1．5 实验数据处理

2．2 高温高压页岩吸附甲烷等温吸附曲线形态

2．2．1 高温高压页岩吸附甲烷等温吸附曲线特征

2．2．2 过剩吸附量与绝对吸附量关系式推导

第3章 经典吸附模型适应性

3．1 吸附模型对比

3．1．1 分子动力学模型类

3．1．2 吸附势能模型类

3．2 超临界吸附模型修正

3．2．1 曲线作图法

3．2．2 赋值法

3．2．3 待定参数法

3．2．4 作图-待定参数法

3．3 超临界吸附模型优选

第4章 页岩吸附甲烷半孔宽-Toth模型的建立

4．2．1 半孔宽-Toth等温吸附模型建立

4．2．2 半孔宽-Toth等温吸附模型分析

4．3 半孔宽-Toth模型适应性分析

4．3．1 模型特征

4．3．2 模型合理性分析

第5章 半孔宽-Toth模型的应用

5．1 国内典型工区适应性

5．1．1 鄂尔多斯盆地富县区页岩

5．1．2 四川盆地龙马溪组页岩

5．2 国外部分工区适应性

5．2．1 北美页岩

5．2．2 Posidonia页岩

5．2．3 Scandinavian Alum页岩

5．2．4 Carboniferous页岩

结论

致谢

参考文献

附录