气源岩吸附试验的机理及吸附特征新认识

来源期刊：煤炭学报2019年第11期

论文作者：刘操 张玉贵 贾天让 钟福平

文章页码：3441 - 3452

关键词：吸附常数;吸附相;实际吸附瓦斯量;吸附相密度;Gibbs表面过剩吸附量;

摘    要：吸附常数是煤矿瓦斯防治、煤层气抽采、页岩气开发等工程必备的基础指标。然而,大量吸附试验却得出了两类特征迥异的吸附等温线:Langmuir型和"峰值型",普遍采用Langmuir模型拟合这些非Langmuir型等温线,不但得出了错误的吸附常数,而且带来了极大的生产安全风险。鉴于此,本文经过吸附试验机理推导、等温吸附试验、等温线校正和误差分析,得出:①等温吸附试验只能测出由Gibbs吸附量组成的"峰值型"等温线,出现峰值拐点的本质原因是等温吸附原理中减掉了Gibbs舍弃量ρv~a,并非负吸附、超临界吸附等原因造成的。②Gibbs吸附等温线出现峰值拐点的临界压力是由Gibbs舍弃量ρv~a决定的,其中,煤体结构决定了吸附相体积v~a的大小,试验温压条件决定了游离相密度ρ的大小。③煤和页岩吸附属于物理吸附,其实际吸附量等温线在达到饱和吸附压力后必然形成Langmuir型等温线。截距法根据Gibbs等温线的下降特征反推吸附相密度所得出的实际吸附量等温线完全符合饱和吸附的物理特征,是合理可靠的;液相法采用液相密度代替吸附相密度,不仅缺乏理论依据而且误差较大;Langmuir模型法运用LM算法拟合吸附相密度,需要人为设定各未知参数的初始值和边界值,存在较大的人为误差。④不能将实验室测试出的吸附等温线直接应用于吸附常数计算、非常规气资源量预测等,原因是体积法常因试验压力较低引起未饱和吸附、忽视Gibbs舍弃量等误差,而重量法在高压条件下测得的"峰值型"吸附等温线必须校正后才能使用。