煤层吸附气的全解吸过程及组分与碳同位素变化:基于热模拟实验结果

孙健^1,2，魏强^1,2，晏波¹，肖贤明³

1. 中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室2. 中国科学院大学3. 中国地质大学(北京)能源学院

摘 要：解吸法是测试煤层含气量、评价煤层气地球化学特征的常用方法,但由于存在一定数量的损失气,使得对煤层气的全解吸过程了解甚少,也难以评估损失气拟合计算的可靠性。利用自主研发的煤层气/页岩气生成与解吸实验装置,对一块煤岩样品（Ro=0. 84%）进行了模拟（模拟后样品Ro=1. 80%）,精确测定了在设定条件下的损失气、解吸气与残留气的数量、成分与甲烷碳同位素,对比研究了USBM直线法和多项式回归法对损失气拟合计算的制约条件与可靠性,探讨了煤层气解吸过程中成分与甲烷碳同位素分馏的机理。结果表明:损失时间是影响损失气量估算结果可靠性的关键,当损失时间较短（<0. 25 h）,USBM直线法与多项式法估算的均损失气量较接近真实值;相比之下,多项式法的结果更为可靠。样品气体解吸过程存在成分与甲烷碳同位素分馏,表现为:气体干燥系数(C₁/C_1-3)总体降低,甲烷碳同位素(δ¹³C₁)逐渐变重。样品广泛发育纳米孔隙结构,在气体解吸过程中存在的解吸-扩散-运移分馏是导致气体组分和甲烷碳同位素分馏的重要原因。

关键词：煤层气;模拟实验;损失气量;气体组分;甲烷碳同位素;