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页岩气超临界状态吸附模型及其地质意义_侯晓伟

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页岩 临界状态 吸附 模型 及其 地质 意义 侯晓伟
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书书书第 45卷 第 1期中国矿业大学学报Vol.45 No.12016年 1月          Journal of China University of Mining &Technology         Jan.2016收稿日期 :2015-06-25基金项目 :国家自然科学基金 (41272155);国家基础研究发展计划 (973)项目 (2012CB214702)通信作者 :侯晓伟 (1990-),男 ,山西省灵丘县人 ,博士研究生 ,从事煤与油气地质方面的研究 .E-mail:cumt-hxw@cumt.edu.cn  Tel:14752231975页岩气超临界状态吸附模型及其地质意义侯晓伟1,2,王猛1,2,刘宇1,2,刘娇男1,2,宋昱1,2(1.中国矿业大学 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏 徐州221008;2.中国矿业大学 资源与地球科学学院,江苏 徐州221116)摘要 :为了表征各类型页岩孔隙吸附机理 ,合理解释页岩气超临界吸附特征 ,建立了Dubinin-Astakhov和Langmuir-Freundlich(简称D-A和L-F)超临界吸附模型.采用等温吸附实验 、低温液氮吸附实验和压汞实验进行模型验证和页岩孔隙分布特征研究 ,进而依据D-A和L-F模型阐明页岩气超临界吸附特征及意义.结果表明 :D-A和L-F模型能够同时表征超临界下微孔充填式吸附和中 、大孔单层吸附机理 ,合理解释页岩气高压负吸附现象 ;基于吸附速率压力敏感性可将页岩吸附分为4个阶段 ,各阶段具有不同的地质意义 ;过剩吸附量与绝对吸附量差异随埋深增大愈为显著 ,绝对吸附量评价吸附气含量更符合实际 ;微孔吸附能力约为中 、大孔的2倍 ;灰分和水分对吸附起负作用 ,且对各类型孔隙的影响程度相当.关键词 :页岩气 ;超临界吸附 ;吸附阶段 ;吸附能力 ;吸附贡献中图分类号 :P 624文献标志码 :A文章编号 :1000-1964(2016)01-0111-08Supercritical adsorption model of shale gasand its geological significanceHOU Xiaowei 1,2,WANG Meng1,2,LIU Yu1,2,LIU Jiaonan1,2,SONG Yu1,2(1.Coalbed Methane Resources and Reservoir Formation Process Key Laboratory of Ministry of Education,China University of Mining &Technology,Xuzhou,Jiangsu 221008,China;2.School of Resource and Earth Science,China University of Mining &Technology,Xuzhou,Jiangsu 221116,China)Abstract:The Dubinin-Astakhov and Langmuir-Freundlich(D-A and L-F)supercritical adsorp-tion model was introduced to present the mechanisms of various types of pores and explain thesupercritical adsorption characteristics of shale gas.Byisothermal adsorption experiment,lowtemperature N2adsorption experiment and high-pressure mercuryintrusion experiment,themodel was verified and the pore distribution features were analyzed.And then the characteris-tics and significance of shale gas supercritical adsorption were clarified accordingto the D-A andL-F model.The results show that the D-A and L-F model can characterize the filingadsorptionfeatures of micropores and the monolayer adsorption features of mesopores and macropores un-der supercritical conditions,and can also reasonablyexplain the high pressure negative adsorp-tion phenomenon of shale gas.Based on the pressure sensitivityof adsorption rate,the adsorp-tion process can be divided into 4stages,of which each stage has different geological signifi-cances.The variance between excessive adsorption capacityand absolute adsorption capacitygrows more and more significant with the depth increases,while the latter is more feasible inthe evaluation of adsorption gas content.The adsorption capacityof micropores is about twice                 中国矿业大学学报第 45卷as large as that of the mesopores or macropores.Both ash and moisture have negative effects onadsorption,and exert equal influence on various types of pores.Keywords:shale gas;supercritical adsorption;adsorption stage;adsorption capacity;adsorp-tion contribution页岩气作为一种新型非常规天然气能源其勘探开发越来越受重视[1].页岩气的赋存形式包括游离态 、吸附态 、溶解态和固溶态 ,且以游离态和吸附态为主 ,其中吸附气含量占20~85%[2-3].等温吸附实验依据Langmuir吸附模型得到的是过剩吸附量 ,而非绝对吸附量[4-6].实验和实际地质条件下页岩气 (CH4)往往属于超临界流体 ,超临界流体吸附量随压力的升高会出现负吸附现象[7-8].随着研究的深入 ,Langmuir吸附模型对描述页岩气超临界吸附的局限性愈为突出.文献 [8]提出过剩吸附 ,认为等温吸附实验获得的过剩吸附量低于实际吸附量 ;文献 [9]研究认为L-F模型更适用于表征超临界吸附 ;文献 [10]对超临界吸附机理进行了探讨 ,并建立了相关模型 ;文献 [11]针对有机质和黏土吸附差异性建立了DA-Langmuir吸附模型 ,并对有机质和黏土矿物吸附性进行定量表征 ;文献[12]基于等温吸附实验对各吸附模型反应的吸附机理进行了对比和分析 ,此外还有很多学者进行了相关研究.前人研究过程中均从单方面进行研究 ,未综合考虑各类型孔隙超临界吸附机理差异以及吸附贡献差异性.页岩储层发育不同类型的孔隙 ,且微孔较为发育 ,本次研究基于各类型孔隙吸附机理差异 ,以及超临界页岩气吸附特征 ,进行页岩气超临界吸附模型建立 ,进而阐明页岩气超临界吸附机理 ,定量表征孔隙吸附能力和吸附贡献 ,对于认识页岩气超临界吸附机理以及储层吸附性评价具有重要意义.1 页岩气吸附作用1.1 页岩吸附势页岩储层致密且发育不同类型的孔隙.Vander Waals吸附势的大小决定气 /固介质之间吸附作用方式以及附着稳定性 ,孔隙曲率与孔径大小对吸附势起着决定作用 ,微孔孔径小 、曲率大而具有更大的吸附势[10,13].Everett和Powl研究发现 ,孔隙孔径较大时 ,吸附势出现两个极小值 ,指示孔壁间吸附势不发生重叠 ,越靠近孔壁其相对吸附势越大 ;随着孔径变小 ,孔壁吸附势发生重叠 ,只出现一个极小 ,且吸附势强度变大 (图1).吸附势的叠加使得其优先发生吸附[14],故页岩储层不同类型孔隙吸附能力为 :微孔 (<2nm)>中孔 (2~50nm)>大孔 (>50nm).图 1气 /固 vander Waals吸附势与孔径关系 (据文献 [14]修改 )Fig.1 Relationship between gas/solid Van derWaals adsorptive potential and pore diameter1.2 过剩吸附与绝对吸附等温吸附实验测得的吸附量是在吸附平衡后 ,根据pV=nRT方程计算气体物质的量的差值 ,该过程认为体积V不变.文献 [8]固体表面吸附层中的气体分子中按气相密度分布于吸附相空间的气体分子与气 /固分子间的作用力无关 ,故等温吸附实验得到的页岩吸附量对应于吸附相中超过气相密度的过剩量 ,而非页岩的真实吸附量即绝对吸附量 ,即n=∫(ρ(z)-ρg)dV, (1)式中 :ρg是气相密度 ,mol/L;ρ(z)是吸附相在固体表面法线方向上的密度分布 ,mol/L;n指过剩吸附量 ,mol.由于ρ(z)只能通过模拟估计而不能进行实验测试 ,引用文献 [8]中n的另一表达式 ,得n=ns-ρgVa=Va(ρa-ρg), (2)式中 :ns为绝对吸附量 ,mol;Va是吸附空间 ,L;ρa指吸附相密度 ,mol/L.由pVg=nZRT,R=8314·Pa·L/(mol·K),得到ρg=nVg=pRT=106 p8314T,其中Vg指游离相空间 ,L;p指测试压力 ,MPa.211第 1期侯晓伟等 :页岩气超临界状态吸附模型及其地质意义2 超临界状态页岩气吸附模型2.1 超临界状态下微孔吸附模型超临界条件下页岩气吸附具有特殊性 :微孔与中 、大孔吸附方式不同 ,微孔吸附时 ,甲烷分子首先聚集于容易接近的微孔入口处 ,甲烷在微孔中的吸附不 是 简 单 的 单 层 吸 附 ,而 是 以 填 充 方 式 进 行的[15](图2).图 2页岩不同类型孔隙吸附示意Fig.2 Methane adsorption patterns in shale reservoirs页岩气超临界状态微孔充填式吸附应采用Dubinin-Astakhov微孔充填吸附模型 (简称D-A模型 )[15],方程形式如下Vw=Vw,0·exp -RTlnpsp熿燀燄燅E熿燀燄燅q, (3)式中 :E为特征吸附能 ,J/mol;系数q反映了吸附剂表面势能分布的不均一性 ,此处取q=2[8];Vw指微孔绝对吸附量 ,m3/t;Vw,0指微孔最大吸附量 ,m3/t;T指实验温度 ,K;p指测试压力 ,MPa;ps指饱和蒸汽压 ,MPa,对于超临界气体没有意义 ,文献[15-16]采用虚拟饱和蒸汽压计算ps=pcTT( )c2, (4)ps=pcexpTbTc×lnpc1-TbTc× 1-Tc( )熿燀燄燅T, (5)式中 :pc指甲烷临界压力 ,4.6MPa;Tc指甲烷临界温度 ,190.6K;Tb指单位大气压下甲烷沸点 ,111.7K;其他符号意义同上.文献 [12]进行甲烷超临界吸附特征研究中对比了上述两种方法计算饱和蒸汽压ps的合理性 ,并认为将ps作为未知参数对于研究甲烷超临界吸附更为合理.2.2 超临界状态下中 、大孔吸附模型吸附温度在临界温度以上时 ,页岩储层中 、大孔则不发生多层吸附[17],实际地质和实验条件下 ,温度均远高于甲烷临界温度 (-82.6℃).Lang-muir吸附模型虽然是基于单层吸附理论进行该类型吸附描述 ,但该模型无法从吸附机理层面解释等温吸附高压段出现的负吸附现象 ,因此Langmuir吸附模型对于解释页岩气超临界吸附机理存在局限性.有关学者研究认为 ,Langmuir-Freundlich吸附模型 (简称L-F模型 )对超临界流体吸附特征的表征更为有效[9],故采用L-F吸附模型表征页岩储层中 、大孔的吸附Vzh,d=Vzh,d;sKbpm1+Kbpm, (6)式中 :Vzh,d指中 、大孔绝对吸附量 ,m3/t;Vzh,d;s指中 、大孔最大吸附量 ,m3/t;Kb为Langmuir常数 ,m3·[t·(MPa)m]-1;m为校正吸附位与吸附分子系数 ,无量纲 ;其他符号意义同上.2.3 页岩气超临界吸附模型基于上述分析 ,笔者综合考虑超临界状态下页岩气的吸附特征 ,同时针对不同类型孔隙吸附机理差异性 ,联立微孔充填式Dubinin-Astakhov吸附模型[15]和 中 、大 孔Langmuir-Freundlich吸 附 模型[9]建立页岩气超临界吸附模型 ,简称D-A和L-F吸附模型 ,方程形式如下Vt=(Vzh,d+Vw)1-ρgρ( )a=Vw,0·exp -RTlnpsp熿燀燄燅E熿燀燄燅q1-ρgρ( )a+Vzh,d;sKbpm1+Kbp( )m1-ρgρ( )a, (7)式中 :Vt指过剩吸附量 (即实验测得吸附量 ),m3/t;此处取ρa极限值375m3/t[18],即16.7mmol/g;其他符号意义同上.方程第1项表征超临界状态下页岩微孔充填吸附行为 ;第2项表征超临界状态下页岩中 、大孔单层吸附行为.为验证D-A和L-F吸附模型对页岩气超临界吸附表征的合理性 ,本次研究采集到沁水盆地新章ZK101钻井山西组页岩样品 ,编号QX-10(表1),进行等温吸附实验.等温吸附实验采用容量法 ,实验仪器型号为IS-100高压轻烃吸附仪.实验分为两个部分 :样品制备和实验操作.样品制备 :称取QX-10页岩样品160g,将样品粉碎至180~250μm.将制备好的样品放入洁净而干燥的盘子中 ,摊成均匀薄层 ,然后将其移入干燥箱中 ,控制干燥箱温度低于50℃,进行干燥 ,随后取出冷却称重 ,直至质量变化不超过0.1%.实验操作 :1)将制好的样品放入等温吸附仪样品缸内 (小于样品缸容积的2/3);2)气密性检验.向系统内充入氦气 ,压力高于最高测试压力2MPa,并保持压力在1h内变化不超过总压力的311                   中国矿业大学学报第 45卷1%;3)自由空间体积测定.调节系统温度至设定温度 (30℃),向系统冲入氦气 ,调节参考阀压力 ,然后采集数据 ,重复进行3次 ,进而计算自由空间体积 ;4)等温吸附实验.向系统充入甲烷气体 ,调节参考缸压力至吸附压力点的设定压力 ,本次实验设计7组压力点 ,每一压力点达到平衡的时间不小于12h,重复测试最终得到相关等温吸附数据 ,见表2.表 1ZK101钻井页岩样品信息Table 1 Shale sample properties样品信息 QX-10埋深 /m477.90层位 山西组 /P1sTOC/% 3.95Ro/% 1.48孔隙度 /% 1.56表 2QX-10页岩样品等温吸附实验数据Table 2 Shale sample isothermal adsorption experiment data空气干燥基 (303.15K)压力 /MPa 吸附量 /(m3·t-1)干燥无灰基 (303.15K)压力 /MPa 吸附量 /(m3·t-1)0 0 0 00.90  0.463  0.90  4.6822.33  0.726  2.33  7.3293.71  0.850  3.71  8.5905.14  0.942  5.14  9.5186.83  0.876  6.83  8.8508.45  1.005  8.45  10.15通过Matlab软件对实验测试数据进行页岩气超临界D-A和L-F吸附模型非线性拟合 ,得到各参数值如下 (表3).表 3D-A和 L-F模型参数拟合结果Table 3 D-A and L-F adsorption model parameters valuesVw,0/(m3·t-1)E/(J·mol-1)ps/MPaVzh,d;s/(m3·t-1)Kb/(m3·[t·(MPa)m]-1)m  R2空气干燥基 0.0328  233.804 7  4.415 2  0.098 5  0.305 0  0.636 2  0.998 3干燥无灰基 0.2765  242.055 5  4.417 0  1.002 5  0.302 1  0.633 1  0.998 4D-A和L-F吸附模型能够表征页岩气超临界吸附特征 ,以及微孔与中 、大孔之间吸附机理差异性.不仅能够揭示页岩气超临界吸附机理 ,还能够对页岩气超临界条件下负吸附现象进行合理解释 ,同时能够对不同类型孔隙的吸附性进行定量评价 ,克服了Langmuir吸附模型的局限性 ,且模型拟合精度高 ,相关系数R2达到0.998以上 ,更适合用于表征页岩气超临界吸附.4 地质意义4.1 吸附特征认识依据本次等温吸附实验测试结果 ,分析D-A和L-F吸附模型和Langmuir吸附模型等温吸附曲线 ,并进行对比 ,图3,4.等温吸附曲线特征 :Langmuir吸附模型在低压阶段 随 着 压 力 的 增 大 吸 附 量 增 幅 较 为 显 著(<5MPa),随后吸附量随压力的增加增幅减小(5~9MPa),当压力达到某一值时 (9MPa),吸附达到饱和1m3/t,10m3/t(空气干燥基 、干燥无灰基 ),而后随着压力的增加吸附量基本不发生变化 ,保持平稳 ;D-A和L-F吸附模型在低压阶段与Langmuir吸附模型表现为相似的吸附特征 ,当压力达到某一值时 (9MPa),其吸附量达到最大值1m3/t,10m3/t(空气干燥基 ;干燥无灰基 ),而后随着压力的增大吸附量呈减小趋势 ,出现 “负吸附 ”,这与超临界流体吸附规律相一致 ,可 见D-A和L-F吸附模型更适合用于表征页岩气超临界吸附.图 3等温吸附曲线对比 (空气干燥基 )Fig.3 Contrast between adsorptionisotherms(air-dried)图 4等温吸附曲线对比 (干燥无灰基 )Fig.4 Contrast between adsorption isotherms(dry-ash-free)4.2 吸附阶段性页岩储层各类型孔隙均有不同程度的发育 ,微孔具有更高的吸附势而优先于中 、大孔吸附.引入吸附速率对页岩储层的吸附特性进行分析 ,定义吸411第 1期侯晓伟等 :页岩气超临界状态吸附模型及其地质意义附速率v为单位增压过程中页岩气吸附量 (m3/t·MPa),即ν=dVt/dp.对D-A和L-F吸附模型进行求导 ,得到吸附速率与压力之间的关系如下ν=dVt/dp=-Vw,0·exp -RTlnpsp烄烆烌烎E熿燀燄燅q·qpRTlnpsp烄烆烌烎Eq-11-106 pRTρ( )a+106RTρ熿燀燄燅a+Vzh,d;sKbmp-m-1p-m+K( )b21-106 pRTρ( )a-106RTρaKbpm1+Kbp( )[ ]m.(8)式 (8)中各符号意义及单位同上.将模型各参数值带入上式 ,得到吸附速率随压力的递变规律(图5):随着压力的增大页岩吸附速率整体呈下降趋势 ,压力在临界压力附近 ,吸附速率呈动态波动性特征.图 5吸附速率随压力的变化规律Fig.5 Relationship between adsorptionrate and fluid pressure根据吸附速率随压力的递变规律 ,进一步将页岩吸附过程分为4个阶段 :阶段一 ,初始低压阶段 ,吸附作用开始发生 ,页岩总吸附势最大 ,微孔具有相对较高的吸附势而优先吸附 ,页岩处于吸附 “饥饿期 ”,吸附作用最强 ,随着吸附作用的进行吸附势减小 ,吸附速率压力敏感性强 ;阶段二 ,临界压力附近 ,甲烷向超临界流体过渡 ,流体性质的变化导致吸附作用改变.此时微孔基本达到吸附饱和 ,吸附势相对较低的中 、大孔和小孔喉连通性差的孔隙 ,需要在相对较高的压力下发生吸附作用 ,出现吸附“瓶颈 ”现象 (吸附速率为负值 ),突破吸附 “瓶颈 ”阻碍相当于聚集能量瞬时释放过程 ,吸附作用呈现低幅的急剧升降 ,吸附速率压力敏感性呈动态波动性特征 ;阶段三 ,随着压力的增大 ,足以克服小孔喉连通差的吸附 “瓶颈 ”,页岩总吸附势越来越低 ,最终达到饱和吸附 ,吸附速率压力敏感性较弱 ;阶段四 ,高压阶段 ,超临界甲烷随着压力的升高发生异常吸附 (负吸附 )现象 ,此时吸附速率为负值 ,吸附量逐渐降低 ,吸附速率压力敏感性弱.表 4各阶段吸附速率应力敏感性Table 4 Adsorption stages fluidpressure sensitivity characteristic吸附阶段 吸附速率 —压力相互关系 敏感程度阶段一y=0.2218x-0.833;R2=0.989敏感性强 ;负相关阶段二 — 动态波动敏感性阶段三y=0.0008x2-0.0203x+0.1159;R2=0.9998敏感性较弱 ;负相关阶段四y=0.0001x2-0.0058x+0.04194;R2=0.9983敏感性弱 ;负相关4.3 页岩吸附性评价再认识1)过剩吸附量与绝对吸附量页岩储层绝对吸附量较过剩吸附量高 ,且压力越大越为显著 ,测试页岩样品空气干燥基和干燥无灰基过剩吸附量与绝对吸附量间的关系见图6.图 6过剩吸附与绝对吸附差异Fig.6 D-value between relative and absolute adsorptive capacity空气干燥基和干燥无灰基 ,绝对吸附量与过剩吸附量之间的差异均随着压力的增大越来越显著.页岩气含气性评价过程中吸附气量采用等温吸附实验测得的过剩吸附量进行推算 ,而页岩实际吸附量要大于过剩吸附量 ,且随着埋深的增加之间的差异性越为显著 ,若总含气量一定 ,则在一定程度上低估了吸附气量而高估了游离气量 ,导致深部页岩气含气性评价可靠程度降低.本次建立的D-A和L-F吸附模型能够有效得到页岩储层的绝对吸附量 ,对深部页岩储层含气性预测评价具有重要意义.2)孔隙吸附贡献分析及其影响因素对比各模型参数发现页岩总饱和吸附量和各511                   中国矿业大学学报第 45卷类型孔隙饱和吸附量 ,干燥无灰基均大于空气干燥基 ,其余参数基本相当.引入孔隙吸附系数与孔隙吸附贡献率进行孔隙吸附性评价.孔隙吸附系数等于各类型孔隙饱和吸附量与其有效孔隙所占总孔隙体积百分数的比值 (单位 :m3/t),即βi=Vi/αi.(9)孔隙吸附贡献率等于各类型孔隙饱和吸附量与总吸附量的比值 (%),即ζi=Vi/V=Vi/∑Vi,∑ζi=100%.(10)为分析各类型孔隙吸附贡献 ,本次研究对上述样品进行低温液氮吸附实验和压汞实验孔隙测试 ,进而获取孔隙体积并表征孔隙结构.低温液氮吸附实验仪器采用美国康塔公司生产的Autosorb 1全自动比表面和孔径分布分析仪.实验原理 :根据固体表面吸附规律 ,在恒定温度下 ,达到平衡状态时 ,一定的气体压力 ,对应于固体表面一定的气体吸附量 ,改变压力可以改变吸附量 ,进而采用BET模型和DFT模型得到孔隙比表面积和孔径分布等参数.样品制备 :称取测试样品10g,将其粉碎至270~380μm之间进行实验.压汞实验仪器采用美国麦克公司生产的Au-topore 9500压汞仪.实验原理 :在颗粒之间的液态汞被压入孔中 ,被汞侵入的孔径是所用压力的函数 ,根据这一原理进而分析得到测试样品的孔体积 、孔径分布 、比表面 、孔结构等参数.样品制备 :称取测试样品10g,将其破碎至5mm左右进行实验.图 7页岩孔径分布Fig.7 Pore volume distribution with pore size低温液氮吸附实验能够基于DFT模型进行页岩样品孔隙分布表征 ,结果显示该页岩样品具有双峰特征 ,表明孔径在0.5~2nm和2~5nm两个范围的孔隙较为发育 (图7a).相关学者认为 ,低温液氮吸附实验适用于表征孔径小于30nm的页岩孔隙 ,压汞实验适用于表征孔径大于30nm的页岩孔隙[19].为了更准确地分析样品孔隙特征 ,获取各类型孔隙所占的比例 ,笔者联合低温液氮吸附实验和压汞实验进行各类孔隙比例计算 ,其中低温液氮实验表征孔径<30nm的孔隙 ,压汞实验表征孔径>30nm的孔隙 (图7b).两种实验方法测试过程中均能得到样品阶段孔容和累计孔容 ,而阶段孔容为对应孔径的孔隙体积 ,累计孔容为对应孔径范围的孔隙体积和.分别选取低温液氮吸附实验孔径小于2nm的累计孔容 ,即微孔孔容 ,低温液氮吸附实验孔径介于2~30nm的累计孔容和低温液氮吸附实验孔径介于30~50nm的累计孔容 ,即中孔孔容 ,压汞实验孔径>50nm的累计孔容 ,即大孔孔容 ,各类型孔隙所占的比例则为对应的累计孔容与总孔容的百分比.实验分析及计算得到QX-10页岩样品总孔隙度为1.56%,其中微孔占总孔隙体积的18.95%,中孔占总孔隙体积的65.2%,大孔占总孔隙体积的15.85%.甲烷分子直径为0.38nm,当孔隙直径小于某一值后 ,则不能吸附甲烷 ,为无效孔隙 ,取有效孔隙直径≥0.5nm,且认为各孔径微孔体积相当.剔除无效孔隙 ,则总有效孔隙度1.49%,微孔有效孔隙度0.22%,所占比例14.88%;中孔有效孔隙度1.02%,所占比例68.27%;大 孔 有 效 孔 隙 度0.25%,所 占 比 例16.60%.QX-10页岩样品空气干燥基和干燥无灰基孔隙吸附系数与吸附贡献率见表5.表 5各类型孔隙吸附系数和孔隙贡献率Table 5 Pores adsorption coefficient and contribution样品类型微孔吸附系数 /(m3·t-1)贡献率 /%中孔吸附系数 /(m3·t-1)贡献率 /%大孔吸附系数 /(m3·t-1)贡献率 /%空气干燥基 0.2225  0.12  60  0.12  15干燥无灰基 1.8622  1.18  63  1.18  15611第 1期侯晓伟等 :页岩气超临界状态吸附模型及其地质意义根据定义 ,吸附系数的大小能够有效反映吸附能力的强弱.对比干燥无灰基和空气干燥基各吸附系数可以发现 ,干燥无灰基各吸附系数均大于空气干燥基 ,即灰分和水分含量越高相应的孔隙吸附系数越低 ,说明灰分和水分含量对页岩气吸附起负作用 ,灰分和水分含量越高 ,页岩吸附能力越低 ;同一类型样品孔隙吸附系数表现为微孔>中孔≈大孔 ,表明微孔吸附能力大于中孔和大孔 ,约为中 、大孔吸附能力的2倍 ,中孔和大孔吸附能力相当.孔隙吸附贡献率反映了不同类型孔隙吸附页岩气量的大小 ,空气干燥基和干燥无灰基各孔隙吸附贡献率基本相等 ,说明灰分和水分对不同类型孔隙吸附能力的影响程度基本相当.同一类型样品孔隙吸附贡献率表现为中孔>微孔>大孔 ,QX-10页岩样品中孔最为发育 ,达68.27%,故其总吸附量最大 ,微孔和大孔孔隙体积相当 ,但微孔吸附贡献率明显大于大孔 (22~25%>15%).5 结论1)D-A和L-F超临界吸附模型能够合理解释页岩气超临界吸附机理 ,表征孔隙吸附能力与差异 ,模型形式如下 :Vt=(Vzh,d+Vw)1-ρgρ( )a=Vw,0·exp -RTlnpsp熿燀燄燅E熿燀燄燅q1-ρgρ( )a+Vzh,d;sKbpm1+Kbp( )m1-ρgρ( )a.2)页岩气吸附具有阶段性 :阶段一 ,吸附初始阶段 ,吸附速率敏感性强 ;阶段二 ,超临界过渡阶段 ,出现吸附 “瓶颈 ”,吸附速率敏感性呈波动性特征 ;阶段三 ,饱和吸附阶段 ,吸附势逐渐降低 ,达到饱和吸附 ,吸附速率敏感性较弱 ;阶段四 ,负吸附阶段 ,出现吸附负异常 ,吸附速率压力敏感性弱.3)绝对吸附量与过剩吸附量差异随埋深的增加愈为显著 ,绝对吸附量表征页岩储层吸附性更为准确 ,D-A和L-F模型能够得到页岩绝对吸附量 ,提高储层含气性评价可靠程度.4)微孔吸附势较大而优先发生吸附 ,不同孔隙吸附能力的关系为微孔>中孔≈大孔 ,微孔吸附能力约为中 、大孔的2倍.5)灰分和水分含量对页岩气吸附起负作用 ,对各类型孔隙吸附能力的影响程度相当.参考文献 :[1]谢国梁 ,刘水根 ,沈玉林 ,等 .赣东北荷塘组页岩气成藏条件及有利区评价 [J].中国矿业大学学报 ,2015,44(4):738-749.XIE Guoliang,LIU Shuigen,SHEN Yulin,et al.Res-ervoir-forming conditions and evaluation of favorableareas of shale gas in Hetang formation,northeasternJiangxi area[J].Journal of China University of Min-ing &Technology,2015,44(4):738-749.[2]陈方文 ,卢双舫 ,丁雪 .泥页岩吸附气能力评价模型 :以黔南坳陷牛蹄塘组吸附气含量为例 [J].中国矿业大学学报 ,2015,44(3):508-515.CHENG Fangwen,LU Shuangfang,DING Xue.Eval-uation model of gas adsorption capacity of shale:acase of adsorbed gas content from Niutitang forma-tion in Qiannan depression[J].Journal of China Uni-versity of Mining &Technology,2015,44(3):508-515.[3]CURTIS J B.Fractured shale-gas system[J].AAPGBuletin,2002,86(11):1921-1938.[4]张寒 ,朱炎铭 ,夏筱红 ,等 .页岩中有机质与黏土矿物对甲烷 吸 附 能 力 的 探 讨 [J].煤 炭 学 报 ,2013,38(5):812-816.ZHANG Han,ZHU Yanming,XIA Xiaohong,et 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