煤田地质与勘探

作者：孙致学, 闵成, 张婉露, 蒋永平, 于雪峰, 崔彬,

关键词：CO₂/N₂竞争吸附, 分子模拟, 煤层气, 孔隙率, 渗透率, 延川南区块,

二元气驱技术(CO2/N2-ECBM)已成为煤层气增产的重要手段，明确CO2/N2在煤层中的竞争吸附规律以及对煤层物性的影响具有重大意义。利用分子模拟软件Materials Studio建立延川南煤层气实际区块温度、压力条件下的煤分子模型。基于巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法研究CO2/N2交替驱替煤层气技术中各注入阶段对CH4吸附的影响，明确CO2、N2对煤层孔渗物性的影响规律。结果表明：在CO2注入阶段，煤层中甲烷迅速解吸；煤中气体吸附总量上升，煤基质膨胀效应增强，导致煤的孔隙体积降低。而转N2注入后，由于N2分压作用使得CH4、CO2吸附量呈现出不同程度的降低；当ωN2/ωCO2≤0.6时煤分子中气体总吸附量迅速降低，而当N2饱和吸附后气体总吸附量保持稳定。煤层孔渗物性随着气体吸附总量呈现出迅速增大后趋于平缓的趋势。此外，ωN2/ωCO2>0.6后N2吸附率迅速降低，这会使得产出气中CH4纯度较低，导致后期提纯成本大大增加。因此，当ωN2/ωCO2=0.6左右时，CH4解吸量为最大值，煤孔隙率较高，最有利于煤层气的开发。

来源：2022年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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