[发明专利]一种基于煤元素分析的甲烷吸附能力影响机理研究方法

说明书

本发明提供一种基于煤元素分析的甲烷吸附能力影响机理研究方法，包括以下步骤：(1)采集研究区的煤样品，进行煤元素分析和甲烷等温吸附实验；(2)利用空气干燥基煤样的元素分析实验得到煤岩的碳、氢、氮、氧、硫元素含量；(3)利用空气干燥基煤样甲烷等温吸附实验数据计算兰氏体积数值；(4)建立兰氏体积与C含量、H/C原子比、O/C原子比、N/C原子比之间的相关性。本发明的有益之处在于：(1)设计思路清晰，操作步骤简洁，容易实现；(2)可以明确C、H、N、O四种常见煤元素对甲烷吸附性能的影响情况。

技术领域

本发明涉及煤层气微观储层评价技术领域，尤其涉及一种基于煤元素分析的甲烷吸附能力影响机理研究方法。

背景技术

国内外学者很早就开始了煤岩甲烷吸附性能的研究。一般认为，固体物质 (吸附质)对气体(吸附剂)的吸附作用可分为物理吸附和化学吸附两种方式。物理吸附是指吸附质分子与吸附剂之间以范德华力为作用力的吸附作用；化学吸附是指吸附质分子与吸附剂之间以表面化学键方式作用在一起。影响煤层气吸附能力的因素非常多且特别复杂，其中煤岩自身特征对煤层气的吸附能力是影响煤层气含量最主要的因素之一。煤体对甲烷的吸附特性主要受煤岩孔隙结构、煤岩显微组成、煤级、水分、灰分等内部因素的影响。另外，环境温度及压力等外部因素对煤层气的吸附情况也有较大影响。

众所周知，煤岩是由C、H、O、N等元素组成的极其复杂类聚合物分子构成的物质。这些元素含量决定了煤岩的孔内表面结构特征。对于煤岩主要元素与甲烷吸附能力的关系，国内外学者均有研究。姚艳斌和刘大猛(2007)对华北地区9个重点矿区42件煤样进行C、H元素与吸附能力相关性研究，发现煤中 C、H组分含量与吸附能力具有很好的相关性，煤岩对气体吸附能力随C元素含量的增加而相应的增强，随H含量的增加而减弱。Joubert等(1974)、蒋倩等 (2012)和Hao等(2013)对煤岩中含氧官能团分子对甲烷吸附能力的影响机理做了分析，发现O元素含量越高，甲烷吸附能力越低。Feng等(2014)对碳材料中含N官能团分子对甲烷吸附能力的影响做了研究。蒋倩等(2012)和 Liu等(2013)利用密度泛函理论对含N分子杂环化合物的甲烷吸附行为做了研究，他们认为N元素含量与甲烷吸附能力具有明显的正相关性。

虽然我国的煤层气勘探开发已经历了几十年的发展，但很多地质理论问题尚处于探索阶段，对煤层气在储层中吸附能力的控制因素等还不明确。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明为了克服煤层气在储层中吸附机理不明确的现状，本发明的目的在于提供一种基于煤元素分析的甲烷吸附能力影响机理研究方法，基于煤的元素分析及甲烷等温吸附实验等测试方法，充分利用相关测试数据，对煤层甲烷吸附性能影响机理进行研究，从而为煤层气储量预测及开发提供技术支持。

本发明涉及一种基于煤元素分析的甲烷吸附能力影响机理研究方法，包括以下步骤：

步骤一，煤的元素分析

(1)空气干燥基碳、氢元素的确定：取0.2g空气干燥煤样放入燃烧管内，连续不断地燃烧；所生成的水分和二氧化碳利用水分和二氧化碳吸收剂；其中碳、氢元素含量可利用水分和二氧化碳吸收剂的增量计算出来，见下列公式(1)、(2)：