頁巖氣吸附機理研究

1、頁巖氣等溫吸附方程與含氣性分析頁巖氣等溫吸附方程與含氣性分析提提 綱綱一、吸附解吸理論一、吸附解吸理論二、等溫吸附方程極其推導二、等溫吸附方程極其推導三、頁巖氣吸附氣含量測試三、頁巖氣吸附氣含量測試四、頁巖含氣性及資源潛力評價四、頁巖含氣性及資源潛力評價五、結論與建議五、結論與建議一、吸附解吸理論固體對氣體的吸附主要由范德華力與剩余化學鍵力產(chǎn)生范德華力物理吸附 發(fā)生于任何固體表面，不需活化能，很快達到飽和 無選擇性，可吸附不同類型的氣體，但吸附量差異較大 既可在固體表面發(fā)生單層吸附，也可發(fā)生多層吸附化學鍵力化學吸附 吸附與解吸速度較低，不易達到吸附平衡。需要一定的溫度產(chǎn)生活化能 具明顯選擇性，

2、針對某種特定氣體吸附 只可發(fā)生單層吸附物理吸附與化學吸附特點對比參 數(shù)物理吸附化學吸附吸附力范德華力化學鍵力吸附熱較小，近于液化熱較大，近于化學反應熱選擇性無選擇性有選擇性吸附穩(wěn)定性不穩(wěn)定，易解吸比較穩(wěn)定。不易解吸分子層單分子層或多分子層單分子層吸附速度較快，受溫度影響小，一般不需要活化能較慢，溫度升高則速度加快，一般需要活化能等溫吸附模型研究表明等溫條件下吸附量與壓力之間的關系曲線（即吸附等溫線）具有六種類型煤對煤層氣的吸附，頁巖中的有機質(zhì)和粘土礦物對于天然氣的吸附屬于單分子層物理吸附不同類型的吸附等溫線 Langmuir單分子層物理吸附理論要點當氣體分子在固體表面上覆蓋滿一層后。導致吸附的

3、固體表面原子力場不飽和性消失，因此吸附只針對單分子層吸附熱為常數(shù)，不隨覆蓋度變化吸附質(zhì)分子間無作用力吸附達平衡時，吸附與解吸依舊同時進行，且速度相同bpbp11以下3種形式的Langmuir吸附等溫式，很好的表征了該理論的要點 b為吸附系數(shù) ，與吸附劑特性有關代表了固體吸附氣體的能力Vm為每克吸附劑的表面覆蓋滿單分子層時的吸附量，即最大吸附量V是每克吸附劑在氣體壓力為p時吸附氣體的吸附量 bpbpVVm1bpbpVVm1 設：k1及k-1吸附與解吸速率常數(shù)；A氣體；M固體表面；AM吸附狀態(tài) k1 A(g)十M(表面) = AM k-1 設：固體表面被覆蓋的分數(shù)，稱覆蓋率，即 =已被吸附質(zhì)覆蓋的

4、固體表面積/固體總的表面積，則 （1-）固體表面上空白面積的分數(shù) 以N固體表面有吸附能力總晶格位置數(shù)，簡稱吸附位置數(shù)。吸附速率與A的壓力p及固體表面空位數(shù)(1-)N正比，所以 吸附速率k1p(1)N 解吸的速率與表面被覆蓋吸附位置數(shù)，或N成正比 解吸速率k-1N 達吸附平衡時， k1p(1)Nk-1N 可得蘭式=bp/(1+bp) 式中，bk1k-1，稱吸附系數(shù)，與吸附劑、質(zhì)本性及溫度有關。b愈大，吸附能力愈強，b有壓力倒數(shù)的量綱等溫吸附式探討三種不同壓力條件在壓力足夠低或吸附較弱時，bp1，則V=Vm。這時V與p無關，吸附達到單分子層飽和。如圖中的壓力較高部分當壓力適中時，V與p是曲線關系，

5、如圖中的彎曲部分從此可知，Langmuir 吸附等溫式適用于第種吸附等溫線類型 煤的等溫吸附實驗推導等溫吸附式ZRTPVn n氣體的數(shù)量； P氣體的靜態(tài)壓力； V氣體的體積； T氣體的絕對溫度；R氣體常數(shù)； Z氣體的壓縮因子。mmVpbVVp1理想氣體定律為 根據(jù) 用p/V對p作圖是一條直線，從其截距和斜率求得Vm和b值Vm就是某一煤樣對于該種氣體的最大吸附量（或稱a值），相當于Langmuir體積VLb值即相當于Langmuir壓力PL的倒數(shù)，從而即獲得了Langmuir等溫吸附方程PPPVVLL頁巖不同組分對氣體的吸附作用吸附態(tài)頁巖氣對頁巖資源潛力評價尤為重要需要研究頁巖不同組分對氣體的吸

6、附作用 有機質(zhì)組分Nuttall（2005）頁巖中有機質(zhì)作為吸附氣的核心載體，TOC值的高低會導致吸附氣發(fā)生數(shù)量級變化 。李劍（2001）認為有機質(zhì)對氣的吸附量遠大于巖石中礦物顆粒對氣的吸附量，占主導地位 粘土礦物組分Ross（2008）認為粘土礦物往往具有較高的微孔隙體積和較大的比表面積，吸附性能較強 Schettler等（1990）甚至認為頁巖中的吸附態(tài)甲烷主要分布在伊利石表面，其次才吸附于干酪根之中 VS 與共同影響著頁巖的吸附能力。影響頁巖吸附能力的其他因素還有待進一步的研究。頁巖含氣性評價成果王廣源等（2010）利用等溫吸附實驗，對遼河東部凹陷古近系8塊泥頁巖樣品進行了吸附測試樣品：

7、古近系沙三段碳質(zhì)泥頁巖，TOC達16.33%， Ro為0.511%實驗結果：每噸泥頁巖的吸附氣量為0.511.98m3，平均為1.24m3，表明樣品吸附甲烷能力較強樣品：長芯1井龍馬溪組，8個頁巖巖心實驗結果：每噸巖石含氣量為0.080.25m3，平均為0.15m3/t （解吸溫度70 ）王社教等（2009）認為該頁巖樣品成熟度過高（Ro達到3.26 %）已進入過成熟階段可能是導致其吸附能力較低的主要原因 頁巖含氣性評價成果蒲泊伶（2010）對龍馬溪組頁巖開展了等溫吸附試驗頁巖Ro值約為2.3 %3.4 %，最高吸附氣含量為1.121.74 m3 ./t，平均為1.28 m3/t 四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖等溫吸附曲線（蒲泊伶，2010）五、主要結論與建議結論游離態(tài)氣體估算的關鍵是確定頁巖的有效孔隙度和含氣飽和度，而吸附態(tài)氣體的估算需要對頁巖的吸附能力進行評價頁巖中的有機質(zhì)和粘土礦物對于天然氣的吸附屬于物理吸附。頁巖的吸附能力可以通過等溫吸附實驗獲得，它通常受到