煤岩甲烷高压吸附特性及其影响因素研究

发布时间：2021-04-21 23:10

　　明确高压条件下煤中甲烷的吸附特性对深部煤层气资源的勘探开发有重要意义。本论文开展了不同煤阶煤样的高压等温吸附实验,研究了甲烷在煤中的吸附特性;基于低温二氧化碳吸附实验、低温液氮吸附实验、压汞实验对煤岩的孔隙结构进行了全孔径表征;基于傅里叶变换红外光谱实验（FTIR）对煤岩表面化学结构进行了研究。采用数值分析方法分析了煤中甲烷吸附特性的影响因素,明确了随吸附压力变化甲烷在煤中的动态吸附过程。取得的主要成果如下:（1）对煤岩的全孔径孔隙特征进行了表征。煤岩孔隙体积主要由超微孔、中孔、大孔组成,比表面积主要由超微孔提供。孔隙分形维数随孔径的增大而增大。超微孔分形维数小且稳定,受孔隙几何形态的控制。微孔和小孔分形维数受孔隙几何形态和表面化学结构的控制,与煤化跃变有较好的对应关系,中孔和大孔分形维数最大。（2）半定量分析了煤表面化学性质随煤阶的变化规律。随煤阶的增大,煤岩成熟度、芳香性、芳香环的聚合程度、含氧官能团相对含量和羟基（氢键）相对含量逐渐增大;脂肪侧链相对长度逐渐减小;C-O/C=O比值呈先减小后增大趋势。（3）甲烷在煤中的吸附量在11-15MPa处达到最大值。吸附平衡压力大于11MP... 

【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 引言
    1.1 选题背景及研究性质
    1.2 研究目的与研究意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 煤吸附甲烷的研究手段
        1.3.2 影响甲烷吸附特性的因素
    1.4 研究内容及技术路线
    1.5 完成工作量及研究成果
2 样品与实验
    2.1 样品采集
    2.2 煤岩煤质分析
    2.3 煤岩结构表征实验
    2.4 高压甲烷等温吸附实验
    2.5 等温吸附实验数据处理
3 基于FTIR实验的煤岩化学结构分析
    3.1 FTIR谱图分析
    3.2 FTIR谱图分峰分析
    3.3 红外结构参数的计算
    3.4 本章小结
4 煤岩微观孔隙结构全孔径表征
    4.1 基于低温CO2吸附的孔隙结构表征
    4.2 基于低温液氮吸附的孔隙结构表征
    4.3 基于压汞实验的孔隙结构表征
    4.4 联合多种测试方法表征煤孔隙特征
        4.4.1 联合表征法
        4.4.2 煤中孔隙的全孔径表征
    4.5 基于低温液氮吸附的孔隙形态表征
        4.5.1 孔隙形态
        4.5.2 孔隙形态半定量表征
    4.6 煤岩孔隙分形研究
        4.6.1 基于吸附曲线计算分形维数
        4.6.2 基于压汞曲线计算分形维数
        4.6.3 联合多种实验表征孔隙分形
    4.7 本章小结
5 甲烷高压吸附行为及等温吸附模型研究
    5.1 真实吸附量与过剩吸附量
    5.2 等温吸附模型优化
        5.2.1 模型中参数的计算
        5.2.2 优化后的模型参数分析
        5.2.3 煤岩甲烷高压吸附特性理论研究
    5.3 本章小结
6 煤中甲烷吸附性能影响因素分析
    6.1 影响因素的确定
        6.1.1 孔隙基础参数对煤中甲烷吸附特性的影响
        6.1.2 吸附平衡压力对吸附的影响
    6.2 煤中甲烷吸附性的主要影响因素的筛选
        6.2.1 距离相关性分析
        6.2.2 红外结构参数的距离相关性分析
    6.3 煤中甲烷吸附能力影响因素评价
        6.3.1 基于主成分分析的线性回归分析
        6.3.2 基于神经网络分析的非线性回归分析
    6.4 煤中甲烷动态吸附过程分析
    6.5 本章小结
7 结论
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]烟煤级构造煤分子结构演化及动力变质作用研究[J]. 郭德勇,郭晓洁,刘庆军,孙向成.  中国矿业大学学报. 2019(05)
[2]基于低温液氮吸附法的陕南中低煤级煤孔隙结构特征[J]. 李焕同,陈飞,邹晓艳,王楠,左晓峰,张卫国,韩雪,陈茜.  中国科技论文. 2019(07)
[3]基于压汞、低温N2吸附和CO2吸附的构造煤孔隙结构表征[J]. 李阳,张玉贵,张浪,侯金玲.  煤炭学报. 2019(04)
[4]页岩润湿性的神经网络预测模型[J]. 张亚云,陈勉,陈军,金衍,卢运虎,夏阳.  断块油气田. 2018(06)
[5]沁水盆地南部中高阶煤高压甲烷吸附行为[J]. 韩思杰,桑树勋,梁晶晶.  煤田地质与勘探. 2018(05)
[6]全国煤层气资源动态评价与可利用性分析[J]. 张道勇,朱杰,赵先良,高煖,庚勐,陈刚,焦健,刘思彤.  煤炭学报. 2018(06)
[7]超临界条件下煤中瓦斯吸附孔径特征[J]. 曾春林,岳高伟,霍留鹏,王宾宾.  煤矿安全. 2018(05)
[8]低阶煤吸附孔特征及分形表征[J]. 周三栋,刘大锰,蔡益栋,姚艳斌,焦永艳,任世君.  石油与天然气地质. 2018(02)
[9]伊敏褐煤不同化学组分结构特征的红外光谱研究[J]. 赵云刚,李美芬,曾凡桂,梁虎珍,赵月圆,相建华,李二虎.  煤炭学报. 2018(02)
[10]2种不同变质程度煤表面化学结构红外光谱分析[J]. 王海燕,樊少武,姚海飞.  煤矿安全. 2018(01)

博士论文
[1]煤镜质组结构演化对甲烷吸附的分子级作用机理[D]. 刘宇.中国矿业大学 2019
[2]不同变质程度煤高温高压条件下甲烷扩散动力学特性研究[D]. 王林.中国矿业大学 2019
[3]CO2-ECBM中煤储层结构对CH4和CO2吸附/解吸影响的研究[D]. 李伟.太原理工大学 2018
[4]受载煤体-瓦斯-水耦合渗流特性研究[D]. 蒋一峰.中国矿业大学(北京) 2018

硕士论文
[1]褐煤结构的分子动力学模拟及量子化学研究[D]. 王三跃.太原理工大学 2004



本文编号：3152670