煤岩对气体吸附能力的预测方法及装置制造方法及图纸

本申请提供了一种煤岩对气体吸附能力的预测方法及装置，该方法包括：获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，并根据预设的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，并将其与体相化学势一并代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；根据每个孔隙区间上气体的吸附相密度与体相密度获得目标煤岩对气体的吸附量。本申请可以提高预测煤岩对气体吸附能力的准确性和效率。

【技术实现步骤摘要】
煤岩对气体吸附能力的预测方法及装置
本申请涉及煤层气勘探发开
，尤其是涉及一种煤岩对气体吸附能力的预测方法及装置。
技术介绍
煤层气作为一种常规油气资源的接替能源，已经成为世界能源结构中的重要组成部分。吸附作为气体在煤层中的最主要赋存方式，对评价煤层气体的可采性和气水产出机理的揭示具有重大的理论指导意义。目前已有气体吸附解吸实验较为成熟，但实验周期较长，煤样准备阶段需2～3天，首次吸附平衡需1天，且改变实验条件后仍需稳定2小时。另外，在实现本申请的过程中，本申请的专利技术人发现：已有气体吸附解吸理论亦存在一些不足，例如，Langmuir模型只能描述吸附量随压力单调变化的情况，并不能反映吸附量随压力增加先增大后降低特征。有鉴于此，目前亟需可快速准确预测煤岩对气体吸附能力的技术方案。
技术实现思路
本申请实施例的目的在于提供一种煤岩对气体吸附能力的预测方法及装置，以提高预测煤岩对气体吸附能力的准确性和效率。为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种煤岩对气体吸附能力的预测方法，包括：获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，并确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势；将所述体相化学势及每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，分别代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量。本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法，所述平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线，包括：Ls＝[(-0.00023MVM-0.0013)(θ-308.15)+0.012MVM+1.16]×[1+0.0056(MEMC-Swater)]；其中，Ls为平均孔隙宽度，MVM为挥发分含量，θ为温度，MEMC为平衡湿度，Swater为含水饱和度。本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法，所述获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度，包括：根据公式获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度；其中，p为压力，R为气体状态常数，θ为温度，ρbulk为体相密度，bbulk为气体的体相的斥力参数，且abulk为气体的体相的引力参数，且cbulk为气体的体相的极性参数，且θc为临界温度，pc为临界压力，Zc为临界压缩因子，ω为偏心因子。本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法，所述获取气体在不同环境压力和温度下的体相化学势，包括：根据公式获取气体在不同环境压力和温度下的体相化学势；其中，μbulk为体相化学势，μ0为任意参考状态的化学势，f0为任意参考状态的逸度，fbulk为体相逸度，且本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法，通过以下公式确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势：μfs(z)＝NA[Ψfs(z)+Ψfs(Ls-z)]；其中，μfs(z)为z位置上的流固相互作用引起的化学势，NA为阿伏伽德罗常数，Ψfs(z)为z位置上的吸附质分子与左壁面的相互作用势能，Ψfs(Ls-z)为z位置上的吸附质分子与右壁面的相互作用势能，dfs为流固分子碰撞直径，且dff为气体的分子直径，dss为碳平面间距，z'为吸附质分子与第一层碳原子中心的距离，且dcc为碳原子直径，εfs为流固相互作用势能，且εff为流流相互作用势能，εss为固固相互作用势能，且εss/kB＝[(-0.0081MVM+0.55)(θ-308.15)+0.39MFC+3.67]×[1+0.073(MEMC-Swater)]，kB为玻尔兹曼常数，MVM为挥发分含量，θ为温度，MFC为固定碳含量，MEMC为平衡湿度，Swater为含水饱和度，ρatoms为碳原子密度。本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法，所述吸附平衡准则模型包括：μ(z)＝μbulk＝μff(z)+μfs(z)；其中，μ(z)为z位置的化学势，μbulk为体相化学势，μff(z)为z位置上流流相互作用引起的化学势，μfs(z)为z位置上的流固相互作用引起的化学势。本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法，所述根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度，包括：通过公式确定每个孔隙区间上气体的吸附相逸度；根据公式确定每个孔隙区间上气体的吸附相密度；其中，μff(z)为z位置上流流相互作用引起的化学势，μ0为任意参考状态的化学势，R为气体状态常数，θ为温度，fads(z)为z位置上气体的吸附相逸度，f0为任意参考状态的逸度，p为压力，ρads(z)为z位置上气体的吸附相密度，aads(z)为z位置上气体的吸附相的引力参数，bads为气体的吸附相的斥力参数，cads为气体的吸附相的极性参数。本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法，所述将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量，包括：根据公式获得目标煤岩对气体的吸附量；其中，nGibbs为目标煤岩对气体的吸附量，ρads(z)为z位置上气体的吸附相密度，ρbulk为气体的体相密度，Ls为平均孔隙宽度，dff为气体的分子直径，As为单位质量吸附剂的表面积，且As＝[(0.13MVM-5.68)(θ-308.15)+368.33-8.28MVM]×[1+0.036(MEMC-Swater)]，MVM为挥发分含量，θ为温度，MEMC为平衡湿度，Swater为含水饱和度。另一方面，本申请实施例还提供了一种煤岩对气体吸附能力的预测装置，包括：平均孔隙宽度确定模块，用于获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；体相参数获取模块，用于获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；第一势能确定模块，用于将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，并确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势；第二势能确定模块，用于将所述体相化学势及每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，分别代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；吸附相参数获取模块，用于根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；气体吸附量获取模块，用于将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量。另一方面，本申请实施例还提供了另一种煤岩对气体吸附能力的预测装置，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤岩对气体吸附能力的预测方法，其特征在于，包括：获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，并确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势；将所述体相化学势及每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，分别代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量。

【技术特征摘要】
1.一种煤岩对气体吸附能力的预测方法，其特征在于，包括：获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，并确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势；将所述体相化学势及每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，分别代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量。2.如权利要求1所述的煤岩对气体吸附能力的预测方法，其特征在于，所述平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线，包括：Ls＝[(-0.00023MVM-0.0013)(θ-308.15)+0.012MVM+1.16]×[1+0.0056(MEMC-Swater)]；其中，Ls为平均孔隙宽度，MVM为挥发分含量，θ为温度，MEMC为平衡湿度，Swater为含水饱和度。3.如权利要求1所述的煤岩对气体吸附能力的预测方法，其特征在于，所述获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度，包括：根据公式获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度；其中，p为压力，R为气体状态常数，θ为温度，ρbulk为体相密度，bbulk为气体的体相的斥力参数，且abulk为气体的体相的引力参数，且cbulk为气体的体相的极性参数，且θc为临界温度，pc为临界压力，Zc为临界压缩因子，ω为偏心因子。4.如权利要求3所述的煤岩对气体吸附能力的预测方法，其特征在于，所述获取气体在不同环境压力和温度下的体相化学势，包括：根据公式获取气体在不同环境压力和温度下的体相化学势；其中，μbulk为体相化学势，μ0为任意参考状态的化学势，f0为任意参考状态的逸度，fbulk为体相逸度，且5.如权利要求1所述的煤岩对气体吸附能力的预测方法，其特征在于，通过以下公式确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势：μfs(z)＝NA[Ψfs(z)+Ψfs(Ls-z)]；其中，μfs(z)为z位置上的流固相互作用引起的化学势，NA为阿伏伽德罗常数，Ψfs(z)为z位置上的吸附质分子与左壁面的相互作用势能，Ψfs(Ls-z)为z位置上的吸附质分子与右壁面的相互作用势能，dfs为流固分子碰撞直径，且dff为气体的分子直径，dss为碳平面间距，z'为吸附质分子与第一层碳原子中心的距离，且dcc为碳原子直径，εfs为流固相互作用势能，且εff为流流相互作用势能，εss为固固相互作用势能，且εss/kB＝[(-0.0081MVM+0.55)(θ-308.15)+0.39MFC+3.67]×[1+0.073(MEMC-Swater)]，kB为玻尔兹曼常数，MVM为挥发分含量，θ为温度，MFC为固定碳含量，MEMC为平衡湿度，Swater为含水饱和度，ρatoms为碳原子密度。6.如权利要求1所述的煤岩对气体吸附能力的预测方法，其特征在于，所述吸附平衡准则模型包括：μ(z)＝μbulk＝μff(z)+μfs(z)；其中，μ(z)为z位置的化学势，μbulk为体相化学势，μff(z)为z位置上流流相互作用...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪志明，曾泉树，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11