CO2/N2二元气体对甲烷在煤中吸附影响的分子模拟研究
作者:孙致学; 闵成; 张婉露; 蒋永平; 于雪峰; 崔彬
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二元气驱技术(CO2/N2-ECBM)已成为提高煤层气产量的重要手段。阐明CO2/N2在煤层中的竞争吸附规律及其对煤层物理性质的影响具有重要意义。利用分子模拟软件Materials Studio,建立了延川南部煤层气实际区块温度和压力下的煤分子模型。本文基于巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法,研究了CO2/N2交替置换煤层气技术中各注入阶段对CH4吸附的影响,定义了CO2和N2对煤层孔隙度和渗透率的影响规律。结果表明,在CO2的注入阶段,煤层中的甲烷迅速解吸,煤中的气体吸附总量增加,煤基质的膨胀效应增强,导致煤的孔隙体积减小。转移到N2后,由于N2的分压,CH4和CO2的吸附能力不同程度地降低。N2/CO为20.6时,煤分子对天然气的总吸附量迅速下降,而N2饱和时,天然气的总吸附量保持稳定。随着瓦斯吸附总量的增加,煤层的孔隙度和渗透率迅速增加,然后趋于平缓。此外,在N2/CO2>0.6后,N2的吸附率迅速降低,这将使产出气中CH4的纯度降低,导致后期净化成本显著增加。因此,当N2/CO2=0.6左右时,CH4的解吸能力最大,煤的孔隙度较高,最有利于煤层气的开发。