褐煤储层含气量计算

因我国褐煤中煤层气赋存特征认知程度较低,影响了较低煤级煤层气的开发,褐煤中含气量的研究显得尤为关键。基于此,文中对采自内蒙古海拉尔盆地4个褐煤H1,H2,H3,H4样品进行煤岩煤质分析,25℃平衡水等温吸附实验。计算埋深在400～2 000 m吸附气含量;模拟在储层温度、压力、矿化度、密度条件进行甲烷溶解度的测定结果表明甲烷溶解度随压力、温度的同时增加而增大(低于80℃),基于实验结果,计算了不同埋深(温度、压力)下褐煤储层的水溶气含量;测定4个褐煤样品孔隙度,根据马略特定律计算游离气含量。由吸附气、水溶气及游离气含量计算褐煤含气量。结果表明,埋深小于1 000 m的褐煤含气量随埋深增加而增大;埋深大于1 000m随埋深增加而减少。H1含气量较低,H2,H3,H4含气量较高,400～2 000 m埋深的褐煤含气量介于2.57～6.99 m3/t之间,且均随埋深增加而增大。含气量中吸附气、水溶气、游离气含量比例分别为78.7%,9.3%,12.0%.     

注气开采煤层气多组分流体扩散渗流问题研究

依据双重介质扩散渗流和多组分吸附平衡理论,建立了注气开采煤层气多组分流体扩散渗流模型,还利用数值方法研究了注气开采煤层气的增产机理.研究表明,注入二氧化碳气体不但减少煤层甲烷的分压,加速煤层甲烷的解吸,而且二氧化碳气体比甲烷气体更易吸附,更易竞争吸附置换煤层甲烷分子,从而提高了煤层气产量.     

煤层气注气开采多组分流体扩散模型数值模拟

为了解决低渗透煤层气开发遇到挑战,依据双重介质扩散渗流和多组分吸附平衡理论,建立了注气开采煤层气多组分流体扩散渗流模型,利用数值方法研究了注气开采煤层气的增产机理．研究表明,注入二氧化碳气体不但减少了煤层甲烷的分压,加速了煤层甲烷的解吸,而且二氧化碳气体比甲烷气体更易吸附,竞争吸附置换煤层甲烷分子,从而提高了煤层气产量,结果表明注气开采煤层气是提高我国低渗透煤层气产量的有效途径。     

页岩气绝对吸附量转化新方法

为了弄清引起基于过剩吸附量的气-固超临界实验吸附等温线表现出极大值后下降现象的原因,在分子动力学原理的基础上,应用分子模拟方法,模拟了超临界甲烷在不同温度下0~50 MPa压力范围的分子密度,并结合单分子吸附理论对"过剩吸附量"和"绝对吸附量"进行了转换,并提出适用于临界前后大压力范围的转化方法。结果表明:分子模拟的密度结果与美国国家标准局(NIST)的数据一致,在甲烷超临界压力以下,"过剩吸附量"与"绝对吸附量"差异不大,但随着压力升高差异逐渐增大,在甲烷储层压力下,两者的差异可达到150%以上。该方法的转化具有较高精度,且突破了现有转化方法的低压条件限制。     

温度对石墨平面吸附水环境中甲烷分子过程的影响

为研究温度对甲烷分子在水-石墨界面上吸附的影响,利用分子动力学模拟,分析了不同温度下多层石墨平面对水环境中甲烷分子的吸附情况.结果表明:石墨平面片层吸附甲烷分子时呈现出特定的吸附位点,甲烷分子沿这些吸附位点呈六边形状态聚集,且吸附在石墨平面上的甲烷分子有序分层,第1层吸附饱和后将在吸附位点附近继续第2层吸附.进一步分析发现,在等容体系中,石墨平面吸附甲烷量与温度呈近似线性关系,且温度越高吸附总量反而越大.这些研究结果对理解疏水固体表面吸附水环境中气体分子的微观机制有所帮助.     

烷烃在ZSM-5型分子筛中吸附的蒙特卡罗模拟

使用巨正则蒙特卡罗方法(GCMC)分别获得了甲烷和乙烷分子在ZSM-5型分子筛中的粒子云分布图和吸附等温线.从粒子云分布图上可以看出甲烷分子的吸附在直线型十元通道和S型十元通道内分布都比较均匀,而乙烷分子在S型十元通道内分布较少.从吸附等温线上可以得知这两种分子都可通过S型通道和直线型通道到达分子筛孔道内部;在较低压力下,分子筛对这两种分子就有较高的吸附量,并随着压力的增大而增大,在压力大于130 KPa时,甲烷的吸附量大于乙烷的吸附量.     

N2O在Pt(111)表面的吸附结构

基于密度泛函理论和周期平板模型,通过Nt-T,Nt-T-O-T,Nt-B-O-T,Nt-B-Nc-T和Nt-T-Nc-T五种吸附结构研究了N2O分子在Pt(111)表面的吸附,发现Nt-T位是最稳定的吸附位,且吸附主要是通过末端Nt原子与表面作用.从吸附结构分析了N2O分子在Pt表面可能的解离过程.     

煤表面吸附H_2S气体特性量子化学分析

为探究煤层中硫化氢的吸附性质,建立山西铁新含硫化氢煤表面分子模型,利用软件Gaussian09,通过密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311G上计算煤表面分子与H2S、CO2、CH4、N2气体分子的吸附能.进一步模拟了硫化氢和甲烷混合气体共存条件下,二者的依存关系.结果表明:煤吸附硫化氢的吸附能为2.230 k J/mol,键长、键角均无变化,表明煤对硫化氢存在吸附,且为物理吸附;煤对四种气体吸附能力依次为CO2CH4N2H2S,硫化氢为弱吸附气体;硫化氢的存在促进煤对甲烷的吸附;煤对硫化氢和甲烷混合气体的吸附能大于煤对单个气体的吸附能.     

流固耦合作用下注气开采煤层气增产规律研究

提高低渗透煤层气产量是我国煤层气开采中急需解决的关键问题,加速煤层甲烷解吸过程的注气增产方法是提高低渗透煤层气产量的有效途径。由于排采降压在孔隙流体压力变化的范围内会引起储层孔隙介质的应力和应变的变化,造成有效渗透率和孔隙度的降低,同时也影响注气和产气的动态参数。研究这些规律,首先建立了注气开采煤层气多组分流体扩散渗流的流固耦合模型,利用数值方法研究了注气开采煤层气的增产机理。研究表明,注入二氧化碳气体不但减少了煤层甲烷的分压．加速了煤层甲烷的解吸;而且二氧化碳气体比甲烷气体更易吸附,竞争吸附置换煤层甲烷分子,从而提高了煤层气产量,同时必须重视耦合作用对注气增产造成的不利影响。     

温度及土壤含水量对氧化亚氮释放的影响

系统研究东北农田黑土中氧化亚氮释放量与土壤环境因子的关系,从而采取有效手段增加氮肥利用效率同时减少温室气体向大气中排放。本文采用恒温箱密闭培养和调控土壤含水量两种方法,通过控制土壤含水量和模拟田间温度对土壤氧化亚氮释放量进行基础研究。通过模拟田间施氮量,观察N2O释放规律:(1)低温时N2O的释放水平偏低,但达到25℃时N2O释放量达到最大值,为19.94μg.kg-1土,随后随温度的升高而逐渐下降(2)恒温控制培养(25℃),淹水环境中土壤中N2O的释放量比缺水环境中要高。     

煤层气藏与常规天然气藏地质及开采特征比较

煤层气是一种与煤岩同生共体以甲烷为主要成分、主要以吸附状态赋存在沉积盆地煤层之中的可燃气体,也就是煤矿生产中有名的瓦斯气。煤层气藏作为一种非常规气藏,从地质成因与特征、储集与开采特征以及储量评价等多个方面,与常规气藏有着不同之处,因此对两种类型的气藏进行详细的比较与总结十分必要,同时也为煤层甲烷气开发与开采中的各项研究如煤层气藏工程、煤层气井试井、完井、煤层气藏模拟等奠定了基础。     

基于第一性原理的氯盐环境下混凝土中钢筋锈蚀特性分析

为了阐明氯盐环境对混凝土中钢筋锈蚀反应的影响机理,采用基于密度泛函理论(DFT)中的第一性原理,运用CASTEP软件包建立了O2分子与Cl原子在Fe(100)表面的吸附模型,研究了Cl原子的存在对O2分子吸附于Fe(100)表面的吸附能、几何结构和表面电子特性的影响.结果表明,Cl原子的存在会增大O2分子与Fe(100)表面之间的吸附能和O2分子键长,减小O原子之间共价键,从而促使O2分子向基底表面靠近,并使得铁基底更容易失去电子,同时增大了Fe原子层向O原子的电子转移量.因此,Cl原子的存在会导致O2分子与基底Fe原子的相互作用增强,从而促进了O2分子的裂解以及基底表面原子间的成键,进而从微观尺度上证明了氯盐环境会显著促进混凝土中钢筋锈蚀氧化反应.     

煤层气吸附解吸三维应力实验装置开发及应用

煤层气吸附解吸实验是煤层气实验测试的核心内容。针对目前煤层气吸附解吸测试技术存在破坏煤原始结构、不能模拟煤储层地质环境的缺陷,设计开发了新的实验装置,详细阐述了该实验装置的总体结构及各核心单元工作原理;该实验装置经实验测试运行稳定可靠,易操作,可分别在恒温和升温条件下,改变三维应力的不同组合进行煤层气吸附解吸实验。实验结果表明:恒温条件下,煤样吸附甲烷量随孔隙压力升高而增大,煤体卸载及温度升高会大大提高煤体释放吸附气体量。     

甲烷在页岩上吸附的热力学

为了研究页岩吸附甲烷的机理,通过容积法测定35,50和65℃时页岩甲烷吸附等温线,计算甲烷在页岩上的等量吸附热和极限吸附热,从热力学角度分析甲烷在页岩上的吸附行为。研究结果表明:甲烷在页岩上的吸附等温线具有Ⅰ型等温线特征,Langmuir吸附模型较好地拟合了吸附数据;根据吸附等温线计算的等量吸附热为15.50~17.65 kJ/mol,平均为16.88 kJ/mol,说明页岩对甲烷的吸附为物理吸附;等量吸附热随甲烷吸附量的变化而变化,是页岩表面的不均匀性和吸附分子间作用力综合作用的结果;极限吸附热定量地反映了页岩表面与甲烷气体作用力;在页岩气藏开发时,除了采用降压解吸开采外,对于极限吸附热较大的页岩气藏,可通过注入吸附能力更强的CO2等促使甲烷解吸。     

H_2O和CH_4在煤表面竞争吸附机理

为从微观上探讨H_2O和CH_4在煤表面竞争吸附的机理,构建C30H14(9个苯环)代表煤局部表面,通过密度泛函理论分析甲烷分子,水分子和煤局部表面之间的相互作用。结果表明,水分子在煤表面的吸附比甲烷分子在煤表面的吸附更加稳定,二者以最稳定吸附构型吸附时的吸附能分别为-13.23 kJ/mol和-10.13 kJ/mol.当甲烷分子与已吸附水分子的煤表面作用时,甲烷分子吸附能显著下降,吸附平衡距离增大,表明水分子能迫使甲烷吸附到不稳定位置。水分子和甲烷共存时,水分子处于吸附状态,甲烷分子处于脱附状态且总能量最低,进而从分子水平表明水和甲烷竞争吸附时水处于主导地位。     

含瓦斯煤层注热温度场的数值模拟

为验证煤层气注热开采的合理性,在实验室进行了考虑温度条件下煤层气的解吸渗流实验,实验结果表明,煤体在升温情况下煤层气解吸渗流量增加,注热开采煤层气具有合理性.根据实验结论,建立了含瓦斯煤层注热传热过程的数学模型,利用ANSYS软件进行了含瓦斯煤层注热温度场的数值模拟.数值模拟结果表明,注蒸汽后煤层的温度梯度改变,热量在井筒径向具有一定的热扩散位移.在热扩散范围内,煤层气更容易发生脱附解吸,有利于煤层气的产出.     

HCl气体在烧结矿表面的吸附机理及特性

基于密度泛函理论,对HCl气体在烧结矿表面的吸附机理进行模拟计算,并且通过实验研究了不同反应温度、烧结矿粒度和HCl气体流量条件下烧结矿表面吸附HCl气体的特性规律.结果表明：HCl在α-Fe2 O3(001)表面的最大吸附能为-175.91 kJ·mol-1,为化学吸附. Cl原子与基底表面的Fe原子发生反应结合成Cl-Fe键.吸附后Fe-O键长变短,Fe-O键能增加,结构更紧密. Cl原子与Fe原子结合成键后,削弱Cl原子与H原子的结合.温度对烧结矿吸附氯元素量的影响较大,随着温度升高,氯元素吸附量逐渐增多;随着烧结矿粒度增大,氯元素吸附量逐渐减少;随着HCl气体流量的增加,氯元素吸附量迅速增加.     

燃煤烟气在13X分子筛上的吸附行为与热力学分析

采用静态容积法测定SO2,NO,CO2,N2和O2在13X分子筛上的吸附等温线,通过Langmuir,Sips和Toth等温方程进行拟合。研究结果表明:Sips具有较好的拟合效果。在烟气温度为75℃下,SO2,NO,CO2,N2和O2的饱和吸附量分别为:65,49,869,154和105μmol/g。由等量吸附热的计算表明:吸附热均随吸附量的升高而增大,SO2,NO,CO2,N2和O2的最大吸附热分别为:-9.35,-12.93,-31.96,-29.38和-25.09 kJ/mol。运用负载比关联模型预测5种气体的竞争吸附行为发现:多组分竞争吸附导致SO2,NO和CO2吸附量降为单组分气体吸附量的一半。在常压吸附真空解吸下可实现SO2,NO和CO2富集的体积分数为8.3%,2.9%和51.0%。     

注入二氧化碳及氮气驱替煤层气机理的实验研究

论述了我国开采煤层气目前存在的问题,并且通过煤对二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氮气（N2）吸附机理的分析,提出注入二氧化碳（CO2）或氮气（N2）提高煤层气采收率技术的可行性。并从其注气驱替煤层气的作用机理的不同,从理论上和实验中得出注入二氧化碳（CO2）的效果要优于氮气（N2）。     

不同润湿性修饰石英吸附甲烷的模拟研究

润湿性是油气藏储层岩石的重要基础参数之一，其特征直接影响流体在岩石孔道内的微观分布和宏观分布特征。从微观层面认识页岩气与矿物的相互作用是深入理解页岩气赋存状态的基础。采用分子模拟研究了甲烷在不同石英模型中的吸附行为，考察了不同晶面、亲水与亲油官能团修饰模型对甲烷吸附的影响。研究结论表明，不同晶面模型中，（100）面的吸附量大于其他晶面的吸附量；甲烷在亲油修饰模型中的吸附量大于亲水修饰模型的吸附量；两种修饰模型吸附量均随着压力增加而增加，随温度的升高而减小，且温度对吸附量的影响小于孔径的影响；相同条件下，润湿性修饰模型的吸附量远大于无润湿性修饰模型的吸附量；1 nm修饰模型中甲烷只在壁面处形成吸附层，而2 nm修饰模型中形成多个吸附层。