頁巖氣吸附模型研究

發(fā)布時(shí)間：2020-05-21 12:06

【摘要】：頁巖氣以其可觀的資源儲(chǔ)量和巨大的開發(fā)潛力,已經(jīng)逐步成為石油工業(yè)界的一個(gè)熱點(diǎn)。頁巖儲(chǔ)層不同于傳統(tǒng)砂巖和碳酸鹽巖儲(chǔ)層,有其獨(dú)特的巖石性質(zhì)、超低的地層滲透率(納達(dá)西尺度下)和豐富的納米級孔喉系統(tǒng)。而頁巖氣在這些納米級孔隙中的吸附特征對于頁巖氣藏的儲(chǔ)層評價(jià)以及開發(fā)開采具有重要的指導(dǎo)意義。根據(jù)近年來受限流體在吸附領(lǐng)域的研究成果,對現(xiàn)有的受限流體狀態(tài)方程以及化學(xué)勢表達(dá)式進(jìn)行了深入分析與驗(yàn)證,并做了改進(jìn),結(jié)合吸附相平衡的判別條件,構(gòu)建吸附相平衡數(shù)學(xué)模型,分析模型求解方法,并編制了計(jì)算軟件,經(jīng)軟件計(jì)算,分別與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和六種經(jīng)典等溫吸附模型進(jìn)行了對比研究。研究結(jié)果表明:(1)分別應(yīng)用Lenonardo方法和本文方法預(yù)測了多種物質(zhì)的分子直徑,與粘度法計(jì)算得到的分子直徑進(jìn)行了對比,發(fā)現(xiàn)本文方法預(yù)測的分子直徑更接近粘度法計(jì)算得到的分子直徑。(2)分析了孔徑尺寸rp/cσ對緊密堆積密度ρmax的影響,發(fā)現(xiàn)ρmax隨孔徑尺寸rp/σ的增大而增大,然后逐漸趨于常數(shù)。(3)建立了單組分吸附平衡的求解方法,采用牛頓迭代的方法求解吸附相平衡的判別條件,借助遺傳算法擬合單組分吸附相平衡的參數(shù),并編制了計(jì)算軟件。(4)運(yùn)用編制的吸附平衡擬合與預(yù)測軟件擬合了文獻(xiàn)報(bào)道的甲烷、氫氣、氮?dú)�、二氧化碳在活性炭中的吸附�?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),取得了較好的擬合效果,四種氣體的平均擬合相對誤差分別為2.22%(甲烷)、4.19%(氫氣)、1.67%(氮?dú)?、6.28%(二氧化碳)。(5)對比了本文模型與六種經(jīng)典等溫吸附模型對二氧化碳吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合效果,結(jié)果表明本文模型低壓段的擬合效果接近經(jīng)典吸附模型,高壓段的擬合效果相比低壓段更好,說明本文模型在描述較高壓力吸附時(shí)具有更好的適用性。(6)利用重量法測定甲烷氣體在頁巖巖心中的等溫吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),基于低壓條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),通過吸附平衡擬合與預(yù)測軟件擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到模型參數(shù),擬合相對誤差最高僅為6.79%,說明本模型可用于描述頁巖氣吸附;根據(jù)低壓吸附數(shù)據(jù)擬合得到的模型參數(shù)預(yù)測高壓段的吸附數(shù)據(jù),預(yù)測相對誤差最高僅為20.79%,表明該模型在預(yù)測頁巖氣吸附時(shí)效果很好。
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