煤层气解吸时间的确定

　　关键词　煤层气　解吸时间　吸附平衡　浓度

　　中国图书资料分类法分类号　P618.11

DETERMINATON OF COALBED METHANE DESORPTION TIME

Luo Zujiang　Fu Yanling　(Xi'an Branch,CCRI)
　　Wang zenghui　(Frist Team Hydrogeological Bureau of China National Administration of Coal Geology)

Abstract　The desorption and diffusion of coalbed methane are the key inner-boundary conditions of coalbed methane reservoir.In this paper using mathematical method,the process of the desorption and diffusion was described,inferred the conception of coalbed methane desorption time and presented the graphics to determine the desorption time,would be very useful to recognize and determine that important parameter in coalbed methane exploration and development.

　　Keywords　coalbed methane;desorption time;adsorption equilibrium;concentration

1　引言

　　煤层气解吸时间也称吸附时间，是衡量煤层气解吸或吸附速度的重要参数，在煤层气非平衡动力学模型中处于十分重要的位置。在使用煤层气非平衡动力学模型评价、预测煤层气井的产量时，解吸时间的正确与否，直接影响到气井早期产量的预测精度，有时会导致决策的失误，因此在煤层气藏勘探开发过程中，正确确定煤层气的解吸时间至关重要。

2　解吸时间

　　在煤层气藏的勘探开发过程中，煤层气藏的一个关键的内边界条件是煤层气由基质解吸经扩散进入煤层割理之中，煤层气的解吸可用Langmuir等温吸附定律来描述：

，　　　(1)

式中　C(p)——基质—割理界面上煤层气的平衡吸附浓度；
　　　V_L、P_L——分别为Langmuir体积和压力；
　　　　　P——为煤储层的压力。
方程(1)为煤基质和割理之间提供了一个边界条件，通过单位体积煤基质经扩散进入煤层割理之中的煤层气量(q_m)可用Fick第一定律来描述：

q_m=Dσ(C(t)－C(p))，　　　(2)

式中　C(t)——煤基质中煤层气的平均浓度；
　　　　D——扩散系数；
　　　　σ——形状系数。
从方程(2)可以看出：由基质进入裂隙系统的煤层气量除了受浓度控制外，还和甲烷在煤基质中的扩散系数及煤基质块的形状系数有关，反映了客观存在的解吸过程，将二者结合起来，并令解吸时间(τ)为：

，

则方程(2)可改写成：

。　　　(3)

将方程(3)改写成导数形式，并给定初边值条件，得到形式如下的煤层气解吸—扩散模型：

，

式中　C_i——初始气含量；
　　　Γ——煤基质块的边界。
　　经求解可得：

C(t)=C(p)＋(C_i－C(p))e^－t/τ，
　　C_i－C(t)=(C_i－C(p))－(C_i－C(p))e^－t/τ，

令

V_t=C_i－C(t)，
V_m=C_i－C(p)，

则　，
式中　V_t——t时刻的解吸量；
　　　V_m——总解吸量。
　　当t=τ时，

。　　(4)

　　由上式可以看出，煤层气的解吸时间是指在一定的解吸压力下，当煤层气的解吸量达到总解吸量的63%时的时间。
　　根据上述论述，煤层气的解吸时间即可利用煤层气的解吸记录曲线图，采用图解法来确定。

3　实例:沁水盆地煤层煤层气解吸时间的确定

　　沁水盆地×煤层是该区煤层气勘探开发的目的层位，通过钻孔对该煤层进行现场取心解吸，解吸压力为一个大气压，获得最终的总解吸气量V_m为14482.83mL及解吸气量V_t随时间变化的记录曲线。(图1)

图1　沁水盆地×煤层煤层气解吸记录曲线图

　　根据煤层气解吸时间的定义，利用方程(4)即可求得×煤层在解吸时间时煤层气的解吸量V_τ的值：

，
V_τ=0.63V_m，

　　V_τ=0.63×14482.83=9124.18(mL)。
　　根据×煤层在解吸时间时煤层气的解吸量V_τ值及煤层气解吸记录曲线图，即可在煤层气解吸记录曲线图上求得对应的解吸时间：

τ=13745(min)=9.55(day)。

4　结语

　　a.　煤层气的解吸时间是指在一定的解吸压力下，当煤层气的解吸量达到总解吸量的63%时的时间；
　　b.　利用煤层气的解吸记录曲线图，采用图解法确定煤层气的解吸时间直观、易懂、正确、可靠。

作者简介：骆祖江　男　34岁　博士　高级工程师　水文地质、煤层气地质

作者单位：骆祖江　付延玲　煤炭科学研究总院西安分院　710054
　　　　　王增辉　中煤地质总局第一水文地质队　邯郸　056004