页岩气解吸附特性及影响因素
页岩气的解吸附，即页岩气开采后气体由吸附态向游离态转变的过程，是指页岩气离开页岩表面使其吸附量下降的现象，属页岩气吸附逆过程。页岩气吸附仪在页岩孔隙表面并不占据孔隙，在较高地层压力下，页岩气解析作用很弱，可忽略不计。但随着实际生产的继续，地层压力逐渐降低，页岩气将会发生解析，因此页岩气生产后期，由于地层压力下降，必须考虑页岩气的解析作用。页岩气的解析是维持页岩气后期高效开采的技术关键。
对于页岩气的解析过程，学者认为页岩气与煤层气解析过程存在差异。其观察煤样和页岩在水中气体的解析过程发现，煤样中气体仅以单纯气泡析出，页岩中气体析出则由气相转化为气—固两相产出，且高斯分布模型更能反映页岩气解析特性。实验发现，在相同温度压力下，页岩气体解析过程相对吸附过程有滞后现象，且解析不彻底。还有人认为页岩气解析时间和解析速度属非均质过程，需提高解析过程测试精度。由于页岩岩心地面解吸附时，存在地下取心到地面置入解析筒过程中的气体漏失，以及室内模拟等温吸附/解析用页岩样经理长时存放及粉碎过程等，均与实际地下页岩气的吸附/解吸附过程存在本质区别，建议将页岩气成藏模拟与解析相结合，研究页岩气解吸附特性。
由于页岩气的解吸附实为页岩气吸附的逆过程，因此影响页岩气吸附的因素同样也影响其解吸附。但目前相关系统研究甚少。
1．温度的影响：实验表明页岩等温吸附曲线和等温解吸附曲线不重合，等温解吸曲线滞后；温度升高页岩最大吸附量下降，解析率上升，并且两者都与温度呈现良好的线性关系；在25--45℃时，页岩气解吸过程可用解析式方程很好拟合。
2．页岩中水的存在影响页岩气的解吸附。研究表明，25℃时新鲜页岩样品解析率仅74.8%，而干燥样品解析率则达93.5%；45℃时新鲜页岩解吸剩余吸附量随含水率增大而增加。
页岩气吸附影响因素
影响页岩吸附气体能力的因素包括：有机碳含量、矿物和有机质种类、热成熟度、页岩含水量、温度、孔隙结构等。
1. 有机碳含量的影响
研究发现，页岩有机碳含量越高，页岩吸附能力越大。一些实验证实页岩气吸附量与页岩有机碳含量间呈线性关系；即有机质含量越高，吸附气量越大，有机质对于页岩吸附能力起重要作用。 Ross和Bustin对加拿大东北部侏罗系页岩层，Hiekey和Henk对巴奈特页岩的研究，均发现有机碳含量较高的钙质或硅质页岩对甲烷具有更高的存储能力，但Ross和Bustin同时也发现部分页岩吸附气量与有机碳含量间呈松散线性关系，表明也许有其他重要因素影响着页岩气的吸附量。
2. 矿物成分的影响
页岩矿物成分非常复杂，出石英、方解石、长石等碎屑矿物和自生矿物外，还含有伊利石、蒙脱石、高岭石等。一些人研究了页岩中伊利石对吸附的影响，发现伊利石对总吸附气量有10%-40%的贡献率。Gasparik等发现页岩吸附量不仅受有机碳含量控制，而且粘土矿物含量影响也很大。特别是在低有机碳含量页岩中，粘土矿物含量对吸附量起主导作用。Ross和Bustin认为粘土矿物有较大比表面，能够吸附大量页岩气。吉利明等实验表明，粘土岩的甲烷吸附能力有较大差异；其大小顺序为蒙脱石—伊蒙混层—高岭石—绿泥石—伊利石—粉砂岩—石英岩。Loucks和Ruppel发现，碳酸盐和石英碎屑含量增加，可降低页岩对页岩气的吸附能力。
3. 页岩含水量的影响
页岩中含水量越高，水占据孔隙空间就越大，从而减少了游离态烃类气体的容留体积和矿物表面吸附气体的比表面，致使其气体吸附能力下降。Ross和Bustin发现，水分的存在极大减少了孔隙度，降低了渗透率，限制了活性吸附位的可进入性。Gasparik认为甲烷和水分子共享了相同的吸附位，他们共存时发生了竞争吸附。
4. 温度的影响
Ross和Bustin发现，当温度从30摄氏度增加到100摄氏度时，吸附量显著降低了。在高温下，自由气是总气量的主要贡献者。Lu和Zhang也证实，温度越高页岩吸附量越低。Chamers等发现温度与气体的吸附能力成负冥指数关系。温度升高，气体吸附能力迅速降低，其影响远大于有机碳含量的影响。温度高于30摄氏度时，有机碳含量影响可忽略。
5. 热成熟度的影响
Ross和Bustin发现吸附量随热成熟度的增加而增大，原因是有机质主导了微孔性的产生。Zhang等研究了巴奈特页岩热成熟度对甲烷吸附的影响。发现实验室条件下，不同热成熟度对总吸附气量影响不显著；认为热成熟度只对富有机质页岩低压吸附量产生影响。
6. 孔隙结构的影响
根据IUPAC分类，固体中孔隙可分为大孔（大于50nm）、介孔（2-50nm）、微孔（小于2nm）。大孔主要发生气体层流渗透，介孔发生气体毛细管凝聚。大孔和介孔有利于游离态页岩气存储，微孔对页岩吸附气存储具有重要影响。Chalmers认为孔隙度与页岩总含气量呈正相关关系，即页岩总含气量随页岩孔隙度增加而增大。张晓东认为页岩气吸附能力与微孔比表面积、孔体积有正相关性；相对大孔和介孔，微孔对页岩气吸附更具影响；微孔总体积越大，页岩比表面积越大，吸附位就越多，页岩气吸附量就越大。此外，微孔孔道的孔壁间距非常小，表面与吸附质分子间相互作用更强，吸附势高于大孔，对页岩气吸附能力就越强。
页岩气与煤层气吸附特征对比实验研究
煤层气的吸附特征决定了煤层气的开采特征，对比分析煤层气和页岩气的吸附特征对页岩气的开采具有重要的指导作用。通过页岩和煤层的等温吸附实验分别分析了不同温度下煤层和页岩的吸附特征，页岩有机质含量和有机质成熟度对页岩吸附的影响，以及不同煤阶等温吸附特征。研究表明随着温度的升高,页岩和煤层对甲烷的吸附量呈下降趋势，但是温度对页岩的吸附影响比煤层对甲烷吸附的影响更加明显；随着RO值的逐渐增大，煤层的PL值逐渐减小，VL值逐渐增加，页岩的PL值和VL值都逐渐减小；随着煤有机质含量的增加，煤层的PL值逐渐增加，VL值逐渐减小。随着页岩有机质含量的增高，页岩的PL值和VL值都逐渐增大；煤层对甲烷的最大吸附量比页岩多，采用降压解吸的方式对煤层吸附特征影响较大，但是对页岩气的吸附特征影响较小
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页岩气的解吸附，即页岩气开采后气体由吸附态向游离态转变的过程，是指页岩气离开页岩表面使其吸附量下降的现象，属页岩气吸附逆过程。页岩气吸附仪在页岩孔隙表面并不占据孔隙，在较高地层压力下，页岩气解析作用很弱，可忽略不计。但随着实际生产的继续，地层压力逐渐降低，页岩气将会发生解析，因此页岩气生产后期，由于地层压力下降，必须考虑页岩气的解析作用。页岩气的解析是维持页岩气后期高效开采的技术关键。
对于页岩气的解析过程，学者认为页岩气与煤层气解析过程存在差异。其观察煤样和页岩在水中气体的解析过程发现，煤样中气体仅以单纯气泡析出，页岩中气体析出则由气相转化为气—固两相产出，且高斯分布模型更能反映页岩气解析特性。实验发现，在相同温度压力下，页岩气体解析过程相对吸附过程有滞后现象，且解析不彻底。还有人认为页岩气解析时间和解析速度属非均质过程，需提高解析过程测试精度。由于页岩岩心地面解吸附时，存在地下取心到地面置入解析筒过程中的气体漏失，以及室内模拟等温吸附/解析用页岩样经理长时存放及粉碎过程等，均与实际地下页岩气的吸附/解吸附过程存在本质区别，建议将页岩气成藏模拟与解析相结合，研究页岩气解吸附特性。
由于页岩气的解吸附实为页岩气吸附的逆过程，因此影响页岩气吸附的因素同样也影响其解吸附。但目前相关系统研究甚少。
1．温度的影响：实验表明页岩等温吸附曲线和等温解吸附曲线不重合，等温解吸曲线滞后；温度升高页岩最大吸附量下降，解析率上升，并且两者都与温度呈现良好的线性关系；在25--45℃时，页岩气解吸过程可用解析式方程很好拟合。
2．页岩中水的存在影响页岩气的解吸附。研究表明，25℃时新鲜页岩样品解析率仅74.8%，而干燥样品解析率则达93.5%；45℃时新鲜页岩解吸剩余吸附量随含水率增大而增加。
页岩气吸附影响因素
影响页岩吸附气体能力的因素包括：有机碳含量、矿物和有机质种类、热成熟度、页岩含水量、温度、孔隙结构等。
1. 有机碳含量的影响
研究发现，页岩有机碳含量越高，页岩吸附能力越大。一些实验证实页岩气吸附量与页岩有机碳含量间呈线性关系；即有机质含量越高，吸附气量越大，有机质对于页岩吸附能力起重要作用。 Ross和Bustin对加拿大东北部侏罗系页岩层，Hiekey和Henk对巴奈特页岩的研究，均发现有机碳含量较高的钙质或硅质页岩对甲烷具有更高的存储能力，但Ross和Bustin同时也发现部分页岩吸附气量与有机碳含量间呈松散线性关系，表明也许有其他重要因素影响着页岩气的吸附量。
2. 矿物成分的影响
页岩矿物成分非常复杂，出石英、方解石、长石等碎屑矿物和自生矿物外，还含有伊利石、蒙脱石、高岭石等。一些人研究了页岩中伊利石对吸附的影响，发现伊利石对总吸附气量有10%-40%的贡献率。Gasparik等发现页岩吸附量不仅受有机碳含量控制，而且粘土矿物含量影响也很大。特别是在低有机碳含量页岩中，粘土矿物含量对吸附量起主导作用。Ross和Bustin认为粘土矿物有较大比表面，能够吸附大量页岩气。吉利明等实验表明，粘土岩的甲烷吸附能力有较大差异；其大小顺序为蒙脱石—伊蒙混层—高岭石—绿泥石—伊利石—粉砂岩—石英岩。Loucks和Ruppel发现，碳酸盐和石英碎屑含量增加，可降低页岩对页岩气的吸附能力。
3. 页岩含水量的影响
页岩中含水量越高，水占据孔隙空间就越大，从而减少了游离态烃类气体的容留体积和矿物表面吸附气体的比表面，致使其气体吸附能力下降。Ross和Bustin发现，水分的存在极大减少了孔隙度，降低了渗透率，限制了活性吸附位的可进入性。Gasparik认为甲烷和水分子共享了相同的吸附位，他们共存时发生了竞争吸附。
4. 温度的影响
Ross和Bustin发现，当温度从30摄氏度增加到100摄氏度时，吸附量显著降低了。在高温下，自由气是总气量的主要贡献者。Lu和Zhang也证实，温度越高页岩吸附量越低。Chamers等发现温度与气体的吸附能力成负冥指数关系。温度升高，气体吸附能力迅速降低，其影响远大于有机碳含量的影响。温度高于30摄氏度时，有机碳含量影响可忽略。
5. 热成熟度的影响
Ross和Bustin发现吸附量随热成熟度的增加而增大，原因是有机质主导了微孔性的产生。Zhang等研究了巴奈特页岩热成熟度对甲烷吸附的影响。发现实验室条件下，不同热成熟度对总吸附气量影响不显著；认为热成熟度只对富有机质页岩低压吸附量产生影响。
6. 孔隙结构的影响
根据IUPAC分类，固体中孔隙可分为大孔（大于50nm）、介孔（2-50nm）、微孔（小于2nm）。大孔主要发生气体层流渗透，介孔发生气体毛细管凝聚。大孔和介孔有利于游离态页岩气存储，微孔对页岩吸附气存储具有重要影响。Chalmers认为孔隙度与页岩总含气量呈正相关关系，即页岩总含气量随页岩孔隙度增加而增大。张晓东认为页岩气吸附能力与微孔比表面积、孔体积有正相关性；相对大孔和介孔，微孔对页岩气吸附更具影响；微孔总体积越大，页岩比表面积越大，吸附位就越多，页岩气吸附量就越大。此外，微孔孔道的孔壁间距非常小，表面与吸附质分子间相互作用更强，吸附势高于大孔，对页岩气吸附能力就越强。
页岩气与煤层气吸附特征对比实验研究
煤层气的吸附特征决定了煤层气的开采特征，对比分析煤层气和页岩气的吸附特征对页岩气的开采具有重要的指导作用。通过页岩和煤层的等温吸附实验分别分析了不同温度下煤层和页岩的吸附特征，页岩有机质含量和有机质成熟度对页岩吸附的影响，以及不同煤阶等温吸附特征。研究表明随着温度的升高,页岩和煤层对甲烷的吸附量呈下降趋势，但是温度对页岩的吸附影响比煤层对甲烷吸附的影响更加明显；随着RO值的逐渐增大，煤层的PL值逐渐减小，VL值逐渐增加，页岩的PL值和VL值都逐渐减小；随着煤有机质含量的增加，煤层的PL值逐渐增加，VL值逐渐减小。随着页岩有机质含量的增高，页岩的PL值和VL值都逐渐增大；煤层对甲烷的最大吸附量比页岩多，采用降压解吸的方式对煤层吸附特征影响较大，但是对页岩气的吸附特征影响较小
转载：http://www.app-one.com.cn/zh-cn/index.aspx
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