甲烷在页岩上的吸附等温过程

杨 峰,宁正福,张 睿,赵华伟,赵天逸,何 斌

(1.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249;2.中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室,北京 102249)

甲烷在页岩上的吸附等温过程

杨 峰1,2,宁正福1,2,张 睿1,2,赵华伟1,2,赵天逸1,2,何 斌1,2

(1.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249;2.中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室,北京 102249)

为了从热力学角度研究页岩吸附甲烷的机理,通过容积法测定35,50和65℃时,0～12 MPa下甲烷在页岩上的吸附等温线,采用考虑吸附相体积的修正Langmuir模型处理实验数据,并根据Clausius-Clapeyron方程和vant Hoff方程计算甲烷在页岩上吸附时的等量吸附热和极限吸附热。结果表明:甲烷在页岩上的吸附等温线具有Ⅰ型吸附等温线特征,修正Langmuir吸附模型较好地拟合了吸附数据,拟合的平均相对误差小于4.1%。根据等量吸附线计算的等量吸附热为11.67～16.62 kJ/mol,平均14.58 kJ/mol,说明页岩对甲烷的吸附为物理吸附,并且等量吸附热随甲烷吸附量的增大而非线性递减,表明页岩表面能量的不均匀性,甲烷分子优先吸附在页岩表面的高能吸附位。由vant Hoff方程计算甲烷在页岩上的极限吸附热为23.91 kJ/mol。

页岩;甲烷;吸附;吸附等温线;吸附热

随着我国经济持续稳定增长,未来几十年将是中国天然气产业发展的高峰期,常规天然气的勘探和开发已不能满足经济社会发展的需求[1]。页岩气是近期可实现经济规模勘探开发、资源丰富的非常规天然气资源[2]。页岩气的赋存方式以吸附态和游离态为主,含少量溶解气[3]。……