N2/CO2 注入压力对含瓦斯煤岩中甲烷解吸的影响

李树刚 白 杨 林海飞 严 敏 龙 航 郭豆豆

1. 西安科技大学安全科学与工程学院 2.西部矿井瓦斯智能抽采工程研究中心

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我国煤层气（俗称瓦斯，主要成分为CH4）资源丰富，但是许多矿区煤层渗透率低，使得采用常规钻孔预抽煤层瓦斯的效果不理想。为了提高煤层瓦斯预抽率（钻孔抽放瓦斯量与钻孔控制范围内煤层瓦斯储量的比值）、缩短预抽时间，应对煤层采取强化增透措施。目前，注气（以N2或CO2为主要成分）是促进瓦斯解吸的主要方法之一[1-2]，通过边注气边抽采来提高低渗透煤层的抽采效率。

为了深入揭示气驱促进瓦斯解吸的机理，国内外学者开展了煤层气吸附/解吸的相关研究[3]。目前，针对注气促进瓦斯解吸的大部分研究都通过室内实验及现场试验来进行[4-6]，而煤是由无机物和有机物构成的，内表面结构特征复杂，因而应当从分子水平来解释注气驱替机制[7-8]。采用分子模拟方法，能够从分子水平来研究吸附质与吸附剂之间的微观作用机理[9]。

Matranga 等[10]运用巨正则系综蒙特卡洛（GCMC）方法模拟CH4、CO2、N2等气体在活性炭上的吸附。Mosher 等[11]、李树刚等[12-13]对煤孔隙结构中CH4、CO2的竞争吸附进行了分子模拟研究。相建华等[14]、曹达鹏等[15]运用蒙特卡洛方法模拟多组分气体在煤分子及活性炭孔隙中的吸附。周婧等[16]采用分子动力学模拟方法，研究含水情况下煤层气在煤表面的吸附/解吸性质。Hu 等[17]、林海飞等[18]、You 等[19]通过分子模拟方法，研究了煤储层中CO2、CH4的解吸、扩散。Sun等[20]、王宝俊等[21]通过改进的MS-BPD 孔隙扩散模型，对注气过程中多组分气体吸附、扩散进行研究，分析了注入气体组分对煤层气预抽率的影响。……