本發明涉及煤儲層中甲烷儲量的評估方法，具體涉及利用不同恒溫條件下，多吸附壓力測點的甲烷吸附量與吸附壓力分段擬合，對煤中甲烷勢阱深度與數量分布曲線進行統計的一種煤吸附甲烷勢阱分布的測定方法。
背景技術：
：煤中甲烷的吸附儲集方式主要為物理吸附；即甲烷分子和煤分子在范德華力作用下相互吸引的結果。煤中甲烷分子具有吸附態和游離態兩種形式，并且大約90％的甲烷分子都處于吸附態。根據吸附動力學，吸附勢阱是指煤表面局部勢能較低且能發生吸附甲烷的位置，其深度與煤與甲烷之間的相互吸引力有關。煤中甲烷吸附量取決于煤體吸附勢阱參數(勢阱深度，勢阱數量)與甲烷氣體狀態參數(吸附壓力，溫度等)兩方面因素。1916年，朗繆爾(i.langmuir)在假定煤表面吸附勢阱均勻的條件下，從動力學觀點推導了單分子層吸附狀態方程，稱為朗格繆爾方程。該方程確立了等溫吸附過程中吸附質的吸附量，吸附壓力，以及吸附材料參數之間的數學關系，在吸附科學與界面化學領域得到廣泛的應用，成為目前煤層氣儲集特征評價的理論基礎。然而與人工均質吸附材料不同，煤體是天然的多組分非均質吸附劑，由于不同煤階微孔隙表面大分子結構的官能團與側鏈的多樣性，孔隙表面形態的分形特征，以及煤中煤巖組分礦物質結構的復雜性等多種原因，其吸附甲烷的勢阱深度具有明顯的非均勻性。這使得煤儲層與理想朗格繆爾方程均勻勢阱吸附的基本假設不能完全相符。這為煤儲層中甲烷儲量的評估與煤層氣高效開采帶來了極大的困難。技術實現要素：鑒于天然煤體吸附甲烷勢阱深度非均勻的特征，本發明提供一種煤吸附甲烷勢阱深度分布的測定方法，實現對煤體在不同溫度與壓力條件下的甲烷吸附能力的精確計算，繪制勢阱深度與勢阱數量之間的分布直方圖，進而對煤儲層煤層氣含量精確評價。本發明是通過以下技術方案實現的：一種煤吸附甲烷勢阱分布的測定方法，其特征在于：所述的煤吸附甲烷勢阱分布的測定方法，其具體步驟如下：：①從目標煤層直接切割體積為10mm×10mm×10mm立方體煤樣；②利用恒溫吸附儀器，對煤樣在不同恒溫條件進行多測點吸附壓力的甲烷吸附量精密測試并記錄；③利用基于吸附動力學的朗格繆爾方程，對吸附溫度與吸附速率參數b測定值擬合計算，得到比例參數bm；④利用基于吸附動力學的朗格繆爾方程，對不同吸附壓力段的吸附量與吸附壓力進行分段擬合，得到不同壓力段的平均勢阱深度及其對應勢阱數量；⑤統計煤中吸附勢阱總量，并繪制煤吸附甲烷勢阱深度分布直方圖。進一步，所述步驟①中，測試所取煤樣為天然塊煤，而非粉煤或壓制型煤。進一步，所述步驟②中，利用恒溫吸附儀器對煤樣不同恒溫條件下的多測點吸附壓力下的吸附量測試并記錄，其中測試溫度為不少于3組，參考實際煤儲層溫度范圍應分布在10℃～90℃之間，恒溫測試溫度分布在每組溫度間隔不小于15℃。參考天然煤儲層壓力范圍，每組溫度下吸附壓力測點應分布在0～3mpa，且測點數不小于10個。進一步，所述步驟④中，每個擬合壓力段的壓力測點為3～4個，共獲得不小于7個吸附壓力段。進一步，所述步驟⑤中，對不同勢阱深度段所對應的所有測試溫度下勢阱數量平均值繪制歸一化的勢阱深度分布直方圖，而非某一溫度或部分測試溫度的平均值。所述步驟③④中，計算理論依據為基于吸附動力學的朗格繆爾方程，即：式中：n—煤中某細觀結構甲烷吸附量，mol；p—吸附壓力，mpa；a—煤表面甲烷最大吸附量，即吸附位的總量，mol；b—與吸附速率相關的參數；b的表達式為：式中：bm—比例參數；k—玻爾茲曼常數；取1.3806488(13)×10^-23j/k。t—吸附體系溫度，℃；ε—煤表面甲烷分子所占據吸附位的勢阱深度，kj/mol。所述步驟④中，不同壓力段勢阱深度與勢阱數量之間的計算依據為：式中：—在tj溫度c壓力段煤吸附甲烷的平均勢阱深度(kj/mol)—在tj溫度c壓力段吸附甲烷的勢阱總量(mol)εc—c壓力段至c+1壓力段發生吸附甲烷勢阱的深度(kj/mol)nc—勢阱深度為εc的勢阱數量(mol)；利用式(5)可精確計算一定溫度與吸附壓力范圍內的煤中甲烷吸附量：式中：—在t溫度條件下深度為εc的勢阱吸附甲烷的速率參數。其余各符號含義同上。本發明的有益效果：鑒于天然煤體吸附甲烷勢阱深度非均勻的特征，通過本發明所獲得的勢阱分布直方圖，利用式(5)可計算一定溫度與吸附壓力范圍內的煤中甲烷吸附量，由于其考慮了煤中吸附勢阱深度的非均勻性，其測定值在理論上比朗格繆爾方法測算值更精確。具體實施方式下面通過實施例對本發明的技術方案進行清楚、完整的描述。一種煤吸附甲烷勢阱分布的測定方法的步驟如下：步驟1，塊煤煤樣制取：為了保證原始煤體孔隙結構不被破壞，從目標塊煤切割10mm×10mm×10mm立方體煤樣，清潔烘干備用。步驟2，煤樣不同恒溫條件下的多測點吸附壓力下的吸附量測試：將煤樣放入恒溫吸附儀器，對煤樣進行真空處理，然后將溫度調節為t1＝20℃，放入待測試煤樣，恒溫保持1h，保證煤樣內部溫度平衡。設定0.3-3mpa范圍內間隔為0.3mpa的共計10組吸附壓力測點pi(i＝1、2、3……10)，開始吸附測試:恒壓注入p1＝0.3mpa甲烷氣體(99.99％)，直至吸附平衡后，記錄平衡吸附量測試結果將壓力升高至下一設定壓力測點p2＝0.6mpa,測試其平衡吸附量按照上述方法重復測試。最終獲得t1＝20℃條件下的10組壓力測點所對應的甲烷吸附量(i＝1、2、3……10，j＝1)。對恒溫吸附儀器中煤樣再次進行真空處理，將溫度分別調節至t2＝40℃，t3＝60℃，按照上述方法，獲得不同恒溫條件下的煤樣吸附壓力測點及其對應吸附量(i＝1、2、3……10，j＝2、3)。測試所得數據按照表(1)整理：步驟3，比例參數bm計算式中：i—壓力測點序號；j—溫度測點序號；c—壓力段序號；d—壓力段測點數；pi—第i個吸附壓力測點—溫度tj吸附壓力pi條件下的煤中甲烷吸附量(mol)。—溫度tj吸附壓力pi條件下的煤中吸附甲烷勢阱總量(mol)。—溫度tj吸附壓力pi條件下的煤吸附甲烷速率參數。—溫度tj條件下c壓力段的平均吸附勢阱深度(kj/mol)。其余各符號含義同上。依據式(6)選取一個壓力段的10個測點(p1,p2,p3……p10)，即c＝1，d＝9；然后對各組溫度tj(j＝1、2、3)下此壓力段的吸附量與吸附壓力pi進行擬合計算，分別獲得測試溫度t1、t2、t3下的朗格繆爾吸附速率參數由于比例參數bm是與吸附溫度和壓力無關的常數，因此，依據式(7)對測試溫度t1、t2、t3與吸附速率參數進行擬合計算即可獲得比例參數bm。步驟4，不同壓力段的勢阱深度與勢阱數量之間的擬合計算：依據式(6)，分別取8個壓力段，每個壓力段3個測點，即c＝1，2，3.……8，d＝2，可獲得(p1,p2,p3)、(p2,p3,p4)……(p8,p9,p10)。對t1溫度下這8個壓力段的吸附壓力(pc，pc+1，pc+2)與其吸附量進行擬合計算，即可獲得各個壓力段吸附甲烷的勢阱總量和該壓力段吸附甲烷速率參數利用步驟3計算所得bm，依據式(7)，即可獲得各個壓力段吸附甲烷的平均勢阱深度最后依據式(3)、式(4)對不同勢阱深度εc的勢阱數量nc分別計算。按照上述方法對t2與t3溫度條件下不同平均勢阱深度εc的勢阱數量nc分別計算，計算結果以勢阱深度εc從小到大的順序依次記錄在表2中。步驟5，煤吸附甲烷勢阱深度分布直方圖繪制：統計煤樣吸附勢阱總量，并依據表2數據繪制勢阱深度分布直方圖。通過該勢阱分布直方圖，利用式(5)可計算一定溫度與吸附壓力范圍內的煤中甲烷吸附量，由于其考慮了煤中吸附勢阱深度的非均勻性，其測定值在理論上比朗格繆爾方法測算值更精確。表1煤樣不同恒溫條件下的多測點吸附壓力下的吸附量(mol)表2煤樣不同吸附勢阱深度段勢阱數量統計(mol)平均勢阱深度/(kj/mol)ε1ε2ε3……ε8勢阱數量(mol)n1n2n3……n8本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離本發明的精神和范圍，應當理解，上述實施例不限于前述的細節，而應在權利要求所限定的范圍內廣泛地解釋。應當指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明結構的前提下，還可以作岀若干改進和等效范圍內的變化，這些改進和變化也應視為本發明的保護范圍。當前第1頁12