CN109085086B - 煤岩对气体吸附能力的预测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种煤岩对气体吸附能力的预测方法及装置，该方法包括：获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，并根据预设的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，并将其与体相化学势一并代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；根据每个孔隙区间上气体的吸附相密度与体相密度获得目标煤岩对气体的吸附量。本申请可以提高预测煤岩对气体吸附能力的准确性和效率。

Description

煤岩对气体吸附能力的预测方法及装置

技术领域

本申请涉及煤层气勘探发开技术领域，尤其是涉及一种煤岩对气体吸附能力的预测方法及装置。

背景技术

煤层气作为一种常规油气资源的接替能源，已经成为世界能源结构中的重要组成部分。吸附作为气体在煤层中的最主要赋存方式，对评价煤层气体的可采性和气水产出机理的揭示具有重大的理论指导意义。

目前已有气体吸附解吸实验较为成熟，但实验周期较长，煤样准备阶段需2～3天，首次吸附平衡需1天，且改变实验条件后仍需稳定2小时。另外，在实现本申请的过程中，本申请的发明人发现：已有气体吸附解吸理论亦存在一些不足，例如，Langmuir模型只能描述吸附量随压力单调变化的情况，并不能反映吸附量随压力增加先增大后降低特征。

有鉴于此，目前亟需可快速准确预测煤岩对气体吸附能力的技术方案。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种煤岩对气体吸附能力的预测方法及装置，以提高预测煤岩对气体吸附能力的准确性和效率。

为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种煤岩对气体吸附能力的预测方法，包括：

获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；

获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；

将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，并确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势；

将所述体相化学势及每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，分别代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；

根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；

将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量。

本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法，所述平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线，包括：

L_s＝[(-0.00023M_VM-0.0013)(θ-308.15)+0.012M_VM+1.16]×[1+0.0056(M_EMC-S_water)]；

其中，L_s为平均孔隙宽度，M_VM为挥发分含量，θ为温度，M_EMC为平衡湿度，S_water为含水饱和度。

本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法，所述获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度，包括：

根据公式

获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度；

其中，p为压力，R为气体状态常数，θ为温度，ρ_bulk为体相密度，b_bulk为气体的体相的斥力参数，且

a_bulk为气体的体相的引力参数，且

c_bulk为气体的体相的极性参数，且

θ_c为临界温度，p_c为临界压力，Z_c为临界压缩因子，ω为偏心因子。

本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法，所述获取气体在不同环境压力和温度下的体相化学势，包括：

根据公式

获取气体在不同环境压力和温度下的体相化学势；

其中，μ_bulk为体相化学势，μ₀为任意参考状态的化学势，f₀为任意参考状态的逸度，f_bulk为体相逸度，且

本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法，通过以下公式确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势：

μ_fs(z)＝N_A[Ψ_fs(z)+Ψ_fs(L_s-z)]；

其中，μ_fs(z)为z位置上的流固相互作用引起的化学势，N_A为阿伏伽德罗常数，Ψ_fs(z)为z位置上的吸附质分子与左壁面的相互作用势能，Ψ_fs(L_s-z)为z位置上的吸附质分子与右壁面的相互作用势能，

d_fs为流固分子碰撞直径，且

d_ff为气体的分子直径，d_ss为碳平面间距，z'为吸附质分子与第一层碳原子中心的距离，且

d_cc为碳原子直径，ε_fs为流固相互作用势能，且

ε_ff为流流相互作用势能，ε_ss为固固相互作用势能，且ε_ss/k_B＝[(-0.0081M_VM+0.55)(θ-308.15)+0.39M_FC+3.67]×[1+0.073(M_EMC-S_water)]，k_B为玻尔兹曼常数，M_VM为挥发分含量，θ为温度，M_FC为固定碳含量，M_EMC为平衡湿度，S_water为含水饱和度，ρ_atoms为碳原子密度。

本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法，所述吸附平衡准则模型包括：

μ(z)＝μ_bulk＝μ_ff(z)+μ_fs(z)；

其中，μ(z)为z位置的化学势，μ_bulk为体相化学势，μ_ff(z)为z位置上流流相互作用引起的化学势，μ_fs(z)为z位置上的流固相互作用引起的化学势。

本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法，所述根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度，包括：

通过公式

确定每个孔隙区间上气体的吸附相逸度；

根据公式

确定每个孔隙区间上气体的吸附相密度；

其中，μ_ff(z)为z位置上流流相互作用引起的化学势，μ₀为任意参考状态的化学势，R为气体状态常数，θ为温度，f_ads(z)为z位置上气体的吸附相逸度，f₀为任意参考状态的逸度，p为压力，ρ_ads(z)为z位置上气体的吸附相密度，a_ads(z)为z位置上气体的吸附相的引力参数，b_ads为气体的吸附相的斥力参数，c_ads为气体的吸附相的极性参数。

本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法，所述将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量，包括：

根据公式获得目标煤岩对气体的吸附量；

其中，n^Gibbs为目标煤岩对气体的吸附量，ρ_ads(z)为z位置上气体的吸附相密度，ρ_bulk为气体的体相密度，L_s为平均孔隙宽度，d_ff为气体的分子直径，A_s为单位质量吸附剂的表面积，且A_s＝[(0.13M_VM-5.68)(θ-308.15)+368.33-8.28M_VM]×[1+0.036(M_EMC-S_water)]，M_VM为挥发分含量，θ为温度，M_EMC为平衡湿度，S_water为含水饱和度。

另一方面，本申请实施例还提供了一种煤岩对气体吸附能力的预测装置，包括：

平均孔隙宽度确定模块，用于获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；

体相参数获取模块，用于获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；

第一势能确定模块，用于将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，并确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势；

第二势能确定模块，用于将所述体相化学势及每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，分别代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；

吸附相参数获取模块，用于根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；

气体吸附量获取模块，用于将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量。

另一方面，本申请实施例还提供了另一种煤岩对气体吸附能力的预测装置，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：

获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；

获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；

将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，并确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势；

将所述体相化学势及每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，分别代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；

根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；

将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例中，首先获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度，并获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；其次将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，并确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势；然后将体相化学势及每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，分别代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；然后根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；最后将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量，从而实现了煤岩对气体吸附能力的预测。与现有的基于气体吸附解吸实验的煤岩对气体吸附能力方法相比，本申请实施例极大地提高了预测速度，从而提高了煤岩对气体吸附能力的预测效率。而与现有的基于Langmuir模型的煤岩对气体吸附能力方法相比，本申请实施例不仅考虑了压力，还考虑了组分、环境温度和含水饱和度等其他因素，因此本申请实施例预测出的煤岩对气体吸附能力更加准确，从而可以为煤层气井生产动态检测和复杂结构井目标井段参数优化提供可靠的储层物性参数。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本申请一实施例中煤岩对气体吸附能力的预测方法的流程图；

图2为本申请一实施例中煤岩对气体吸附能力的预测装置的结构框图；

图3为本申请另一实施例中煤岩对气体吸附能力的预测装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参考图1所示，本申请实施例的煤岩对气体吸附能力的预测方法可以包括如下步骤：

S101、获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度。

在本申请一实施例中，可通过现有的任何合适的方式(例如采用煤岩的工业分析测试方式等)获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度。

在本申请一实施例中，可预先基于根据统计的大量吸附数据，拟合出煤岩的平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线。在此基础上，当获取到目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度后，将其代入上述的变化关系曲线即可以得到目标煤岩的平均孔隙宽度。

在本申请一示例性实施例中，所述平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线例如可以为如下公式：

L_s＝[(-0.00023M_VM-0.0013)(θ-308.15)+0.012M_VM+1.16]×[1+0.0056(M_EMC-S_water)]；

其中，L_s为平均孔隙宽度，单位为m；M_VM为挥发分含量，单位为％；θ为温度，单位为K；M_EMC为平衡湿度，单位为％；S_water为含水饱和度，单位为％。

S102、获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势。

在本申请一实施例中，所述获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度可通过如下方式实现：

根据公式

获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度；

其中，p为压力，单位为Pa；R为气体状态常数，单位为J/(K·mol)；ρ_bulk为体相密度，单位为mol/m³；b_bulk为气体的体相的斥力参数，单位为m³/mol，且

a_bulk为气体的体相的引力参数，单位为J·m³·mol^-2，且c_bulk为气体的体相的极性参数，且

θ_c为临界温度，单位为K；p_c为临界压力，单位为Pa；Z_c为临界压缩因子，无量纲；ω为偏心因子，无量纲。

在本申请一实施例中，所述获取气体在不同环境压力和温度下的体相化学势可通过如下方式实现：

根据公式

获取气体在不同环境压力和温度下的体相化学势；

其中，μ_bulk为体相化学势，μ₀为任意参考状态的化学势，f₀为任意参考状态的逸度，f_bulk为体相逸度，且

S103、将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，并确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势。

在本申请一实施例中，所述将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间可理解为将将目标煤岩的平均孔隙宽度进行微分。

在本申请一实施例中，可通过以下公式确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势：

μ_fs(z)＝N_A[Ψ_fs(z)+Ψ_fs(L_s-z)]；

其中，μ_fs(z)为z位置上的流固相互作用引起的化学势，单位为J/mol；N_A为阿伏伽德罗常数，一般可取6.02×10²³mol^-1；Ψ_fs(z)为z位置上的吸附质分子与左壁面的相互作用势能，单位为J/mol；Ψ_fs(L_s-z)为z位置上的吸附质分子与右壁面的相互作用势能，单位为J/mol；ρ_atoms为碳原子密度，例如可取3.82×10¹⁹个/m²；d_fs为流固分子碰撞直径，单位为m；且d_ff为气体的分子直径，单位为m；d_ss为碳平面间距，例如可取3.35×10^-10m；z'为吸附质分子与第一层碳原子中心的距离，单位为m，且

d_cc为碳原子直径，单位为m；ε_fs为流固相互作用势能，单位为J，且

ε_ff为流流相互作用势能，单位为J；ε_ss为固固相互作用势能，单位为J，且

ε_ss/k_B＝[(-0.0081M_VM+0.55)(θ-308.15)+0.39M_FC+3.67]×[1+0.073(M_EMC-S_water)]，k_B为玻尔兹曼常数，一般可取1.38×10^-23J/K；M_FC为固定碳含量，单位为％。其中，公式ε_ss/k_B＝[(-0.0081M_VM+0.55)(θ-308.15)+0.39M_FC+3.67]×[1+0.073(M_EMC-S_water)]可预先基于根据统计的大量吸附数据拟合得到。

在本申请一实施例中，所述的流固相互作用为流体分子与固体分子间的相互作用；所述的固固相互作用为不同固体分子间的相互作用；所述的流流相互作用为不同流体分子间的相互作用。

S104、将所述体相化学势及每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，分别代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势。

在本申请一实施例中，根据吸附平衡准则：系统中任意一点的化学势为流流相互作用引起的化学势与流固相互作用引起的化学势之和。因此，所述吸附平衡准则模型可以可以表达为：

μ(z)＝μ_bulk＝μ_ff(z)+μ_fs(z)；

其中，μ(z)为z位置的化学势，单位为J/mol；μ_bulk为体相化学势，单位为J/mol；μ_ff(z)为z位置上流流相互作用引起的化学势，单位为J/mol；μ_fs(z)为z位置上的流固相互作用引起的化学势，单位为J/mol；。

S105、根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度。

在本申请一实施例中，所述根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度，包括：

通过公式

确定每个孔隙区间上气体的吸附相逸度；

根据公式

确定每个孔隙区间上气体的吸附相密度；

其中，f_ads(z)为z位置上气体的吸附相逸度，单位为Pa；ρ_ads(z)为z位置上气体的吸附相密度，单位为mol/m³；a_ads(z)为z位置上气体的吸附相的引力参数，单位为J·m³·mol^-2；b_ads为气体的吸附相的斥力参数，单位为m³/mol；c_ads为气体的吸附相的极性参数，单位为m³/mol。

在本申请一实施例中，b_ads＝b_bulk，c_ads＝c_bulk。而a_ads(z)则分如下情况：

(一)若L_s/d_ff≥3，则

(二)若2＞L_s/d_ff≥1.5，则

(三)若L_s/d_ff≥3，则

S106、将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量。

在本申请一实施例中，所述将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量可以通过如下方式实现：

根据公式

获得目标煤岩对气体的吸附量；

其中，n^Gibbs为目标煤岩对气体的吸附量，即目标煤岩对气体的吉布斯过剩吸附量，单位为mol/kg；ρ_ads(z)为z位置上气体的吸附相密度，ρ_bulk为气体的体相密度，L_s为平均孔隙宽度，A_s为单位质量吸附剂的表面积，单位为m²/kg，且

A_s＝[(0.13M_VM-5.68)(θ-308.15)+368.33-8.28M_VM]×[1+0.036(M_EMC-S_water)]；该公式可预先基于根据统计的大量吸附数据拟合得到。

参考图2所示，本申请实施例的一种煤岩对气体吸附能力的预测装置可以包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：

获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；

获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；

将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，并确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势；

将所述体相化学势及每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，分别代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；

根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；

将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量。

参考图3所示，本申请实施例的另一种煤岩对气体吸附能力的预测装置，可以包括：

平均孔隙宽度确定模块31，可以用于获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；

体相参数获取模块32，可以用于获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；

第一势能确定模块33，可以用于将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，并确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势；

第二势能确定模块34，可以用于将所述体相化学势及每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，分别代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；

吸附相参数获取模块35，可以用于根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；

气体吸附量获取模块36，可以用于将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量。

本申请上述实施例的装置与本申请上述实施例的方法对应，因此，有关于本申请上述实施例的装置的细节，请参见本申请上述实施例的方法，在此不再赘述。

虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种煤岩对气体吸附能力的预测方法，其特征在于，包括：

获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；

获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；

将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，并确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势；

将所述体相化学势及每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，分别代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；

根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；

将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量；其中，

所述平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线，包括：

L_s＝[(-0.00023M_VM-0.0013)(θ-308.15)+0.012M_VM+1.16]×[1+0.0056(M_EMC-S_water)]；

其中，L_s为平均孔隙宽度，M_VM为挥发分含量，θ为温度，M_EMC为平衡湿度，S_water为含水饱和度。

2.如权利要求1所述的煤岩对气体吸附能力的预测方法，其特征在于，所述获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度，包括：

根据公式

获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度；

其中，p为压力，R为气体状态常数，θ为温度，ρ_bulk为体相密度，b_bulk为气体的体相的斥力参数，且

a_bulk为气体的体相的引力参数，且

c_bulk为气体的体相的极性参数，且θ_c为临界温度，p_c为临界压力，Z_c为临界压缩因子，ω为偏心因子。

3.如权利要求2所述的煤岩对气体吸附能力的预测方法，其特征在于，所述获取气体在不同环境压力和温度下的体相化学势，包括：

根据公式

获取气体在不同环境压力和温度下的体相化学势；

其中，μ_bulk为体相化学势，μ₀为任意参考状态的化学势，f₀为任意参考状态的逸度，f_bulk为体相逸度，且

4.如权利要求1所述的煤岩对气体吸附能力的预测方法，其特征在于，通过以下公式确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势：

μ_fs(z)＝N_A[Ψ_fs(z)+Ψ_fs(L_s-z)]；

其中，μ_fs(z)为z位置上的流固相互作用引起的化学势，N_A为阿伏伽德罗常数，Ψ_fs(z)为z位置上的吸附质分子与左壁面的相互作用势能，Ψ_fs(L_s-z)为z位置上的吸附质分子与右壁面的相互作用势能，

d_fs为流固分子碰撞直径，且

d_ff为气体的分子直径，d_ss为碳平面间距，z'为吸附质分子与第一层碳原子中心的距离，且d_cc为碳原子直径，ε_fs为流固相互作用势能，且ε_ff为流流相互作用势能，ε_ss为固固相互作用势能，且ε_ss/k_B＝[(-0.0081M_VM+0.55)(θ-308.15)+0.39M_FC+3.67]×[1+0.073(M_EMC-S_water)]，k_B为玻尔兹曼常数，M_VM为挥发分含量，θ为温度，M_FC为固定碳含量，M_EMC为平衡湿度，S_water为含水饱和度，ρ_atoms为碳原子密度。

5.如权利要求1所述的煤岩对气体吸附能力的预测方法，其特征在于，所述吸附平衡准则模型包括：

μ(z)＝μ_bulk＝μ_ff(z)+μ_fs(z)；

其中，μ(z)为z位置的化学势，μ_bulk为体相化学势，μ_ff(z)为z位置上流流相互作用引起的化学势，μ_fs(z)为z位置上的流固相互作用引起的化学势。

6.如权利要求1所述的煤岩对气体吸附能力的预测方法，其特征在于，所述根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度，包括：

通过公式

确定每个孔隙区间上气体的吸附相逸度；

根据公式

确定每个孔隙区间上气体的吸附相密度；

其中，μ_ff(z)为z位置上流流相互作用引起的化学势，μ₀为任意参考状态的化学势，R为气体状态常数，θ为温度，f_ads(z)为z位置上气体的吸附相逸度，f₀为任意参考状态的逸度，p为压力，ρ_ads(z)为z位置上气体的吸附相密度，a_ads(z)为z位置上气体的吸附相的引力参数，b_ads为气体的吸附相的斥力参数，c_ads为气体的吸附相的极性参数。

7.如权利要求1所述的煤岩对气体吸附能力的预测方法，其特征在于，所述将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量，包括：

根据公式

获得目标煤岩对气体的吸附量；

其中，n^Gibbs为目标煤岩对气体的吸附量，ρ_ads(z)为z位置上气体的吸附相密度，ρ_bulk为气体的体相密度，L_s为平均孔隙宽度，d_ff为气体的分子直径，A_s为单位质量吸附剂的表面积，且A_s＝[(0.13M_VM-5.68)(θ-308.15)+368.33-8.28M_VM]×[1+0.036(M_EMC-S_water)]，M_VM为挥发分含量，θ为温度，M_EMC为平衡湿度，S_water为含水饱和度。

8.一种煤岩对气体吸附能力的预测装置，其特征在于，包括：

平均孔隙宽度确定模块，用于获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；

体相参数获取模块，用于获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；

第一势能确定模块，用于将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，并确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势；

第二势能确定模块，用于将所述体相化学势及每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，分别代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；

吸附相参数获取模块，用于根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；

气体吸附量获取模块，用于将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量；其中，

所述平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线，包括：

L_s＝[(-0.00023M_VM-0.0013)(θ-308.15)+0.012M_VM+1.16]×[1+0.0056(M_EMC-S_water)]；

其中，L_s为平均孔隙宽度，M_VM为挥发分含量，θ为温度，M_EMC为平衡湿度，S_water为含水饱和度。

9.一种煤岩对气体吸附能力的预测装置，包括存储器、处理器、以及存储在所述存储器上的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被所述处理器运行时执行如下步骤：

获取目标煤岩的组分、环境温度和含水饱和度，根据平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线确定目标煤岩的平均孔隙宽度；

获取气体在不同环境压力和温度下的体相密度及体相化学势；

将目标煤岩的平均孔隙宽度离散为多个孔隙区间，并确定每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势；

将所述体相化学势及每个孔隙区间上的流固相互作用引起的化学势，分别代入吸附平衡准则模型，对应获得每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势；

根据每个孔隙区间上流流相互作用引起的化学势对应获得每个孔隙区间上气体的吸附相密度；

将每个孔隙区间上气体的吸附相密度分别与所述体相密度之差，沿目标煤岩的平均孔隙宽度积分，获得目标煤岩对气体的吸附量；其中，

所述平均孔隙宽度随煤岩的组分、环境温度和含水饱和度的变化关系曲线，包括：

L_s＝[(-0.00023M_VM-0.0013)(θ-308.15)+0.012M_VM+1.16]×[1+0.0056(M_EMC-S_water)]；

其中，L_s为平均孔隙宽度，M_VM为挥发分含量，θ为温度，M_EMC为平衡湿度，S_water为含水饱和度。

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