CN112067783A - 煤储层气水吸附量确定方法和装置 - Google Patents

煤储层气水吸附量确定方法和装置 Download PDF

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CN112067783A
CN112067783A CN202010914368.4A CN202010914368A CN112067783A CN 112067783 A CN112067783 A CN 112067783A CN 202010914368 A CN202010914368 A CN 202010914368A CN 112067783 A CN112067783 A CN 112067783A
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汪志明
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Abstract

本说明书提供了一种煤储层气水吸附量确定方法和装置，其中，该方法包括：根据流体状态方程计算第一体相逸度和第二体相逸度；将目标煤储层中的孔隙离散为若干个小区间，并利用势能函数，计算第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能；基于第一体相逸度、第二体相逸度、第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，计算第一吸附相逸度和第二吸附相逸度；根据第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，计算第一吸附相密度和第二吸附相密度；基于第一吸附相密度和第二吸附相密度，确定第一绝对吸附量和第二绝对吸附量。上述方案提出了煤储层气水绝对吸附量的预测方法，能够准确快速地预测煤储层的气水绝对吸附量，为煤层气水储量评价提供理论指导。

Description

煤储层气水吸附量确定方法和装置
技术领域
本申请涉及煤层气开发技术领域，特别涉及一种煤储层气水吸附量确定方法和装置。
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，已有气体吸附解吸理论存在一些不足，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，因而不能准确预测煤层中气水吸附量。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本说明书实施例提供了一种煤储层气水吸附量确定方法和装置，以解决现有技术中无法准确预测煤层气水吸附量的问题。
本说明书实施例提供了一种煤储层气水吸附量确定方法，包括：根据流体状态方程计算第一体相逸度和第二体相逸度，其中，第一体相逸度为目标煤储层中甲烷的体相逸度，第二体相逸度为目标煤储层中水的体相逸度；将目标煤储层中的孔隙离散为若干个小区间，并利用势能函数，计算第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，其中，第一流固相互作用势能为目标煤储层中甲烷与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能，第二流固相互作用势能为目标煤储层中水与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能；基于第一体相逸度、第二体相逸度、第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，计算第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，其中，第一吸附相逸度为目标煤储层中甲烷在若干个小区间中各小区间上的吸附相逸度，第二吸附相逸度为目标煤储层中水在若干个小区间中各小区间上的吸附相逸度；根据第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，计算第一吸附相密度和第二吸附相密度，其中，第一吸附相密度为目标煤储层中甲烷的吸附相密度，第二吸附相密度为目标煤储层中水的吸附相密度；基于第一吸附相密度和第二吸附相密度，确定第一绝对吸附量和第二绝对吸附量，其中，第一绝对吸附量为目标煤储层中甲烷的绝对吸附量，第二绝对吸附量为目标煤储层中水的绝对吸附量。
在一个实施例中，在基于第一吸附相密度和第二吸附相密度，计算第一绝对吸附量和第二绝对吸附量之后，还包括：获取目标煤储层的物理属性参数；基于目标煤储层的物理属性参数、第一绝对吸附量和第二绝对吸附量，确定第一地质储量和第二地质储量，其中，第一地质储量为目标煤储层中甲烷的地质储量，第二地质储量为目标煤储层中水的地质储量。
在一个实施例中，根据流体状态方程计算第一体相逸度和第二体相逸度，包括：按照以下公式计算第一体相逸度和第二体相逸度：
Figure BDA0002664485090000021
其中，
Figure BDA0002664485090000022
为体相中组分i的逸度，单位为Pa，其中，i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水，
Figure BDA0002664485090000023
为第一体相逸度，
Figure BDA0002664485090000024
为第二体相逸度；xi为体相中组分i的摩尔分数，无量纲；p为系统压力，单位为Pa；R为气体状态常数，单位为J/(K·mol)；θ为系统温度，单位为K；
Figure BDA0002664485090000025
为体相中组分i的密度，单位为mol/m3；
Figure BDA0002664485090000026
为体相中组分i的引力参数，单位为J·m3·mol-2；
Figure BDA0002664485090000027
为体相中组分i的斥力参数，单位为m3/mol；
Figure BDA0002664485090000031
为体相中组分i的极性参数，单位为m3/mol；abulk为体相中混合物的引力参数，单位为J·m3·mol-2；bbulk为体相中混合物的斥力参数，单位为m3/mol；cbulk为体相中混合物的极性参数，单位为m3/mol。
在一个实施例中，计算第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，包括：
按照以下公式计算第一流固相互作用势能：
Figure BDA0002664485090000032
其中，
Figure BDA0002664485090000033
为第一流固相互作用势能，为z位置上的甲烷分子与左壁面的相互作用势能，单位为J；ρatoms为碳原子密度，取3.82×1019个/m2；
Figure BDA0002664485090000034
为甲烷分子与碳原子的流固分子碰撞直径，单位为m；
Figure BDA0002664485090000035
为甲烷分子与壁面的流固相互作用参数，单位为J；dcc为碳原子直径，取1.4×10-10m；dss为碳平面间距，取3.35×10-10m；z'为吸附质分子与第一层碳原子中心的距离，m；
按照以下公式计算第二流固相互作用势能：
Figure BDA0002664485090000036
Figure BDA0002664485090000037
其中，
Figure BDA0002664485090000038
为3dff/8位置上的一次吸附水组分与左壁面的相互作用势能，单位为J；
Figure BDA0002664485090000039
为z位置上的二次吸附水组分与左壁面的相互作用势能，单位为J；第二流固相互作用势能包括
Figure BDA00026644850900000310
和
Figure BDA00026644850900000311
为水分子与碳原子的流固分子碰撞直径，单位为m；
Figure BDA00026644850900000312
为水分子与壁面的流固相互作用参数，单位为J；dff为流体分子直径，单位为m；dcc为碳原子直径，取1.4×10-10m；ΨHB为水分子与碳基吸附剂表面官能团的氢键势能，取1.242×10-21J。
在一个实施例中，基于第一体相逸度、第二体相逸度、第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，计算第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，包括：按照以下公式计算第一吸附相逸度和第二吸附相逸度：
Figure BDA00026644850900000313
其中，
Figure BDA0002664485090000041
为吸附相中组分i在z位置上的逸度，单位为Pa，其中，i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水，
Figure BDA0002664485090000042
为第一吸附相逸度，
Figure BDA0002664485090000043
为第二吸附相逸度；
Figure BDA0002664485090000044
为体相中组分i的逸度，单位为Pa，
Figure BDA0002664485090000045
为第一体相逸度，
Figure BDA0002664485090000046
为第二体相逸度；
Figure BDA0002664485090000047
为z位置上的组分i与左壁面的相互作用势能，单位为J；
Figure BDA0002664485090000048
为z位置上的组分i与右壁面的相互作用势能，单位为J；第一流固相互作用势能包括
Figure BDA0002664485090000049
和Ψ1 fs(Ls-z)；第二流固相互作用势能包括
Figure BDA00026644850900000410
和
Figure BDA00026644850900000411
Ls为孔隙直径，单位为m；kB为波尔兹曼常数，取1.38×10-23J/K；θ为系统温度，单位为K。
在一个实施例中，根据第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，计算第一吸附相密度和第二吸附相密度，包括：在满足摩尔分数约束条件和最小能值约束条件下按照以下公式计算第一吸附相密度和第二吸附相密度：
Figure BDA00026644850900000412
其中，
Figure BDA00026644850900000413
为吸附相中组分i在z位置上的逸度，单位为Pa，其中，i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水，f1 ads(z)为第一吸附相逸度，f2 ads(z)为第二吸附相逸度；yi(z)为吸附相中组分i在z位置上的摩尔分数，无量纲；p为系统压力，单位为Pa；R为气体状态常数，单位为J/(K·mol)；θ为系统温度，单位为K；
Figure BDA00026644850900000414
为吸附相中组分i在z位置上的密度，单位为mol/m3，
Figure BDA00026644850900000415
为第一吸附相密度，
Figure BDA00026644850900000416
为第二吸附相密度；
Figure BDA00026644850900000417
为吸附相中组分i在z位置上的引力参数，J·m3·mol-2；
Figure BDA00026644850900000418
为吸附相中组分i的斥力参数，m3/mol；
Figure BDA00026644850900000419
为吸附相中组分i的极性参数，m3/mol；aads(z)为吸附相中混合物在z位置上的引力参数，单位为J·m3·mol-2；bads为吸附相中混合物的斥力参数，m3/mol；cads为吸附相中混合物的极性参数，m3/mol。
在一个实施例中，基于第一吸附相密度和第二吸附相密度，确定第一绝对吸附量和第二绝对吸附量，包括：
按照以下公式确定第一绝对吸附量：
Figure BDA0002664485090000051
其中，
Figure BDA0002664485090000052
为第一绝对吸附量，为甲烷组分的绝对吸附量，单位为mol/kg；
Figure BDA0002664485090000053
为甲烷的吸附表面积，单位为m2/kg；Ls为孔隙直径，单位为m；
Figure BDA0002664485090000054
为甲烷分子直径，单位为m；
Figure BDA0002664485090000055
为第一吸附相密度，为吸附相中甲烷组分在z位置上的密度，单位为mol/kg；yCH4(z)为吸附相中甲烷组分在z位置上的摩尔分数，无量纲；
按照以下公式确定第二绝对吸附量：
Figure BDA0002664485090000056
其中，
Figure BDA0002664485090000057
为第二绝对吸附量，为水组分的绝对吸附量，单位为mol/kg；
Figure BDA0002664485090000058
表示水组分附着在吸附剂表面位点上的一次吸附表面积，单位为m2/kg；
Figure BDA0002664485090000059
表示吸附相中水组分在3dff/8位置上的一次吸附密度，单位为mol/m3；ywater(3dff/8)为吸附相中水组分在3dff/8位置上的一次吸附摩尔分数，无量纲；
Figure BDA00026644850900000510
表示水组分附着在水分子簇上的二次吸附表面积，单位为m2/kg；Ls为孔隙直径，单位为m；
Figure BDA00026644850900000511
为水分子直径，单位为m；
Figure BDA00026644850900000512
表示吸附相中水组分在z位置上的二次吸附密度，mol/m3；第二吸附相密度包括
Figure BDA00026644850900000513
和
Figure BDA00026644850900000514
ywater(z)为吸附相中水组分在z位置上的二次吸附摩尔分数，无量纲。
在一个实施例中，物理属性参数包括：煤层面积、煤层厚度、煤层密度、煤层孔隙度、甲烷的溶解度、裂隙中甲烷的压缩因子、裂隙中水的饱和度、水的密度和水的相对分子量；相应地，基于目标煤储层的物理属性参数、第一绝对吸附量和第二绝对吸附量，确定第一地质储量和第二地质储量，包括：
按照以下公式确定第一地质储量：
Figure BDA00026644850900000515
其中，
Figure BDA0002664485090000061
为第一地质储量，为目标煤储层中甲烷的地质储量，单位为mol；
Figure BDA0002664485090000062
为吸附态甲烷的地质储量，单位为mol；
Figure BDA0002664485090000063
为游离态甲烷的地质储量，单位为mol；
Figure BDA0002664485090000064
为溶解态甲烷的地质储量，单位为mol；Ac为目标煤储层的煤层面积，单位为m2；
Figure BDA0002664485090000065
为第一绝对吸附量，为目标煤储层中甲烷的绝对吸附量；tc为目标煤储层的煤层厚度，单位为m；ρc为目标煤储层的煤岩密度，单位为kg/m3；p为系统压力，单位为Pa；φ为目标煤储层的煤层孔隙度，无量纲；
Figure BDA0002664485090000066
为甲烷的溶解度，无量纲；
Figure BDA0002664485090000067
为裂隙中甲烷的压缩因子，无量纲；R为气体状态常数，单位为J/(K·mol)；θ为系统温度，单位为K；Swater为裂隙中水的饱和度，无量纲；ρwater为水的密度，kg/m3；
按照以下公式确定第二地质储量：
Figure BDA0002664485090000068
其中，Gwater为第二地质储量，为目标煤储层中水的地质储量，单位为mol；
Figure BDA0002664485090000069
为吸附态水的地质储量，单位为mol；
Figure BDA00026644850900000610
为游离态水的地质储量，单位为mol；
Figure BDA00026644850900000611
为第二绝对吸附量，为目标煤储层中水的绝对吸附量；Mrwater为水的相对分子量，单位为kg/mol。
本说明书实施例还提供了一种煤储层气水吸附量确定装置，包括：体相逸度计算模块，用于根据流体状态方程计算第一体相逸度和第二体相逸度，其中，第一体相逸度为目标煤储层中甲烷的体相逸度，第二体相逸度为目标煤储层中水的体相逸度；流固相互作用势能计算模块，用于将目标煤储层中的孔隙离散为若干个小区间，并利用势能函数，计算第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，其中，第一流固相互作用势能为目标煤储层中甲烷与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能，第二流固相互作用势能为目标煤储层中水与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能；吸附相逸度计算模块，用于基于第一体相逸度、第二体相逸度、第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，计算第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，其中，第一吸附相逸度为目标煤储层中甲烷在若干个小区间中各小区间上的吸附相逸度，第二吸附相逸度为目标煤储层中水在若干个小区间中各小区间上的吸附相逸度；吸附相密度计算模块，用于根据第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，计算第一吸附相密度和第二吸附相密度，其中，第一吸附相密度为目标煤储层中甲烷的吸附相密度，第二吸附相密度为目标煤储层中水的吸附相密度；绝对吸附量确定模块，用于基于第一吸附相密度和第二吸附相密度，确定第一绝对吸附量和第二绝对吸附量，其中，第一绝对吸附量为目标煤储层中甲烷的绝对吸附量，第二绝对吸附量为目标煤储层中水的绝对吸附量。
本说明书实施例还提供一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现上述任意实施例中所述的煤储层气水吸附量确定方法的步骤。
本说明书实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被执行时实现上述任意实施例中所述的煤储层气水吸附量确定方法的步骤。
在本说明书实施例中，提供了一种煤储层气水吸附量确定方法，根据流体状态方程计算甲烷的体相逸度和水的体相逸度，将目标煤储层中的孔隙离散为若干个小区间，并利用势能函数，计算甲烷与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能和水与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能，基于甲烷的体相逸度、水的体相逸度、甲烷与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能和水与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能，计算目标煤储层中甲烷在若干个小区间中各小区间上的吸附相逸度和目标煤储层中水在若干个小区间中各小区间上的吸附相逸度，根据甲烷的吸附相逸度和水的吸附相逸度，计算甲烷的吸附相密度和水的吸附相密度，之后，基于甲烷的吸附相密度和水的吸附相密度，确定目标煤储层中甲烷的绝对吸附量和水的绝对吸附量。上述方案中，根据流体状态方程计算甲烷和水的体相逸度，分别计算甲烷和水与孔隙壁面之间的流固相互作用势能，之后，结合体相逸度和琉古相互作用势能计算甲烷和水的吸附相逸度，根据甲烷和水的吸附相逸度确定甲烷和水的吸附相密度，最后，基于甲烷和水的吸附相密度即可得到甲烷和水的绝对吸附量，可以快速准确地预测煤层中的甲烷和水的绝对吸附量。上述方案提出煤储层气水绝对吸附量的预测方法，能够准确快速地预测煤储层的气水绝对吸附量，为煤层气水储量评价和煤层气水同产技术提供理论指导。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本说明书的进一步理解，构成本说明书的一部分，并不构成对本说明书的限定。在附图中：
图1示出了本说明书一实施例中煤储层气水吸附量确定方法的流程图；
图2示出了本说明书一实施例中的煤储层气水吸附量确定装置的示意图；
图3示出了本说明书一实施例中的计算机设备的示意图。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本申请的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本申请，而并非以任何方式限制本申请的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本申请公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本领域的技术人员知道，本说明书的实施方式可以实现为一种系统、装置设备、方法或计算机程序产品。因此，本说明书公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。
本说明书实施例提供了一种煤储层气水吸附量确定方法。图1示出了本说明书一实施例中煤储层气水吸附量确定方法的流程图。虽然本说明书提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本说明书实施例描述及附图所示的执行顺序或模块结构。所述的方法或模块结构的在实际中的装置或终端产品应用时，可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构连接进行顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至分布式处理环境)。
本说明书实施例提供的煤储层气水吸附量确定方法可以应用于计算机设备，即可以由计算机设备来执行本说明书实施例中提供的煤储层气水吸附量确定方法。其中，上述计算机设备可以是台式电脑、笔记本电脑、手机终端、PDA等，只要是可以获取数据并进行数据处理的设备都可以，本申请对此不作限定。
具体地，如图1所示，本说明书一种实施例提供的煤储层气水吸附量确定方法可以包括以下步骤：
步骤S101，根据流体状态方程计算第一体相逸度和第二体相逸度。
其中，第一体相逸度为目标煤储层中甲烷的体相逸度，第二体相逸度为目标煤储层中水的体相逸度。目标煤储层为待研究的煤储层。逸度在化学热力学中表示实际气体的有效压强，等于相同条件下具有相同化学势的理想气体的压强。储层的孔隙内流体分子由于受到孔壁分子作用力而分为两部分：邻近孔壁表面的吸附相和远离孔壁表面的体相。吸附相流体被认为是难以动用甚至无法动用的流体。体相流体为易动用或可动用流体。体相逸度为储层内的体相流体的逸度。甲烷的体相逸度即体相流体中甲烷组分的逸度。水的体相逸度即体相流体中水组分的逸度。
流体状态方程是表征流体压强、流体密度和温度这三个热力学参量的函数关系式。可以根据流体状态方程计算目标煤储层中甲烷的体相逸度和目标煤储层中水的体相逸度。
步骤S102，将目标煤储层中的孔隙离散为若干个小区间，并利用势能函数，计算第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能。
其中，第一流固相互作用势能为目标煤储层中甲烷与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能，第二流固相互作用势能为目标煤储层中水与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能。流固相互作用势能是指由流体分子与固体分子之间的相互作用力而产生的能量。
可以将目标煤储层中的孔隙离散为若干个小区间。例如，可以将孔隙离散为100个以上小区间。又例如，可以将孔隙离散为尺寸在0.01nm左右的小区间。上述离散方法仅是示例性的，本申请不限于此。通过将目标煤储层中的孔隙离散为若干个小区间，并利用势能函数进行计算，可以得到目标煤储层中甲烷与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能以及水与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能。
步骤S103，基于第一体相逸度、第二体相逸度、第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，计算第一吸附相逸度和第二吸附相逸度。
其中，第一吸附相逸度为目标煤储层中甲烷在若干个小区间中各小区间上的吸附相逸度，第二吸附相逸度为目标煤储层中水在若干个小区间中各小区间上的吸附相逸度。逸度在化学热力学中表示实际气体的有效压强，等于相同条件下具有相同化学势的理想气体的压强。吸附相逸度可以为储层内的吸附相流体的逸度。甲烷的吸附相逸度即吸附相流体中甲烷组分的逸度。水的吸附相逸度即吸附相流体中水组分的逸度。
在确定甲烷的体相逸度、水的体相逸度、甲烷与孔隙壁面之间的流固相互作用势能和水与孔隙壁面之间的流固相互作用势能之后，可以根据平衡吸附准则，基于上述参数，计算甲烷在各小区间上的吸附相逸度和水在各小区间上的吸附相逸度。
步骤S104，根据第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，计算第一吸附相密度和第二吸附相密度。
其中，第一吸附相密度为目标煤储层中甲烷的吸附相密度，第二吸附相密度为目标煤储层中水的吸附相密度。其中，吸附相密度可以为吸附相流体的密度。甲烷的吸附相密度为吸附相流体中甲烷的密度。水的吸附相密度为吸附相流体中水的密度。在得到甲烷在各小区间上的吸附相逸度和水在各小区间上的吸附相逸度之后，可以基于各小区间上的甲烷的吸附相逸度和水的吸附相逸度，在满足摩尔分数约束条件和最小能值约束条件下，计算目标煤储层中甲烷的吸附相密度和水的吸附相密度。
步骤S105，基于第一吸附相密度和第二吸附相密度，确定第一绝对吸附量和第二绝对吸附量。
其中，第一绝对吸附量为目标煤储层中甲烷的绝对吸附量，第二绝对吸附量为目标煤储层中水的绝对吸附量。其中，甲烷的绝对吸附量可以是目标煤储层对甲烷的绝对吸附量。水的绝对吸附量可以为目标煤储层对水的绝对吸附量。绝对吸附量表示吸附状态流体分子总量。在确定目标煤储层中甲烷的吸附相密度和水的吸附相密度之后，可以基于甲烷的吸附相密度和水的吸附相密度，确定目标煤储层中甲烷的绝对吸附量和水的绝对吸附量。
上述实施例中的方法中，可以根据流体状态方程计算甲烷和水的体相逸度，分别计算甲烷和水与孔隙壁面之间的流固相互作用势能，之后，结合体相逸度和琉古相互作用势能计算甲烷和水的吸附相逸度，根据甲烷和水的吸附相逸度确定甲烷和水的吸附相密度，最后，基于甲烷和水的吸附相密度即可得到甲烷和水的绝对吸附量。上述方法中提出了煤储层气水绝对吸附量的预测方法，能够准确快速地预测煤储层的气水绝对吸附量，为煤层气水储量评价和煤层气水同产技术提供理论指导。
在本说明书一些实施例中，在基于第一吸附相密度和第二吸附相密度，计算第一绝对吸附量和第二绝对吸附量之后，该方法还可以包括：获取目标煤储层的物理属性参数；基于目标煤储层的物理属性参数、第一绝对吸附量和第二绝对吸附量，确定第一地质储量和第二地质储量。
具体的，第一地质储量为目标煤储层中甲烷的地质储量，第二地质储量为目标煤储层中水的地质储量。地质储量是在地层原始条件下，具有产气能力的储层中天然气和水的总量。在确定了目标煤储层中的甲烷和水的绝对吸附量之后，可以获取目标煤储层的物理属性参数，并利用体积法，基于目标煤储层的物理属性参数、甲烷的绝对吸附量和水的绝对吸附量，确定目标煤储层中甲烷和水的地质储量。体积法可以是计算某一给定体积的岩体内所含有的全部热能量然后再估算出积存热量之中有多少能被开采出来的方法。通过上述方式，可以对煤储层气水储量进行动态预测，为煤层气水储量评价和煤层气水同产技术提供理论指导。
在本说明书一些实施例中，根据流体状态方程计算第一体相逸度和第二体相逸度，可以包括按照以下公式计算第一体相逸度和第二体相逸度：
Figure BDA0002664485090000111
其中，fi bulk为体相中组分i的逸度，单位为Pa，其中，i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水，f1 bulk为第一体相逸度，
Figure BDA0002664485090000112
为第二体相逸度；xi为体相中组分i的摩尔分数，无量纲；p为系统压力，单位为Pa；R为气体状态常数，单位为J/(K·mol)；θ为系统温度，单位为K；
Figure BDA0002664485090000113
为体相中组分i的密度，单位为mol/m3；
Figure BDA0002664485090000114
为体相中组分i的引力参数，单位为J·m3·mol-2；
Figure BDA0002664485090000115
为体相中组分i的斥力参数，单位为m3/mol；
Figure BDA0002664485090000116
为体相中组分i的极性参数，单位为m3/mol；abulk为体相中混合物的引力参数，单位为J·m3·mol-2；bbulk为体相中混合物的斥力参数，单位为m3/mol；cbulk为体相中混合物的极性参数，单位为m3/mol；其中，混合物是指水和甲烷的混合物。
在本说明书一些实施例中，根据势能函数，计算第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，可以包括：
按照以下公式计算第一流固相互作用势能：
Figure BDA0002664485090000117
其中，
Figure BDA0002664485090000121
为第一流固相互作用势能，为z位置上的甲烷分子与左壁面的相互作用势能，单位为J；ρatoms为碳原子密度，取3.82×1019个/m2；
Figure BDA0002664485090000122
为甲烷分子与碳原子的流固分子碰撞直径，单位为m；
Figure BDA0002664485090000123
为甲烷分子与壁面的流固相互作用参数，单位为J；dcc为碳原子直径，取1.4×10-10m；dss为碳平面间距，取3.35×10-10m；z'为吸附质分子与第一层碳原子中心的距离，m；
按照以下公式计算第二流固相互作用势能：
Figure BDA0002664485090000124
Figure BDA0002664485090000125
其中，
Figure BDA0002664485090000126
为3dff/8位置上的一次吸附水组分与左壁面的相互作用势能，单位为J；
Figure BDA0002664485090000127
为z位置上的二次吸附水组分与左壁面的相互作用势能，单位为J；第二流固相互作用势能包括
Figure BDA0002664485090000128
和
Figure BDA0002664485090000129
为水分子与碳原子的流固分子碰撞直径，单位为m；
Figure BDA00026644850900001210
为水分子与壁面的流固相互作用参数，单位为J；dff为流体分子直径，单位为m；dcc为碳原子直径，取1.4×10-10m；ΨHB为水分子与碳基吸附剂表面官能团的氢键势能，取1.242×10-21J。
在本说明书一些实施例中，基于第一体相逸度、第二体相逸度、第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，计算第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，可以包括按照以下公式计算第一吸附相逸度和第二吸附相逸度：
Figure BDA00026644850900001211
其中，fi ads(z)为吸附相中组分i在z位置上的逸度，单位为Pa，其中，i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水，f1 ads(z)为第一吸附相逸度，f2 ads(z)为第二吸附相逸度；fi bulk为体相中组分i的逸度，单位为Pa，f1 bulk为第一体相逸度，
Figure BDA00026644850900001212
为第二体相逸度；Ψi fs(z)为z位置上的组分i与左壁面的相互作用势能，单位为J；Ψi fs(Ls-z)为z位置上的组分i与右壁面的相互作用势能，单位为J；第一流固相互作用势能包括Ψ1 fs(z)和Ψ1 fs(Ls-z)；第二流固相互作用势能包括Ψ2 fs(z)和Ψ2 fs(Ls-z)；Ls为孔隙直径，单位为m；kB为波尔兹曼常数，取1.38×10- 23J/K；θ为系统温度，单位为K。
在本说明书一些实施例中，根据第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，计算第一吸附相密度和第二吸附相密度，可以包括在满足摩尔分数约束条件和最小能值约束条件下按照以下公式计算第一吸附相密度和第二吸附相密度：
Figure BDA0002664485090000131
其中，
Figure BDA0002664485090000132
为吸附相中组分i在z位置上的逸度，单位为Pa，其中，i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水，f1 ads(z)为第一吸附相逸度，f2 ads(z)为第二吸附相逸度；yi(z)为吸附相中组分i在z位置上的摩尔分数，无量纲；p为系统压力，单位为Pa；R为气体状态常数，单位为J/(K·mol)；θ为系统温度，单位为K；
Figure BDA0002664485090000133
为吸附相中组分i在z位置上的密度，单位为mol/m3，
Figure BDA0002664485090000134
为第一吸附相密度，
Figure BDA0002664485090000135
为第二吸附相密度；
Figure BDA0002664485090000136
为吸附相中组分i在z位置上的引力参数，J·m3·mol-2；
Figure BDA0002664485090000137
为吸附相中组分i的斥力参数，m3/mol；
Figure BDA0002664485090000138
为吸附相中组分i的极性参数，m3/mol；aads(z)为吸附相中混合物在z位置上的引力参数，单位为J·m3·mol-2；bads为吸附相中混合物的斥力参数，m3/mol；cads为吸附相中混合物的极性参数，m3/mol。
在本说明书一些实施例中，基于第一吸附相密度和第二吸附相密度，确定第一绝对吸附量和第二绝对吸附量，可以包括：
按照以下公式确定第一绝对吸附量：
Figure BDA0002664485090000139
其中，
Figure BDA0002664485090000141
为第一绝对吸附量，为甲烷组分的绝对吸附量，单位为mol/kg；
Figure BDA0002664485090000142
为甲烷的吸附表面积，单位为m2/kg；Ls为孔隙直径，单位为m；
Figure BDA0002664485090000143
为甲烷分子直径，单位为m；
Figure BDA0002664485090000144
为第一吸附相密度，为吸附相中甲烷组分在z位置上的密度，单位为mol/kg；yCH4(z)为吸附相中甲烷组分在z位置上的摩尔分数，无量纲；
按照以下公式确定第二绝对吸附量：
Figure BDA0002664485090000145
其中，
Figure BDA0002664485090000146
为第二绝对吸附量，为水组分的绝对吸附量，单位为mol/kg；
Figure BDA0002664485090000147
表示水组分附着在吸附剂表面位点上的一次吸附表面积，单位为m2/kg；
Figure BDA0002664485090000148
表示吸附相中水组分在3dff/8位置上的一次吸附密度，单位为mol/m3；ywater(3dff/8)为吸附相中水组分在3dff/8位置上的一次吸附摩尔分数，无量纲；
Figure BDA0002664485090000149
表示水组分附着在水分子簇上的二次吸附表面积，单位为m2/kg；Ls为孔隙直径，单位为m；
Figure BDA00026644850900001410
为水分子直径，单位为m；
Figure BDA00026644850900001411
表示吸附相中水组分在z位置上的二次吸附密度，mol/m3；第二吸附相密度包括
Figure BDA00026644850900001412
和
Figure BDA00026644850900001413
ywater(z)为吸附相中水组分在z位置上的二次吸附摩尔分数，无量纲。
在本说明书的一些实施例中，体相和吸附相中甲烷和水的摩尔分数均需满足摩尔分数约束条件，可以包括满足以下等式：
∑xi＝1；
∑yi＝1；
其中，xi为体相中组分i的摩尔分数，无量纲；yi为吸附相中组分i的摩尔分数，无量纲，其中，i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水。
在本说明书的一些实施例中，满足最小能值约束条件可以包括：水组分附着在吸附剂表面位点上的一次吸附表面积与水组分附着在水分子簇上的二次吸附表面积使得系统的总势能最小，系统的总势能的表达式如下：
Figure BDA00026644850900001414
其中，
Figure BDA00026644850900001415
其中，
Figure BDA00026644850900001416
为水的吸附表面积，单位为m2/kg；
Figure BDA00026644850900001417
表示水组分附着在吸附剂表面位点上的一次吸附表面积，单位为m2/kg；
Figure BDA00026644850900001418
表示水组分附着在水分子簇上的二次吸附表面积，单位为m2/kg；Ep为系统的总势能，单位为J/kg；
Figure BDA0002664485090000151
为吸附相中一次吸附水组分与左壁面相互作用引起的化学势，单位为J/mol；
Figure BDA0002664485090000152
表示吸附相中水组分在3dff/8位置上的一次吸附密度，单位为mol/m3；
Figure BDA0002664485090000153
为水分子直径，单位为m；Ls为孔隙直径，单位为m；
Figure BDA0002664485090000154
为吸附相中二次吸附水组分在z位置上引起的化学势，单位为J/mol；
Figure BDA0002664485090000155
表示吸附相中水组分在z位置上的二次吸附密度，单位为mol/m3。
在本说明书一些实施例中，物理属性参数可以包括：煤层面积、煤层厚度、煤层密度、煤层孔隙度、甲烷的溶解度、裂隙中甲烷的压缩因子、裂隙中水的饱和度、水的密度和水的相对分子量；相应地，基于目标煤储层的物理属性参数、第一绝对吸附量和第二绝对吸附量，确定第一地质储量和第二地质储量，可以包括：
按照以下公式确定第一地质储量：
Figure BDA0002664485090000156
其中，
Figure BDA0002664485090000157
为第一地质储量，为目标煤储层中甲烷的地质储量，单位为mol；
Figure BDA0002664485090000158
为吸附态甲烷的地质储量，单位为mol；
Figure BDA0002664485090000159
为游离态甲烷的地质储量，单位为mol；
Figure BDA00026644850900001510
为溶解态甲烷的地质储量，单位为mol；Ac为目标煤储层的煤层面积，单位为m2；
Figure BDA00026644850900001511
为第一绝对吸附量，为目标煤储层中甲烷的绝对吸附量；tc为目标煤储层的煤层厚度，单位为m；ρc为目标煤储层的煤岩密度，单位为kg/m3；p为系统压力，单位为Pa；φ为目标煤储层的煤层孔隙度，无量纲；
Figure BDA00026644850900001512
为甲烷的溶解度，无量纲；
Figure BDA00026644850900001513
为裂隙中甲烷的压缩因子，无量纲；R为气体状态常数，单位为J/(K·mol)；θ为系统温度，单位为K；Swater为裂隙中水的饱和度，无量纲；ρwater为水的密度，kg/m3；
按照以下公式确定第二地质储量：
Figure BDA00026644850900001514
其中，Gwater为第二地质储量，为目标煤储层中水的地质储量，单位为mol；
Figure BDA00026644850900001515
为吸附态水的地质储量，单位为mol；
Figure BDA00026644850900001516
为游离态水的地质储量，单位为mol；
Figure BDA00026644850900001517
为第二绝对吸附量，为目标煤储层中水的绝对吸附量；Mrwater为水的相对分子量，单位为kg/mol。
下面结合一个具体实施例对上述方法进行说明，然而，值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本申请，并不构成对本申请的不当限定。
在本具体实施例中，煤储层气水吸附量确定方法可以包括以下步骤：
步骤1，根据流体状态方程计算甲烷和水的体相密度，如式(1)～(4)所示：
Figure BDA0002664485090000161
Figure BDA0002664485090000162
Figure BDA0002664485090000163
Figure BDA0002664485090000164
式中，pi为组分i的分压，单位为Pa；i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水；R为气体状态常数，单位为J/(K·mol)；
Figure BDA0002664485090000165
为体相中组分i的密度，单位为mol/m3；
Figure BDA0002664485090000166
为体相中组分i的的引力参数，单位为J·m3·mol-2；
Figure BDA0002664485090000167
为体相中组分i的斥力参数，单位为m3/mol；
Figure BDA0002664485090000168
为体相中组分i的极性参数，单位为m3/mol；
Figure BDA00026644850900001611
为组分i的临界压缩因子，无量纲；
Figure BDA0002664485090000169
为组分i的临界温度，单位为K；
Figure BDA00026644850900001612
为组分i的临界压力，单位为Pa；ωi为组分i的偏心因子，无量纲。
步骤2，根据流体状态方程计算甲烷和水的体相逸度，如式(5)～(12)所示：
Figure BDA00026644850900001610
Figure BDA0002664485090000171
Figure BDA0002664485090000172
Figure BDA0002664485090000173
Figure BDA0002664485090000174
Figure BDA0002664485090000175
Figure BDA0002664485090000176
Figure BDA0002664485090000177
其中，
Figure BDA0002664485090000178
为体相中组分i的逸度，单位为Pa；i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水；xi为体相中组分i的摩尔分数，无量纲；xj为体相中组分j的摩尔分数，无量纲；
Figure BDA0002664485090000179
为体相中组分i的引力参数，J·m3·mol-2；
Figure BDA00026644850900001710
为体相中组分j的引力参数，J·m3·mol-2；
Figure BDA00026644850900001711
为体相中组分i的斥力参数，m3/mol；
Figure BDA00026644850900001712
为体相中组分i的极性参数，m3/mol；abulk为体相中混合物的引力参数，J·m3·mol-2；bbulk为体相中混合物的斥力参数，m3/mol；cbulk为体相中混合物的极性参数，m3/mol；；n为混合物的总摩尔数，ni为组分i的摩尔数；CBIP为二元相互作用参数，无量纲。
步骤3，根据下式计算甲烷和水的体相化学势，如式(13)所示：
Figure BDA00026644850900001713
式中，
Figure BDA00026644850900001714
为体相中组分i的化学势，单位为J/mol；i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水；
Figure BDA00026644850900001715
为组分i在任意参考状态的化学势，单位为J/mol；fi bulk为体相中组分i的逸度；fi 0为组分i在任意参考状态的逸度，单位为Pa。
步骤4，将孔隙离散为若干个小区间，根据下式计算甲烷与煤岩孔隙壁面的相互作用引起的化学势，如式(14)～(17)所示：
Figure BDA00026644850900001716
Figure BDA0002664485090000181
Figure BDA0002664485090000182
Figure BDA0002664485090000183
式中，
Figure BDA0002664485090000184
为z位置上的甲烷分子与左壁面的相互作用势能，单位为J；ρatoms为碳原子密度，取3.82×1019个/m2；
Figure BDA0002664485090000185
为甲烷分子与碳原子的流固分子碰撞直径，单位为m；
Figure BDA0002664485090000186
为甲烷分子直径，单位为m；dss为碳平面间距，取3.35×10-10m；
Figure BDA0002664485090000187
为甲烷分子与壁面的流固相互作用参数，单位为J；
Figure BDA0002664485090000188
为甲烷分子间的流流相互作用势能，单位为J；εss为固固相互作用势能，单位为J；z'为吸附质分子与第一层碳原子中心的距离，m；dcc为碳原子直径，取1.4×10-10m。
步骤5，根据下式计算水相一次吸附与煤岩孔隙壁面的相互作用引起的化学势，如式(18)～(20)所示：
Figure BDA0002664485090000189
Figure BDA00026644850900001810
Figure BDA00026644850900001811
式中，
Figure BDA00026644850900001812
为3dff/8位置上的一次吸附水组分与左壁面的相互作用势能，单位为J；dff为流体分子直径，单位为m；dss为碳平面间距，取3.35×10-10m；dcc为碳原子直径，取1.4×10-10m；
Figure BDA00026644850900001813
为水分子与碳原子的流固分子碰撞直径，单位为m；
Figure BDA00026644850900001814
为水分子直径，单位为m；
Figure BDA00026644850900001815
为水分子与壁面的流固相互作用参数，单位为J；
Figure BDA00026644850900001816
为水分子间的流流相互作用势能，单位为J；εss为固固相互作用势能，单位为J；ΨHB为水分子与碳基吸附剂表面官能团的氢键势能，取1.242×10-21J。
步骤6，根据下式计算水相二次吸附与煤岩孔隙壁面的相互作用引起的化学势，如式(21)所示：
Figure BDA00026644850900001817
式中，
Figure BDA00026644850900001818
为二次吸附的水分子与左壁面的相互作用势能，单位为J。
步骤7，根据吸附平衡准则，并结合流固相互作用势能通过下式计算甲烷和水在z位置上的吸附相逸度，如式(22)所示：
Figure BDA0002664485090000191
式中，fi ads(z)为吸附相中组分i在z位置上的逸度，单位为Pa，其中，i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水；fi bulk为体相中组分i的逸度，单位为Pa；Ψi fs(z)为z位置上的组分i与左壁面的相互作用势能，单位为J；Ψi fs(Ls-z)为z位置上的组分i与右壁面的相互作用势能，单位为J；Ls为孔隙直径，单位为m；kB为波尔兹曼常数，取1.38×10-23J/K；θ为系统温度，单位为K。
步骤8，根据流体状态方程计算甲烷和水的体相逸度，如式(23)～(30)所示：
Figure BDA0002664485090000192
Figure BDA0002664485090000193
Figure BDA0002664485090000194
Figure BDA0002664485090000195
Figure BDA0002664485090000196
Figure BDA0002664485090000197
Figure BDA0002664485090000201
Figure BDA0002664485090000202
式中，fi ads(z)为吸附相中组分i在z位置上的逸度，单位为Pa；其中，i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水；yi(z)为吸附相中组分i在z位置上的摩尔分数，无量纲；yj(z)为吸附相中组分j在z位置上的摩尔分数，无量纲；
Figure BDA0002664485090000203
为吸附相中组分i在z位置上的引力参数，J·m3·mol-2；
Figure BDA0002664485090000204
为吸附相中组分j在z位置上的引力参数，J·m3·mol-2；
Figure BDA0002664485090000205
为吸附相中组分i的斥力参数，m3/mol；
Figure BDA0002664485090000206
为吸附相中组分i的极性参数，m3/mol；aads(z)为吸附相中混合物在z位置上的引力参数，J·m3·mol-2；bads为吸附相中混合物的斥力参数，m3/mol；cads为吸附相中混合物的极性参数，m3/mol；
Figure BDA0002664485090000207
为计算吸附相中引力参数的交叉系数，J·m3·mol-2。
步骤9，通过下式确定体相和吸附相中甲烷和水的摩尔分数，如式(31)和(32)所示：
∑xi＝1 (31)
∑yi＝1 (32)
其中，xi为体相中组分i的摩尔分数，无量纲；yi为吸附相中组分i的摩尔分数，无量纲，其中，i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水。
步骤10，根据最小能值法计算水相一次吸附和二次吸附的面积之比，如式(33)和(34)所示：
Figure BDA0002664485090000208
Figure BDA0002664485090000209
式中，
Figure BDA00026644850900002010
为甲烷吸附的表面积，单位为m2/kg；
Figure BDA00026644850900002011
表示水分子在吸附剂表面位点上一次吸附的表面积，m2/kg；
Figure BDA00026644850900002012
表示水分子在水分子簇上二次吸附的表面积，m2/kg；Ep为系统的总势能，J；
Figure BDA00026644850900002013
为水相在左壁面一次吸附引起的化学势，J/mol；
Figure BDA00026644850900002014
为z位置上水相二次吸附引起的化学势，J/mol。
步骤11，基于甲烷的吸附相密度和水的吸附相密度，计算甲烷和水的吸附量，如式(35)和(36)所示：
Figure BDA0002664485090000211
Figure BDA0002664485090000212
其中，
Figure BDA0002664485090000213
为甲烷组分的绝对吸附量，单位为mol/kg；
Figure BDA0002664485090000214
为甲烷的吸附表面积，单位为m2/kg；Ls为孔隙直径，单位为m；
Figure BDA0002664485090000215
为甲烷分子直径，单位为m；
Figure BDA0002664485090000216
为吸附相中甲烷组分在z位置上的密度，单位为mol/kg；yCH4(z)为吸附相中甲烷组分在z位置上的摩尔分数，无量纲；
Figure BDA0002664485090000217
为水组分的绝对吸附量，单位为mol/kg；
Figure BDA0002664485090000218
表示水组分附着在吸附剂表面位点上的一次吸附表面积，单位为m2/kg；
Figure BDA0002664485090000219
表示吸附相中水组分在3dff/8位置上的一次吸附密度，单位为mol/m3；ywater(3dff/8)为吸附相中水组分在3dff/8位置上的一次吸附摩尔分数，无量纲；
Figure BDA00026644850900002110
表示水组分附着在水分子簇上的二次吸附表面积，单位为m2/kg；Ls为孔隙直径，单位为m；
Figure BDA00026644850900002111
为水分子直径，单位为m；
Figure BDA00026644850900002112
表示吸附相中水组分在z位置上的二次吸附密度，mol/m3。
步骤12，根据体积法计算煤储层气水储量，如式(37)和(38)所示：
Figure BDA00026644850900002113
Figure BDA00026644850900002114
其中，
Figure BDA00026644850900002115
为目标煤储层中甲烷的地质储量，单位为mol；
Figure BDA00026644850900002116
为吸附态甲烷的地质储量，单位为mol；
Figure BDA00026644850900002117
为游离态甲烷的地质储量，单位为mol；
Figure BDA00026644850900002118
为溶解态甲烷的地质储量，单位为mol；Ac为目标煤储层的煤层面积，单位为m2；
Figure BDA00026644850900002119
为目标煤储层中甲烷的绝对吸附量；tc为目标煤储层的煤层厚度，单位为m；ρc为目标煤储层的煤岩密度，单位为kg/m3；p为系统压力，单位为Pa；φ为目标煤储层的煤层孔隙度，无量纲；
Figure BDA00026644850900002120
为甲烷的溶解度，无量纲；
Figure BDA00026644850900002121
为裂隙中甲烷的压缩因子，无量纲；R为气体状态常数，单位为J/(K·mol)；θ为系统温度，单位为K；Swater为裂隙中水的饱和度，无量纲；ρwater为水的密度，kg/m3；其中，Gwater为目标煤储层中水的地质储量，单位为mol；
Figure BDA00026644850900002122
为吸附态水的地质储量，单位为mol；
Figure BDA00026644850900002123
为游离态水的地质储量，单位为mol；
Figure BDA0002664485090000221
为目标煤储层中水的绝对吸附量；Mrwater为水的相对分子量，单位为kg/mol。
上述具体实施例中的煤储层气水储量动态预测方法，根据流体状态方程计算甲烷和水的体相密度、体相逸度和体相化学势；将孔隙离散为若干个小区间，根据势能函数计算甲烷和水与煤岩孔隙壁面的相互作用势能和相互作用引起的化学势；根据吸附平衡准则，并结合流固相互作用势能的大小确定每一小区间上流流相互作用引起的化学势：根据状态方程计算甲烷和水的吸附相密度；根据摩尔分数约束条件确定体相和吸附相中甲烷和水的摩尔分数；根据最小能值法计算水相一次吸附和二次吸附的面积之比；根据吸附相密度确定气水绝对吸附量；根据体积法计算煤层气水储量。上述方法，针对现有煤层气水赋存状态认识和煤层气水储量预测方法的不足之处，将煤层气体划分为吸附态、游离态和溶解态，将煤层水划分为吸附态和游离态，结合流体状态方程、流固相互作用势能、吸附平衡准则，在摩尔分数和最小能之的约束条件下，确定煤层气水在不同赋存状态下的比例关系，提出煤储层气水储量动态预测方法，为煤层气水储量评价和煤层气水同产技术提供理论指导。
基于同一发明构思，本说明书实施例中还提供了一种煤储层气水吸附量确定装置，如下面的实施例所述。由于煤储层气水吸附量确定装置解决问题的原理与煤储层气水吸附量确定方法相似，因此煤储层气水吸附量确定装置的实施可以参见煤储层气水吸附量确定方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图2是本说明书实施例的煤储层气水吸附量确定装置的一种结构框图，如图2所示，包括：体相逸度计算模块201、流固相互作用势能计算模块202、吸附相逸度计算模块203、吸附相密度计算模块204和绝对吸附量确定模块205，下面对该结构进行说明。
体相逸度计算模块201用于根据流体状态方程计算第一体相逸度和第二体相逸度，其中，第一体相逸度为目标煤储层中甲烷的体相逸度，第二体相逸度为目标煤储层中水的体相逸度。
流固相互作用势能计算模块202用于将目标煤储层中的孔隙离散为若干个小区间，并利用势能函数，计算第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，其中，第一流固相互作用势能为目标煤储层中甲烷与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能，第二流固相互作用势能为目标煤储层中水与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能。
吸附相逸度计算模块203用于基于第一体相逸度、第二体相逸度、第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，计算第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，其中，第一吸附相逸度为目标煤储层中甲烷在若干个小区间中各小区间上的吸附相逸度，第二吸附相逸度为目标煤储层中水在若干个小区间中各小区间上的吸附相逸度。
吸附相密度计算模块204用于根据第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，计算第一吸附相密度和第二吸附相密度，其中，第一吸附相密度为目标煤储层中甲烷的吸附相密度，第二吸附相密度为目标煤储层中水的吸附相密度。
绝对吸附量确定模块205用于基于第一吸附相密度和第二吸附相密度，确定第一绝对吸附量和第二绝对吸附量，其中，第一绝对吸附量为目标煤储层中甲烷的绝对吸附量，第二绝对吸附量为目标煤储层中水的绝对吸附量。
从以上的描述中，可以看出，本说明书实施例实现了如下技术效果：根据流体状态方程计算甲烷和水的体相逸度，分别计算甲烷和水与孔隙壁面之间的流固相互作用势能，之后，结合体相逸度和琉古相互作用势能计算甲烷和水的吸附相逸度，根据甲烷和水的吸附相逸度确定甲烷和水的吸附相密度，最后，基于甲烷和水的吸附相密度即可得到甲烷和水的绝对吸附量，提出了煤储层气水绝对吸附量的预测方法，能够准确快速地预测煤储层的气水绝对吸附量，为煤层气水储量评价和煤层气水同产技术提供理论指导。
本说明书实施方式还提供了一种计算机设备，具体可以参阅图3所示的基于本说明书实施例提供的煤储层气水吸附量确定方法的计算机设备组成结构示意图，所述计算机设备具体可以包括输入设备31、处理器32、存储器33。其中，所述存储器33用于存储处理器可执行指令。所述处理器32执行所述指令时实现上述任意实施例中所述的煤储层气水吸附量确定方法的步骤。
在本实施方式中，所述输入设备具体可以是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。所述输入设备可以包括键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、语音输入装置等；输入设备用于把原始数据和处理这些数的程序输入到计算机中。所述输入设备还可以获取接收其他模块、单元、设备传输过来的数据。所述处理器可以按任何适当的方式实现。例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。所述存储器具体可以是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。所述存储器可以包括多个层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。
在本实施方式中，该计算机设备具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
本说明书实施方式中还提供了一种基于煤储层气水吸附量确定方法的计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序指令，在所述计算机程序指令被执行时实现上述任意实施例中所述煤储层气水吸附量确定方法的步骤。
在本实施方式中，上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(Random AccessMemory,RAM)、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、缓存(Cache)、硬盘(Hard DiskDrive,HDD)或者存储卡(Memory Card)。所述存储器可以用于存储计算机程序指令。网络通信单元可以是依照通信协议规定的标准设置的，用于进行网络连接通信的接口。
在本实施方式中，该计算机存储介质存储的程序指令具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本说明书实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本说明书实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本申请的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤储层气水吸附量确定方法，其特征在于，包括：
根据流体状态方程计算第一体相逸度和第二体相逸度，其中，所述第一体相逸度为目标煤储层中甲烷的体相逸度，所述第二体相逸度为所述目标煤储层中水的体相逸度；
将所述目标煤储层中的孔隙离散为若干个小区间，并利用势能函数，计算第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，其中，所述第一流固相互作用势能为所述目标煤储层中甲烷与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能，所述第二流固相互作用势能为所述目标煤储层中水与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能；
基于所述第一体相逸度、所述第二体相逸度、所述第一流固相互作用势能和所述第二流固相互作用势能，计算第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，其中，所述第一吸附相逸度为所述目标煤储层中甲烷在所述若干个小区间中各小区间上的吸附相逸度，所述第二吸附相逸度为所述目标煤储层中水在所述若干个小区间中各小区间上的吸附相逸度；
根据所述第一吸附相逸度和所述第二吸附相逸度，计算第一吸附相密度和第二吸附相密度，其中，所述第一吸附相密度为所述目标煤储层中甲烷的吸附相密度，所述第二吸附相密度为所述目标煤储层中水的吸附相密度；
基于所述第一吸附相密度和所述第二吸附相密度，确定第一绝对吸附量和第二绝对吸附量，其中，所述第一绝对吸附量为所述目标煤储层中甲烷的绝对吸附量，所述第二绝对吸附量为所述目标煤储层中水的绝对吸附量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于所述第一吸附相密度和所述第二吸附相密度，计算第一绝对吸附量和第二绝对吸附量之后，还包括：
获取所述目标煤储层的物理属性参数；
基于所述目标煤储层的物理属性参数、所述第一绝对吸附量和所述第二绝对吸附量，确定第一地质储量和第二地质储量，其中，所述第一地质储量为所述目标煤储层中甲烷的地质储量，所述第二地质储量为所述目标煤储层中水的地质储量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据流体状态方程计算第一体相逸度和第二体相逸度，包括：
按照以下公式计算第一体相逸度和第二体相逸度：
Figure FDA0002664485080000021
其中，fi bulk为体相中组分i的逸度，单位为Pa，其中，i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水，f1 bulk为所述第一体相逸度，
Figure FDA0002664485080000022
为所述第二体相逸度；xi为体相中组分i的摩尔分数，无量纲；p为系统压力，单位为Pa；R为气体状态常数，单位为J/(K·mol)；θ为系统温度，单位为K；
Figure FDA0002664485080000023
为体相中组分i的密度，单位为mol/m3；
Figure FDA0002664485080000024
为体相中组分i的引力参数，单位为J·m3·mol-2；
Figure FDA0002664485080000025
为体相中组分i的斥力参数，单位为m3/mol；
Figure FDA0002664485080000026
为体相中组分i的极性参数，单位为m3/mol；abulk为体相中混合物的引力参数，单位为J·m3·mol-2；bbulk为体相中混合物的斥力参数，单位为m3/mol；cbulk为体相中混合物的极性参数，单位为m3/mol。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据势能函数，计算第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，包括：
按照以下公式计算第一流固相互作用势能：
Figure FDA0002664485080000027
其中，
Figure FDA0002664485080000028
为所述第一流固相互作用势能，为z位置上的甲烷分子与左壁面的相互作用势能，单位为J；ρatoms为碳原子密度，取3.82×1019个/m2；
Figure FDA0002664485080000029
为甲烷分子与碳原子的流固分子碰撞直径，单位为m；
Figure FDA00026644850800000210
为甲烷分子与壁面的流固相互作用参数，单位为J；dcc为碳原子直径，取1.4×10-10m；dss为碳平面间距，取3.35×10-10m；z'为吸附质分子与第一层碳原子中心的距离，m；
按照以下公式计算第二流固相互作用势能：
Figure FDA0002664485080000031
Figure FDA0002664485080000032
其中，
Figure FDA0002664485080000033
为3dff/8位置上的一次吸附水组分与左壁面的相互作用势能，单位为J；
Figure FDA0002664485080000034
为z位置上的二次吸附水组分与左壁面的相互作用势能，单位为J；所述第二流固相互作用势能包括
Figure FDA0002664485080000035
和
Figure FDA0002664485080000036
Figure FDA0002664485080000037
为水分子与碳原子的流固分子碰撞直径，单位为m；
Figure FDA0002664485080000038
为水分子与壁面的流固相互作用参数，单位为J；dff为流体分子直径，单位为m；dcc为碳原子直径，取1.4×10-10m；ΨHB为水分子与碳基吸附剂表面官能团的氢键势能，取1.242×10-21J。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述第一体相逸度、所述第二体相逸度、所述第一流固相互作用势能和所述第二流固相互作用势能，计算第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，包括：
按照以下公式计算第一吸附相逸度和第二吸附相逸度：
Figure FDA0002664485080000039
其中，fi ads(z)为吸附相中组分i在z位置上的逸度，单位为Pa，其中，i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水，f1 ads(z)为所述第一吸附相逸度，
Figure FDA00026644850800000310
为所述第二吸附相逸度；fi bulk为体相中组分i的逸度，单位为Pa，f1 bulk为所述第一体相逸度，
Figure FDA00026644850800000311
为所述第二体相逸度；Ψi fs(z)为z位置上的组分i与左壁面的相互作用势能，单位为J；Ψi fs(Ls-z)为z位置上的组分i与右壁面的相互作用势能，单位为J；所述第一流固相互作用势能包括Ψ1 fs(z)和Ψ1 fs(Ls-z)；所述第二流固相互作用势能包括
Figure FDA00026644850800000312
和
Figure FDA00026644850800000313
Ls为孔隙直径，单位为m；kB为波尔兹曼常数，取1.38×10-23J/K；θ为系统温度，单位为K。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一吸附相逸度和所述第二吸附相逸度，计算第一吸附相密度和第二吸附相密度，包括：
在满足摩尔分数约束条件和最小能值约束条件下按照以下公式计算第一吸附相密度和第二吸附相密度：
Figure FDA0002664485080000041
其中，fi ads(z)为吸附相中组分i在z位置上的逸度，单位为Pa，其中，i＝1,2，组分1为甲烷，组分2为水，f1 ads(z)为所述第一吸附相逸度，
Figure FDA0002664485080000042
为所述第二吸附相逸度；yi(z)为吸附相中组分i在z位置上的摩尔分数，无量纲；p为系统压力，单位为Pa；R为气体状态常数，单位为J/(K·mol)；θ为系统温度，单位为K；
Figure FDA0002664485080000043
为吸附相中组分i在z位置上的密度，单位为mol/m3，
Figure FDA0002664485080000044
为所述第一吸附相密度，
Figure FDA0002664485080000045
为所述第二吸附相密度；
Figure FDA0002664485080000046
为吸附相中组分i在z位置上的引力参数，J·m3·mol-2；
Figure FDA0002664485080000047
为吸附相中组分i的斥力参数，m3/mol；
Figure FDA0002664485080000048
为吸附相中组分i的极性参数，m3/mol；aads(z)为吸附相中混合物在z位置上的引力参数，单位为J·m3·mol-2；bads为吸附相中混合物的斥力参数，m3/mol；cads为吸附相中混合物的极性参数，m3/mol。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述第一吸附相密度和所述第二吸附相密度，确定第一绝对吸附量和第二绝对吸附量，包括：
按照以下公式确定第一绝对吸附量：
Figure FDA0002664485080000049
其中，
Figure FDA0002664485080000051
为所述第一绝对吸附量，为甲烷组分的绝对吸附量，单位为mol/kg；
Figure FDA0002664485080000052
为甲烷的吸附表面积，单位为m2/kg；Ls为孔隙直径，单位为m；
Figure FDA0002664485080000053
为甲烷分子直径，单位为m；
Figure FDA0002664485080000054
为所述第一吸附相密度，为吸附相中甲烷组分在z位置上的密度，单位为mol/kg；yCH4(z)为吸附相中甲烷组分在z位置上的摩尔分数，无量纲；
按照以下公式确定第二绝对吸附量：
Figure FDA0002664485080000055
其中，
Figure FDA0002664485080000056
为所述第二绝对吸附量，为水组分的绝对吸附量，单位为mol/kg；
Figure FDA0002664485080000057
表示水组分附着在吸附剂表面位点上的一次吸附表面积，单位为m2/kg；
Figure FDA0002664485080000058
表示吸附相中水组分在3dff/8位置上的一次吸附密度，单位为mol/m3；ywater(3dff/8)为吸附相中水组分在3dff/8位置上的一次吸附摩尔分数，无量纲；
Figure FDA0002664485080000059
表示水组分附着在水分子簇上的二次吸附表面积，单位为m2/kg；Ls为孔隙直径，单位为m；
Figure FDA00026644850800000510
为水分子直径，单位为m；
Figure FDA00026644850800000511
表示吸附相中水组分在z位置上的二次吸附密度，mol/m3；所述第二吸附相密度包括
Figure FDA00026644850800000512
和
Figure FDA00026644850800000513
ywater(z)为吸附相中水组分在z位置上的二次吸附摩尔分数，无量纲。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述物理属性参数包括：煤层面积、煤层厚度、煤层密度、煤层孔隙度、甲烷的溶解度、裂隙中甲烷的压缩因子、裂隙中水的饱和度、水的密度和水的相对分子量；
相应地，基于所述目标煤储层的物理属性参数、所述第一绝对吸附量和所述第二绝对吸附量，确定第一地质储量和第二地质储量，包括：
按照以下公式确定第一地质储量：
Figure FDA00026644850800000514
其中，
Figure FDA00026644850800000515
为所述第一地质储量，为所述目标煤储层中甲烷的地质储量，单位为mol；
Figure FDA00026644850800000516
为吸附态甲烷的地质储量，单位为mol；
Figure FDA00026644850800000517
为游离态甲烷的地质储量，单位为mol；
Figure FDA00026644850800000518
为溶解态甲烷的地质储量，单位为mol；Ac为所述目标煤储层的煤层面积，单位为m2；
Figure FDA00026644850800000519
为所述第一绝对吸附量，为所述目标煤储层中甲烷的绝对吸附量；tc为所述目标煤储层的煤层厚度，单位为m；ρc为所述目标煤储层的煤岩密度，单位为kg/m3；p为系统压力，单位为Pa；φ为所述目标煤储层的煤层孔隙度，无量纲；
Figure FDA0002664485080000061
为甲烷的溶解度，无量纲；
Figure FDA0002664485080000062
为裂隙中甲烷的压缩因子，无量纲；R为气体状态常数，单位为J/(K·mol)；θ为系统温度，单位为K；Swater为裂隙中水的饱和度，无量纲；ρwater为水的密度，kg/m3；
按照以下公式确定第二地质储量：
Figure FDA0002664485080000063
其中，Gwater为所述第二地质储量，为所述目标煤储层中水的地质储量，单位为mol；
Figure FDA0002664485080000064
为吸附态水的地质储量，单位为mol；
Figure FDA0002664485080000065
为游离态水的地质储量，单位为mol；
Figure FDA0002664485080000066
为所述第二绝对吸附量，为所述目标煤储层中水的绝对吸附量；Mrwater为水的相对分子量，单位为kg/mol。
9.一种煤储层气水吸附量确定装置，其特征在于，包括：
体相逸度计算模块，用于根据流体状态方程计算第一体相逸度和第二体相逸度，其中，所述第一体相逸度为目标煤储层中甲烷的体相逸度，所述第二体相逸度为所述目标煤储层中水的体相逸度；
流固相互作用势能计算模块，用于将所述目标煤储层中的孔隙离散为若干个小区间，并利用势能函数，计算第一流固相互作用势能和第二流固相互作用势能，其中，所述第一流固相互作用势能为所述目标煤储层中甲烷与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能，所述第二流固相互作用势能为所述目标煤储层中水与煤岩孔隙壁面之间的流固相互作用势能；
吸附相逸度计算模块，用于基于所述第一体相逸度、所述第二体相逸度、所述第一流固相互作用势能和所述第二流固相互作用势能，计算第一吸附相逸度和第二吸附相逸度，其中，所述第一吸附相逸度为所述目标煤储层中甲烷在所述若干个小区间中各小区间上的吸附相逸度，所述第二吸附相逸度为所述目标煤储层中水在所述若干个小区间中各小区间上的吸附相逸度；
吸附相密度计算模块，用于根据所述第一吸附相逸度和所述第二吸附相逸度，计算第一吸附相密度和第二吸附相密度，其中，所述第一吸附相密度为所述目标煤储层中甲烷的吸附相密度，所述第二吸附相密度为所述目标煤储层中水的吸附相密度；
绝对吸附量确定模块，用于基于所述第一吸附相密度和所述第二吸附相密度，确定第一绝对吸附量和第二绝对吸附量，其中，所述第一绝对吸附量为所述目标煤储层中甲烷的绝对吸附量，所述第二绝对吸附量为所述目标煤储层中水的绝对吸附量。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。
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