CN117630079B - 一种煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法及系统 - Google Patents
一种煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，提供了一种煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法及系统。该方法中，基于核磁共振吸附实验对煤样进行多组不同压力、不同吸附时间下的煤层气吸附过程模拟，根据核磁共振图谱弛豫时间对应的信号幅值，将核磁共振图谱划分为吸附态波峰和游离态波峰，并分别计算不同压力下每克煤样的吸附态煤层气含量、游离态煤层气含量及累计煤层气含量。然后对煤样进行多组与核磁共振实验相同压力下的容量法吸附实验，计算煤样在多组不同压力下的累计煤层气含量。对两种实验方法进行误差分析，通过吸附态和游离态与时间的拟合关系实现煤层气吸附态和游离态含量随时间变化的动态评估。
Description
技术领域
本申请涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，特别涉及一种煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法及系统。
背景技术
在煤矿开采过程中，瓦斯（煤层气）是煤矿安全生产的重大危险源。同时，煤层气是一种极其重要的非常规清洁天然气能源，抽采煤层气资源能够很大程度保障煤矿的安全、高效、绿色生产。煤层气的赋存特征和吸附特性可以保证深部煤层气开发效果，提高煤层气抽采率，因此，对煤层气的吸附特性进行定量和动态评估具有重要意义。
煤层是具有双重孔隙结构的典型吸附性介质。虽然在煤化过程中可能会有气体逸出，但仍有大量的气体被束缚在煤的多孔介质中。游离态煤层气在煤层气采收过程中起着决定性作用，裂隙为游离态煤层气的主要流通通道；而煤基质中存在大量的吸附态煤层气，此部分煤层气相对较难抽采。传统吸附实验获得的煤层气含量根据压力变化计算，只能分析不同吸附时间下的累计煤层气含量，而吸附过程中压力变化使得会有一部分煤层气以游离状态分布，该方法无法区分煤层气的吸附态和游离态，并且不同压力对煤层气吸附态和游离态分布的影响也无法观测。
而基于核磁共振的吸附实验通过氢原子核与外加磁场之间产生的共振弛豫现象，来研究煤岩体空隙中煤层气（甲烷）的弛豫特征，进而探究不同孔径范围的煤层气赋存状态。然而，目前的核磁共振测试中，很难做到连续每60秒进行一次测试实验，仅通过测试几组不同时间下的信号幅值，无法准确确定吸附平衡时间，不利于观测煤层气含量达到吸附平衡的动态过程。
因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法及系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请提供一种煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法，包括：步骤S101、基于核磁共振吸附实验对煤样进行多组不同压力、不同吸附时间下的煤层气吸附过程模拟，获得所述煤样的核磁共振图谱；步骤S102、根据弛豫时间的长短，将所述核磁共振/>图谱划分为吸附态波峰和游离态波峰，并根据所述核磁共振/>图谱中不同压力下的弛豫时间对应的信号幅值，计算所述吸附态波峰、游离态波峰的面积以及所述核磁共振/>图谱中的波峰总面积；步骤S103、根据所述核磁共振吸附实验中每克所述煤样的累计煤层气含量、所述吸附态波峰的面积、所述游离态波峰的面积以及所述核磁共振/>图谱中的波峰总面积，分别计算吸附态煤层气含量以及游离态煤层气含量。
优选的，在步骤S102中，按照公式：
；
计算吸附态波峰的面积和游离态波峰的面积；其中，为核磁共振/>图谱的弛豫时间，值为非负数；/>为所述核磁共振/>图谱中弛豫时间/>对应的信号幅值;/>为所述吸附态波峰的面积；/>为所述游离态波峰的面积；
按照公式：
；
计算所述核磁共振吸附实验图谱波峰总面积；其中，/>为所述核磁共振/>图谱中的波峰总面积。
优选的，在步骤S103中，按照公式：
；
计算在所述核磁共振吸附实验中，每克所述煤样的累计煤层气含量；其中，/>为所述核磁共振吸附实验中所述煤样的恒定压力值；/>为所述核磁共振吸附实验中样品罐的体积；/>为煤层气的摩尔质量；/>为通用气体常数；/>为实验温度；/>为恒定压力值/>时的压缩因子；/>为煤层气密度；/>为所述核磁共振吸附实验中所述煤样的质量；
按照公式：
；
计算所述核磁共振吸附实验中的所述吸附态煤层气含量，以及所述游离态煤层气含量/>；其中，/>为所述核磁共振吸附实验中，每克所述煤样的累计煤层气含量；为所述吸附态波峰的面积；/>为所述游离态波峰的面积；/>为所述核磁共振/>图谱中的波峰总面积。
优选的，还包括：步骤S104、分别对所述煤样进行多组与所述核磁共振吸附实验相同压力下的容量法吸附实验，计算所述煤样在多组不同压力下吸附平衡时的累计煤层气含量；步骤S105、将所述容量法吸附实验所得到的累计煤层气含量与所述核磁共振吸附实验得到的所述吸附态煤层气含量、所述游离态煤层气含量之和进行相对误差分析，以对所述吸附态煤层气含量、所述游离态煤层气含量随时间的变化进行动态评估。
优选的，在步骤S104中，按照公式：
；
计算所述煤样在容量法吸附实验中，所述吸附平衡时对应的累计煤层气含量；其中，/>为所述煤样的累计吸附时间，/>，/>均为正数；/>、/>分别为所述容量法吸附实验装载所述煤样的样品罐在第/>时刻、第/>时刻的压力值；/>为所述容量法吸附实验中样品罐内气体可流动的体积；/>为通用气体常数；/>为实验温度；/>为实验温度下的气体摩尔质量；/>为煤层气密度；/>为所述容量法吸附实验中所述煤样的质量；/>、/>分别为、/>时的压缩因子。
优选的，在步骤S105中，响应于所述容量法吸附实验得到的累计煤层气含量与所述核磁共振吸附实验得到的所述吸附态煤层气含量/>、所述游离态煤层气含量/>之和的误差小于等于预设误差阈值，则基于所述容量法吸附实验第/>时刻获得的累计煤层气含量与时间的关系，对第/>时刻所述吸附态煤层气含量、所述游离态煤层气含量与时间的关系进行评估；其中，/>为吸附时间，取值为正数。
优选的，基于所述容量法吸附实验获得的累计煤层气含量与时间的关系为：
；
其中，为基于所述容量法吸附实验获得的第/>时刻的累计煤层气含量；均为基于所述容量法吸附实验得到的累计煤层气含量与时间进行非线性拟合时的拟合系数；/>为吸附时间，取值为正数；
按照公式：
；
确定所述吸附态煤层气含量、所述游离态煤层气含量随时间的动态变化；其中，为第/>时刻的吸附态煤层气含量，/>为第/>时刻的游离态煤层气含量；/>为第/>时刻的吸附态煤层气含量的占比；/>为第/>时刻的游离态煤层气含量的占比；/>、/>和/>均为基于所述核磁共振吸附实验获得的吸附态煤层气含量与时间进行非线性拟合时的拟合系数；、/>和/>均为基于所述核磁共振吸附实验获得的游离态煤层气含量与时间进行非线性拟合时的拟合系数。
本申请实施例还提供一种煤层气吸附态和游离态含量的动态评估系统，包括：吸附实验单元，配置为基于核磁共振吸附实验对煤样进行多组不同压力下、不同吸附时间的煤层气吸附过程模拟，获得所述煤样的核磁共振图谱；面积计算单元，配置为根据弛豫时间的长短，将所述核磁共振/>图谱划分为吸附态波峰和游离态波峰，并根据所述核磁共振图谱中不同压力下的弛豫时间对应的信号幅值计算所述吸附态波峰、游离态波峰的面积以及所述核磁共振T2图谱中的波峰总面积；煤层气含量计算单元，配置为基于所述吸附态波峰的面积计算吸附态煤层气含量；以及，基于所述游离态波峰的面积计算游离态煤层气含量。
有益效果
本申请实施例提供的煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法，首先，基于核磁共振吸附实验对煤样进行多组不同压力、不同吸附时间下的煤层气吸附过程模拟，获取煤样的核磁共振图谱；然后，根据弛豫时间的长短，将核磁共振/>图谱划分为吸附态波峰和游离态波峰，并根据核磁共振/>图谱中不同压力下的弛豫时间对应的信号幅值计算吸附态波峰、游离态波峰的面积以及核磁共振/>图谱中的波峰总面积；进而，根据核磁共振吸附实验中每克煤样的累计煤层气含量、吸附态波峰的面积、游离态波峰的面积以及核磁共振/>图谱中的波峰总面积，分别计算吸附态煤层气含量以及游离态煤层气含量。籍以，通过对煤样进行多组不同压力、不同吸附时间下的核磁共振吸附实验，对煤层气吸附过程进行模拟，基于弛豫时间将获得的核磁共振/>图谱划分为吸附态波峰和游离态波峰，并通过对应的波峰面积、核磁共振/>图谱中的波峰总面积以及核磁共振吸附实验中每克煤样的累计煤层气含量，计算吸附态煤层气含量和游离态煤层气含量，实现对吸附态煤层气以及游离态煤层气的含量的定量确定，以便对煤层气含量与吸附时间之间的关系以及吸附平衡的动态过程进行评价。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
图1为根据本申请的一些实施例提供的一种煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法的流程示意图；
图2为根据本申请的一些实施例提供的压力下核磁共振法吸附实验的信号幅值和吸附时间的关系；
图3为根据本申请的一些实施例提供的压力下核磁共振法吸附实验的信号幅值和吸附时间的关系；
图4为根据本申请的一些实施例提供的压力下核磁共振法吸附实验的信号幅值和吸附时间的关系；
图5为根据本申请的一些实施例提供的不同压力下吸附平衡时的核磁共振吸附实验的图谱；
图6为根据本申请的一些实施例提供的不同压力下吸附态煤层气含量和游离态煤层气含量；
图7为根据本申请的一些实施例提供的压力下容量法吸附实验煤层气含量和吸附时间的关系；
图 8为根据本申请的一些实施例提供的压力下容量法吸附实验煤层气含量和吸附时间的关系；
图9为根据本申请的一些实施例提供的压力下容量法吸附实验煤层气含量和吸附时间的关系；
图10为根据本申请的一些实施例提供的容量法吸附实验和核磁共振吸附实验煤层气含量相对误差示意图；
图11为根据本申请的一些实施例提供的压力下核磁共振吸附实验中吸附态煤层气含量和游离态煤层气含量与吸附时间的拟合关系；
图12为根据本申请的一些实施例提供的压力下核磁共振吸附实验中吸附态煤层气含量和游离态煤层气含量与吸附时间的拟合关系；
图13为根据本申请的一些实施例提供的压力下核磁共振吸附实验中吸附态煤层气含量和游离态煤层气含量与吸附时间的拟合关系；
图14为根据本申请的一些实施例提供的压力下吸附态煤层气含量和游离态煤层气含量与吸附时间的动态关系；
图15为根据本申请的一些实施例提供的压力下吸附态煤层气含量和游离态煤层气含量与吸附时间的动态关系；
图16为根据本申请的一些实施例提供的压力下吸附态煤层气含量和游离态煤层气含量与吸附时间的动态关系；
图17为根据本申请的一些实施例提供的煤层气吸附态和游离态含量的动态评估系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在对煤层气的吸附特性研究时，根据压力变化计算获得煤层气含量的传统吸附实验，只能够分析不同吸附时间下的累计煤层气含量，而对吸附过程中，由于压力变化导致的部分以游离态分布的煤层气，传统吸附实验无法进行有效区分，对不同压力下煤层气吸附态和游离态的影响也无法观测。
而基于核磁共振的吸附实验虽然可通过煤岩体孔隙中煤层气（甲烷）的弛豫特征，探究不同孔径范围的煤层气赋存状态，但是在煤层气含量进行测量前，无法预测核磁共振吸附实验的吸附平衡的时间，因此无法准确确定两次测量的间隔时间，且难以像传统容量法一样对短时间（60秒）内煤层气含量的吸附平衡进行精确观测，导致不利于准确观测煤层气含量与吸附时间之间的关系以及煤层气达到吸附平衡的动态过程。
基于此，本申请提出了一种煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法，一方面，基于核磁共振吸附实验划分吸附态煤层气和游离态煤层气，实现煤层气运移的吸附态含量、游离态含量的定量计算；另一方面，结合容量法吸附实验与核磁共振吸附实验的结果，对煤层气含量与时间之间的关系进行分析，挖掘压力变化对煤层气吸附态、游离态的影响，实现煤层气运移的全过程动态监测，为精准预测煤层气涌出含量及合理确定抽采参数提供依据。
如图1所示，该煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法包括：
步骤S101、基于核磁共振吸附实验对煤样进行多组不同压力、不同吸附时间下的煤层气吸附过程模拟，获得煤样的核磁共振图谱。
本申请中，如图2至图4所示，基于核磁共振吸附实验所得到的不同压力、不同吸附时间下信号幅值和吸附时间的关系。在此过程中，在通过核磁共振吸附实验对煤岩煤层气吸附过程进行模拟时，首先，连接好实验装置，用高压氦气对不放样品的夹持器腔体进行冲扫；然后，将样品放入夹持器内，用真空泵抽真空，同时检查管路确保无漏气点。
将制备完成的60-80目的煤粉（即煤样）真空干燥后放入夹持器内，接通纯度为99.99%的甲烷气瓶，通过减压阀和压力表进行压力调节。为了减少实验误差，测试途中不取出煤样，仅改变压力。其中，实验压力分别为、/>、/>，实验温度设置为，为了避免测试频繁导致实验仪器对温度控制和实验结果产生的影响，测试时间点设为5分钟、15分钟、60分钟、120分钟和240分钟。分别采集记录不同压力、不同吸附时间下不同弛豫时间对应的信号幅值。
步骤S102、根据弛豫时间的长短，将核磁共振图谱划分为吸附态波峰和游离态波峰，并根据核磁共振/>图谱中不同压力下的弛豫时间对应的信号幅值，计算吸附态波峰、游离态波峰的面积以及核磁共振/>图谱中的波峰总面积。
本申请中，具体的，煤样孔隙越小，弛豫时间越短。如图5所示，将核磁共振图谱根据弛豫时间的长短进行划分，将弛豫时间在/>范围内的波峰划分为吸附态波峰，将弛豫时间在在/>范围内的波峰划分为游离态波峰。并根据核磁共振/>图谱中不同压力下（/>）的弛豫时间对应的信号幅值，分别计算不同压力下（/>）的波峰面积。具体的，按照公式：
；
分别计算吸附态波峰的面积和游离态波峰的面积。其中，为非负数，表征核磁共振/>图谱的弛豫时间；/>为核磁共振/>图谱中弛豫时间/>对应的信号幅值；/>为吸附态波峰的面积；/>为游离态波峰的面积。
在核磁共振图谱中，吸附态波峰的面积与游离态波峰的面积之和即为核磁共振图谱中的波峰总面积。即
；
其中，为核磁共振/>图谱中的波峰总面积。
步骤S103、根据核磁共振吸附实验中每克煤样的累计煤层气含量、吸附态波峰的面积、游离态波峰的面积以及核磁共振图谱中的波峰总面积，分别计算吸附态煤层气含量以及游离态煤层气含量。
本申请中，在得到核磁共振吸附实验中每克煤样的累计煤层气含量时，按照公式：
；
计算核磁共振吸附实验中，每克煤样的累计煤层气含量。其中，/>为核磁共振吸附实验中煤样的恒定压力值；/>为核磁共振吸附实验中样品罐的体积；/>为煤层气的摩尔质量；/>为通用气体常数；/>为实验温度；/>为恒定压力值/>时的压缩因子，根据拟合压缩因子与温度、压力的关系得到，实验温度在/>时，/>、/>和/>的甲烷压缩因子分别为0.9832、0.9665和0.9342；/>为煤层气密度；/>为核磁共振吸附实验中煤样的质量。
然后，根据每克煤样的累计煤层气含量、核磁共振/>图谱中的波峰总面积/>，以及吸附态波峰的面积/>、游离态波峰的面积/>，按照公式：
；
确定核磁共振吸附实验中的吸附态煤层气含量以及游离态煤层气含量/>。如图6所示，在压力为/>时，基于核磁共振/>图谱的峰值面积计算的吸附态煤层气含量为/>，游离态煤层气含量/>；在压力为/>时，基于核磁共振/>图谱的峰值面积计算的吸附态煤层气含量为/>，游离态煤层气含量；在压力为/>时，基于核磁共振/>图谱的峰值面积计算的吸附态煤层气含量为/>，游离态煤层气含量/>。可见，随着压力的增加，游离态煤层气含量占总煤层气含量的比例逐渐增大。
籍此，通过核磁共振吸附实验对煤层气吸附过程进行不同压力下的模拟，基于弛豫时间将获得的核磁共振图谱划分为吸附态波峰和游离态波峰，并通过对应的波峰面积计算吸附态煤层气含量和游离态煤层气含量，实现对煤层气运移过程中吸附态煤层气以及游离态煤层气含量的定量表征，以便对煤层气含量与吸附时间之间的关系以及吸附平衡的动态过程进行评价。
通过本申请中的上述方法，可以实现对煤层气运移过程中的吸附态、游离态的含量的定量计算，但依然无法对短时间（60秒）内煤层气含量的吸附平衡进行精确观测，不利于准确观测煤层气含量与吸附时间之间的关系以及吸附平衡的动态过程。基于此，本申请中，通过将相同条件下的容量法吸附实验与核磁共振吸附实验相结合，利用容量法吸附实验中煤层气含量与吸附时间的关系，分析核磁共振吸附实验中随时间、压力变化，煤层气吸附态和游离态变化，实现煤层气运移的全过程动态监测，为精准预测煤层气涌出含量及合理确定抽采参数提供依据。
具体的，该煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法还包括：
步骤S104、分别对煤样进行多组与核磁共振吸附实验相同压力下的容量法吸附实验，计算煤样在多组不同压力下吸附平衡时的累计煤层气含量。
本申请中，将真空干燥的样品（60-80目的煤粉）装入样品罐，承重记录后，用金属夹持器将样品罐固定在高温高压吸附仪上并保持牢固、密封。设置恒温下每60秒自动测试一次煤层气含量。当样品罐的压力不再下降时，煤样吸附达到平衡。
当实验完成后，进行真空脱气，吸附的气体完全脱附后，利用相通样品进行下一组压力的实验，各组实验压力由小至大设置，各组实验设置相同实验温度，且容量法实验设置的压力与核磁共振吸附实验设置的压力保持一致，即分别为，实验温度为/>。
具体的，在计算煤样在多组不同压力下吸附平衡时的累计煤层气含量时，按照公式：
；
计算煤样在容量法吸附实验的累计煤层气含量。其中，/>为煤样的累计吸附时间，/>，/>均为正数，单位为/>；/>分别为容量法吸附实验装载煤样的样品罐在第/>时刻、第/>时刻的压力值，单位为/>；/>为容量法吸附实验中样品罐内气体可流动体积，单位为/>；/>为实验温度下的气体摩尔质量，单位为/>；/>为容量法吸附实验中煤样的质量，单位为/>；/>分别为/>时的压缩因子；/>为通用气体常数，取值为/>；/>为实验温度；/>为煤层气密度。
本申请中，当累计煤层气含量满足预设吸附平衡条件时对应的吸附时间为吸附平衡时间。具体的，预设吸附条件为：
；
其中，均为基于容量法吸附实验得到的累计煤层气含量与时间进行非线性拟合时的拟合系数；/>为吸附平衡时间。
如图7至图9所示，压力下，通过容量法吸附实验获得的累计煤层气含量分别为/>、/>和/>；对应的吸附平衡时间分别为151分钟、120分钟和99分钟；可见，随压力的增大，吸附平衡时间逐渐减小。
步骤S105、将容量法吸附实验所得到的累计煤层气含量与核磁共振吸附实验得到的吸附态煤层气含量、游离态煤层气含量之和进行相对误差分析，以对吸附态煤层气含量、游离态煤层气含量随时间的变化进行动态评估。
具体的，响应于容量法吸附实验得到的累计煤层气含量与核磁共振吸附实验得到的吸附态煤层气含量/>、游离态煤层气含量/>之和的误差小于等于预设误差阈值，则基于容量法吸附实验第/>时刻获得的累计煤层气含量与时间的关系，对第/>时刻吸附态煤层气含量、游离态煤层气含量与时间的关系进行评估。其中，/>为吸附任一时刻，取值为正数。
如图10所示，将压力分别为下的容量法吸附实验的煤层气含量与核磁共振吸附实验的吸附态煤层气含量、游离态煤层气含量之和进行比较，可知，两种不同实验方法在对应下压力获得的煤层气含量的相对误差小于10%（预设误差阈值），两种不同方法获得的煤层气含量的相对误差在允许范围内，可用容量法吸附实验获得的累计解析量与时间的关系对吸附态煤层气含量、游离态煤层气含量占比随时间的变化进行动态评估。
进一步的，按照公式：
；
确定容量法吸附实验获得到的累计煤层气含量与时间的关系。其中，为基于容量法吸附实验获得的第/>时刻的累计煤层气含量；/>均为基于容量法吸附实验得到的累计煤层气含量与时间进行非线性拟合时的拟合系数；/>为吸附时间。
并按照公式：
；
确定吸附态煤层气含量、游离态煤层气含量随时间的动态变化。其中，为第/>时刻的吸附态煤层气含量，/>为第/>时刻的游离态煤层气含量；/>为第/>时刻的吸附态煤层气含量的占比；/>为第/>时刻的游离态煤层气含量的占比。
如图11至图13所示，将核磁共振吸附实验所测得的不同时间的吸附态煤层气含量、游离态煤层气含量进行非线性拟合。其中，、/>和/>均为基于所述核磁共振吸附实验获得的吸附态煤层气含量与时间进行非线性拟合时的拟合系数；/>、/>和/>均为基于所述核磁共振吸附实验获得的游离态煤层气含量与时间进行非线性拟合时的拟合系数。
籍此，将核磁共振吸附实验与容量法吸附实验进行结合，一方面，弥补了单一吸附实验方法的局限性，通过核磁共振吸附实验与容量法吸附实验的结果的补充、验证，有效提高了结果准确性；另一方面，通过将相同条件下的容量法吸附实验与核磁共振吸附实验相结合，利用容量法吸附实验中煤层气含量与吸附时间的关系，分析核磁共振吸附实验中煤层气吸附态含量、游离态含量随时间、压力的动态变化，如图14至图16所示，实现煤层气运移的全过程动态监测，为精准预测煤层气涌出含量及合理确定抽采参数提供依据。
本申请实施例还提供一种煤层气吸附态和游离态含量的动态评估系统，如图17所示，该动态评估系统包括：吸附实验单元1701、面积计算单元1702和煤层气含量计算单元1703。其中，
吸附实验单元1701，配置为基于核磁共振吸附实验对煤样进行多组不同压力下、不同吸附时间的煤层气吸附过程模拟，获得煤样的核磁共振图谱；
面积计算单元1702，配置为根据弛豫时间的长短，将核磁共振图谱划分为吸附态波峰和游离态波峰，并根据核磁共振/>图谱中不同压力下的弛豫时间对应的信号幅值计算吸附态波峰、游离态波峰的面积以及核磁共振/>图谱中的波峰总面积；
煤层气含量计算单元1703，配置为基于吸附态波峰的面积计算吸附态煤层气含量；以及，基于游离态波峰的面积计算游离态煤层气含量。
本申请中，通过容量法吸附实验在吸附平衡时的累计煤层气含量与核磁共振吸附实验定量计算得到的吸附态煤层气含量、游离态煤层气含量之和进行误差分析，提高结果准确性；同时，基于容量法吸附实验得到不同时间的煤层气含量，对核磁共振吸附实验得到的吸附态煤层气含量、游离态煤层气含量随时间的动态变化进行分析，使得能够对煤层气运移的全过程进行监测，以实现吸附态和游离态煤层气运移的定量评估和全过程动态监测。
本申请实施例提供的煤层气吸附态和游离态含量的动态评估系统能够实现上述任一煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法实施例的步骤、流程，并达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，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 (8)
1.一种煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法，其特征在于，包括：
步骤S101、基于核磁共振吸附实验对煤样进行多组不同压力、不同吸附时间下的煤层气吸附过程模拟，获得所述煤样的核磁共振图谱；
步骤S102、根据弛豫时间的长短，将所述核磁共振图谱划分为吸附态波峰和游离态波峰，并根据所述核磁共振/>图谱中不同压力下的弛豫时间对应的信号幅值，计算所述吸附态波峰、游离态波峰的面积以及所述核磁共振/>图谱中的波峰总面积；
步骤S103、根据所述核磁共振吸附实验中每克所述煤样的累计煤层气含量、所述吸附态波峰的面积、所述游离态波峰的面积以及所述核磁共振图谱中的波峰总面积，分别计算吸附态煤层气含量以及游离态煤层气含量。
2.根据权利要求1所述的煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法，其特征在于，在步骤S102中，按照公式：
；
计算吸附态波峰的面积和游离态波峰的面积；
其中，为所述核磁共振/>图谱的弛豫时间，值为非负数；/>为所述核磁共振/>图谱中弛豫时间/>对应的信号幅值；/>为所述吸附态波峰的面积；/>为所述游离态波峰的面积；
按照公式：
；
计算所述核磁共振吸附实验图谱波峰总面积；
其中，为所述核磁共振/>图谱中的波峰总面积。
3.根据权利要求2所述的煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法，其特征在于，在步骤S103中，按照公式：
；
计算在所述核磁共振吸附实验中，每克所述煤样的累计煤层气含量；
其中，为所述核磁共振吸附实验中所述煤样的恒定压力值；/>为所述核磁共振吸附实验中样品罐的体积；/>为煤层气的摩尔质量；/>为通用气体常数；/>为实验温度；/>为恒定压力值/>时的压缩因子；/>为煤层气密度；/>为所述核磁共振吸附实验中所述煤样的质量；
按照公式：
；
计算所述核磁共振吸附实验中的所述吸附态煤层气含量，以及所述游离态煤层气含量/>；
其中，为所述核磁共振吸附实验中，每克所述煤样的累计煤层气含量；/>为所述吸附态波峰的面积；/>为所述游离态波峰的面积；/>为所述核磁共振/>图谱中的波峰总面积。
4.根据权利要求1所述的煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法，其特征在于，还包括：
步骤S104、分别对所述煤样进行多组与所述核磁共振吸附实验相同压力下的容量法吸附实验，计算所述煤样在多组不同压力下吸附平衡时的累计煤层气含量；
步骤S105、将所述容量法吸附实验所得到的累计煤层气含量与所述核磁共振吸附实验得到的所述吸附态煤层气含量、所述游离态煤层气含量之和进行相对误差分析，以对所述吸附态煤层气含量、所述游离态煤层气含量随时间的变化进行动态评估。
5.根据权利要求4所述的煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法，其特征在于，在步骤S104中，按照公式：
；
计算所述煤样在容量法吸附实验的累计煤层气含量；
其中，为所述煤样累计吸附时间，/>，/>均为正数；/>、/>分别为所述容量法吸附实验装载所述煤样的样品罐在第/>时刻、第/>时刻的压力值；/>为所述容量法吸附实验中样品罐内气体可流动的体积；/>为通用气体常数；/>为实验温度；/>为实验温度下的气体摩尔质量；/>为煤层气密度；/>为所述容量法吸附实验中所述煤样的质量；/>、/>分别为/>、/>时的压缩因子。
6.根据权利要求5所述的煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法，其特征在于，在步骤S105中，
响应于所述容量法吸附实验得到的累计煤层气含量与所述核磁共振吸附实验得到的所述吸附态煤层气含量/>、所述游离态煤层气含量/>之和的误差小于等于预设误差阈值，则基于所述容量法吸附实验第/>时刻获得的累计煤层气含量与时间的关系，对第/>时刻所述吸附态煤层气含量、所述游离态煤层气含量与时间的关系进行评估；其中，/>为吸附时间，取值为正数。
7.根据权利要求6所述的煤层气吸附态和游离态含量的动态评估方法，其特征在于，
基于所述容量法吸附实验获得的累计煤层气含量与时间的关系为：
；
其中，为基于所述容量法吸附实验获得的第/>时刻的累计煤层气含量；/>均为基于所述容量法吸附实验得到的累计煤层气含量与时间进行非线性拟合时的拟合系数；为吸附时间；
按照公式：
；
确定所述吸附态煤层气含量、所述游离态煤层气含量随时间的动态变化；
其中，为第/>时刻的吸附态煤层气含量，/>为第/>时刻的游离态煤层气含量；/>为第/>时刻的吸附态煤层气含量的占比；/>为第/>时刻的游离态煤层气含量的占比；
、/>和/>均为基于所述核磁共振吸附实验获得的吸附态煤层气含量与时间进行非线性拟合时的拟合系数；/>、/>和/>均为基于所述核磁共振吸附实验获得的游离态煤层气含量与时间进行非线性拟合时的拟合系数。
8.一种煤层气吸附态和游离态含量的动态评估系统，其特征在于，包括：
吸附实验单元，配置为基于核磁共振吸附实验对煤样进行多组不同压力下、不同吸附时间的煤层气吸附过程模拟，获得所述煤样的核磁共振图谱；
面积计算单元，配置为根据弛豫时间的长短，将所述核磁共振图谱划分为吸附态波峰和游离态波峰，并根据所述核磁共振/>图谱中不同压力下的弛豫时间对应的信号幅值计算所述吸附态波峰、游离态波峰的面积以及所述核磁共振/>图谱中的波峰总面积；
煤层气含量计算单元，配置为基于所述吸附态波峰的面积计算吸附态煤层气含量；以及，基于所述游离态波峰的面积计算游离态煤层气含量。
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