无烟煤中甲烷吸附相密度分析及多元回归计算模型研究

为解决深部煤层甲烷吸附能力评估中吸附相密度(ρa)参数缺失的问题，研究人员通过高压等温吸附实验，结合多元回归模型，揭示了无烟煤甲烷吸附相密度的分布特征及控制机制。研究发现ρa与镜质体反射率(RO)、有机质含量等内部因素及压力显著相关，建立的多元拟合模型为煤层含气性精准评价提供了理论依据。该研究发表于《Fuel》，对深部煤层气高效开发具有重要意义。

　　

在全球能源转型背景下，煤层气(CBM)作为重要的非常规天然气资源，其开发对保障能源安全和减少温室气体排放具有双重意义。中国深部煤层气资源量高达40.71×10¹² m³，但现有开发技术面临吸附相密度参数不明确、储层评价精度不足等挑战。传统方法如固定法(0.423 g/cm³)和Ozawa经验公式法均未考虑实际储层差异，导致产能预测偏差。针对这一难题，中国矿业大学的研究团队在《Fuel》发表论文，通过创新性实验设计和建模，为深部高煤阶煤层气开发提供了关键理论支撑。

研究团队采用重量法等温吸附装置，对鄂尔多斯盆地东缘6个镜质体反射率(R_O)2.72%～3.09%的无烟煤样品开展60℃、0-26 MPa高压实验。通过数据拟合法，利用吸附曲线下降段与自由相密度(ρ_g)的线性关系计算ρ_a；结合Langmuir方程建立多元回归模型，并验证了模型可靠性。

4.1 等温吸附实验结果
实验显示所有样品吸附曲线均呈现"快速上升-缓慢增长-平稳下降"三阶段特征。在60℃条件下，ρ_a计算值为0.2073～0.2922 g/cm³，显著低于传统固定法数值，证实了储层特异性影响。

4.2 吸附相密度影响因素
镜质体反射率(R_O)与ρ_a呈正相关(R²>0.95)，随R_O从2.72%增至3.09%，ρ_a提升29.05%。有机质含量每增加10%，ρ_a提高约0.03 g/cm³，而水分-灰分(M_ad-A_ad)则通过竞争吸附和孔隙堵塞作用产生负效应。压力在0-10 MPa区间使ρ_a快速增加，符合Langmuir方程特征。

4.3 多元回归模型
创新性建立的模型ρ_a=(11.10x₁-0.03x₂-0.12x₃)P/(P+112.57x₁+1.47x₂+7.24x₃)整合了R_O、有机质含量和M_ad-A_ad三个参数，经F检验验证显著(统计量1645.82>临界值224.58)。应用该模型将超额吸附量(V_exc)转化为绝对吸附量(V_abs)，测得样品Langmuir体积(V_L)为13.52～27.62 cm³/g。

该研究首次系统揭示了深部无烟煤吸附相密度的控制机制，建立的预测模型突破了传统方法的局限性。特别是明确了在超临界状态下(实验温度60℃高于甲烷临界温度-82.59℃)，ρ_a仍保持压力依赖性这一重要现象。研究成果为深部煤层气资源量精准评估和高效开发提供了关键技术支撑，对实现中国"双碳"目标具有重要实践意义。