热效应和驱替效应下含压裂液煤层多分子竞争吸附规律研究OA
Research on competitive adsorption laws of multiple molecules in coal seams containing fracturing fluid under thermal effect and displacement effect
为探究热效应与驱替效应下煤中N2/CH4 的竞争吸附规律,基于烟煤大分子模型,采用分子动力学和蒙特卡罗方法,对热氮注入下CH4 分子、H2O分子、压裂液分子的吸附行为进行模拟,研究压裂液分子与煤表面分子之间的相互作用能,以及不同注气温度、含水率和孔径下N2/CH4 二元混合气体的竞争吸附特性.结果表明:压裂液分子与煤表面分子之间的相互作用能为 18.469 kJ/mol,体系之间的范德华相互作用力为 23.732 kJ/mol,静电相互作用力为-598.125 kJ/mol,压裂液分子与煤表面分子体系间的稳定性较差,为注热氮解堵增渗提供了条件;在注热氮的过程中,伴随N2 注入温度的升高,模型中N2 相对于CH4 的吸附能力增强;含水率增加使CH4 和N2 的吸附量都明显降低,模型中CH4 的吸附能力仍然高于N2;孔径对N2 吸附的影响显著,CH4 的吸附优势会随着孔径的增大而减弱,即N2 在注入孔径为 4 nm的煤样时,置换驱替CH4 效果明显.
In order to investigate the competitive adsorption pattern of N2/CH4 gases in coal under thermal and displacement effects,the study is based on the macromolecular model of bituminous coal,the adsorption behaviors of methane molecules,water mo-lecules and fracturing fluid molecules under heated nitrogen injection are simulated by molecular dynamics and Monte Carlo meth-ods,to investigate the interaction energy between fracturing fluid and coal surface molecules,and the microscopic laws of different gas injection temperatures,water contents and pore diameters on the competitive adsorption of N2/CH4.The results show that:the in-teraction between fracturing fluid molecules and coal molecules is 18.469 kJ/mol,the van der Waals interaction force between the systems is 23.732 kJ/mol,the electrostatic interaction force is-598.125 kJ/mol,and the stability of the system between the fracturing fluid molecules and the coal molecules is poor,which provides conditions for the injection of heated nitrogen to increase the seepage of the de-blocking;in the process of heated nitrogen injection,along with the increase of temperature,the adsorption capacity of N2 relative to CH4 in the model is enhanced;the increase in water content leads to a significant decrease in the adsorption of both CH4 and N2,and the adsorption capacity of CH4 remains stronger than that of N2 in the model;pore size has a significant effect on N2 ad-sorption,the dominance of CH4 begins to decrease with the increase of pore size,and the effect of N2 replacement to drive out CH4 is obvious when the pore size is 4 nm.
左伟芹;罗予阳;刘彦伟;韩红凯;蒋雯吉;崔佩雯
河南理工大学 安全科学与工程学院,河南 焦作 454000||河南省煤矿安全与职业危害防治国际联合实验室,河南 焦作 454000||河南理工大学 瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地,河南 焦作 454000河南理工大学 安全科学与工程学院,河南 焦作 454000河南理工大学 安全科学与工程学院,河南 焦作 454000||河南省煤矿安全与职业危害防治国际联合实验室,河南 焦作 454000||河南理工大学 瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地,河南 焦作 454000河南理工大学 安全科学与工程学院,河南 焦作 454000||河南省煤矿安全与职业危害防治国际联合实验室,河南 焦作 454000||河南理工大学 瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地,河南 焦作 454000河南理工大学 安全科学与工程学院,河南 焦作 454000河南理工大学 安全科学与工程学院,河南 焦作 454000
矿业与冶金
煤层气竞争吸附驱替效应注热氮分子模拟
coalbed methanecompetitive adsorptiondisplacement effectheated nitrogen injectionmolecular modeling
《煤矿安全》 2026 (2)
25-33,9
国家自然科学基金资助项目(52274188)煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室开放课题资助项目(2011DA105827-FW202201)
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