页岩甲烷高压等温吸附模型评价与改进 论文

在进行页岩甲烷高压等温吸附模型评价与改进的研究中，科学家们需要解决的关键问题是如何准确地拟合实测过剩吸附量曲线，并计算页岩对甲烷的绝对吸附量曲线。这涉及到多个科学领域，包括地质学、化学、物理和数学建模等。在这一研究过程中，研究者们通常会使用多种吸附公式，并结合吸附相密度的计算方法，来构建和评价吸附模型。我们需要了解吸附模型中的基本概念。在页岩气开采中，吸附模型用于描述页岩对甲烷气体的吸附行为。在高压条件下，甲烷在页岩孔隙空间中的吸附过程可被视为等温过程，即在恒定温度下，气体吸附量随压力的变化而变化。这种吸附过程通常与过剩吸附量有关，即实际测量到的吸附量与假设的理想气体状态下的吸附量之间的差值。研究中常用的吸附公式包括Langmuir模型、Freundlich模型、Dubinin-Radushkevich模型等。这些模型分别基于不同的理论假设，用以描述吸附过程的特征。例如，Langmuir模型假设吸附表面为均匀表面，吸附分子间无相互作用，只在单层吸附时发生。而Freundlich模型则基于经验公式，认为吸附量与吸附质在吸附剂表面的浓度的若干次幂成正比。这些模型各有适用范围和局限性，因此需要通过实验数据来评估它们的适用性。在构建吸附模型时，吸附相密度的计算方法也是关键因素之一。吸附相密度指单位体积内被吸附的气体的质量。计算方法会影响吸附模型对实际吸附行为的描述精度。研究中可能采用的吸附相密度计算方法包括根据压力和温度推导出的函数、气体状态方程等。这些计算方法将帮助研究者们更准确地描述在不同压力和温度条件下页岩对甲烷的吸附行为。在评价与改进吸附模型时，拟合度R²是一个重要的考核指标。R²用于衡量模型预测值与实际观测值之间的拟合程度，其值越接近1，表明模型的拟合效果越好。此外，吸附模型还需要评价其对绝对吸附量校正的合理性、吸附相密度计算的合理性。这意味着模型不仅要准确预测过剩吸附量，还要能合理地计算出在实际条件下的绝对吸附量。具体到这项研究，研究者们选择了8种常用的吸附公式及3种吸附相密度计算方法，组成了不同的高压等温吸附模型，并对模型的拟合度和合理性进行了评价。结果表明，在选定的方法中，拟合吸附相密度法最准确，特别是与Langmuir-Freundlich公式结合构建的吸附模型，其拟合过剩吸附量的R²平均值表现最佳。这种改进的高压等温吸附模型不仅提高了拟合的准确性，而且因其物理基础和符合页岩甲烷吸附机理，比现有模型更加优越。此外，研究中还对改进模型计算绝对吸附量的偏差进行了评价，以确保模型不仅在理论上有依据，而且在实际应用中也能提供可靠的数据支持。总结来说，这项研究通过对比多种吸附公式和吸附相密度计算方法的组合，提出了一种改进的页岩甲烷高压等温吸附模型。该模型不仅提高了对实际过剩吸附量曲线的拟合度，而且在计算绝对吸附量方面也显示出较高的准确性。这对于页岩气开采行业而言，具有重要的理论和实际应用价值，为更准确地预测页岩气藏的气体吸附行为提供了科学依据。