Закономерность процесса десорбции метана из зоны нарушенности угольного пласта

Abstract

На основе молекулярной механики выполнено моделирование десорбционного процесса метана из зоны нарушенности угольного пласта с учетом межмолекулярных и сорбционных взаимодействий в системе «метан-уголь». При моделировании использовалась теория Пейса-Дейтинера, наиболее полно связывающей параметры молекулярной структуры угля с его диффузионной способностью и основанная на учете локальных взаимодействий между молекулами газа и сегментами структурной угольной цепочки. Задачу о десорбции метана в зоне нарушенности угольного пласта свели к задаче о диффузии метана во фрагменте угля, которая описывается уравнением диффузии в сферических координатах с коэффициентом диффузии, учитывающим межмолекулярные взаимодействия и энергию активации десорбции метана в угле. В результате решения уравнения диффузии методом Фурье было получено соотношение, определяющее изменение концентрации десорбирующегося метана в зоне нарушенности угольного пласта с учетом параметров нарушенности и упаковки угольных фрагментов. Выполненные расчеты позволили построить графические зависимости изменения концентрации десорбирующегося метана во времени от энергии активации конформационных перестроек в микроструктуре нарушенного угля.

На основі молекулярної механіки виконано моделювання процесу десорбції метану із зони порушенності вугільного пласта з урахуванням міжмолекулярних і сорбційних взаємодій в системі "метан-вугілля". При моделюванні використовувалась теорія Пейса-Дейтинера, яка найповніше зв'язує параметри молекулярної структури вугілля, з його дуффузійною здатністю і грунтованою на обліку локальних взаємодій між молекулами газу і сегментами структурного вугільного ланцюжка. Задачу про десорбцію метану в зоні порушенності вугільного пласта звели до задачи про дифузію метану у фрагменті вугілля, яка описується рівнянням дифузії в сферичних координатах. В результаті рішення цього рівняння методом Фур'є було отримано співвідношення, що визначає зміну концентрації метану, що де-сорбується, в зоні порушенності вугільного пласта з урахуванням параметрів порушенності і упаковки вугільних фрагментів. За результатами розрахунку побудовані графічні залежності зміни концентрації метану, що десорбується, в часі від енергії активації конформаційних перебудов, а також її середнього значення.

On the basis of molecular mechanics, a model of a process of methane desorption from a disturbed coal-bed zone was created with taking into account intermolecular and sorption interactions in the system "methane-coal". The model is based on the Peys-Deytiner theory, which most fully connects parameters of the coal molecular structure with the coal diffusibility, and takes into account local interactions between the gas molecules and segments of coal structural chain. The problem of methane desorption in a disturbed coal-bed zone was reduced to a problem of methane diffusion in a coal fragment; the problem is described by an equation of diffusion in spherical coordinates with a coefficient of diffusion with taking into account intermolecular interactions and energy of methane-desorption activation in coal. As a result of solving the equation of diffusion by method of Fourier correlation, a ratio was obtained which specified a change of desorbing-methane concentration in the disturbed coal-bed zone with taking into account parameters of the coal fragments’ disturbance and packing. The calculations made helped building graphic dependences between in-time changes of desorbing-methane concentration and energy of activated conformational transformations in the disturbed coal microstructure.