煤体乙烷扩散模型

三种扩散机制分压主导

该模型首次同时考虑吸附诱导效应和孔隙结构效应，可描述乙烷在煤中压力依赖的吸附动力学，揭示低压Knudsen扩散、中压过渡扩散、高压体相扩散三种机制。

侯晓伟 · 朱炎铭 · Shang, Fuhua · Wang, Yingjin · 牛漫兰

Physics of Fluids 2025

参数信息

Langmuir体积

28.32–36.84 cm³/g

Langmuir压力

0.21–0.25 MPa

Knudsen扩散主导上限

2.0 MPa

体相扩散主导下限

3.0 MPa

技术优势

首次纳入双效应

新模型同时考虑吸附诱导效应与孔隙结构效应，突破了以往仅含单一效应的扩散模型局限。

扩散机制分区明确

模型可划分三个压力区间：<2.0 MPa为Knudsen扩散，>3.0 MPa为体相扩散，中间为过渡扩散，为储层模拟提供判别依据。

扩散系数压力敏感

有效扩散系数受吸附诱导效应显著影响，呈现强压力敏感性，需动态计算而非常数假设。

应用场景

• 煤层气开发：准确预测不同压力下乙烷扩散系数与吸附量，优化煤层气采收率。
• 页岩气开采：利用压力分区机制指导页岩气开发中的压降策略。
• 气体吸附储存：依据Langmuir参数与扩散分区设计吸附储存压力条件。
• 多孔介质输运：提供多孔介质中压力依赖扩散的理论框架。