一种煤/页岩等温吸附实验方法技术

本发明专利技术提供了一种煤/页岩等温吸附实验方法，所述方法在实验装置的参考釜、样品釜和中间区之间进行；将待测样品置于样品釜内，根据实际地层条件设置实验温度恒定；对样品釜进行标定，获得样品釜的自由空间体积；对参考釜和样品釜抽真空，获得样品釜初始压力；将中间区与参考釜连通，中间区与样品釜断开，向参考釜一次性注入足够量的吸附质气体，待中间区内压力与参考釜内压力平衡，获得参考釜初始压力；通过吸附实验获得吸附平衡后的参考釜压力和样品釜压力；根据每次吸附前后质量守恒原理，利用样品釜初始压力、参考釜初始压力、样品釜的自由空间体积、吸附过程中的参考釜压力和样品釜压力获得多次吸附平衡后不同的样品釜压力下的吸附量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及吸附量测量领域，特别涉及。
技术介绍
目前，测量气体吸附等温线的实验方法主要有容积法和重量法两大类。其中，容积法根据气体注入方式不同分为定容式和定压式。定容式容积法，作为最为常用的方法，其实验装置主要由气瓶、真空泵、增压泵、参考釜、样品釜、压力和温度传感器以及恒温箱所组成，实验过程中，先向参考釜中注入吸附质气体，压力稳定后记录参考釜压力，然后打开参考釜和样品釜之间的中间阀，让气体等温膨胀进入样品釜，等待吸附平衡后记录平衡压力，根据质量守恒原理就能计算出每次的吸附增量，累积求和得到对应压力下的吸附量。重复前述过程，就可以得到整条吸附等温线。定压式容积法与之类似，不同的是将体积固定的参考釜用一个变体积的活塞泵代替，吸附质气体是恒压注入到样品釜中。同样的，利用质量守恒来计算吸附量。但由于变体积活塞泵较复杂、密封性能不好、适用高压条件差、操作不便等缺点，目前很少使用，人们普遍采用定容式容积法,即传统容积法。重量法是根据吸附前后试样的重量变化来计算吸附量，其主要装置由电磁悬挂天平、高压密闭釜以及恒温箱组成。其中，密闭釜被分隔为两个密闭室，待测岩样和高压气体分别置于两个密闭室内，实验过程中，首先记录样品釜的质量读数，然后逐步向样品釜内充入待测气体，等待天平读数稳定后记录吸附平衡时的样品质量，前后两次质量之差即为吸附气体的质量。重量法实验过程中由于气体存在浮重，因此实验之前需要进行浮力校正。目前，人们均是基于传统容积法原理设计了不同的吸附实验装置，并没有对容积法的实验流程有太多研究，也没有对实验过程中的误差及误差影响因素进行详细的分析。煤的高压等温吸附试验方法(参照国家标准GB/T19560-2008)也是基于传统容积法的实验原理，实验流程没有变化。中国专利技术专利CN102607991A为煤/页岩吸附量测定装置，该装置虽具备模拟实际地质条件下煤/页岩吸附天然气的过程并对其吸附的能力进行评价，但测量方法依然是传统容积法。传统容积法所需要的实验装置简单、操作方便，但多次注气的实验操作会带来测量误差的多次累积，导致测量结果的实验误差很大，最终可能会引起吸附等温线异常，因此该法仅适用于吸附量大(测量误差影响小)的吸附剂(如活性炭等)，对于吸附气量很低的煤/页岩的测量产生很大误差，严重影响实验结果。专利CN102607991A虽然具备煤/页岩吸附量测定的能力，并提出利用气动阀进行程序自动控制，模拟储层压力较高，但其原理是定容式容积法，测量结果的误差依然很大，并不能保证精确测量高温高压等实际地层条件下煤/页岩中不同气体的吸附能力。
技术实现思路
为了能够消除传统容积法测量过程中的误差累积，降低测量结果的实验误差，本专利技术提供了，改进了传统容积法的实验流程，用于精确测量高温高压等实际地层条件下煤/页岩中不同气体的吸附能力。为实现上述目的，本专利技术提供了，所述方法在实验装置的参考釜、样品釜以及所述参考釜和所述样品釜之间设置的中间区进行；包括:将待测样品置于样品釜内，并根据实际地层条件设置实验温度恒定；利用已知的参考釜和中间区的体积之和、已知的样品釜的体积对所述样品釜进行标定，获得样品釜内的自由空间体积；对参考釜和样品釜抽真空处理，获得样品釜初始压力；将所述中间区与所述参考釜相连通，所述中间区与所述样品釜相断开，通过所述中间区向所述参考釜一次性注入足够量的吸附质气体，待所述中间区内压力与所述参考釜内压力平衡后，获得参考釜初始压力；利用所述中间区、所述参考釜、所述样品釜进行吸附平衡实验，所述参考釜内压力逐步降低，所述样品釜内压力逐步增加，获得吸附平衡后的参考釜压力和样品釜压力；根据每次吸附前后质量守恒原理，利用所述样品釜初始压力、所述参考釜初始压力、所述样品釜的自由空间体积、所述吸附过程中的参考釜压力和样品釜压力获得多次吸附平衡后不同的样品釜压力下的吸附量。可选的，在本专利技术一实施例中，所述方法还包括:将所述中间区与所述样品釜相连通，所述中间区与所述参考釜相断开，吸附平衡后，将所述中间区与所述样品釜相断开，利用中间区取气，通过气相色谱仪进行气体组分分析。可选的，在本专利技术一实施例中，所述获得吸附平衡后的参考釜压力和样品釜压力的步骤包括:将所述中间区与所述样品釜相连通，所述中间区与所述参考釜相断开，在压力的作用下，所述中间区内的吸附质气体进入所述样品釜，待所述中间区内压力与所述样品釜内压力平衡后，将所述中间区与所述样品釜相断开，所述中间区与所述参考釜相连通，在压力作用下，所述参考釜内的吸附质气体进入所述中间区，待所述中间区内压力与所述参考釜内压力平衡后，获得第一样品釜压力和第一参考釜压力；重复上述步骤，所述参考釜内压力逐步降低，所述样品釜内压力逐步增加，获得吸附过程中不同的参考釜压力和样品釜压力。可选的，在本专利技术一实施例中，所述获得样品釜内的自由空间体积的步骤包括:对所述参考釜、所述样品釜以及所述中间区进行抽真空处理，获得样品釜的初始压力和初始温度；将所述中间区与所述参考釜相连通，所述中间区与所述样品釜相断开，通过所述中间区向所述参考釜注入氦气，待所述中间区内压力与所述参考釜内压力平衡后，获得参考釜的初始压力和初始温度；将所述中间区与所述样品釜相连通，所述中间区与所述参考釜相断开，在压力的作用下，所述氦气进入样品釜，待所述中间区内压力与所述样品釜内压力平衡后，将所述中间区与所述样品釜相断开，所述中间区与所述参考釜相连通，在压力的作用下，所述氦气进入所述中间区，待所述中间区内压力与所述参考釜内压力平衡后，获得标定平衡后的参考釜的压力及温度、样品釜的压力及温度；根据质量守恒原理，在已知参考釜与中间区的体积之和、样品釜体积的情况下，利用所述样品釜的初始压力和初始温度、所述参考釜的初始压力和初始温度、所述标定平衡后的参考釜的压力及温度、样品釜的压力及温度获得样品釜内的自由空间体积。可选的，在本专利技术一实施例中，所述吸附质气体为甲烷气体、二氧化碳和/或氮气。可选的，在本专利技术一实施例中，所述待测样品置于所述样品釜内之前，经过水平衡处理或干燥处理，并获得处理后的待测样品的质量。可选的，在本专利技术一实施例中，所述中间区的体积为所述参考釜的体积的1/20-1/15与传统的方法相比，本技术方案的效果和优点体现在以下几个方面:1、本专利技术基于容积法的基本原理，通过改进了实验流程，提出了等温吸附实验新的测量方法，可有效减少注气次数，缩短吸附实验时间；2、本专利技术可有效降低测量结果的实验误差，提高了测量精度；3、本专利技术的中间区可实现参考釜的逐步降压、样品釜的逐步增压，解决了现有技术中面临的从高压缓慢逐步降压的难题，并提供了一个清晰的解决思路；4、在满足上述技术效果的同时，在进行多组分气体实验时，可以通过中间区取气，通过气相色谱仪进行气体组分分析，降低了传统技术下取气的风险。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提出的流程图；图2为本实施例进行吸附实验的装置框图；图3为本实施例的测量结果与传统容积法测量结果的误本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤/页岩等温吸附实验方法，其特征在于，所述方法在实验装置的参考釜、样品釜以及所述参考釜和所述样品釜之间设置的中间区进行；包括：将待测样品置于样品釜内，并根据实际地层条件设置实验温度恒定；利用已知的参考釜和中间区的体积之和、已知的样品釜的体积对所述样品釜进行标定，获得样品釜内的自由空间体积；对参考釜和样品釜抽真空处理，获得样品釜初始压力；将所述中间区与所述参考釜相连通，所述中间区与所述样品釜相断开，通过所述中间区向所述参考釜一次性注入足够量的吸附质气体，待所述中间区内压力与所述参考釜内压力平衡后，获得参考釜初始压力；利用所述中间区、所述参考釜、所述样品釜进行吸附平衡实验，所述参考釜内压力逐步降低，所述样品釜内压力逐步增加，获得吸附平衡后的参考釜压力和样品釜压力；根据每次吸附前后质量守恒原理，利用所述样品釜初始压力、所述参考釜初始压力、所述样品釜的自由空间体积、所述吸附过程中的参考釜压力和样品釜压力获得多次吸附平衡后不同的样品釜压力下的吸附量。

【技术特征摘要】
1.一种煤/页岩等温吸附实验方法，其特征在于，所述方法在实验装置的参考釜、样品釜以及所述参考釜和所述样品釜之间设置的中间区进行；包括: 将待测样品置于样品釜内，并根据实际地层条件设置实验温度恒定； 利用已知的参考釜和中间区的体积之和、已知的样品釜的体积对所述样品釜进行标定，获得样品釜内的自由空间体积； 对参考釜和样品釜抽真空处理，获得样品釜初始压力； 将所述中间区与所述参考釜相连通，所述中间区与所述样品釜相断开，通过所述中间区向所述参考釜一次性注入足够量的吸附质气体，待所述中间区内压力与所述参考釜内压力平衡后，获得参考釜初始压力； 利用所述中间区、所述参考釜、所述样品釜进行吸附平衡实验，所述参考釜内压力逐步降低，所述样品釜内压力逐步增加，获得吸附平衡后的参考釜压力和样品釜压力； 根据每次吸附前后质量守恒原理，利用所述样品釜初始压力、所述参考釜初始压力、所述样品釜的自由空间体积 、所述吸附过程中的参考釜压力和样品釜压力获得多次吸附平衡后不同的样品釜压力下的吸附量。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 将所述中间区与所述样品釜相连通，所述中间区与所述参考釜相断开，吸附平衡后，将所述中间区与所述样品釜相断开，利用中间区取气，通过气相色谱仪进行气体组分分析。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获得吸附平衡后的参考釜压力和样品釜压力的步骤包括: 将所述中间区与所述样品釜相连通，所述中间区与所述参考釜相断开，在压力的作用下，所述中间区内的吸附质气体进入所述样品釜，待所述中间区内压力与所述样品釜内压力平衡后，将所述中间区与所述样品釜相断开，所述中间区与所述参考釜相连通，在压力作用下，所述参考釜内的吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁正福，何斌，杨峰，王庆，赵天逸，孔德涛，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11