超临界气体在多孔介质内的高压等温二级吸附模型及方法技术

本发明专利技术属于页岩气勘探开发技术领域，涉及一种超临界气体在多孔介质内的高压等温二级吸附模型及方法。本发明专利技术将超临界气体的吸附过程细化为一级、二级两个吸附阶段，并建立了二级吸附模型，更为准确地描述了超临界气体从低压到高压条件下多孔介质的等温吸附特征，弥补了常用的一级吸附的兰格缪尔吸附模型的不足。了常用的一级吸附的兰格缪尔吸附模型的不足。了常用的一级吸附的兰格缪尔吸附模型的不足。

【技术实现步骤摘要】
超临界气体在多孔介质内的高压等温二级吸附模型及方法


[0001]本专利技术属于物理化学及页岩气勘探开发技术等领域，涉及一种超临界气体在多孔介质内的高压等温二级吸附模型及方法。

技术介绍

[0002]超临界气体在多孔介质内的吸附涉及物理化学等研究领域，包括页岩内体固体介质(干酪根和矿物)等温吸附特性研究等领域。一般研究认为多孔介质对超临界气体的等温吸附过程包括单分子层吸附和多分子层吸附，吸附层中的吸附相密度高于非吸附相气体的密度，吸附符合兰格缪尔吸附曲线特征，存在着兰格缪尔最大吸附量。而随着等温吸附实验技术装备的提高，实验室可测试的吸附压力的大大提高，许多学者提出了在压力到达一定程度时，吸附特征不再符合兰格缪尔吸附曲线特征，高压下的吸附量大于兰格缪尔的最大吸附量等观点。因此，对于高压条件下的吸附特征需要重新认识，并建立响应的吸附曲线模型。
[0003]中国专利申请CN108460219A(申请日2018.03.16)公开了一种基于超临界单分子层吸附模型计算页岩吸附气含气量方法，所述方法包括：预先获取岩芯样品的岩电实验数据、等温吸附实验数据和核磁实验数据，并利用等温吸附实验数据，将圆管孔模型中的过剩吸附量转换为绝对吸附量，建立超临界单分子层吸附模型，然后，确定所述超临界单分子层吸附模型中的参数，之后，对所述超临界单分子层吸附模型进行误差检测，如检测通过，则利用所述超临界单分子层吸附模型计算实际测井中页岩吸附气含气量。
[0004]中国专利技术专利CN108446526B(申请日2018.05.22)公开了基于吸附特征曲线与特征方程的页岩吸附量的预测方法，包括采集有机质页岩样品，抽真空处理；采集甲烷等温吸附数据；计算吸附势与过剩吸附量；过剩吸附量校正为绝对吸附量；绝对吸附量与吸附势进行非线性拟合，获得初始吸附特征曲线；获得最优拟合曲线，作为最优吸附特征曲线，将最优吸附特征曲线对应的拟合方程作为特征方程，利用吸附势理论将特征方程改写为吸附量与温度、压力的函数；获取储层温度、压力及相关的地质数据，代入吸附量与温度、压力的函数中，通过计算，即得到储层中有机质页岩吸附量。
[0005]中国专利申请CN110364227A(申请日2019.07.18)公开了一种基于变密度的泥页岩超临界甲烷等温吸附模型，包括以下步骤：S1、确定吸附过程中吸附相甲烷密度变化规律；S2、确定甲烷等温吸附过程中吸附相体积的变化规律；S3、建立变密度的超临界甲烷等温吸附模型n
ex
＝
abs
*V
a-ρg*Va＝(ρ
f
*ln(d*p-1)-ρ
g
)*V
a
；S4、利用重量法或容量法测量多孔介质的等温吸附数据，利用上述模型对实验数据进行拟合，得到不同压力点下吸附相密度、吸附相体积，以及甲烷绝对吸附量。
[0006]由以上可知，现有研究多集中于吸附模型的优化，几乎没有涉及对超临界气体在高压等温吸附过程中各阶段的变化研究。因此，只有在不断细化研究，才能更准确描述超临界气体在多孔介质内的高压等温吸附特征。

技术实现思路

[0007]本专利技术主要目的是提供一种超临界气体在多孔介质内的高压等温二级吸附模型及方法，本专利技术将超临界气体的吸附过程细化为一级、二级两个吸附阶段，并建立了二级吸附模型，更为准确地描述了超临界气体从低压到高压条件下多孔介质的等温吸附特征。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术提供一种超临界气体在多孔介质内的高压等温二级吸附计算模型，所述计算模型为：
[0010]m
aT2i
＝m
Exc2i
+ρ
2i
·
V
a2i
ꢀꢀ
(1)
[0011]式中，m
aT2i
为二级吸附的第i个实验点总的两级绝对吸附量；m
Exc2i
为二级吸附的第i个吸附点的过剩吸附量；ρ
2i
为二级吸附的第i个点的气体的密度；V
a2i
为二级吸附的第i个吸附点的吸附相体积；
[0012]各个二级吸附实验点的二级吸附量的计算模型：
[0013]m
a2i
＝m
aT2i-m
a1max
ꢀꢀ
(2)
[0014]式中，m
a2i
为二级吸附的第i个吸附点的二级绝对吸附量；m
aT2i
为二级吸附的第i个吸附点的总的两级绝对吸附量；m
a1max
为一级吸附的最大绝对吸附量。
[0015]优选地，一级吸附的最大绝对吸附量可通过对一级吸附数据进行回归计算获得。
[0016]优选地，一级吸附的最大绝对吸附量还可以为一级吸附的最高气体压力与密度实验点的绝对吸附量的比值。
[0017]优选地，一级吸附的绝对吸附量计算模型为：
[0018]m
a1i
＝m
Exc1i
+ρ
1i
·
V
a1
ꢀꢀ
(3)
[0019]式中，m
a1i
为一级吸附的第i个吸附点的绝对吸附量；m
Exc1i
为一级吸附的第i个吸附点的过剩吸附量；ρ
1i
为一级吸附的第i个吸附点的气体的密度；V
a1
为一级吸附的吸附相的体积。
[0020]本专利技术还提供利用以上所述计算模型计算超临界气体吸附量的方法，包括以下步骤：
[0021]进行等温吸附-脱附实验；绘制过剩吸附量与气体密度关系曲线；判断是否含二级吸附；确定一级吸附的吸附相体积；确定二级吸附的吸附相体积；利用式(3)计算一级吸附的绝对吸附量；利用式(1)计算两级吸附的总绝对吸附量；利用式(2)计算二级吸附的绝对吸附量。
[0022]优选地，采用重量法进行超临界气体在多孔介质样品中的等温吸附实验，根据吸附前后样品的质量变化确定样品的过剩吸附量，待所有吸附实验完成，逐步降低气体压力，待解吸平衡，进入下一个压力点的解吸实验点，直至所有解吸压力实验完成。
[0023]优选地，根据吸附后样品的质量读数与吸附前质量读数的差值计算各个吸附或脱附实验点的过剩吸附量，并根据过剩吸附量与气体的密度，分别绘制吸附过程和脱附过程的过剩吸附量与气体密度的关系曲线。
[0024]优选地，是否含二级吸附的判断方法：过剩吸附量与气体密度关系曲线，若在过剩吸附量与气体密度关系曲线上包含三段不同的曲线变化，则含有二级吸附；
[0025]所述三段不同的曲线变化分别为：
[0026]第一段，过剩吸附量随气体密度增加而增高，直至达到最大过剩吸附量。该阶段绝
对吸附量随气体压力/密度增高而增高，但吸附相体不变，绝对吸附量增加导致的重量增量大于气体密度增加产生的浮力增量。
[0027]第二段，过剩吸附量随气体密度增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.超临界气体在多孔介质内的高压等温二级吸附计算模型，其特征在于，所述计算模型为：m
aT2i
＝m
Exc2i
+ρ
2i
·
V
a2i
ꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，m
aT2i
为二级吸附的第i个实验点总的两级绝对吸附量；m
Exc2i
为二级吸附的第i个吸附点的过剩吸附量；ρ
2i
为二级吸附的第i个点的气体的密度；V
a2i
为二级吸附的第i个吸附点的吸附相体积；各个二级吸附实验点的二级吸附量的计算模型：m
a2i
＝m
aT2i-m
a1max
ꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，m
a2i
为二级吸附的第i个吸附点的二级绝对吸附量；m
aT2i
为二级吸附的第i个吸附点的总的两级绝对吸附量；m
a1max
为一级吸附的最大绝对吸附量。2.根据权利要求1所述计算模型，其特征在于，一级吸附的最大绝对吸附量可通过对一级吸附数据进行回归计算获得。3.根据权利要求1所述计算模型，其特征在于，一级吸附的最大绝对吸附量还可以为一级吸附的最高气体压力与密度实验点的绝对吸附量的比值。4.根据权利要求2所述计算模型，其特征在于，一级吸附的绝对吸附量计算模型为：m
a1i
＝m
Exc1i
+ρ
1i
·
V
a1
ꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，m
a1i
为一级吸附的第i个吸附点的绝对吸附量；m
Exc1i
为一级吸附的第i个吸附点的过剩吸附量；ρ
1i
为一级吸附的第i个吸附点的气体的密度；V
a1
为一级吸附的吸附相的体积。5.利用权利要求1-4任一项所述计算模型计算超临界气体吸附量的方法，其特征在于，包括以下步骤：进行等温吸附-脱附实验；绘制过剩吸附量与气体密度关系曲线；判断是否含二级吸附；确定一级吸附的吸附相体积；确定二级吸附的吸附相体积；利用式(3)计算一级吸附的绝对吸附量；利用式(1)计算两级吸附的总绝对吸附量；利用式(2)计算二级吸附的绝对吸附量。6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，采用重量法进行超临界气体在多孔介质样品中的等温吸附实验，根据吸附前后样品的质量变化确定样品的过剩吸附量，待所有吸附实验完成，逐步降低气体压力，待解吸平衡，进入下一个压力点的解吸实验点，直至所有解吸压力实验完成。7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，根据吸附后样品的质量读数与吸附前质量读数的差值计算各个吸附或脱附实验点的过剩吸附量，并根据过剩吸附量与气体的密度，分别绘制吸附过程和脱附过程的过剩吸附量与气体密度的关系曲线。8.根据权利要求5所述方法，其特征在于，是否含二级吸附的判断方法：过剩吸附量与气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：包友书，李政，王学军，张学军，王宇蓉，陶军明，吴平，吴连波，王秀红，綦艳丽，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：