專利名稱：煤/頁巖吸附量測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種用于石油、地質(zhì)、礦業(yè)領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)室對煤/頁巖在實(shí)際地質(zhì)條件下吸附能力模擬和吸附量測定的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，尤其涉及一種可調(diào)式高溫高壓煤/頁巖等溫吸附量測定裝置。
背景技術(shù)：
常規(guī)氣藏中天然氣在砂巖中主要以游離態(tài)的形式賦存，而在煤/頁巖中主要以吸附態(tài)和游離態(tài)的方式賦存，因此，確定煤巖/頁巖的吸附能力為煤層氣和頁巖氣的資源評價(jià)和有利區(qū)預(yù)測提供重要的參數(shù)。目前測定煤巖/頁巖吸附甲烷能力的方法可以分為重量 法、體積法和色譜法。重量法早期使用較多，但無法實(shí)現(xiàn)較高壓力點(diǎn)吸附量的測定。色譜法可用于測定多組分氣體的吸附，但無法得到較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。體積法應(yīng)用最為廣泛，但是目前現(xiàn)有裝置的測定溫度和壓力均不符合實(shí)際地層的溫度壓力環(huán)境，無法反映煤巖/頁巖真實(shí)的吸附能力。由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，提出一種煤/頁巖吸附量測定裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種煤/頁巖吸附量測定裝置，能夠模擬實(shí)際地質(zhì)條件(尤其是深層)下煤/頁巖吸附天然氣的過程并對其吸附的能力進(jìn)行評價(jià)。本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種煤/頁巖吸附量測定裝置，實(shí)驗(yàn)過程中可進(jìn)行程序升溫，對升溫過程進(jìn)行控制；可提供良好的均衡的溫度傳導(dǎo)和分布；可對平衡吸附時(shí)間進(jìn)行控制；結(jié)合實(shí)驗(yàn)的目的，可對實(shí)驗(yàn)的壓力進(jìn)行程序增壓，對升壓過程進(jìn)行控制。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種煤/頁巖吸附量測定裝置，所述吸附量測定裝置包括直徑相同的吸附缸和參考缸，所述吸附缸開口向上、參考缸開口向下設(shè)置，吸附缸和參考缸的缸底分別固定設(shè)置在一圓柱形鋼塊的頂面和底面，所述圓柱形鋼塊的直徑與吸附缸和參考缸的直徑相同，所述吸附缸和參考缸由一個(gè)穿透兩缸底及圓柱形鋼塊的連通管導(dǎo)通，所述連通管上設(shè)有第一控制閥門；所述吸附缸的開口密封設(shè)有吸附缸蓋；參考缸的開口密封設(shè)有參考缸蓋；所述吸附缸、參考缸和圓柱形鋼塊的外側(cè)壁設(shè)有加熱套，加熱套外側(cè)設(shè)有保溫套；結(jié)合后的上述構(gòu)件放置在一真空保溫罐內(nèi)，該真空保溫罐頂部開口處密封設(shè)有真空蓋，所述真空蓋壓設(shè)在吸附缸蓋上；所述吸附缸內(nèi)設(shè)有一裝有測試樣品的樣品吊籃；所述吸附缸設(shè)有排氣管和第一壓力傳感器；所述參考缸設(shè)有進(jìn)氣管和第二壓力傳感器，所述進(jìn)氣管連接于一氣體增壓泵一端，氣體增壓泵另一端通過并聯(lián)的第二控制閥門和第三控制閥門連通實(shí)驗(yàn)氣體和氦氣。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述吸附缸內(nèi)的樣品吊籃中及參考缸中通過放入不同數(shù)量的、體積相同的實(shí)心小鋼珠來改變兩缸的空間體積大小。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述氣體增壓泵最高增壓70MPa，氣體增壓泵增壓速率和大小根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體要求由程序設(shè)定。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述氣體增壓泵的一端通過第四控制閥門與參考缸進(jìn)氣管連接。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述參考缸進(jìn)氣管上設(shè)有一放氣支路，放氣支路上設(shè)有放氣閥門。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述吸附缸的排氣管中設(shè)有排氣閥門。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述加熱套由電加熱絲纏繞構(gòu)成，電加熱絲外側(cè)設(shè)有絕緣層，絕緣層外側(cè)有鋼質(zhì)材料包圍；所述加熱套連接一控制其加熱的溫度控制
器。 在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述樣品吊籃為鋼質(zhì)圓柱狀，其頂部設(shè)有旋轉(zhuǎn)蓋，樣品吊籃的底部和旋轉(zhuǎn)蓋上分別設(shè)有一氣孔，氣孔上設(shè)有過濾網(wǎng)；所述實(shí)驗(yàn)樣品為煤/頁巖顆?；蛑睆綖?5mm-38mm巖心。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器為數(shù)字式耐高溫高壓力傳感器，最高溫度為200°C，最高壓力為70MPa。在本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施方式中，所述第一控制閥門為機(jī)械閥門，所述第二控制閥門、第三控制閥門、第四控制閥門及放氣閥門和排氣閥門均為程序控制的氣動(dòng)閥。由上所述，本實(shí)用新型的煤/頁巖吸附量測定裝置，在實(shí)驗(yàn)過程中可以進(jìn)行程序升溫，對升溫過程進(jìn)行控制；能夠模擬實(shí)際地質(zhì)條件(尤其是深層)下煤/頁巖吸附天然氣的過程并對其吸附的能力進(jìn)行評價(jià)；可根據(jù)樣品的性質(zhì)選擇巖心或者散樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)樣品量調(diào)節(jié)參考缸和吸附缸體積的大?。豢商峁┝己玫木獾臏囟葌鲗?dǎo)和分布；結(jié)合實(shí)驗(yàn)的目的，可對實(shí)驗(yàn)吸附缸氣體進(jìn)行色譜分析，實(shí)現(xiàn)多組分氣體吸附量的定量測定。

以下附圖僅旨在于對本實(shí)用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實(shí)用新型的范圍。其中圖I :為本實(shí)用新型煤/頁巖吸附量測定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 :為本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)測定煤吸附量的結(jié)果。
具體實(shí)施方式
為了對本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。如圖I所示，本實(shí)用新型提供一種煤/頁巖吸附量測定裝置100，所述吸附量測定裝置100包括直徑相同的吸附缸I和參考缸2，所述吸附缸I開口向上、參考缸2開口向下設(shè)置，吸附缸I和參考缸2的缸底分別固定設(shè)置在一圓柱形鋼塊3的頂面和底面，所述圓柱形鋼塊3的直徑與吸附缸I和參考缸2的直徑相同，所述吸附缸I和參考缸2由一個(gè)穿透兩缸底及圓柱形鋼塊3的連通管31導(dǎo)通，所述連通管31上設(shè)有第一控制閥門41 ;所述吸附缸I的開口密封設(shè)有吸附缸蓋11 ;參考缸2的開口密封設(shè)有參考缸蓋21 ;在本實(shí)施方式中，吸附缸I和參考缸2的容量均為100ml，兩缸均可以承受70MPa的壓力和200°C的溫度；所述吸附缸I、參考缸2和圓柱形鋼塊3的外側(cè)壁設(shè)有加熱套5，所述加熱套5連接一控制其加熱的溫度控制器51 ;參考缸2和吸附缸I通過圓柱形鋼塊3進(jìn)行傳熱；加熱套5外側(cè)設(shè)有保溫套6 ;結(jié)合后的上述構(gòu)件放置在一真空保溫罐7內(nèi)，該真空保溫罐7頂部開口處密封設(shè)有真空蓋71，所述真空蓋71壓設(shè)在吸附缸蓋11上；所述保溫套6和真空保溫罐7構(gòu)成了該裝置的雙層保溫系統(tǒng)；所述吸附缸I內(nèi)設(shè)有一裝有測試樣品的樣品吊籃8，測試樣品可通過吊籃8放置于吸附缸I中；所述實(shí)驗(yàn)樣品為煤/頁巖顆?；蛑睆綖?5mm-38mm巖心；所述吸附缸I設(shè)有排氣管12和第一壓力傳感器13，第一壓力傳感器13用以檢測吸附缸I的壓力；所述參考缸2設(shè)有進(jìn)氣管22和第二壓力傳感器23，第二壓力傳感器23用以檢測參考缸2的壓力，所述進(jìn)氣管22 連接于一氣體增壓泵9 一端，氣體增壓泵9另一端通過并聯(lián)的第二控制閥門42和第三控制閥門43連通于實(shí)驗(yàn)氣體和氦氣源。如圖I所示，在本實(shí)施方式中，所述氣體增壓泵9的一端通過第四控制閥門44與參考缸2的進(jìn)氣管22連接。所述參考缸2進(jìn)氣管22上設(shè)有一放氣支路221，放氣支路221上設(shè)有放氣閥門45。所述吸附缸I的排氣管12中設(shè)有排氣閥門46。實(shí)驗(yàn)時(shí)打開所述真空蓋71將已稱重的煤/頁巖巖心，或者將煤/頁巖碎至80 120目稱重后放入樣品吊籃8后再放入吸附缸I中，在本實(shí)施方式中，所述吸附缸I內(nèi)的樣品吊籃8中及參考缸2中可通過放入不同數(shù)量的、體積相同的實(shí)心小鋼珠來改變兩缸的空間體積大小。當(dāng)樣品吊籃8未被樣品充滿時(shí)，放入一定數(shù)量體積均為7. 6ml的鋼珠進(jìn)行充填，直至樣品吊籃已滿；關(guān)閉第一控制閥門41、第二控制閥門42、第三控制閥門43、第四控制閥門44及放氣閥門45和排氣閥門46，通過調(diào)節(jié)溫度控制器51設(shè)定裝置到實(shí)驗(yàn)溫度，使溫度變化幅度不超過±1°C后穩(wěn)定12小時(shí)。該裝置溫度穩(wěn)定后，打開第二控制閥門42和第四控制閥門44向參考缸2注入氦氣，達(dá)到預(yù)設(shè)壓力后關(guān)閉第二控制閥門42和第四控制閥門44，記錄第二壓力傳感器23的數(shù)據(jù)；然后，打開第一控制閥門41，向吸附缸I充氣，第一壓力傳感器13達(dá)到一定數(shù)值后，關(guān)閉第一控制閥門41，記錄此時(shí)第一壓力傳感器13和第二壓力傳感器23顯示的數(shù)值，以此根據(jù)氣體狀態(tài)方程計(jì)算吸附缸I內(nèi)的自由空間體積。重復(fù)四次吸附缸內(nèi)的自由空間體積的測試和計(jì)算,使之間的結(jié)果變化小于O. 2ml。自由空間體積測試完之后，分別打開放氣閥門45和排氣閥門46對氦氣進(jìn)行放空，然后關(guān)閉第一控制閥門41、第二控制閥門42、第三控制閥門43、第四控制閥門44及放氣閥門45和排氣閥門46。打開第三控制閥門43和第四控制閥門44通過高壓增壓泵9對實(shí)驗(yàn)氣體進(jìn)行增壓，關(guān)閉第四控制閥門44，記錄第二壓力傳感器23顯示的數(shù)值；打開第一控制閥門41，對吸附缸I充入實(shí)驗(yàn)氣體，待第一壓力傳感器13的數(shù)字顯示至預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)壓力的I. 2倍后關(guān)閉第一控制閥門41，待樣品進(jìn)行平衡吸附24小時(shí)后，記錄第一壓力傳感器13的數(shù)值，根據(jù)氣體狀態(tài)方程計(jì)算出此壓力下樣品吸附量，以此往復(fù)，不斷增加實(shí)驗(yàn)壓力，便可以測得煤/頁巖等溫吸附曲線(如圖2所示)；根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件設(shè)置溫度和壓力，可以模擬該條件下樣品的以吸附狀態(tài)賦存的天然氣量；此外，打開排氣閥門46利用高壓取樣器從吸附缸I中采集氣樣，經(jīng)過色譜儀分析，可以實(shí)現(xiàn)多組分氣體吸附量的定量測定。由上所述，本實(shí)用新型的煤/頁巖吸附量測定裝置，在實(shí)驗(yàn)過程中可以進(jìn)行程序升溫，對升溫過程進(jìn)行控制；能夠模擬實(shí)際地質(zhì)條件(尤其是深層)下煤/頁巖吸附天然氣的過程并對其吸附的能力進(jìn)行評價(jià)；可根據(jù)樣品的性質(zhì)選擇巖心或者散樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)樣品量調(diào)節(jié)參考缸和吸附缸體積的大小；可提供良好的均衡的溫度傳導(dǎo)和分布；結(jié)合實(shí)驗(yàn)的目的，可對實(shí)驗(yàn)吸附缸氣體進(jìn)行色譜分析，實(shí)現(xiàn)多組分氣體吸附量的定量測定。[0024]在本實(shí)施方式中，所述氣體增壓泵9最高增壓70MPa，氣體增壓泵9增壓速率和大小根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體要求由程序設(shè)定。所述加熱套5由電加熱絲纏繞構(gòu)成，電加熱絲外側(cè)設(shè)有絕緣層，絕緣層外側(cè)有鋼質(zhì)材料包圍；進(jìn)一步， 在本實(shí)施方式中，如圖I所示，所述樣品吊籃8為鋼質(zhì)圓柱狀，其頂部設(shè)有旋轉(zhuǎn)蓋81，樣品吊籃8的底部和旋轉(zhuǎn)蓋81上分別設(shè)有一氣孔，氣孔上設(shè)有過濾網(wǎng)，防止粉末樣品被高壓氣體沖出堵塞管線；在本實(shí)施方式中，所述第一壓力傳感器13和第二壓力傳感器23為數(shù)字式耐高溫高壓力傳感器，最高溫度為200°C，最高壓力為70MPa。進(jìn)一步，在本實(shí)施方式中，所述第一控制閥門41為機(jī)械閥門，所述第二控制閥門42、第三控制閥門43、第四控制閥門44及放氣閥門45和排氣閥門46均為程序控制的氣動(dòng)閥。本實(shí)用新型的煤/頁巖吸附量測定裝置，當(dāng)加熱套加熱后，由保溫套和真空保溫罐對吸附缸和參考缸進(jìn)行雙層保溫，保溫時(shí)間長，效果好，并通過溫度傳感器進(jìn)行恒溫控制。達(dá)到實(shí)驗(yàn)溫度后，氣體增壓泵對參考缸內(nèi)注入實(shí)驗(yàn)氣體，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求達(dá)到一定的壓力，待壓力表穩(wěn)定，打開第一控制閥門41 (平衡閥門)對吸附缸注氣，平衡吸附一段時(shí)間，記錄壓力，計(jì)算求得吸附量。如此循環(huán)實(shí)驗(yàn)，可以模擬不同壓力溫度條件下煤/頁巖的吸附過程和評價(jià)其吸附能力。本實(shí)用新型的有益效果是I)可以承受70MPa的壓力和200°C的溫度，模擬實(shí)際地質(zhì)條件煤/頁巖吸附天然氣過程和深層煤/頁巖吸附量的測定。2)可以實(shí)現(xiàn)吸附缸和參考缸溫度和壓力的同步控制。3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)樣品選擇巖心或者散樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)樣品量調(diào)節(jié)參考缸和吸附缸體積的大小，以保證吸附量測定的精度。4)實(shí)驗(yàn)過程中利用電加熱絲加熱，鋼體傳熱快速均勻，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)裝置的溫度的
統(tǒng)一 O5)實(shí)驗(yàn)過程中采用保溫套和真空保溫罐雙層保溫系統(tǒng)。6)可對吸附缸的氣體進(jìn)行高溫高壓取樣，進(jìn)行色譜分析，實(shí)現(xiàn)多組分氣體吸附量的定量測定。以上所述僅為本實(shí)用新型示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本實(shí)用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.一種煤/頁巖吸附量測定裝置，其特征在于所述吸附量測定裝置包括直徑相同的吸附缸和參考缸，所述吸附缸開口向上、參考缸開口向下設(shè)置，吸附缸和參考缸的缸底分別固定設(shè)置在一圓柱形鋼塊的頂面和底面，所述圓柱形鋼塊的直徑與吸附缸和參考缸的直徑相同，所述吸附缸和參考缸由一個(gè)穿透兩缸底及圓柱形鋼塊的連通管導(dǎo)通，所述連通管上設(shè)有第一控制閥門；所述吸附缸的開口密封設(shè)有吸附缸蓋；參考缸的開口密封設(shè)有參考缸蓋；所述吸附缸、參考缸和圓柱形鋼塊的外側(cè)壁設(shè)有加熱套，加熱套外側(cè)設(shè)有保溫套；結(jié)合后的上述構(gòu)件放置在一真空保溫罐內(nèi)，該真空保溫罐頂部開口處密封設(shè)有真空蓋，所述真空蓋壓設(shè)在吸附缸蓋上；所述吸附缸內(nèi)設(shè)有一裝有測試樣品的樣品吊籃；所述吸附缸設(shè)有排氣管和第一壓力傳感器；所述參考缸設(shè)有進(jìn)氣管和第二壓力傳感器，所述進(jìn)氣管連接于一氣體增壓泵一端，氣體增壓泵另一端通過并聯(lián)的第二控制閥門和第三控制閥門連通實(shí)驗(yàn)氣體和氦氣。
2.如權(quán)利要求I所述的煤/頁巖吸附量測定裝置，其特征在于所述吸附缸內(nèi)的樣品吊籃中及參考缸中通過放入不同數(shù)量的、體積相同的實(shí)心小鋼珠來改變兩缸的空間體積大小。
3.如權(quán)利要求I所述的煤/頁巖吸附量測定裝置，其特征在于所述氣體增壓泵最高增壓70MPa，氣體增壓泵增壓速率和大小根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體要求由程序設(shè)定。
4.如權(quán)利要求I所述的煤/頁巖吸附量測定裝置，其特征在于所述氣體增壓泵的一端通過第四控制閥門與參考缸進(jìn)氣管連接。
5.如權(quán)利要求I所述的煤/頁巖吸附量測定裝置，其特征在于所述參考缸進(jìn)氣管上設(shè)有一放氣支路，放氣支路上設(shè)有放氣閥門。
6.如權(quán)利要求I所述的煤/頁巖吸附量測定裝置，其特征在于所述吸附缸的排氣管中設(shè)有排氣閥門。
7.如權(quán)利要求I所述的煤/頁巖吸附量測定裝置，其特征在于所述加熱套由電加熱絲纏繞構(gòu)成，電加熱絲外側(cè)設(shè)有絕緣層，絕緣層外側(cè)有鋼質(zhì)材料包圍；所述加熱套連接一控制其加熱的溫度控制器。
8.如權(quán)利要求I所述的煤/頁巖吸附量測定裝置，其特征在于所述樣品吊籃為鋼質(zhì)圓柱狀，其頂部設(shè)有旋轉(zhuǎn)蓋，樣品吊籃的底部和旋轉(zhuǎn)蓋上分別設(shè)有一氣孔，氣孔上設(shè)有過濾網(wǎng)；所述實(shí)驗(yàn)樣品為煤/頁巖顆?；蛑睆綖?5mm-38mm巖心。
9.如權(quán)利要求I所述的煤/頁巖吸附量測定裝置，其特征在于所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器為數(shù)字式耐高溫高壓力傳感器，最高溫度為200°C，最高壓力為70MPa。
10.如權(quán)利要求I所述的煤/頁巖吸附量測定裝置，其特征在于所述第一控制閥門為機(jī)械閥門，所述第二控制閥門、第三控制閥門、第四控制閥門及放氣閥門和排氣閥門均為程序控制的氣動(dòng)閥。
專利摘要本實(shí)用新型為煤/頁巖吸附量測定裝置，包括吸附缸和參考缸，兩缸的缸底分別固定在一圓柱形鋼塊的頂面和底面，吸附缸和參考缸由一個(gè)穿透兩缸底及圓柱形鋼塊的連通管導(dǎo)通，連通管上設(shè)有第一控制閥門；吸附缸、參考缸和圓柱形鋼塊的外側(cè)壁設(shè)有加熱套，加熱套外側(cè)設(shè)有保溫套；結(jié)合后的上述構(gòu)件放置在一真空保溫罐內(nèi)；吸附缸內(nèi)設(shè)有一裝有測試樣品的樣品吊籃；吸附缸設(shè)有排氣管和第一壓力傳感器；參考缸設(shè)有進(jìn)氣管和第二壓力傳感器，進(jìn)氣管連接于一氣體增壓泵一端，氣體增壓泵另一端通過并聯(lián)的第二控制閥門和第三控制閥門連通實(shí)驗(yàn)氣體和氦氣。該裝置能夠模擬實(shí)際地質(zhì)條件下煤/頁巖吸附天然氣的過程并對其吸附的能力進(jìn)行評價(jià)。
文檔編號G01N15/08GK202442934SQ20122007753
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者姜林, 柳少波, 馬行陟 申請人:中國石油天然氣股份有限公司