一種測定煤頁巖表面氣體吸附及煤頁巖解吸曲線的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測定煤頁巖表面氣體吸附及煤頁巖解吸曲線的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于煤巖和泥頁巖的儲層特性，決定了在一定壓力條件下，對儲存于其中的甲烷 等氣體具有高吸附性，煤層氣和頁巖氣的開采過程，其實(shí)質(zhì)上就是煤巖和泥頁巖對吸附在 其表面的烴類氣體的解吸過程。因此，弄清煤巖和泥頁巖對于烴類氣體的吸附與解吸機(jī)理， 對煤層氣和頁巖氣的合理開發(fā)具有重要意義。
[0003] 對煤巖和泥頁巖吸附與解吸機(jī)理的認(rèn)識，最基本、最直接的研宄手段就是室內(nèi)評 價(jià)。
[0004] 目前測定瓦斯解吸實(shí)驗(yàn)裝置可以分為兩類，一是重量法，二是容量法。重量法實(shí)驗(yàn) 精度較高，但是裝置承受壓力較小，并不適應(yīng)高壓下瓦斯解吸測定，且重量法采用煤/頁巖 樣較少，并不能反映煤/頁巖中瓦斯解吸本質(zhì)特性。容量法現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用，但是實(shí)驗(yàn)煤/ 頁巖樣量也偏少且可實(shí)驗(yàn)重復(fù)性較差。對于大質(zhì)量煤/頁巖樣，要求反應(yīng)時(shí)間短，數(shù)據(jù)采集 量大，精度高，能承受較高壓力下的瓦斯解吸實(shí)驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的之一是為解決傳統(tǒng)裝置不能反映每種瓦斯解吸本質(zhì)特征的難題，提 供一種能有效提高準(zhǔn)確性的測定煤頁巖表面氣體吸附及煤頁巖解吸曲線的裝置。
[0006] 本發(fā)明提供一種測定煤頁巖表面氣體吸附及煤頁巖解吸曲線的裝置，包括超級恒 溫箱、氣路系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)：
[0007] 所述氣路系統(tǒng)包括高壓待測氣瓶、真空泵、氦氣瓶以及吸附罐，所述高壓待測氣 瓶、真空泵及氦氣瓶通過主管線連接至所述吸附罐，所述高壓待測氣瓶的出氣端通過高壓 待測氣瓶閥和所述真空泵相連接，并通過第一閥門連至所述吸附罐的進(jìn)氣端；所述氦氣瓶 的出氣端通過氦氣瓶出口閥連接至所述主管線上；
[0008] 所述監(jiān)測系統(tǒng)包括設(shè)于吸附罐進(jìn)氣端的入口端高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)、系統(tǒng)壓力 傳感器及設(shè)于所述吸附罐出氣端的溫度傳感器和出口端高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)，所述監(jiān)測 系統(tǒng)外接至計(jì)算機(jī)；
[0009] 所述吸附罐及溫度傳感器設(shè)于所述超級恒溫箱內(nèi)。
[0010] 進(jìn)一步的，所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括：設(shè)于真空泵上的真空泵壓力傳感器。
[0011] 進(jìn)一步的，所述真空泵還設(shè)有真空泵高精度壓力計(jì)，所述主管線上的入口端高精 度壓力計(jì)。
[0012] 本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明提供的一種測定煤頁巖表面氣體吸附及煤頁巖解 吸曲線的裝置，實(shí)現(xiàn)了煤/頁巖表面氣體吸附及解吸數(shù)據(jù)的自動采集和記錄，大大提高了 測定的準(zhǔn)確性，并通過計(jì)算機(jī)計(jì)算，提高了準(zhǔn)確性。能夠準(zhǔn)確的反映出瓦斯/頁巖氣吸附及 解吸的動態(tài)過程。本裝置壓力適用范圍可達(dá)50MPa，接近生產(chǎn)實(shí)際，更具指導(dǎo)價(jià)值；采用排 水法計(jì)量吸附及解吸氣量，測試結(jié)果更加精確；采用自動監(jiān)測系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測， 反映出吸附與解吸過程隨壓力變化的實(shí)質(zhì)。
【附圖說明】
[0013] 圖1所示為本發(fā)明一種測定煤頁巖表面氣體吸附及煤頁巖解吸曲線的裝置的結(jié) 構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下文將結(jié)合具體附圖詳細(xì)描述本發(fā)明具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中 描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達(dá) 到更好的技術(shù)效果。
[0015] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種測定煤頁巖表面氣體吸附及煤頁巖解吸曲線的裝 置，包括超級恒溫箱、氣路系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)：
[0016] 氣路系統(tǒng)包括高壓待測氣瓶5、真空泵4、氦氣瓶6以及吸附罐1，高壓待測氣瓶5、 真空泵4及氦氣瓶6通過主管線連接至吸附罐1，高壓待測氣瓶5的出氣端通過高壓待測氣 瓶閥和真空泵4相連接，真空泵4通過第一閥門連至吸附罐1的進(jìn)氣端；氦氣瓶6的出氣端 通過氦氣瓶出口閥連接至主管線上；
[0017] 監(jiān)測系統(tǒng)包括設(shè)于吸附罐1進(jìn)氣端的入口端高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)7、系統(tǒng)壓力 傳感器8及設(shè)于吸附罐1出氣端的溫度傳感器3和出口端高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)9,監(jiān)測系 統(tǒng)外接至計(jì)算機(jī)；
[0018] 吸附罐1及溫度傳感器3設(shè)于超級恒溫箱2內(nèi)。
[0019] 進(jìn)一步的，監(jiān)測系統(tǒng)還包括：設(shè)于真空泵4上的真空泵壓力傳感器11。
[0020] 進(jìn)一步的，真空泵4還設(shè)有真空泵高精度壓力計(jì)12,主管線上設(shè)有入口端高精度 壓力計(jì)10。
[0021] 實(shí)施例：
[0022] 將煤巖或頁巖樣品試件裝入吸附罐1中，接通超級恒溫箱2電源，根據(jù)實(shí)際地層溫 度設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度23°C，由出氣端的溫度傳感器3監(jiān)測吸附罐1中溫度，安置完畢后，關(guān)閉真 空泵4閥門、高壓待測氣瓶閥，打開氦氣瓶出口閥，向系統(tǒng)中充入一定量的氦氣后關(guān)閉氦氣 瓶出口閥，待壓力穩(wěn)定后每隔lh記錄系統(tǒng)壓力變化，若6h內(nèi)系統(tǒng)壓力無明顯變化，則說明 氣密性良好；若系統(tǒng)壓力變化明顯，說明氣密性較差，需重新檢查并組裝實(shí)驗(yàn)裝置。
[0023] 若氣密性良好，則開啟真空泵4,打開真空泵閥門，對樣品試件進(jìn)行脫氣，用以消除 煤樣吸附空氣對試驗(yàn)結(jié)果的影響，脫氣時(shí)間為3-6h，直至系統(tǒng)壓力無明顯變化，關(guān)閉真空泵 4及真空泵閥門，打開氦氣瓶出口閥，向吸附罐1充入一定量純度> 99. 999%的氦氣后，待 系統(tǒng)壓力穩(wěn)定后，分別通過入口端高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)7以及系統(tǒng)壓力傳感器8測量并 記錄充入的甲烷氣體質(zhì)量以及系統(tǒng)壓力，根據(jù)式（1)計(jì)算系統(tǒng)的自由空間體積，重復(fù)實(shí)驗(yàn) 三次，取平均值作為自由空間體積，
[0025] 開啟真空泵4,打開真空泵閥門，對系統(tǒng)進(jìn)行抽真空，持續(xù)時(shí)間為6h左右，直至壓 力無明顯變化，關(guān)閉真空泵4及真空泵閥門，打開入口端高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)7電源開 關(guān)，調(diào)節(jié)高壓待測氣瓶5,向系統(tǒng)中充入純度> 99. 99%的甲烷氣體，至實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)壓力，關(guān)閉 高壓待測氣瓶5出氣閥門，根據(jù)入口端高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)7記錄充入氣體的質(zhì)量；待系 統(tǒng)壓力平衡后（時(shí)間一般為24-48h)，通過系統(tǒng)壓力傳感器8記錄平衡后的系統(tǒng)壓力，根據(jù) 式（2)計(jì)算并記錄該平衡壓力對應(yīng)的吸附氣體體積；依次提高系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)壓力，吸附罐1充入 甲烷氣體，使吸附平衡壓力逐漸增大，可測得甲烷在煤巖中的等溫吸附曲線。
[0027] 通過反復(fù)等溫吸附實(shí)驗(yàn)直至達(dá)到最高設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)壓力值后，進(jìn)行解吸實(shí)驗(yàn)過程。關(guān) 閉入口端高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)7電源開關(guān)，打開出口端高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)9電源 開關(guān)，緩慢開啟出口端放氣閥門，放出部分甲烷氣體至實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)壓力，關(guān)閉放氣閥門，根據(jù) 出口端高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)9記錄放出氣體的質(zhì)量，待系統(tǒng)壓力平衡后（時(shí)間一般為 24-48h)，通過系統(tǒng)壓力傳感器8記錄平衡后的系統(tǒng)壓力，根據(jù)式（3)計(jì)算解吸過程中的吸 附氣體量。重復(fù)釋放甲烷氣體的操作，并根據(jù)式（3)計(jì)算并記錄該平衡壓力下對應(yīng)的甲烷 吸附量，逐次降低系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)壓力進(jìn)行試驗(yàn)，直至達(dá)到最低實(shí)驗(yàn)壓力，可得出解吸過程甲烷等 溫吸附曲線。
[0029] 本發(fā)明提供的一種測定煤頁巖表面氣體吸附及煤頁巖解吸曲線的裝置，實(shí)現(xiàn)了煤 /頁巖表面氣體吸附及解吸數(shù)據(jù)的自動采集和記錄，大大提高了測定的準(zhǔn)確性，并通過計(jì)算 機(jī)計(jì)算，提高了準(zhǔn)確性。能夠準(zhǔn)確的反映出瓦斯/頁巖氣吸附及解吸的動態(tài)過程。本裝置壓 力適用范圍可達(dá)50MPa，接近生產(chǎn)實(shí)際，更具指導(dǎo)價(jià)值；采用排水法計(jì)量吸附及解吸氣量， 測試結(jié)果更加精確；采用自動監(jiān)測系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測，反映出吸附與解吸過程隨壓 力變化的實(shí)質(zhì)。
[0030] 本文雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在 不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對本文的實(shí)施例進(jìn)行改變。上述實(shí)施例只是示例性的，不 應(yīng)以本文的實(shí)施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測定煤頁巖表面氣體吸附及煤頁巖解吸曲線的裝置，包括超級恒溫箱、氣路系 統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于： 所述氣路系統(tǒng)包括高壓待測氣瓶、真空泵、氦氣瓶以及吸附罐，所述高壓待測氣瓶、真 空泵及氦氣瓶通過主管線連接至所述吸附罐，所述高壓待測氣瓶的出氣端通過高壓待測氣 瓶閥連接所述真空泵，所述真空泵通過第一閥門連至所述吸附罐的進(jìn)氣端；所述氦氣瓶的 出氣端通過氦氣瓶出口閥連接至所述主管線上； 所述監(jiān)測系統(tǒng)包括設(shè)于所述吸附罐進(jìn)氣端的入口端高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)、系統(tǒng)壓力 傳感器及設(shè)于所述吸附罐出氣端的溫度傳感器和出口端高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)，所述監(jiān)測 系統(tǒng)外接至計(jì)算機(jī)； 所述吸附罐及溫度傳感器設(shè)于所述超級恒溫箱內(nèi)。2. 如權(quán)利要求1所述的一種測定煤頁巖表面氣體吸附及煤頁巖解吸曲線的裝置，其特 征在于，所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括：設(shè)于真空泵上的真空泵壓力傳感器。3. 如權(quán)利要求1所述的一種測定煤頁巖表面氣體吸附及煤頁巖解吸曲線的裝置，其特 征在于，所述真空泵還設(shè)有真空泵高精度壓力計(jì)，所述主管線上設(shè)有入口端高精度壓力計(jì)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測定煤頁巖表面氣體吸附及煤頁巖解吸曲線的裝置，包括超級恒溫箱、氣路系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)：氣路系統(tǒng)包括高壓待測氣瓶、真空泵、氦氣瓶以及吸附罐；監(jiān)測系統(tǒng)包括設(shè)于吸附罐進(jìn)氣端的入口端高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)、系統(tǒng)壓力傳感器及設(shè)于吸附罐出氣端的溫度傳感器和出口端高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)，監(jiān)測系統(tǒng)外接至計(jì)算機(jī)；吸附罐及溫度傳感器設(shè)于超級恒溫箱內(nèi)。本發(fā)明提供的一種測定煤頁巖表面氣體吸附及煤頁巖解吸曲線的裝置，實(shí)現(xiàn)了瓦斯解吸數(shù)據(jù)的自動采集和記錄，大大提高了測定的準(zhǔn)確性，并通過計(jì)算機(jī)計(jì)算，提高了準(zhǔn)確性。能夠準(zhǔn)確的反映出瓦斯吸附/解吸的動態(tài)過程。
【IPC分類】G01N7/04
【公開號】CN104897514
【申請?zhí)枴緾N201510319609
【發(fā)明人】徐春碧, 張旭, 戚志林, 雷登生, 曾順朋, 張仕峰, 劉建軍, 楊得圃, 焦國盈
【申請人】徐春碧
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月12日