一種頁(yè)巖多組分吸附實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種頁(yè)巖多組分吸附實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法，包括：操作等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，獲取參考釜體積Vref和樣品釜體積Vsam；操作所述等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，利用所述參考釜體積Vref和樣品釜體積Vsam，計(jì)算獲取樣品釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自由空間體積Vvoid和中間區(qū)體積Vmid；操作所述等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，利用所述參考釜體積Vref、所述樣品釜體積Vsam、所述樣品釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自由空間體積Vvoid和所述中間區(qū)體積Vmid，計(jì)算獲取每個(gè)樣品釜的壓力點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的混合氣體吸附量以及混合氣體各組分的吸附量。
【專利說明】
一種頁(yè)巖多組分吸附實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及吸附量測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種頁(yè)巖多組分吸附實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前開展的頁(yè)巖氣吸附實(shí)驗(yàn)研究多集中于頁(yè)巖對(duì)甲烷單組分氣體的吸附，而實(shí)際 頁(yè)巖儲(chǔ)層中吸附的卻是混合氣體，吸附氣體除甲烷以外還包括乙烷、丙烷等烴類氣體以及 二氧化碳、氮?dú)獾确菬N類氣體，這些氣體在吸附的過程中會(huì)相互干擾，因此，單單測(cè)量單組 分吸附數(shù)據(jù)不滿足頁(yè)巖儲(chǔ)層實(shí)際情況。單組分氣體吸附時(shí)，無(wú)論是在吸附相還是在游離相 中，成分不發(fā)生變化;而多組分氣體吸附時(shí)，由于氣體的吸附能力各不相同，每種氣體也不 是獨(dú)立吸附的，而是存在競(jìng)爭(zhēng)吸附，吸附能力較強(qiáng)的氣體會(huì)優(yōu)先占據(jù)頁(yè)巖表面的吸附位，吸 附能力較弱的氣體會(huì)被從頁(yè)巖表面置換下來，最終表現(xiàn)出來的宏觀現(xiàn)象是吸附相和游離相 中各組分氣體的濃度不斷發(fā)生變化。
[0003] 目前單組分氣體吸附實(shí)驗(yàn)方法主要有容積法和重量法兩大類，其中容積法實(shí)驗(yàn)裝 置主要由氣瓶、真空栗、增壓栗、參考釜、樣品釜、壓力和溫度傳感器以及恒溫箱所組成，實(shí) 驗(yàn)過程中，先向參考釜中注入吸附質(zhì)氣體，壓力穩(wěn)定后記錄參考釜壓力，然后打開參考釜和 樣品釜之間的中間閥，讓氣體等溫膨脹進(jìn)入樣品釜，等待吸附平衡后記錄平衡壓力，根據(jù)質(zhì) 量守恒原理就能計(jì)算出每次的吸附增量，累積求和得到對(duì)應(yīng)壓力下的吸附量。重量法是根 據(jù)吸附前后試樣的重量變化來計(jì)算吸附量，其主要裝置由電磁懸掛天平、高壓密閉釜以及 恒溫箱組成。其中，密閉釜被分隔為兩個(gè)密閉室，待測(cè)巖樣和高壓氣體分別置于兩個(gè)密閉室 內(nèi)，實(shí)驗(yàn)過程中，首先記錄樣品釜的質(zhì)量讀數(shù)，然后逐步向樣品釜內(nèi)充入待測(cè)氣體，等待天 平讀數(shù)穩(wěn)定后記錄吸附平衡時(shí)的樣品質(zhì)量，前后兩次質(zhì)量之差即為吸附氣體的質(zhì)量。
[0004] 與單組分吸附實(shí)驗(yàn)不同的是，多組分吸附實(shí)驗(yàn)增加氣相色譜儀裝置，且在每個(gè)吸 附平衡點(diǎn)前后，需從參考釜和樣品釜中分別取氣，采用氣相色譜儀測(cè)量取出氣體組成，進(jìn)而 得到參考釜和樣品釜中游離相混合氣體組成。
[0005] 現(xiàn)有的氣體吸附裝置詳細(xì)介紹單組分氣體吸附實(shí)驗(yàn)流程和計(jì)算方法的比較多，介 紹多組分氣體吸附的實(shí)驗(yàn)過程多是一筆帶過。因此，需要一個(gè)測(cè)量多組分吸附的完整實(shí)驗(yàn) 方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了能夠頁(yè)巖多組分混合氣體吸附實(shí)驗(yàn)困難的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種頁(yè)巖多組 分吸附實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法，給出了吸附實(shí)驗(yàn)過程中具體的計(jì)算方法，完善了現(xiàn)有技術(shù)中的實(shí)驗(yàn) 流程。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種頁(yè)巖多組分吸附實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法，包括：
[0008] 操作等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，獲取參考釜體積Vref和樣品釜體積Vsam;
[0009] 操作所述等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，利用所述參考釜體積Vrrf和樣品釜體積Vsam，計(jì)算獲 取樣品釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自由空間體積V TOld和中間區(qū)體積Vmid;
[0010] 操作所述等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，利用所述參考釜體積Vref、所述樣品釜體積Vsam、所述 樣品釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自由空間體積V TO1d和所述中間區(qū)體積Vmid，獲取每個(gè)樣品釜的 壓力點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的混合氣體吸附量以及混合氣體各組分的吸附量。
[0011] 可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述獲取參考爸體積Vref和樣品爸體積Vsam時(shí)操作 等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的步驟包括：
[0012] 每次向等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的樣品釜中裝入不同體積的不銹鋼珠，實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)等 溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置抽真空，設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度恒定；
[0013] 向參考釜中充入氦氣，待溫度壓力穩(wěn)定后記錄不同體積的不銹鋼珠對(duì)應(yīng)的參考釜 初始?jí)毫Γ?br>[0014] 將所述樣品釜與所述參考釜相連通，氦氣等溫膨脹進(jìn)入樣品釜，待平衡后記錄不 同體積的不銹鋼珠對(duì)應(yīng)的平衡壓力；
[0015] 根據(jù)不同體積的不銹鋼珠所對(duì)應(yīng)的初始?jí)毫推胶鈮毫τ?jì)算得到參考釜體積Vrrf 和樣品圣體積Vsam。
[0016] 可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述計(jì)算得到參考釜體積Vrrf和樣品釜體積Vsam的 步驟包括：
[0017] 根據(jù)He狀態(tài)方程，利用不同體積的不銹鋼珠所對(duì)應(yīng)的初始?jí)毫推胶鈮毫Γ玫?氦氣在不同參考釜初始?jí)毫ο碌拿芏纫约昂庠诓煌胶鈮毫ο碌拿芏萷 saml;
[0018] 利用同一體積的不銹鋼珠所對(duì)應(yīng)的密度psaml和密度0^{1進(jìn)行計(jì)算，將密度0 3^減 去密度Prrfl之后除以密度Psaml獲得的值作為橫坐標(biāo)值，將對(duì)應(yīng)的不銹鋼珠的體積AV作為縱 坐標(biāo)值，在平面直接坐標(biāo)系中，由所述橫坐標(biāo)值和對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值構(gòu)成的點(diǎn)擬合成一條直 線，所述直線的斜率為參考釜體積Vrrf，所述直線的截距為樣品釜體積乂_。
[0019] 可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述獲取樣品釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自由空間體 積操作等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的步驟包括：
[0020] 在等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的樣品釜中裝入待測(cè)頁(yè)巖樣品，實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)等溫吸附實(shí)驗(yàn) 裝置抽真空，設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度恒定；
[0021] 向參考釜中充入氦氣，待壓力溫度穩(wěn)定記錄第二參考釜壓力Pref2 ;
[0022] 將所述樣品釜與所述參考釜相連通，氦氣等溫膨脹進(jìn)入樣品釜，待吸附平衡后記 錄第二平衡壓力Psam2 ;
[0023] 利用所述參考爸體積Vref和樣品爸體積Vsam、第二參考爸壓力Pref2、第二平衡壓力 psam2,計(jì)算得到樣品釜內(nèi)自由空間體積。
[0024]可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述計(jì)算得到樣品釜內(nèi)自由空間體積的步驟包括： [0025]根據(jù)He狀態(tài)方程，利用第二參考釜壓力Pref 2、第二平衡壓力Psam2，得到氦氣在第二 參考釜壓力Pref2下的密度p ref2以及氦氣在第二平衡壓力下的密度psam2;
[0026] 根據(jù)質(zhì)量守恒原理，利用所述參考釜體積Vrrf和樣品釜體積Vsam、氦氣在第二參考 釜壓力P rrf2下的密度Prrf2以及氦氣在第二平衡壓力下的密度psam2，計(jì)算出頁(yè)巖樣品骨架體 積Vf rame ；
[0027] 將樣品釜體積1_減去頁(yè)巖樣品骨架體積Vframe3獲得樣品釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自 由空間體積V?id。
[0028] 可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，獲取所述中間區(qū)體積Vmid時(shí)操作等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置 的步驟包括：
[0029] 在等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的樣品釜中裝入待測(cè)頁(yè)巖樣品，實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)等溫吸附實(shí)驗(yàn) 裝置抽真空，設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度恒定；
[0030] 向參考釜中充入氦氣，待壓力溫度穩(wěn)定記錄第二參考釜壓力pref2;將所述樣品釜 與所述參考釜相連通，氦氣等溫膨脹進(jìn)入樣品釜，待吸附平衡后記錄第二平衡壓力p sam2; [0031 ] 利用所述參考爸體積Vref和樣品爸體積Vsam、第二參考爸壓力Pref2、第二平衡壓力 Psam2，計(jì)算得到樣品爸內(nèi)自由空間體積Vvoid ;
[0032] 將等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的中間區(qū)與所述參考釜不相連通，對(duì)樣品釜抽真空處理之 后，將所述中間區(qū)與所述參考釜連通，將所述中間區(qū)與所述樣品釜置于不連通狀態(tài)，向參考 釜中充入氦氣，待壓力溫度穩(wěn)定后記錄第三參考釜壓力Pref3 ;
[0033] 將所述中間區(qū)與所述樣品釜連通，氦氣等溫膨脹進(jìn)入樣品釜，待吸附平衡后記錄 第二平衡壓力Psam3 ;
[0034] 利用所述參考釜體積Vref和自由空間體積VTOid、第三參考釜壓力Pref 3、第三平衡壓 力psam3，計(jì)算得到中間區(qū)體積。
[0035] 可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述計(jì)算得到中間區(qū)體積的步驟包括：
[0036]根據(jù)He狀態(tài)方程，利用第三參考釜壓力Pref3、第三平衡壓力Psam3,得到氦氣在第三 參考釜壓力Pref3下的密度pref3以及氦氣在第三平衡壓力下的密度psam3;
[0037] 根據(jù)質(zhì)量守恒原理，利用所述參考釜體積Vref、自由空間體積VTO1d、在第三參考釜 壓力p ref3下的密度pref3以及氦氣在第三平衡壓力下的密度psam3,計(jì)算出中間區(qū)體積v mid。
[0038] 可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述獲取每個(gè)樣品釜的壓力點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的混合氣體 吸附量以及混合氣體各組分的吸附量時(shí)操作等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的步驟包括：
[0039] 在等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的樣品釜中裝入待測(cè)頁(yè)巖樣品，實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)等溫吸附實(shí)驗(yàn) 裝置抽真空，設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度恒定；
[0040] 向參考釜中充入混合氣體，壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值之后，將參考釜與中間區(qū)相連通，混合 氣體等溫膨脹進(jìn)入中間區(qū)，待平衡后記錄參考釜充氣壓力為Ρ ιη;
[0041] 將參考釜與中間區(qū)置于不相連通的狀態(tài)，從中間區(qū)中取出混合氣體，運(yùn)用氣相色 譜儀分析混合氣體氣源組成濃度yin(j);其中，j代表混合氣體中各個(gè)組分氣體；
[0042] 經(jīng)過抽真空處理之后讓中間區(qū)處于真空狀態(tài)，將中間區(qū)和參考釜相連通，混合氣 體等溫膨脹進(jìn)入中間區(qū)，待平衡后將參考釜與中間區(qū)置于不相連通的狀態(tài)，把中間區(qū)與樣 品釜相連通，混合氣體等溫膨脹從中間區(qū)進(jìn)入樣品釜，待吸附平衡之后，將樣品釜和中間區(qū) 置于不相連通的狀態(tài)；
[0043] 從中間區(qū)中取出混合氣體，運(yùn)用氣相色譜儀分析吸附平衡后的混合氣體組成濃度 yequ+dj);其中，表示第i次吸附平衡后混合氣體中第j個(gè)組分的摩爾濃度；
[0044]所述參考釜內(nèi)壓力逐步降低，所述樣品釜內(nèi)壓力逐步增加，依次反復(fù)操作，記錄η 個(gè)樣品釜壓力Psmn個(gè)參考釜壓力PrrfjW及吸附平衡后的混合氣體組成濃度yequ+Kj);其 中，i表示混合氣體吸附平衡實(shí)驗(yàn)中達(dá)到吸附平衡的次數(shù)，i為自然數(shù)，i小于等于n，j代表混 合氣體中各個(gè)組分氣體；
[0045] 利用參考釜充氣壓力Pin、混合氣體氣源組成濃度yin(j)、樣品釜壓力Psam_i、對(duì)應(yīng)的 參考釜壓力prefl以及吸附平衡后的混合氣體組成濃度yequl(j)，獲取第i次吸附平衡時(shí)所 對(duì)應(yīng)的混合氣體的吸附量、混合氣體中第j個(gè)組分的吸附量。
[0046]可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述第i次吸附平衡時(shí)所對(duì)應(yīng)的混合氣體的吸附量 的表達(dá)式為：
[0048] 式中，為測(cè)量第i次吸附平衡時(shí)混合氣體的吸附量，mmol/g;pin為溫度為T、壓 力為Pir^混合氣體氣源組成濃度為yin時(shí)的氣體密度，kg/m3;pref_i為溫度T、壓力P ref_i時(shí)混 合氣體氣源組成濃度為的氣體密度，kg/m3;psam_i為溫度T、壓力混合氣體組成 濃度為yequ時(shí)的氣體密度，kg/m 3;Min表示混合氣體氣源組成濃度為yin時(shí)的氣體摩爾質(zhì)量， g/mol ;MeqU_i表示混合氣體組成濃度為yeqU_i時(shí)的氣體摩爾質(zhì)量，g/mol ;Mj為混合氣體中第j 個(gè)組分的摩爾質(zhì)量，g/mol;m表示置于樣品釜中頁(yè)巖樣品的質(zhì)量，測(cè)量第i次吸
附平衡時(shí)等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置總的氣量，mmol/g;其中， i = l時(shí)， ，
[0049] 可選的，在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述第i次吸附平衡時(shí)所對(duì)應(yīng)的混合氣體中第j個(gè) 組分的吸附量的表達(dá)式為：
[0051] 式中，j)為測(cè)量第i次吸附平衡后的混合氣體中各個(gè)氣體組分的吸附量。
[0052] 與傳統(tǒng)的方法相比，本技術(shù)方案的效果和優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
[0053] 1、本發(fā)明第一次完整的闡述了多組分吸附的實(shí)驗(yàn)方法和步驟，且實(shí)驗(yàn)過程精簡(jiǎn)、 耗時(shí)較短，解決了多組分吸附實(shí)驗(yàn)困難的現(xiàn)狀；
[0054] 2、本發(fā)明中的中間區(qū)有兩個(gè)作用，一是通過中間區(qū)的壓力過渡作用，實(shí)現(xiàn)參考釜 一次注氣，樣品釜中樣品多次吸附，精簡(jiǎn)了實(shí)驗(yàn)流程，減少了實(shí)驗(yàn)時(shí)間；二是可通過控制中 間區(qū)閥門，從中間區(qū)取氣進(jìn)行多組分氣體摩爾組成分析，取氣過程發(fā)生在中間區(qū)，對(duì)樣品釜 內(nèi)平衡壓力不會(huì)造成波動(dòng)，使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程比較穩(wěn)定；
[0055] 3、本發(fā)明中，預(yù)留的較長(zhǎng)的取氣管線可將從中間區(qū)中取出氣體的壓力降為大氣 壓，進(jìn)而直接對(duì)取出氣體進(jìn)行氣色譜分析，實(shí)現(xiàn)了在線色譜測(cè)量，省去了人工取氣的繁瑣步 驟，且避免了人工取氣過程中帶入雜質(zhì)氣體。
【附圖說明】
[0056] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0057] 圖1為本發(fā)明提出的一種頁(yè)巖多組分吸附實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法流程圖；
[0058]圖2為實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。
[0059] 附圖標(biāo)識(shí)：
[0060] 1-混合氣體鋼瓶，2-氦氣鋼瓶，3-氣體增壓栗，4-緩沖容器，5-五通閥，6-排氣口， 7-真空栗，8-參考釜，9-樣品釜，10-氣相色譜儀，11-恒溫油浴，12-溫度傳感器，13-第一壓 力傳感器，14-第二壓力傳感器，15-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，16-計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊，17-第一手動(dòng) 閥，18-第二手動(dòng)閥，19-調(diào)壓閥，20-第一氣動(dòng)閥，21-第二氣動(dòng)閥，22-第三氣動(dòng)閥，23-第四 氣動(dòng)閥，24-取氣閥。
【具體實(shí)施方式】
[0061] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0062] 根據(jù)【背景技術(shù)】部分記載可知，由于完成整個(gè)吸附實(shí)驗(yàn)所需要的氣體量較多，因此 一次性注入足夠量的吸附質(zhì)氣體后，參考釜的初始?jí)毫芨?，而樣品釜的初始?jí)毫茷?真空，吸附實(shí)驗(yàn)過程中參考釜需要逐步降壓，在現(xiàn)有技術(shù)的情況下很難通過閥門進(jìn)行準(zhǔn)確 控制，為了實(shí)現(xiàn)參考釜的逐步降壓過程，本技術(shù)方案在實(shí)驗(yàn)裝置上設(shè)置了中間區(qū)，利用中間 區(qū)來進(jìn)行逐步降壓的方法。
[0063]具體技術(shù)思路為:在參考釜和實(shí)驗(yàn)釜中間，設(shè)置一個(gè)體積很?。?ml~5ml)的中間 區(qū)，由于中間區(qū)體積較參考釜體積小很多，因此，即使在高壓情況下，樣品釜每次的壓力增 加也是一定的，可以通過閥門控制中間區(qū)的氣體向樣品釜內(nèi)逐步增壓。這樣，在本技術(shù)方案 中，中間區(qū)具有以下兩個(gè)方面的作用：
[0064] 1、利用中間區(qū)較小體積來實(shí)現(xiàn)參考釜的逐步降壓、樣品釜的逐步增壓過程，該方 法簡(jiǎn)單方便、壓力可控制性強(qiáng);并且，在吸附實(shí)驗(yàn)過程中，進(jìn)行單組分氣體實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于通過 中間區(qū)向參考釜一次性注入足夠量的吸附質(zhì)氣體，并且通過中間區(qū)對(duì)參考釜進(jìn)行逐步降低 壓力，對(duì)樣品釜進(jìn)行逐步增加壓力，得到多個(gè)不同吸附平衡后樣品釜內(nèi)壓力下對(duì)應(yīng)的吸附 量。傳統(tǒng)技術(shù)假如要得到5個(gè)不同吸附平衡后樣品釜內(nèi)壓力下對(duì)應(yīng)的吸附量，就需要先后5 次向參考釜內(nèi)注入吸附質(zhì)氣體，使得測(cè)量結(jié)果的實(shí)驗(yàn)誤差得到累積，所以本發(fā)明的技術(shù)方 案能夠降低測(cè)量結(jié)果的實(shí)驗(yàn)誤差。
[0065] 2、在吸附實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)進(jìn)行多組分氣體實(shí)驗(yàn)時(shí)，在吸附平衡后，利用中間區(qū)取 氣，并通過氣相色譜儀進(jìn)行氣體組分分析。
[0066] 基于上述分析，本發(fā)明提出一種頁(yè)巖多組分吸附實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法，如圖1所示。包括：
[0067] 步驟101):操作等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，獲取參考釜體積Vref和樣品釜體積V sam;
[0068] 步驟102):操作所述等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，利用所述參考釜體積Vref和樣品釜體積 Vsam，計(jì)算獲取樣品釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自由空間體積V TOld和中間區(qū)體積Vmid;
[0069] 步驟103):操作所述等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，利用所述參考釜體積Vref、所述樣品釜體 積Vsam、所述樣品釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自由空間體積V TOld和所述中間區(qū)體積Vmid，計(jì)算獲 取每個(gè)樣品釜的壓力點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的混合氣體吸附量以及混合氣體各組分的吸附量。
[0070] 在步驟101中，操作等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的步驟包括：
[0071]每次向等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的樣品釜中裝入不同體積的不銹鋼珠，實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)等 溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置抽真空，設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度恒定；
[0072] 向參考釜中充入氦氣，待溫度壓力穩(wěn)定后記錄不同體積的不銹鋼珠對(duì)應(yīng)的參考釜 初始?jí)毫Γ?br>[0073] 將所述樣品釜與所述參考釜相連通，氦氣等溫膨脹進(jìn)入樣品釜，待平衡后記錄不 同體積的不銹鋼珠對(duì)應(yīng)的平衡壓力；
[0074] 根據(jù)不同體積的不銹鋼珠所對(duì)應(yīng)的初始?jí)毫推胶鈮毫τ?jì)算得到參考釜體積Vrrf 和樣品釜體積Vsam。其中，計(jì)算得到參考釜體積Vrrf和樣品釜體積V_的步驟包括：
[0075] 根據(jù)He狀態(tài)方程，利用不同體積的不銹鋼珠所對(duì)應(yīng)的初始?jí)毫推胶鈮毫?，得?氦氣在不同參考釜初始?jí)毫ο碌拿芏纫约昂庠诓煌胶鈮毫ο碌拿芏萷 saml;
[0076] 利用同一體積的不銹鋼珠所對(duì)應(yīng)的密度psaml和密度0^{1進(jìn)行計(jì)算，將密度03^減 去密度Prrfl之后除以密度Psaml獲得的值作為橫坐標(biāo)值，將對(duì)應(yīng)的不銹鋼珠的體積AV作為縱 坐標(biāo)值，在平面直接坐標(biāo)系中，由所述橫坐標(biāo)值和對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值構(gòu)成的點(diǎn)擬合成一條直 線，所述直線的斜率為參考釜體積Vrrf，所述直線的截距為樣品釜體積乂_。
[0077] 在步驟102中，操作等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的步驟包括：
[0078] 在等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的樣品釜中裝入待測(cè)頁(yè)巖樣品，實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)等溫吸附實(shí)驗(yàn) 裝置抽真空，設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度恒定；
[0079]向參考釜中充入氦氣，待壓力溫度穩(wěn)定記錄第二參考釜壓力Pref2 ;
[0080]將所述樣品釜與所述參考釜相連通，氦氣等溫膨脹進(jìn)入樣品釜，待吸附平衡后記 錄第二平衡壓力Psam2 ;
[0081 ] 利用所述參考釜體積Vrrf和樣品釜體積Vsam、第二參考釜壓力Prrf2、第二平衡壓力 psam2，計(jì)算得到樣品釜內(nèi)自由空間體積。其中，計(jì)算得到樣品釜內(nèi)自由空間體積的步驟包 括：
[0082] 根據(jù)He狀態(tài)方程，利用第二參考釜壓力Pref 2、第二平衡壓力Psam2，得到氦氣在第二 參考釜壓力Pref2下的密度p ref2以及氦氣在第二平衡壓力下的密度psam2;
[0083] 根據(jù)質(zhì)量守恒原理，利用所述參考釜體積Vref和樣品釜體積V_、氦氣在第二參考 釜壓力Prrf2下的密度Prrf 2以及氦氣在第二平衡壓力下的密度Psam2，計(jì)算出頁(yè)巖樣品骨架體 積Vf rame ；
[0084] 將樣品釜體積1_減去頁(yè)巖樣品骨架體積Vframe3獲得樣品釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自 由空間體積V?id。
[0085] 在步驟102中，在獲得樣品釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自由空間體積VTOld時(shí)操作等溫 吸附實(shí)驗(yàn)裝置的步驟的基礎(chǔ)上還包括：
[0086] 將等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的中間區(qū)與所述參考釜不相連通，對(duì)樣品釜抽真空處理之 后，將所述中間區(qū)與所述參考釜連通，將所述中間區(qū)與所述樣品釜置于不連通，向參考釜中 充入氦氣，待壓力溫度穩(wěn)定后記錄第三參考釜壓力Pref3 ;
[0087] 將所述中間區(qū)與所述樣品釜相連通，氦氣等溫膨脹進(jìn)入樣品釜，待吸附平衡后記 錄第三平衡壓力Psam3;
[0088] 利用所述參考釜體積Vref和自由空間體積VTOid、第三參考釜壓力Pref 3、第三平衡壓 力psam3，計(jì)算得到中間區(qū)體積。其中，計(jì)算得到中間區(qū)體積的步驟包括：
[0089] 根據(jù)He狀態(tài)方程，利用第三參考釜壓力Pref3、第三平衡壓力Psam3,得到氦氣在第三 參考釜壓力Pref3下的密度pref3以及氦氣在第三平衡壓力下的密度psam3;
[0090]根據(jù)質(zhì)量守恒原理，利用所述參考釜體積Vref和自由空間體積Vvoid、在第三參考釜 壓力pref3下的密度pref3以及氦氣在第三平衡壓力下的密度psam3,計(jì)算出中間區(qū)體積v mid。 [0091 ]在步驟103中，操作等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的步驟包括：
[0092] 在等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的樣品釜中裝入待測(cè)頁(yè)巖樣品，實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)等溫吸附實(shí)驗(yàn) 裝置抽真空，設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度恒定；
[0093] 向參考釜中充入混合氣體，壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值之后，將參考釜與中間區(qū)相連通，混合 氣體等溫膨脹進(jìn)入中間區(qū)，待平衡后記錄參考釜充氣壓力為Ρ ιη;
[0094] 將參考釜與中間區(qū)置于不相連通的狀態(tài)，從中間區(qū)中取出混合氣體，運(yùn)用氣相色 譜儀分析混合氣體氣源組成濃度yin(j);其中，j代表混合氣體中各個(gè)組分氣體；
[0095] 經(jīng)過抽真空處理之后讓中間區(qū)處于真空狀態(tài)，將中間區(qū)和參考釜相連通，混合氣 體等溫膨脹進(jìn)入中間區(qū)，待平衡后將參考釜與中間區(qū)置于不相連通的狀態(tài)，把中間區(qū)與樣 品釜相連通，混合氣體等溫膨脹從中間區(qū)進(jìn)入樣品釜，待吸附平衡之后，將樣品釜和中間區(qū) 置于不相連通的狀態(tài)；
[0096]從中間區(qū)中取出混合氣體，運(yùn)用氣相色譜儀分析吸附平衡后的混合氣體組成濃度 yequ+dj);其中，表示第i次吸附平衡后混合氣體中第j個(gè)組分的摩爾濃度；
[0097]所述參考釜內(nèi)壓力逐步降低，所述樣品釜內(nèi)壓力逐步增加，依次反復(fù)操作，記錄η 個(gè)樣品釜壓力匕^:及對(duì)應(yīng)的η個(gè)參考釜壓力Pref_1;其中，i表示混合氣體吸附平衡實(shí)驗(yàn)中達(dá) 到吸附平衡的次數(shù)，i為自然數(shù)，i小于等于η;
[0098] 利用參考釜充氣壓力Pin、混合氣體氣源組成濃度yin(j)、樣品釜壓力Psam_i及對(duì)應(yīng) 的參考釜壓力prefl，獲取第i次吸附平衡時(shí)所對(duì)應(yīng)的混合氣體的吸附量、混合氣體中第j個(gè) 組分的吸附量。其中，
[0099] 所述第i次吸附平衡時(shí)所對(duì)應(yīng)的混合氣體的吸附量的表達(dá)式為：
[0101] 式中，為測(cè)量第i次吸附平衡時(shí)混合氣體的吸附量，mmol/g;pin為溫度為T、壓 力為Pir^混合氣體氣源組成濃度為yin時(shí)的氣體密度，kg/m3;pref_i為溫度T、壓力P ref_i時(shí)混 合氣體氣源組成濃度為的氣體密度，kg/m3;psam_i為溫度T、壓力混合氣體組成 濃度為yequ時(shí)的氣體密度，kg/m 3;Min表示混合氣體氣源組成濃度為yin時(shí)的氣體摩爾質(zhì)量， g/mol ;MeqU_i表示混合氣體組成濃度為yeqU_i時(shí)的氣體摩爾質(zhì)量，g/mol ;Mj為混合氣體中第j 個(gè)組分的摩爾質(zhì)量，g/mol;m表示置于樣品釜中頁(yè)巖樣品的質(zhì)量，測(cè)量第i次吸 附平衡時(shí)等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置總的氣量，mmol/g;其中
_i = l時(shí)，
[0102]所述第i次吸附平衡時(shí)所對(duì)應(yīng)的混合氣體中第j個(gè)組分的吸附量的表達(dá)式為：
[0104] 式中，j)為測(cè)量第i次吸附平衡后的混合氣體中各個(gè)氣體組分的吸附量。
[0105] 以80%CH4+20%⑶2混合氣體在頁(yè)巖上的吸附實(shí)驗(yàn)，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)介紹。但這些 實(shí)例不能被理解為本發(fā)明可實(shí)施范圍的限定。
[0106] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，采用如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)的具體過程如下：
[0107] 首先進(jìn)行參考釜和樣品釜體積的計(jì)算。
[0108] 向樣品釜9中裝入數(shù)個(gè)不銹鋼鋼珠，使用真空栗7對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置抽真空，所有閥 門處于關(guān)閉狀態(tài)，設(shè)置油浴11溫度為30°C。打開第一氣動(dòng)閥20和第二手動(dòng)閥18,氦氣鋼瓶2 中的氦氣在氣體增壓栗3的作用下經(jīng)過緩沖容器4到達(dá)參考釜8,關(guān)閉第一氣動(dòng)閥20,通過溫 度傳感器12和第一壓力傳感器13監(jiān)測(cè)參考釜8的壓力和溫度，待壓力溫度穩(wěn)定記錄參考釜8 壓力P refl。打開第二氣動(dòng)閥21和第三氣動(dòng)閥22,氦氣等溫膨脹進(jìn)入樣品釜9,通過第二壓力 傳感器14監(jiān)測(cè)樣品釜的壓力，待吸附平衡后記錄平衡壓力為P saml。改變樣品釜9中的鋼珠 數(shù)，重復(fù)上述步驟，如此循環(huán)兩次，最終得到三組參考釜壓力和平衡壓力。根據(jù)質(zhì)量守恒定 律，有以下公式：
[01 09] PreflVref - Psaml ( Vref+Vsam_ A V) ( 1 )
[01 ?Ο] 式中，Prefl、Psaml分別為氦氣在壓力Prefl和壓力Psaml下的密度，kg/m3，通過氦氣狀態(tài) 方程求得;Vrrf、Vsam分別為參考釜8的體積、樣品釜9的體積，cm3;AV為裝入樣品釜9中的樣 品體積。其中，當(dāng)測(cè)量樣品釜9和參考釜8體積時(shí)，該體積為裝入樣品釜的不銹鋼珠的體積， 當(dāng)測(cè)量自由空間體積和中間體積時(shí)，該體積為裝入樣品釜的頁(yè)巖樣品骨架體積，cm 3。
[0111] 將方程(1)整理成以下形式：
(:2)
[0113] 方程(2)為直線方程y = kx+b的形式。其中，參考釜8體積Vref為直線斜率k，樣品釜9 體積Vsam為直線截距b。通過改變樣品釜9中鋼珠數(shù)，重復(fù)氦氣膨脹實(shí)驗(yàn)，循環(huán)三次，得到三組 壓力值，利用He狀態(tài)方程計(jì)算得到三組p refl、psaml值，進(jìn)而將三組AV、prefl、psaml值按照方程 (2)的形式擬合成一條直線，根據(jù)直線的斜率和截距可得參考釜和樣品釜體積。
[0114] 由圖2可知，在緩沖容器4的氣體輸入端設(shè)置有調(diào)壓閥19,該閥門主要用于控制增 壓栗3作用下的氣體壓強(qiáng)在40MPa以內(nèi)。增長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)裝置的壽命?；旌蠚怏w鋼瓶1和氦氣鋼瓶2 輸出的氣體在氣體增壓栗3的作用下經(jīng)過緩沖容器4后才到參考釜8。這樣避免輸入的氣體 壓強(qiáng)過大對(duì)參考釜8造成損壞。溫度傳感器12、第一壓力傳感器13和第二壓力傳感器14監(jiān)測(cè) 的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊15處理，轉(zhuǎn)換成被數(shù)據(jù)采集模塊16所接受格式的數(shù)據(jù)。
[0115]下面進(jìn)行自由空間體積和中間區(qū)體積標(biāo)定。
[0116]在樣品釜9中裝入頁(yè)巖樣品（樣品經(jīng)過干燥箱110°C恒溫干燥12小時(shí)），使用真空栗 7對(duì)系統(tǒng)抽真空，所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，設(shè)置油浴11溫度為30°C。打開第二手動(dòng)閥18和第 一氣動(dòng)閥20,氦氣鋼瓶2中氦氣在氣體增加栗的作用下經(jīng)過緩沖容器4到達(dá)參考釜8。關(guān)閉第 一氣動(dòng)閥20，待壓力溫度穩(wěn)定記錄參考釜壓力P ref2，打開第二氣動(dòng)閥21和第三氣動(dòng)閥22，氦 氣等溫膨脹進(jìn)入樣品釜9,待壓力溫度穩(wěn)定后記錄平衡壓力為P sam2，通過以下公式可計(jì)算出 頁(yè)巖樣品骨架體積Vfran? : (3)
[01 18] 式中，Vframe為頁(yè)巖樣品骨架體積，〇113;01^2、0331112分別為氦氣在壓力?1^2(單位]\ /〇：)&) 和卩_2 (單位MPa)下的密度，kg/m3。
[0119] 則樣品釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自由空間體積為：
[0120] Vvoid = Vsam-Vframe (4)
[0121 ] 式中，V?id為自由空間體積，cm3。
[0122]緊接著關(guān)閉第二氣動(dòng)閥21，打開第三氣動(dòng)閥22和第四氣動(dòng)閥23,使用真空栗7對(duì)樣 品釜9抽真空，關(guān)閉第三氣動(dòng)閥22和第四氣動(dòng)閥23，打開第二氣動(dòng)閥21，并同時(shí)打開第一氣 動(dòng)閥20和第二手動(dòng)閥18，在0-10MPa的范圍內(nèi)再次向參考釜中充入氦氣，在氣體增加栗3的 作用下，氦氣經(jīng)過緩沖容器4到達(dá)參考釜8,關(guān)閉第一氣動(dòng)閥20,待壓力溫度穩(wěn)定記錄參考釜 壓力P ref3,打開第三氣動(dòng)閥22,氦氣等溫膨脹進(jìn)入樣品釜，待吸附平衡后記錄平衡壓力為 Psam3，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，可得以下等式：
[01 23] Pref 3 ( Vref+Vmid )-Psam3 (Vref+Vvoid) (5)
[0124]整理可得到計(jì)算中間體積的表達(dá)式：
(6)
[01 26] 上式中，Pref 3、Psam3分別為気氣在壓力Pref 3 (單位MPa)和Psam3(單位MPa)下的密度， kg/m3; Vmid為中間體積，cm3。
[0127] 下面進(jìn)行混合氣體吸附的測(cè)量。
[0128] 使用真空栗7對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)抽真空，所有閥門關(guān)閉，設(shè)置油浴溫度為恒定值T。打開第 一氣動(dòng)閥20和第一手動(dòng)閥17,混合氣體鋼瓶1中的混合氣體在氣體增壓栗3的作用下經(jīng)過緩 沖容器4到達(dá)參考釜8，壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值后，關(guān)閉第一氣動(dòng)閥20，待壓力溫度穩(wěn)定后，打開第 二氣動(dòng)閥21，混合氣體進(jìn)入中間區(qū)，待平衡后記錄參考釜充氣壓力為Ρ ιη。該中間區(qū)為第二氣 動(dòng)閥21、第三氣動(dòng)閥22和第四氣動(dòng)閥23均關(guān)閉之后由裝置的管線構(gòu)成。中間區(qū)的體積遠(yuǎn)小 于參考釜的體積。關(guān)閉第二氣動(dòng)閥21，打開第四氣動(dòng)閥23和取氣閥24,從中間區(qū)中取出混合 氣，運(yùn)用氣相色譜儀10分析混合氣體氣源組成濃度y in(j)(j代表混合氣體中各個(gè)組分氣 體），真空栗7利用五通閥5與緩沖容器4、參考釜8、中間區(qū)通過管線相連通，對(duì)中間區(qū)和取氣 管線抽真空后關(guān)閉第四氣動(dòng)閥23。打開第二氣動(dòng)閥21，參考釜8中的混合氣體進(jìn)入中間區(qū)， 關(guān)閉第二氣動(dòng)閥21，打開第三氣動(dòng)閥22,中間區(qū)中氣體進(jìn)入樣品釜9,待吸附平衡后，記錄參 考釜壓力為IW」，樣品釜壓力為P_j。關(guān)閉第三氣動(dòng)閥22,再次從中間區(qū)中取氣，運(yùn)用氣相 色譜儀分析吸附平衡后混合氣體組成濃度y equ」(j)(j代表混合氣體中各個(gè)組分氣體）。
[0129] 第1次吸附平衡之后開始測(cè)試，實(shí)驗(yàn)裝置的總氣量為： (7)
[0131] 其中，
[0132] Min (8)
[0133] 第1次吸附平衡之后混合氣體吸附量： (69:)
[0135] 其中， 2.
[0136] Mequ x^yequ l(j)Mi{W)
[0137] 第1次吸附平衡時(shí)混合氣體的第j個(gè)組分的吸附量為：
(11)
[0139]由于測(cè)量第1次吸附平衡時(shí)，要取出部分氣體進(jìn)行吸附平衡后混合氣組分分析，因 此第二個(gè)吸附點(diǎn)開始測(cè)試時(shí)，裝置的總氣量要在原始總氣量的基礎(chǔ)上減去取出的這部分氣 體：
(12)
[0141]依次類推，測(cè)量第η個(gè)吸附平衡點(diǎn)時(shí)，裝置的總氣量為：
(13) L0143」第η次吸附平衡時(shí)混合氣體吸附量為：
(14)
[0145]第η次吸附平衡時(shí)混合氣體的第j個(gè)組分的吸附量為：
(1:5)
[0147] 以上各個(gè)式子中，測(cè)量第i次吸附平衡時(shí)實(shí)驗(yàn)裝置總氣量， 為測(cè)量第i次吸附平衡時(shí)混合氣體的吸附量，為測(cè)量第i次吸附平衡時(shí)混 合氣體中各個(gè)氣體組分的吸附量，j代表混合氣體中各個(gè)氣體組分，mm〇l/g; yin( j)為混合氣 體中各個(gè)氣體組分的摩爾濃度，j代表混合氣體中各個(gè)氣體組分;yequl(j)為第i次吸附平衡 后混合氣體中各個(gè)氣體組分的摩爾濃度，j代表混合氣體中各個(gè)氣體組分;ρ ιη為溫度T、壓力 Pin時(shí)混合氣體組成濃度為yin時(shí)的混合氣體密度，kg/m3;Pref_i為溫度T、壓力Pref_i時(shí)混合氣 體組成濃度為y in時(shí)的混合氣體密度，kg/m3;psam_i為溫度T、壓力Psam_i時(shí)混合氣體組成濃度 為y equ_i時(shí)的混合氣體密度，kg/m3; Min是混合氣體組成濃度為yin時(shí)的混合氣體摩爾質(zhì)量，g/ mol ;MeqU_i是混合氣體組成濃度為yeqU_i時(shí)的混合氣體摩爾質(zhì)量，g/mol ;Mj為混合氣體中第j 個(gè)組分的摩爾質(zhì)量，g/mol。!!!表示置于樣品釜中頁(yè)巖樣品的質(zhì)量，gd表示混合氣體吸附平 衡實(shí)驗(yàn)中達(dá)到吸附平衡的次數(shù)，i為自然數(shù)，i小于等于η。
[0148] 由圖2可知，五通閥5上有一個(gè)排氣口 6，用于實(shí)驗(yàn)完成后，將實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)殘余的氣 體排出，這樣就徹底完成了吸附平衡實(shí)驗(yàn)。
[0149] 最后應(yīng)說明的是:上述僅用以說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案； 盡管本說明書對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍然可以對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行修改或等同替換，一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種頁(yè)巖多組分吸附實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法，其特征在于，包括： 操作等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，獲取參考釜體積Vrrf和樣品釜體積Vsam; 操作所述等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，利用所述參考釜體積Vrrf和樣品釜體積Vsam，計(jì)算獲取樣 品釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自由空間體積Vvoid和中間區(qū)體積Vmid; 操作所述等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置，利用所述參考釜體積Vrrf、所述樣品釜體積Vsam、所述樣品 釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自由空間體積Vvcild和所述中間區(qū)體積Vmid，獲取每個(gè)樣品釜的壓力 點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的混合氣體吸附量以及混合氣體各組分的吸附量。2. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)算方法，其特征在于，所述獲取參考釜體積Vre3f和樣品釜體積 Vsam時(shí)操作等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的步驟包括： 每次向等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的樣品釜中裝入不同體積的不銹鋼珠，實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)等溫吸 附實(shí)驗(yàn)裝置抽真空，設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度恒定； 向參考釜中充入氦氣，待溫度壓力穩(wěn)定后記錄不同體積的不銹鋼珠對(duì)應(yīng)的參考釜初始 壓力； 將所述樣品釜與所述參考釜相連通，氦氣等溫膨脹進(jìn)入樣品釜，待平衡后記錄不同體 積的不銹鋼珠對(duì)應(yīng)的平衡壓力； 根據(jù)不同體積的不銹鋼珠所對(duì)應(yīng)的初始?jí)毫推胶鈮毫τ?jì)算得到參考釜體積Vrrf和樣 品圣體積Vsam。3. 如權(quán)利要求2所述的計(jì)算方法，其特征在于，所述計(jì)算得到參考釜體積Vrrf和樣品釜 體積Vsam的步驟包括： 根據(jù)He狀態(tài)方程，利用不同體積的不銹鋼珠所對(duì)應(yīng)的初始?jí)毫推胶鈮毫Γ玫胶?在不同參考爸初始?jí)毫ο碌拿芏萈refl以及氦氣在不同平衡壓力下的密度Psaml; 利用同一體積的不銹鋼珠所對(duì)應(yīng)的密度Psaml和密度仏^進(jìn)行計(jì)算，將密度Psaml減去密 度Prrfl之后除以密度Psaml獲得的值作為橫坐標(biāo)值，將對(duì)應(yīng)的不銹鋼珠的體積AV作為縱坐標(biāo) 值，在平面直接坐標(biāo)系中，由所述橫坐標(biāo)值和對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值構(gòu)成的點(diǎn)擬合成一條直線，所 述直線的斜率為參考釜體積Vrrf，所述直線的截距為樣品釜體積乂_。4. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)算方法，其特征在于，所述獲取樣品釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自 由空間體積VvcilJt操作等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的步驟包括： 在等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的樣品釜中裝入待測(cè)頁(yè)巖樣品，實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置 抽真空，設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度恒定； 向參考釜中充入氦氣，待壓力溫度穩(wěn)定記錄第二參考釜壓力Pref2 ; 將所述樣品釜與所述參考釜相連通，氦氣等溫膨脹進(jìn)入樣品釜，待吸附平衡后記錄第 二平衡壓力Psam2 ; 利用所述參考爸體積Vref和樣品爸體積Vsam、第二參考爸壓力Pref 2、第二平衡壓力Psam2， 計(jì)算得到樣品釜內(nèi)自由空間體積。5. 如權(quán)利要求4所述的計(jì)算方法，其特征在于，所述計(jì)算得到樣品釜內(nèi)自由空間體積的 步驟包括： 根據(jù)He狀態(tài)方程，利用第二參考釜壓力Prrf2、第二平衡壓力Psam2，得到氦氣在第二參考 釜壓力Pref2下的密度Pref2以及氦氣在第二平衡壓力下的密度Psam2; 根據(jù)質(zhì)量守恒原理，利用所述參考釜體積Vrrf和樣品釜體積Vsam、氦氣在第二參考釜壓 力Prrf2下的密度Prrf2以及氦氣在第二平衡壓力下的密度Psam2，計(jì)算出頁(yè)巖樣品骨架體積 Vframe； 將樣品釜體積Vsam減去頁(yè)巖樣品骨架體積Vframe3獲得樣品釜中裝入頁(yè)巖樣品后的自由空 間體積Vvoid。6.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算方法，其特征在于，獲取所述中間區(qū)體積Vmid時(shí)操作等溫吸 附實(shí)驗(yàn)裝置的步驟包括： 在等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的樣品釜中裝入待測(cè)頁(yè)巖樣品，實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置 抽真空，設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度恒定； 向參考釜中充入氦氣，待壓力溫度穩(wěn)定記錄第二參考釜壓力Pref 2;將所述樣品釜與所述 參考釜相連通，氦氣等溫膨脹進(jìn)入樣品釜，待吸附平衡后記錄第二平衡壓力Psam2; 利用所述參考爸體積Vref和樣品爸體積Vsam、第二參考爸壓力Pref 2、第二平衡壓力Psam2， 計(jì)算得到樣品釜內(nèi)自由空間體積VTO1d; 將等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的中間區(qū)與所述參考釜不相連通，對(duì)樣品釜抽真空處理之后，將 所述中間區(qū)與所述參考釜連通，將所述中間區(qū)與所述樣品釜置于不連通狀態(tài)，向參考釜中 充入氦氣，待壓力溫度穩(wěn)定后記錄第三參考釜壓力Pref 3 ; 將所述中間區(qū)與所述樣品釜連通，氦氣等溫膨脹進(jìn)入樣品釜，待吸附平衡后記錄第三 平衡壓力Psam3 ; 利用所述參考釜體積Vref和自由空間體積Vvoid、第三參考釜壓力Pref3、第三平衡壓力 P_3，計(jì)算得到中間區(qū)體積。 7 .如權(quán)利要求6所述的計(jì)算方法，其特征在于，所述計(jì)算得到中間區(qū)體積的步驟包括： 根據(jù)He狀態(tài)方程，利用第三參考釜壓力P ref 3、第三平衡壓力Psam3，得到氦氣在第三參考 爸壓力Pref3下的密度Pref3以及氦氣在第三平衡壓力下的密度Psam3 ; 根據(jù)質(zhì)量守恒原理，利用所述參考釜體積Vref、自由空間體積Vvcild、在第三參考釜壓力 Pref3下的密度Pref3以及氦氣在第三平衡壓力下的密度PSam3,計(jì)算出中間區(qū)體積V mld。8.如權(quán)利要求1所述的計(jì)算方法，其特征在于，所述獲取每個(gè)樣品釜的壓力點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的 混合氣體吸附量以及混合氣體各組分的吸附量時(shí)操作等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的步驟包括： 在等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置的樣品釜中裝入待測(cè)頁(yè)巖樣品，實(shí)驗(yàn)開始前對(duì)等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置 抽真空，設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度恒定； 向參考釜中充入混合氣體，壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值之后，將參考釜與中間區(qū)相連通，混合氣體 等溫膨脹進(jìn)入中間區(qū)，待平衡后記錄參考釜充氣壓力為Pin; 將參考釜與中間區(qū)置于不相連通的狀態(tài)，從中間區(qū)中取出混合氣體，運(yùn)用氣相色譜儀 分析混合氣體氣源組成濃度yin(j);其中，j代表混合氣體中各個(gè)組分氣體； 經(jīng)過抽真空處理之后讓中間區(qū)處于真空狀態(tài)，將中間區(qū)和參考釜相連通，混合氣體等 溫膨脹進(jìn)入中間區(qū)，待平衡后將參考釜與中間區(qū)置于不相連通的狀態(tài)，把中間區(qū)與樣品釜 相連通，混合氣體等溫膨脹從中間區(qū)進(jìn)入樣品釜，待吸附平衡之后，將樣品釜和中間區(qū)置于 不相連通的狀態(tài)； 從中間區(qū)中取出混合氣體，運(yùn)用氣相色譜儀分析吸附平衡后的混合氣體組成濃度yen (j);其中，yequ+dj)表示第i次吸附平衡后混合氣體中第j個(gè)組分的摩爾濃度； 所述參考釜內(nèi)壓力逐步降低，所述樣品釜內(nèi)壓力逐步增加，依次反復(fù)操作，記錄n個(gè)樣 品釜壓力Psmii個(gè)參考釜壓力Pm1W及吸附平衡后的混合氣體組成濃度y^U);其中，i 表示混合氣體吸附平衡實(shí)驗(yàn)中達(dá)到吸附平衡的次數(shù)，i為自然數(shù)，i小于等于η，j代表混合氣 體中各個(gè)組分氣體； 利用參考釜充氣壓力Pin、混合氣體氣源組成濃度yin(j)、樣品釜壓力Psam_i、對(duì)應(yīng)的參考 釜壓力及吸附平衡后的混合氣體組成濃度獲取第i次吸附平衡時(shí)所對(duì)應(yīng) 的混合氣體的吸附量、混合氣體中第j個(gè)組分的吸附量。9. 如權(quán)利要求8所述的計(jì)算方法，其特征在于，所述第i次吸附平衡時(shí)所對(duì)應(yīng)的混合氣 體的吸附量的表達(dá)式為：式中，nmix_i為測(cè)量第i次吸附平衡時(shí)混合氣體的吸附量，mm〇l/g;pir^溫度為T、壓力為P ir^ 混合氣體組成濃度為yir^的氣體密度，kg/m3;pref_i為溫度T、壓力Pref_i時(shí)混合氣體組成濃度為 7』寸的氣體密度，kg/m 3;pS￡m_i為溫度T、壓力Psa^時(shí)混合氣體組成濃度為yequ_i時(shí)的氣體密度，kg/ m3;Min表不混合氣體組成濃度為yin時(shí)的氣體摩爾質(zhì)量，g/m〇l ;Mequ_i表不混合氣體組成濃度為 yequ_i時(shí)的氣體摩爾質(zhì)量，g/mo I; Mj為混合氣體中第j個(gè)組分的摩爾質(zhì)量，g/mo I; m表不置于樣品 釜中頁(yè)巖樣品的質(zhì)量，測(cè)量第i次吸附平衡時(shí)等溫吸附實(shí)驗(yàn)裝置總的氣量，mmol/10. 如權(quán)利要求8所述的計(jì)算方法，其特征在于，所述第i次吸附平衡時(shí)所對(duì)應(yīng)的混合氣 體中第j個(gè)組分的吸附量的表達(dá)式為：式中，nsingie_i (j)為測(cè)量苐i次吸附肀衡后的混合氣體中谷個(gè)氣體組分的吸附量。
【文檔編號(hào)】G01N30/02GK106018165SQ201610602168
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月27日
【發(fā)明人】齊榮榮, 王慶, 寧正福, 張宇琪, 杜華明
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(北京)