CN101839841A - 一种气体在岩石孔隙中的吸附解吸实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于石油勘探开发中实验或研究气体在岩石孔隙中的吸附解吸实验装置及方法。它能快捷、方便的研究气体在岩石孔隙中受岩石围压、孔隙压和温度影响的吸附解吸状况。其技术方案是：岩心流动实验装置上设有围压表、孔隙压表和温度调节器；在气瓶出口管道上安装有减压阀和压力表，再用六通阀合并连接到一条总管线，总管线连接到孔隙压表，再依次安装针型阀、稳流阀、稳压阀，再连接转子流量计，后接岩心夹持器；岩心夹持器出口分两条管线，一条接入废气处理池，另一条接入排液集气池。本实验装置结构简单，成本不高，实验方法操作方便、准确、快速，用于研究气体在岩石孔隙中受围压、孔隙压和温度的影响特征。

Description

一种气体在岩石孔隙中的吸附解吸实验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于石油天然气勘探开发实验或研究气体在岩石孔隙中受岩石围压、孔隙压和温度影响的气体在岩石孔隙中的吸附解吸实验装置及方法。

背景技术

自然界自然形成的和人造的很多岩石是不致密的，是一种多孔的固体，也是一种吸附剂，可以吸附某种或多种气体，气体在岩石中的吸附解吸特征一直是石油勘探开发等中必不可少的研究参数。前人研究表明：气体在岩石孔隙中的吸附解吸受岩石围压、孔隙压、温度等的影响。为了能够很好地研究气体在岩石孔隙中受岩石围压、孔隙压、温度影响的吸附解吸特征，有必要研制出一套气体在岩石孔隙中受岩石围压、孔隙压和温度影响的吸附解吸实验装置。目前这种实验装置还未见报道。

发明内容

本发明的目的是：为了快捷、方便、测量精度高的研究气体在岩石孔隙中受岩石围压、孔隙压和温度影响的吸附解吸状况，特提供一种气体在岩石孔隙中的吸附解吸实验装置及方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种气体在岩石孔隙中的吸附解吸实验装置，是由气瓶、岩心流动实验装置、加压气瓶、岩心夹持器、废气处理池、排液集气池组成，其结构特征是：先设置1～5个气瓶、气瓶出口管线上均安装有减压阀和压力表，再用六通阀合并连接到一条总管线；总管线连接在岩心流动实验装置上，岩心流动实验装置设置有围压表、孔隙压表和温度调节器，侧面安装有加压气瓶，加压气瓶出口管线安有加压气瓶减压阀；岩心流动实验装置有两条出口管线，一条为总管线接孔隙压表后依次安装针型阀、稳流阀、稳压阀，再连接转子流量计及岩心夹持器入口阀门，然后接在岩心夹持器上，另一条管线为加压气瓶接围压表后直接连接在岩心夹持器上；岩心夹持器出口管线分成两条管线，一条管线连接废气处理池阀门后依次安装有针型阀、稳流阀、稳压阀，再连接转子流量计，管线再接入废气处理池；另一条管线安有排液集气池阀门，再接入排液集气池，并设置集气瓶。

一种气体在岩石孔隙中的吸附解吸实验方法：先将所有阀门关闭，将待测岩心装入岩心夹持器中，将待测气体注入气瓶，调节温度调节器使温度在-25℃～200℃之间，调节加压气瓶上减压阀使围压表示数在0.1Mpa～25Mpa之间；然后打开岩心夹持器入口阀门和废气处理池阀门，再打开减压阀，此时气体进入管线，调节针型阀、稳流阀、稳压阀，观察两个转子流量计，一直调节到两个转子流量计读数相同；再观察孔隙压表读数，与设定值相比较，若读数偏大或偏小，调节针型阀、稳流阀、稳压阀，观察两个转子流量计，一直调节到两个转子流量计读数相同，再观察孔隙压表读数，直到孔隙压表读数为设定值0.1Mpa～25Mpa；再关闭废气处理池阀门，岩心吸附气体24h后，先关闭岩心夹持器入口阀门和减压阀，然后打开排液集气池阀门，用集气瓶收集岩心解析气体，解吸24h～240h，当集气瓶中气体体积不再增大时，记录解吸气体体积；最后将集气瓶中气体摇匀，用气体取样器取集气瓶中少量气体，用气相色谱仪对气体的组成和含量进行分析。

本发明与现有技术比较，具有以下有益效果：(1)通过针型阀、稳流阀、稳压阀、精密压力表和转子流量计的调节和控制，使待测气体的流速更稳定，更精确；(2)在一个实验装置中，能同时研究气体在岩石孔隙中受岩石围压、孔隙压和温度影响的吸附解吸特征；(3)本实验装置结构简单，成本不高，实验方法操作方便、准确、快速，可用于石油天然气勘探开发实验和研究。

附图说明

附图为本发明气体在岩石孔隙中的吸附解吸实验装置的结构示意图。

图中：1、2、3、4、5气瓶，6减压阀，7压力表，8岩心流动实验装置，9孔隙压表，10围压表，11温度调节器，12加压气瓶减压阀，13加压气瓶，14针型阀，15稳流阀，16稳压阀，17转子流量计，18岩心夹持器入口阀门，19岩心夹持器，20废气处理池阀门，21废气处理池，22排液集气池阀门，23排液集气池，24集气瓶。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

按照附图所示，本实验装置由供气系统即气瓶1、2、3、4、5输出待测气体，进入岩心流动实验装置8、计量调节系统和岩心夹持器19。先将岩心装入岩心夹持器19中，分别调节岩心流动实验装置8上的温度调节器11和加压气瓶减压阀12，使岩心温度和围压符合实验要求。

然后打开岩心夹持器入口阀门18和废气处理池阀门20，再打开减压阀6，此时气体进入管线，调节针型阀14、稳流阀15、稳压阀16，观察两个转子流量计17，一直调节到两个转子流量计17读数相同；再观察孔隙压表9读数，与设定值相比较，若读数偏大或偏小，调节针型阀14、稳流阀15、稳压阀16，观察两个转子流量计17，一直调节到两个转子流量计17读数相同，再观察孔隙压表9读数，直到孔隙压表9读数为设定值，然后关闭废气处理池阀门20。岩心吸附气体24h后，先关闭岩心夹持器入口阀门18和减压阀6，然后打开排液集气池阀门22，用集气瓶24收集岩心解析气体并读数；最后将集气瓶24中气体摇匀，用气体取样器取集气瓶24中少量气体，用气相色谱仪对气体的组成和含量进行分析。计量调节系统为岩心夹持器19前后两端安装的针型阀14，稳流阀15，稳压阀16，转子流量计17及孔隙压表9。所述针型阀14可以进一步调节压力大小；稳流阀15能很好地控制气体的流动稳定性；稳压阀16可以使整个系统的压力保持较小波动；转子流量计17能够读出系统的流动速度，上述针型阀14、稳流阀15、稳压阀16及转子流量计17都是为了更好地稳定压力和控制流速。

从气体一进入岩心开始，视为开始吸附。在开始吸附到待测气体流速稳定，同时岩心围压、孔隙压、温度符合实验要求过程中的待测气体进入废气处理池21处理。此过程中排液集气池阀门22应关闭，废气处理池阀门20应打开。

如待测气体为一种气体，只要两个转子流量计17读数相同，同时岩石围压、孔隙压、温度符合实验要求，视为吸附饱和。吸附饱和后，关闭废气处理池阀门20，岩心夹持器入口阀门18和减压阀6；然后打开排液集气池阀门22，此时气体进入排液集气池23，解吸24h～240h，当集气瓶24中气体体积不再增加时，视为解吸完全，记录解吸气体体积。由于是一种气体，可认为集气瓶24中的气体全为该种待测气体，固不需用气相色谱仪对解析气体进行分析。

如待测气体为多种气体，就会出现竞争吸附现象。应关闭排液集气池阀门22，打开废气处理池阀门20，当两个转子流量计17读数相同，同时岩石围压、孔隙压、温度符合实验要求，关闭废气处理池阀门20。然后吸附一定的时间，一般视为吸附24h为吸附饱和。这是因为如果是多种气体在岩石孔隙中吸附，岩石对不同的气体的吸附能力是不同的，即多种气体之间存在竞争吸附。吸附饱和后，先关闭岩心夹持器入口阀门18和减压阀6，然后打开排液集气池阀门22，此时气体进入排液集气池23，解吸24h～240h，当集气瓶24中气体体积不再增加时，视为解吸完全，记录解吸气体体积。将集气瓶24中气体摇匀，用气体取样器取集气瓶24中少量气体，用气相色谱仪对气体的组成和含量进行分析。由集气瓶24中解吸气体总体积和由气相色谱仪得到的解析气体的组成和含量可以算出解吸气体的组成和各组分的体积。

解吸过程中，关闭岩心夹持器入口阀门18的目的：因为气体是在一定的孔隙压下发生吸附作用，所以从减压阀6到岩心夹持器入口阀门18的管道中的压力等于孔隙压，如果不关闭岩心夹持器入口阀门18，管道中具有一定压力的待测气体将进入集气瓶24，影响实验结果。即关闭岩心夹持器入口阀门18的目的是不让从减压阀6到岩心夹持器入口阀门18这段管道中的气体进入集气瓶24，减小实验误差。

下面再结合两个实施例，结合附图，对本发明做进一步的说明。

实施例1：两种气体甲烷和二氧化碳，其中甲烷为1Mpa，二氧化碳为5Mpa，即在煤岩的孔隙压为6Mpa，同时煤岩的围压为5Mpa，温度为110℃下，甲烷和二氧化碳气体在煤岩中的吸附解吸规律具体实施方式

先检查装置气密性，装置气密性完好后，关闭装置所有阀门。然后调节温度调节器11和加压气瓶减压阀12，使温度为110℃和围压为5Mpa，再打开装有高纯度甲烷气瓶1的减压阀6，使压力表7读数为1Mpa，打开装有高纯度二氧化碳气瓶2的减压阀6，使压力表7读数为5Mpa。再打开岩心夹持器入口阀门18和废气处理池阀门20，调节针型阀14、稳流阀15、稳压阀16，同时观察转子流量计17和孔隙压表9示数；在此过程中，由于气体通入煤岩孔隙中，煤岩围压可能发生变化，所以在此过程中，应注意调节加压气瓶减压阀12，使煤岩围压为5Mpa。当两个转子流量计17读数相同，同时孔隙压表9为6Mpa时，并且煤岩围压为5Mpa、温度为110℃时，立即关闭废气处理池阀门20，吸附24小时后，视为吸附饱和。吸附饱和后，关闭岩心夹持器入口阀门18和减压阀6，打开排液集气池阀门22，此时解吸气体进入排液集气池23，解吸24h后，记录下解吸气体体积。将集气瓶24中气体摇匀，用气体取样器取集气瓶24中少量气体，用气相色谱仪对气体的组成和含量进行分析。由集气瓶24中解吸气体总体积和由气相色谱仪得到的解析气体的组成和含量可以算出解吸气体中各组分的体积。如研究在一定的煤岩围压、孔隙压和温度下，三种或三种以上气体在煤岩中的吸附解吸规律，操作方式与上述基本相同。

实施例2：在甲烷气体为2Mpa，即在煤岩的孔隙压为2Mpa，同时煤岩的围压为5Mpa，温度为110℃下，一种气体甲烷在煤岩中的吸附解吸规律具体实施方式

具体实施方式和实施例1基本相同，同时由于是研究一种气体甲烷在煤岩孔隙中的吸附解吸规律，不存在几种气体在煤岩中的竞争吸附，所以当两个转子流量计17示数相同，孔隙压表9示数为2Mpa，并且煤岩围压为5Mpa，温度为110℃时，可视为吸附饱和。同时可认为集气瓶24中的气体全为甲烷气体，即不需用气相色谱仪进行分析。

Claims (2)

1.一种气体在岩石孔隙中的吸附解吸实验装置，由气瓶、岩心流动实验装置、加压气瓶、岩心夹持器、废气处理池、排液集气池组成，其特征在于：先设置气瓶(1、2、3、4、5)，气瓶出口管线上均安装有减压阀(6)和压力表(7)，再用六通阀合并连接到一条总管线；总管线连接在岩心流动实验装置(8)上，岩心流动实验装置(8)设置有孔隙压表(9)，围压表(10)和温度调节器(11)，侧面安装有加压气瓶(13)；加压气瓶(13)出口管线安有加压气瓶减压阀(12)，岩心流动实验装置(8)有两条出口管线，一条为总管线连接到孔隙压表(9)，再依次安装针型阀(14)、稳流阀(15)、稳压阀(16)，再连接转子流量计(17)及岩心夹持器入口阀门(18)，然后接在岩心夹持器(19)上；另一条管线为加压气瓶(13)接围压表(10)后直接连接到岩心夹持器(19)上；岩心夹持器(19)出口管线分成两条管线，一条管线接废气处理池阀门(20)后依次安装有针型阀(14)、稳流阀(15)、稳压阀(16)，再连接转子流量计(17)，管线再接入废气处理池(21)，另一条管线安有排液集气池阀门(22)，再接入排液集气池(23)，并设置集气瓶(24)。

2.一种如权利要求1所述吸附解吸实验装置的实验方法，其特征在于：先将所有阀门关闭，将待测岩心装入岩心夹持器(19)中，将待测气体注入气瓶(1)、或气瓶(2)……或气瓶(5)，调节温度调节器(11)使温度在-25℃～200℃之间，调节加压气瓶减压阀(12)使围压表(10)示数在0.1Mpa～25Mpa之间；然后打开岩心夹持器入口阀门(18)和废气处理池阀门(20)，再打开减压阀(6)，气体进入管线，调节针型阀(14)、稳流阀(15)、稳压阀(16)，观察两个转子流量计(17)，一直调节到两个转子流量计(17)读数相同；再观察孔隙压表(9)读数，与设定值相比较，若读数偏大或偏小，调节针型阀(14)、稳流阀(15)、稳压阀(16)，直到两个转子流量计(17)读数相同，同时观察孔隙压表(9)读数，当孔隙压表(9)读数等于设定值时，关闭废气处理池阀门(20)，岩心吸附气体24h后，关闭岩心夹持器入口阀门(18)和减压阀(6)，打开排液集气池阀门(22)，用集气瓶(24)收集岩心解析后气体，解吸24h～240h，当集气瓶(24)中气体体积不再增加时，记录解吸气体体积；最后将集气瓶(24)中气体摇匀，用气体取样器取集气瓶(24)中少量气体，用气相色谱仪对气体的组成和含量进行分析。

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