CN102879290A - 一种煤岩解吸附试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤岩解吸附试验方法，步骤是⑴在解吸反应容器内的两层滤网之间加入定量确定粒径的煤岩颗粒，向解吸反应容器内注入甲烷气体使煤岩颗粒内吸附入甲烷分子；⑵关闭甲烷气罐的截止阀门，初始设定回压阀的压力，通过精密电子天平来测定测量容器的出水量；⑶调整回压阀，直至回压为0MPa，即测出无液体影响时不同压力下的干煤岩解吸量和解吸速率。本方法将煤岩颗粒样品置放在不同温度、不同压力、不同转速循环水的状态下，以分析液体影响下煤岩颗粒中甲烷的解吸规律分析，以及在不同气压、液体环境下煤岩颗粒中甲烷的解量与解吸速率，所采集的数据具有较高的精确性。
Description
技术领域
本发明属于煤岩分析领域，涉及煤岩解吸附，尤其是一种煤岩解吸附试验方法。
背景技术
地层下的煤岩除了自由气外，还含有吸附气，该吸附气含在煤岩颗粒中。通过检测煤岩颗粒的吸附气量及逸气速度，可实现采集并利用该能源。由于煤岩颗粒在底层下基本上以饱和的形式存在，但不同粒径的煤岩颗粒在不同压力条件下的解吸速率和解吸量不同，而且，煤岩颗粒受不同液体的浸润后其解吸率和解吸量也不同；此外，还涉及到不同含水饱和度煤样的排液解吸率和解吸量。因此，对煤岩颗粒进行解吸附分析是十分重要的。
目前，对煤岩解吸分析的装置的设计环境与煤岩颗粒在地层下的环境相差较多，因此无法仿真模拟地层下的真正煤岩颗粒存在状态，导致煤岩颗粒的解吸附数据偏差较大，无法定量分析煤岩颗粒吸附气的逸气速度及解吸量，阻碍了科学采集煤岩吸附气的进展。
通过检索，发现如下与本专利申请相关的公开专利文献：
一种受载煤岩恒压瓦斯吸附解吸试验系统和方法（CN102419295A），包括重力恒气压装置、真空泵、高压瓦斯气瓶、恒压瓦斯罐、样品罐、重力恒液压装置和手摇泵。能够对煤试样在不同的外部加载压力和不同的瓦斯气压下进行以下瓦斯吸附和解吸试验：1)研究在不同载荷作用下，由于煤岩破坏而引起的吸附特性变化，研究吸附常数、吸附量等随载荷变化规律；2)研究不同承载状况下的含瓦斯煤岩的瓦斯解吸过程；3)研究不同粒度的煤岩在恒定瓦斯压力环境中的吸附过程及吸附常数；4)研究不同粒度的含瓦斯煤岩在不同的大气压力环境中瓦斯解吸过程和规律；5)研究含瓦斯煤岩在瓦斯吸附和解析过程中的蠕变力学性质。
通过技术特征对比，上述公开专利文献与本专利申请有较大不同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种煤岩解吸附试验方法，该方法可仿真模拟地层下的煤岩颗粒的实际存在状态，为科学分析煤岩颗粒所含吸附气的吸附量及解吸速度奠定基础。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种煤岩解吸附试验方法，步骤是：
⑴在解吸反应容器内的两层滤网之间加入定量确定粒径的煤岩颗粒，然后打开甲烷气罐的截止阀门，向解吸反应容器内注入甲烷气体，注入压力为5MPa，时间为12小时，使煤岩颗粒内吸附入甲烷分子；
⑵关闭甲烷气罐的截止阀门，调整回压阀，初始设定回压阀的压力为4MPa；当反应容器及主管路内的解吸气体压力超过回压阀的设定压力，该气体进入测量容器内，通过精密电子天平来测定测量容器的出水量；
⑶调整回压阀，使回压阀压力较前次压力降低0.4MPa，重复本步骤，直至回压为0MPa，即测出无液体影响时不同压力下的干煤岩解吸量和解吸速率。
一种煤岩解吸附工作液的试验方法，步骤是：
⑴在解吸反应容器内的两层滤网之间加入定量确定粒径的煤岩颗粒，打开甲烷气罐的截止阀门，向解吸反应容器内注入甲烷气体，注入压力为5MPa时间为12小时，使煤岩颗粒内吸附入甲烷分子；
⑵关闭甲烷气罐的截止阀门，调整回压阀，设定回压阀的压力为4MPa；
⑶通过平流泵向中间容器注液体，直到测量容器不再出气；
⑷启动磁力搅拌器，设定转数为100rdm；
⑸调整回压阀，设定回压阀的压力为1.8MPa；
⑹反应容器及主管路内的解吸气体压力超过回压阀的设定压力，该气体进入测量容器内，通过精密电子天平来测定测量容器的出水量，即可得出煤岩的吸附量。
⑺调整回压阀，使回压阀压力较前次压力降低0.3MPa，重复本步骤，直至回压为0MPa。
而且，所采用的试验系统的结构是：在主管路上分别连接甲烷气罐、平流泵、解吸反应容器、恒温水浴器、测量容器、氮气罐，其中甲烷气罐通过一截止阀门与主管路连通，测量容器侧边还设置有一精密电子天平，氮气罐通过截止阀门与主管路连通，其特征在于：在测量容器前端的主管路上通过截止阀门还安装一回压阀，氮气罐通过截止阀门与回压阀连通。
而且，所述解吸反应容器的包括循环水套、滤网、磁力搅拌器，循环水套与恒温水浴器连通，在循环水套中部固装两层滤网，在两层滤网中间放置待测煤岩颗粒，上层滤网上方的循环水套空间形成解吸反应室，下层滤网下方的循环水套空间安装磁力搅拌器，磁力搅拌器下方的循环水套通过管路与主管路连通。
而且，在回压阀前端的主管路上还设置有分管路，在该分管路上安装一放空阀门。
本发明的优点和有益效果为：
1、本方法将煤岩颗粒样品置放在不同温度、不同压力、不同转速循环水的状态下，该温度模仿地层下煤岩颗粒的温度，该压力模仿煤岩颗粒在地层下的压力状态，该循环水的剪切力模拟煤岩颗粒在地层下的工作液冲击状态，由此在实验室内即形成一个仿真的煤岩颗粒形态，以分析液体影响下煤岩颗粒中甲烷的解吸规律分析，以及在不同气压、液体环境下煤岩颗粒中甲烷的解量与解吸速率，所采集的数据具有较高的精确性。
2、本方法在逸气管道上设置有一回压阀，通过该回压阀可以模仿在不同压力条件下煤岩颗粒吸附气的解吸量，有效完成不同粒径的煤岩颗粒在不同压力条件下的解吸速率和解吸量、不同液体对煤岩颗粒的解吸率和解吸量以及煤气饱和和干煤样的排液解吸率和解吸量，以定量分析计算煤岩颗粒所含吸附气（甲烷）的衰减规律及逸气速度、解吸量，为科学分析煤岩颗粒所含吸附气的吸附量及解吸速度奠定基础。
附图说明
图1为本发明的系统连接结构示意图；
图2为本发明解吸反应容器的结构剖视放大图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例做进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
本试验方法是在试验系统上进行，试验系统的结构参见图1，在主管路4上分别连接甲烷气罐1、平流泵3、解吸反应容器7、恒温水浴器10、回压阀9、测量容器13、氮气罐15，其中甲烷气罐通过一截止阀门2与主管路连通，测量容器侧边还设置有一精密电子天平14，用于称重超压液体；氮气罐通过截止阀门16与主管路连通，在测量容器前端的主管路上通过截止阀门12还安装一回压阀，氮气罐通过自己的截止阀门与回压阀连通；在回压阀前端的主管路上还设置有分管路，在该分管路上安装一放空阀门11，在主管路上安装一限压保护器5。
解吸反应容器的上部和下部均各安装有一个截止阀门6、8，通过这两个阀可以实现：在打开上部阀门并关闭下部阀门时可保持反应容器中一直有工作液的甲烷解吸分析，在打开下部阀门并关闭上部阀门时可以完成注入工作液后，解吸出的甲烷把工作液排出后，反应容器中无工作液的解吸分析。
本实施例所述的解吸反应容器的结构参见图2，包括循环水套17、滤网20、磁力搅拌器21，循环水套与恒温水浴器连通，循环水套采用无磁不锈钢材质，体积约为100ml，在循环水套中部固装两层滤网，在两层滤网中间放置待测煤岩颗粒19，上层滤网上方的循环水套空间形成解吸反应室18，下层滤网下方的循环水套空间安装磁力搅拌器，磁力搅拌器下方的循环水套通过管路与主管路连通。
上述各个部件的作用是：
甲烷气罐：通过管路向解吸反应容器内的煤岩颗粒提供模拟吸附气。
平流泵：向解吸反应容器提供不同种类、不同压力的工作液。
解吸反应容器：模拟地层温度，及模拟煤岩颗粒在地层下的工作液冲击状态。
恒温水浴器：为解吸反应容器提供0-95℃的恒定温度，模拟煤岩储层的温度。
测量容器：将解析出来的吸附气进行收集，对因吸附气而溢流的工作液进行称重。
氮气罐：为解吸反应容器提供压力气体。
回压阀：利用回压阀控制反应容器内压力，用于分析煤岩颗粒在不同压力下甲烷的解吸规律；通过调整回压的大小来控制吸附和解吸的压力，超过该压力的液体和气体进入测量容器。
一种煤岩解吸附试验方法，步骤是：
⑴在解吸反应容器内的两层滤网之间加入定量确定粒径的煤岩颗粒，然后打开甲烷气罐的截止阀门，向解吸反应容器内注入甲烷气体，注入压力为5MPa，时间为12小时，使煤岩颗粒内吸附入甲烷分子；
⑵关闭甲烷气罐的截止阀门，调整回压阀，初始设定回压阀的压力为4MPa；当反应容器及主管路内的解吸气体压力超过回压阀的设定压力，该气体进入测量容器内，通过精密电子天平来测定测量容器的出水量；
⑶调整回压阀，使回压阀压力较前次压力降低0.4MPa，重复本步骤，直至回压为0MPa，由此可测出无液体影响时不同压力下的干煤岩解吸量和解吸速率。
此外，通过本试验系统还可测定工作液对解吸的影响，方法是：
⑴在解吸反应容器内的两层滤网之间加入定量确定粒径的煤岩颗粒，打开甲烷气罐的截止阀门，向解吸反应容器内注入甲烷气体，注入压力为5MPa时间为12小时，使煤岩颗粒内吸附入甲烷分子；
⑵关闭甲烷气罐的截止阀门，调整回压阀，设定回压阀的压力为4MPa；
⑶通过平流泵向中间容器注液体，直到测量容器不再出气（其内的自由气被注入的液体驱赶干净）；
⑷启动磁力搅拌器，设定转数为100rdm；
⑸调整回压阀，设定回压阀的压力为1.8MPa；
⑹反应容器及主管路内的解吸气体压力超过回压阀的设定压力，该气体进入测量容器内，通过精密电子天平来测定测量容器的出水量，即可得出煤岩的吸附量。
⑺调整回压阀，使回压阀压力较前次压力降低0.3MPa，重复本步骤，直至回压为0MPa。
Claims (5)
1.一种煤岩解吸附试验方法，其特征在于：步骤是：
⑴在解吸反应容器内的两层滤网之间加入定量确定粒径的煤岩颗粒，然后打开甲烷气罐的截止阀门，向解吸反应容器内注入甲烷气体，注入压力为5MPa，时间为12小时，使煤岩颗粒内吸附入甲烷分子；
⑵关闭甲烷气罐的截止阀门，调整回压阀，初始设定回压阀的压力为4MPa；当反应容器及主管路内的解吸气体压力超过回压阀的设定压力，该气体进入测量容器内，通过精密电子天平来测定测量容器的出水量；
⑶调整回压阀，使回压阀压力较前次压力降低0.4MPa，重复本步骤，直至回压为0MPa，即测出无液体影响时不同压力下的干煤岩解吸量和解吸速率。
2.一种煤岩解吸附工作液的试验方法，其特征在于：步骤是：
⑴在解吸反应容器内的两层滤网之间加入定量确定粒径的煤岩颗粒，打开甲烷气罐的截止阀门，向解吸反应容器内注入甲烷气体，注入压力为5MPa时间为12小时，使煤岩颗粒内吸附入甲烷分子；
⑵关闭甲烷气罐的截止阀门，调整回压阀，设定回压阀的压力为4MPa；
⑶通过平流泵向中间容器注液体，直到测量容器不再出气；
⑷启动磁力搅拌器，设定转数为100rdm；
⑸调整回压阀，设定回压阀的压力为1.8MPa；
⑹反应容器及主管路内的解吸气体压力超过回压阀的设定压力，该气体进入测量容器内，通过精密电子天平来测定测量容器的出水量，即可得出煤岩的吸附量。
⑺调整回压阀，使回压阀压力较前次压力降低0.3MPa，重复本步骤，直至回压为0MPa。
3.根据权利要求1或2所述的试验方法，其特征在于：所采用的试验系统的结构是：在主管路上分别连接甲烷气罐、平流泵、解吸反应容器、恒温水浴器、测量容器、氮气罐，其中甲烷气罐通过一截止阀门与主管路连通，测量容器侧边还设置有一精密电子天平，氮气罐通过截止阀门与主管路连通，其特征在于：在测量容器前端的主管路上通过截止阀门还安装一回压阀，氮气罐通过截止阀门与回压阀连通。
4.根据权利要求3所述的煤岩解吸附试验方法，其特征在于：所述解吸反应容器的包括循环水套、滤网、磁力搅拌器，循环水套与恒温水浴器连通，在循环水套中部固装两层滤网，在两层滤网中间放置待测煤岩颗粒，上层滤网上方的循环水套空间形成解吸反应室，下层滤网下方的循环水套空间安装磁力搅拌器，磁力搅拌器下方的循环水套通过管路与主管路连通。
5.根据权利要求3所述的煤岩解吸附试验方法，其特征在于：在回压阀前端的主管路上还设置有分管路，在该分管路上安装一放空阀门。
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