CN109870397A

CN109870397A - 一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置及试验方法

Info

Publication number: CN109870397A
Application number: CN201910262807.5A
Authority: CN
Inventors: 李波波; 王斌; 高政
Original assignee: Guizhou University
Current assignee: Guizhou University
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2019-06-11

Abstract

本发明公开了一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置及试验方法，它包括混合气体供给系统和抽真空系统，混合气体供给系统与恒温吸附系统通过管路连接；恒温吸附系统与抽真空系统通过管路连接；恒温吸附系统与应变测量系统连接；应变测量系统与数据采集系统通过导线连接；解决了现有技术中对于研究不同气体对煤层等温吸附变形的实验设备都只能适用于单一气体，没有适用于进行混合气体煤层等温吸附变形的实验设备；而且并没有及时的对变形量进行观测等技术问题。

Description

一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于瓦斯检测实验器具技术领域，尤其涉及一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置及试验方法。

背景技术

煤层气是赋存煤层中的一种呈吸附、游离或溶解状态的天然气，在煤层等非常规天然气储层中，吸附气含量较高，煤层中吸附气和游离气含量一般大于90％。吸附和游离气吸附含气量的大小直接关系到天然气的富集程度和开发技术。煤的吸附性能会影响煤体的孔隙压力以及会引起煤体产生吸附膨胀，所以特别是对煤层气等非常规天然气来说，吸附气含量测定是储层评价、储量估算以及开发设计的关键因素。同时随着煤层气储层深度的增加，地下温度逐步升高。各种温度会对煤产生力学性质等方面的影响，进而对其吸附量以及吸附变形产生不同的影响。然而现有技术中没有同时测定煤体吸附量及在该吸附量下产生的应变量。因此，研究煤体吸附、解吸瓦斯变形特性具有重要的工程应用价值。煤体内富含瓦斯，而瓦斯是一种含有CH₄、CO₂等多种混合气体组成的气体，因此进行混合气体等温吸附变形的研究十分必要，而现有技术中进行等温吸附变形的实验设备都只能适用于单一气体，没有适用于进行混合气体等温吸附变形的实验设备，此设备为煤层气抽采等提供技术参考。

本发明要解决的技术问题：提供一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置及试验方法，以解决现有技术中对于研究气体等温吸附变形时实验设备都只能适用于单一气体，没有适用于进行混合气体等温吸附变形的实验设备；而且在进行等温吸附变形实验中，没有及时的测定其变形量等技术问题。

本发明技术方案：

一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置，它包括混合气体供给系统和抽真空系统，混合气体供给系统与恒温吸附系统通过管路连接；恒温吸附系统与抽真空系统通过管路连接；恒温吸附系统与应变测量系统连接；应变测量系统与数据采集系统通过导线连接。

所述混合气体供给系统包括第一储气罐和第二储气罐，第一储气罐与气体混合装置通过管路连接，第一储气罐与气体混合装置的管路上依次安装有第一减压阀、第一压力表和第一开关阀；第二储气罐与气体混合装置通过管路连接，第二储气罐与气体混合装置的管路上连接有第二减压阀、第二压力表和第二开关阀。

等温吸附系统包括参考釜和样品釜；参考釜上设置有第四压力表和第四开关阀；样品釜上设置有第五压力表和第五开关阀（13）；样品釜内部装有煤样；两个参考釜通过管路连接；所述管路上装有第六开关阀；等温吸附系统通过管路与抽真空系统连接且管路上安装有第七开关阀。

混合气体供给系统与恒温吸附系统的管路上依次安装有第三压力表和第三开关阀。

抽真空系统包括真空容积和真空泵，真空容积和真空泵通过管路连接；管路上装有第六压力表和第八开关阀。

应变测量系统包括平行层理方向应变片和垂直层理方向应变片；平行层理方向应变片和垂直层理方向应变片安装在煤样上；平行层理方向应变片和垂直层理方向应变片与应变仪导线连接。

数据采集系统包括计算机，计算机与应变测量系统的应变仪导线连接。

所述的一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置的试验方式，其特征在于：它包括：步骤1、将标准尺寸的煤样试件安装在等温吸附系统的样品釜内，并进行气密性检查；通过真空泵对整个实验装置进行抽真空；将恒温水浴的温度设定到实验所需值以模拟地底温度情况；步骤2、首先通入无吸附性的氦气，打开第三开关阀，关闭第六开关阀，使气体只进入参考釜中；随后关闭储气罐、第二开关阀和第七开关阀，使得原本在参考釜的气体进入样品釜，并达到气体平衡；根据理想状态气体方程测算自由空间体积；之后再进行吸附气体的吸附试验；吸附试验气体由第一储气罐和第二储气罐进行混合后提供，进行混合气体的等温吸附实验；通入吸附气体的步骤与之前通入氦气的一样，等气体吸附平衡后，根据连接垂直应变片和平行应变片的应变仪和计算机观测试件的吸附变形量，最后根据理想状态气体方程计算试件吸附气体的量。

本发明的有益效果：

本发明通过混合气体供给系统将两个储气罐连接从而使气体混合；并在样品釜内的煤样上安装垂直和平行层理方向的应变片并通过应变测量系统和数据采集系统对吸附变形量进行及时的观察与记录；本实验装置的吸附系统浸在恒温水浴中，以测试进行温度对等温吸附变形的影响；本发明能够使煤岩进行在不同混合气体条件下的等温吸附实验，并且能够进行在不同温度条件下等温吸附变形实验，能够真实模拟煤岩的等温吸附变形。该实验装置简单易操作，使用效果好，易于推广；解决了现有技术中对于研究不同气体对煤层等温吸附变形的实验设备都只能适用于单一气体，没有适用于进行混合气体煤层等温吸附变形的实验设备；而且并没有及时的对变形量进行观测，通过对样品釜中煤样安装垂直和平行层理方向的应变片并通过应变测量系统和数据采集系统对其进行实时观测与记录；本发明可以用来模拟井下煤岩在混合气体的条件下等温吸附变形的整个过程，同时可以进行温度对煤吸附变形的影响的实验，以便更深层次地探索各因素对瓦斯渗流的作用机制，为煤层气抽采等提供技术参考。

附图说明：

图1本发明结构示意图；

图2为本发明参考釜及其内部煤样结构示意图。

图中：1-第一储气罐、2-第一减压阀、3-第一压力表、4-第二压力表、5-第二减压阀、6-第二储气罐、7-气体混合装置、8-第二开关阀、9-第一开关阀、10-第三压力表、11-第三开关阀、12-第六开关阀、13-第五开关阀、14-第五压力表、15-第七开关阀、16-第六压力表、17-第八开关阀、18-真空泵、19-应变仪、20-计算机、21-参考釜、22-第四压力表、23-第四开关阀、24-样品釜、25-真空容积、26-恒温水浴、27-垂直层理应变片、28-煤样、29-平行层理应变片。

具体实施方式：

所述混合气体供给系统包括第一储气罐1和第二储气罐6，第一储气罐1与气体混合装置7通过管路连接，第一储气罐1与气体混合装置7的管路上依次安装有第一减压阀2、第一压力表3和第一开关阀9；第二储气罐6与气体混合装置7通过管路连接，第二储气罐6与气体混合装置7的管路上连接有第二减压阀5、第二压力表4和第二开关阀8。

等温吸附系统包括参考釜21和样品釜24；参考釜21上设置有第四压力表22和第四开关阀23；样品釜24上设置有第五压力表14和第五开关阀13；样品釜24内部装有煤样28；两个参考釜通过管路连接；所述管路上装有第六开关阀12；等温吸附系统通过管路与抽真空系统连接且管路上安装有第七开关阀15。

混合气体供给系统与恒温吸附系统的管路上依次安装有第三压力表10和第三开关阀11。

抽真空系统包括真空容积25和真空泵18，真空容积25和真空泵18通过管路连接；管路上装有第六压力表16和第八开关阀17。

应变测量系统包括平行层理方向应变片29和垂直层理方向应变片27；平行层理方向应变片29和垂直层理方向应变片27安装在煤样28上；平行层理方向应变片29和垂直层理方向应变片27与应变仪19导线连接。

数据采集系统包括计算机，计算机与应变测量系统的应变仪19导线连接。

所述的一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置的试验方式，它包括：步骤1、将标准尺寸的煤样试件安装在等温吸附系统的样品釜24内，并进行气密性检查；通过真空泵18对整个实验装置进行抽真空；将恒温水浴26的温度设定到实验所需值以模拟地底温度情况；步骤2、首先通入无吸附性的氦气，打开第三开关阀11，关闭第六开关阀12，使气体只进入参考釜21中；随后关闭储气罐1、第二开关阀9和第七开关阀15，使得原本在参考釜21的气体进入样品釜24，并达到气体平衡；根据理想状态气体方程测算自由空间体积；之后再进行吸附气体的吸附试验；吸附试验气体由第一储气罐1和第二储气罐6进行混合后提供，进行混合气体的等温吸附实验；通入吸附气体的步骤与之前通入氦气的一样，等气体吸附平衡后，根据连接垂直应变片27和平行应变片29的应变仪19和计算机20观测试件的吸附变形量，最后根据理想状态气体方程计算试件吸附气体的量。

为了本领域技术人员进一步了解本发明技术方案，在此结合附图1和2对本发明技术方案进行细化说明：

本发明包括混合气体供给系统、恒温吸附系统、抽真空系统、应变测量系统、数据采集系统；所述恒温吸附系统通过恒温系统包裹；所述恒温系统为加热水浴26可以进行不同温度条件下的等温吸附实验。混合气体供给系统包括第一储气罐1和第二储气罐6，第一储气罐1与气体混合装置7通过管路连接，第一储气罐1与气体混合装置7的管路上依次安装有第一减压阀2、第一压力表3和第一开关阀9；第二储气罐6与气体混合装置7通过管路连接，第二储气罐6与气体混合装置7的管路上连接有第二减压阀5、第二压力表4和第二开关阀8，可以进行混合气体的等温吸附实验。混合气体供给系统与等温吸附系统的管路上依次安装有第三压力表10和第三开关阀11。等温吸附系统包括参考釜21和样品釜24；参考釜21上设置有第四压力表22和第四开关阀23；样品釜24上设置有第五压力表14和第五开关阀13样品釜24内部装有煤样28平行层理方向应变片29垂直层理方向应变片27；两个参考釜通过管路连接管路上装有第六开关阀12；等温吸附系统通过管路与抽真空系统连接安装有第七开关阀15。抽真空系统包括真空容积25和真空泵18，其通过管路连接并装有第六压力表16和第八开关阀17。应变测量系统和数据采集系统包括应变仪19和计算机20；应变测量系统通过管路与垂直层理应变片27和平行层理应变片29连接，通过此系统可以实时的记录与观察煤样在垂直层理方向和平行层理方向的应变量。

使用时，首先将标准尺寸的煤样试件按要求安装在等温吸附变形装置的样品釜24内，并对其进行气密性检查。通过真空泵18对整个实验装置进行抽真空。将恒温水浴26的温度设定到实验所需值以模拟地底温度情况。首先通入无吸附性的氦气，打开第三开关阀11，关闭第六开关阀12，使气体只进入参考釜21中。随后关闭储气罐1、第二开关阀9和第七开关阀15，使得原本在参考釜21的气体进入样品釜24中，并达到气体平衡。根据理想状态气体方程测算自由空间体积。之后再进行吸附气体的吸附试验，之后的气体吸附实验气体由第一储气罐1和第二储气罐6，进行混合后提供，进行混合气体的等温吸附实验。通入吸附气体的步骤与之前通入氦气的一样，等气体吸附平衡后，根据连接垂直应变片27平行应变片29的应变仪19和计算机20观测试件的吸附变形量，最后根据理想状态气体方程计算试件吸附气体的量。

Claims

1.一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置，它包括混合气体供给系统和抽真空系统，其特征在于：混合气体供给系统与恒温吸附系统通过管路连接；恒温吸附系统与抽真空系统通过管路连接；恒温吸附系统与应变测量系统连接；应变测量系统与数据采集系统通过导线连接。

2.根据权利要求1所述的一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置，其特征在于：所述混合气体供给系统包括第一储气罐（1）和第二储气罐（6），第一储气罐（1）与气体混合装置（7）通过管路连接，第一储气罐（1）与气体混合装置（7）的管路上依次安装有第一减压阀（2）、第一压力表（3）和第一开关阀（9）；第二储气罐（6）与气体混合装置（7）通过管路连接，第二储气罐（6）与气体混合装置（7）的管路上连接有第二减压阀（5）、第二压力表（4）和第二开关阀（8）。

3.根据权利要求1所述的一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置，其特征在于：等温吸附系统包括参考釜（21）和样品釜（24）；参考釜（21）上设置有第四压力表（22）和第四开关阀（23）；样品釜（24）上设置有第五压力表（14）和第五开关阀（13）；样品釜（24）内部装有煤样（28）；两个参考釜通过管路连接；所述管路上装有第六开关阀（12）；等温吸附系统通过管路与抽真空系统连接且管路上安装有第七开关阀（15）。

4.根据权利要求1所述的一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置，其特征在于：混合气体供给系统与恒温吸附系统的管路上依次安装有第三压力表（10）和第三开关阀（11）。

5.根据权利要求1所述的一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置，其特征在于：抽真空系统包括真空容积（25）和真空泵（18），真空容积（25）和真空泵（18）通过管路连接；管路上装有第六压力表（16）和第八开关阀（17）。

6.根据权利要求1所述的一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置，其特征在于：应变测量系统包括平行层理方向应变片（29）和垂直层理方向应变片（27）；平行层理方向应变片（29）和垂直层理方向应变片（27）安装在煤样（28）上；平行层理方向应变片（29）和垂直层理方向应变片（27）与应变仪（19）导线连接。

7.根据权利要求1所述的一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置，其特征在于：数据采集系统包括计算机，计算机与应变测量系统的应变仪（19）导线连接。

8.如权利要求1所述的一种混合气体条件下的等温吸附变形试验装置的试验方式，其特征在于：它包括：步骤1、将标准尺寸的煤样试件安装在等温吸附系统的样品釜（24）内，并进行气密性检查；通过真空泵（18）对整个实验装置进行抽真空；将恒温水浴（26）的温度设定到实验所需值以模拟地底温度情况；步骤2、首先通入无吸附性的氦气，打开第三开关阀（11），关闭第六开关阀（12），使气体只进入参考釜（21）中；随后关闭储气罐（1）、第二开关阀（9）和第七开关阀（15），使得原本在参考釜（21）的气体进入样品釜（24），并达到气体平衡；根据理想状态气体方程测算自由空间体积；之后再进行吸附气体的吸附试验；吸附试验气体由第一储气罐（1）和第二储气罐（6）进行混合后提供，进行混合气体的等温吸附实验；通入吸附气体的步骤与之前通入氦气的一样，等气体吸附平衡后，根据连接垂直应变片（27）和平行应变片（29）的应变仪（19）和计算机（20）观测试件的吸附变形量，最后根据理想状态气体方程计算试件吸附气体的量。