CN204718916U - 一种测定煤/页岩表面气体吸附及解吸曲线的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测定煤/页岩表面气体吸附及解吸曲线的装置，包括超级恒温箱、气路系统和监测系统：气路系统包括高压待测气瓶、真空泵、氦气瓶以及吸附罐；监测系统包括设于吸附罐进气端的入口端高精度气体质量流量计、系统压力传感器及设于吸附罐出气端的温度传感器和出口端高精度气体质量流量计，监测系统外接至计算机；吸附罐及温度传感器设于超级恒温箱内。本实用新型提供的一种测定煤/页岩表面气体吸附及解吸曲线的装置，实现了瓦斯解吸数据的自动采集和记录，大大提高了测定的准确性，并通过计算机计算，提高了准确性。能够准确的反映出瓦斯吸附/解吸的动态过程。

Description

一种测定煤/页岩表面气体吸附及解吸曲线的装置

技术领域

本实用新型涉及一种测定煤/页岩表面气体吸附及解吸曲线的装置。

背景技术

由于煤岩和泥页岩的储层特性，决定了在一定压力条件下，对储存于其中的甲烷等气体具有高吸附性，煤层气和页岩气的开采过程，其实质上就是煤岩和泥页岩对吸附在其表面的烃类气体的解吸过程。因此，弄清煤岩和泥页岩对于烃类气体的吸附与解吸机理，对煤层气和页岩气的合理开发具有重要意义。

对煤岩和泥页岩吸附与解吸机理的认识，最基本、最直接的研究手段就是室内评价。

目前测定瓦斯解吸实验装置可以分为两类，一是重量法，二是容量法。重量法实验精度较高，但是装置承受压力较小，并不适应高压下瓦斯解吸测定，且重量法采用煤/页岩样较少，并不能反映煤/页岩中瓦斯解吸本质特性。容量法现在被广泛应用，但是实验煤/页岩样量也偏少且可实验重复性较差。对于大质量煤/页岩样，要求反应时间短，数据采集量大，精度高，能承受较高压力下的瓦斯解吸实验。

实用新型内容

本实用新型的目的之一是为解决传统装置不能反映每种瓦斯解吸本质特征的难题，提供一种能有效提高准确性的测定煤/页岩表面气体吸附及解吸曲线的装置。

本实用新型提供一种测定煤/页岩表面气体吸附及解吸曲线的装置，包括超级恒温箱、气路系统和监测系统：

所述气路系统包括高压待测气瓶、真空泵、氦气瓶以及吸附罐，所述高压待测气瓶、真空泵及氦气瓶通过主管线连接至所述吸附罐，所述高压待测气瓶的出气端通过高压待测气瓶阀和所述真空泵相连接，并通过第一阀门连至所述吸附罐的进气端；所述氦气瓶的出气端通过氦气瓶出口阀连接至所述主管线上；

所述监测系统包括设于吸附罐进气端的入口端高精度气体质量流量计、系统压力传感器及设于所述吸附罐出气端的温度传感器和出口端高精度气体质量流量计，所述监测系统外接至计算机；

所述吸附罐及温度传感器设于所述超级恒温箱内。

进一步的，所述监测系统还包括：设于真空泵上的真空泵压力传感器。

进一步的，所述真空泵还设有真空泵高精度压力计，所述主管线上的入口端高精度压力计。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型提供的一种测定煤/页岩表面气体吸附及解吸曲线的装置，实现了煤/页岩表面气体吸附及解吸数据的自动采集和记录，大大提高了测定的准确性，并通过计算机计算，提高了准确性。能够准确的反映出瓦斯/页岩气吸附及解吸的动态过程。本装置压力适用范围可达50MPa，接近生产实际，更具指导价值；采用排水法计量吸附及解吸气量，测试结果更加精确；采用自动监测系统，可实现实时动态监测，反映出吸附与解吸过程随压力变化的实质。

附图说明

图1所示为本实用新型一种测定煤/页岩表面气体吸附及解吸曲线的装置的结构图。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本实用新型具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

如图1所示，本实用新型提供一种测定煤/页岩表面气体吸附及解吸曲线的装置，包括超级恒温箱、气路系统和监测系统：

气路系统包括高压待测气瓶5、真空泵4、氦气瓶6以及吸附罐1，高压待测气瓶5、真空泵4及氦气瓶6通过主管线连接至吸附罐1，高压待测气瓶5的出气端通过高压待测气瓶阀和真空泵4相连接，真空泵4通过第一阀门连至吸附罐1的进气端；氦气瓶6的出气端通过氦气瓶出口阀连接至主管线上；

监测系统包括设于吸附罐1进气端的入口端高精度气体质量流量计7、系统压力传感器8及设于吸附罐1出气端的温度传感器3和出口端高精度气体质量流量计9，监测系统外接至计算机；

吸附罐1及温度传感器3设于超级恒温箱2内。

进一步的，监测系统还包括：设于真空泵4上的真空泵压力传感器11。

进一步的，真空泵4还设有真空泵高精度压力计12，主管线上设有入口端高精度压力计10。

实施例：

将煤岩或页岩样品试件装入吸附罐1中，接通超级恒温箱2电源，根据实际地层温度设定实验温度23℃，由出气端的温度传感器3监测吸附罐1中温度，安置完毕后，关闭真空泵4阀门、高压待测气瓶阀，打开氦气瓶出口阀，向系统中充入一定量的氦气后关闭氦气瓶出口阀，待压力稳定后每隔1h记录系统压力变化，若6h内系统压力无明显变化，则说明气密性良好；若系统压力变化明显，说明气密性较差，需重新检查并组装实验装置。

若气密性良好，则开启真空泵4，打开真空泵阀门，对样品试件进行脱气，用以消除煤样吸附空气对试验结果的影响，脱气时间为3-6h，直至系统压力无明显变化，关闭真空泵4及真空泵阀门，打开氦气瓶出口阀，向吸附罐1充入一定量纯度＞99.999％的氦气后，待系统压力稳定后，分别通过入口端高精度气体质量流量计7以及系统压力传感器8测量并记录充入的甲烷气体质量以及系统压力，根据式(1)计算系统的自由空间体积，重复实验三次，取平均值作为自由空间体积，

$V_{\mathrm{free}}=\frac{\mathrm{ZmRT}}{\mathrm{pM}}---\left(1\right)$

开启真空泵4，打开真空泵阀门，对系统进行抽真空，持续时间为6h左右，直至压力无明显变化，关闭真空泵4及真空泵阀门，打开入口端高精度气体质量流量计7电源开关，调节高压待测气瓶5，向系统中充入纯度＞99.99％的甲烷气体，至实验设计压力，关闭高压待测气瓶5出气阀门，根据入口端高精度气体质量流量计7记录充入气体的质量；待系统压力平衡后(时间一般为24-48h)，通过系统压力传感器8记录平衡后的系统压力，根据式(2)计算并记录该平衡压力对应的吸附气体体积；依次提高系统实验压力，吸附罐1充入甲烷气体，使吸附平衡压力逐渐增大，可测得甲烷在煤岩中的等温吸附曲线。

$V_{\mathrm{ad}}=\frac{Z_0{m}_i{\mathrm{RT}}_0}{p_{0}M}-\frac{0.0224p{V}_{\mathrm{free}}}{\mathrm{ZRT}}---\left(2\right)$

通过反复等温吸附实验直至达到最高设计实验压力值后，进行解吸实验过程。关闭入口端高精度气体质量流量计7电源开关，打开出口端高精度气体质量流量计9电源开关，缓慢开启出口端放气阀门，放出部分甲烷气体至实验设计压力，关闭放气阀门，根据出口端高精度气体质量流量计9记录放出气体的质量，待系统压力平衡后(时间一般为24-48h)，通过系统压力传感器8记录平衡后的系统压力，根据式(3)计算解吸过程中的吸附气体量。重复释放甲烷气体的操作，并根据式(3)计算并记录该平衡压力下对应的甲烷吸附量，逐次降低系统实验压力进行试验，直至达到最低实验压力，可得出解吸过程甲烷等温吸附曲线。

$V_{\mathrm{ad}}=\frac{Z_0(m_t-m_0){\mathrm{RT}}_0}{p_{0}M}-\frac{0.0224p{V}_{\mathrm{free}}}{\mathrm{ZRT}}---\left(3\right)$

本实用新型提供的一种测定煤/页岩表面气体吸附及解吸曲线的装置，实现了煤/页岩表面气体吸附及解吸数据的自动采集和记录，大大提高了测定的准确性，并通过计算机计算，提高了准确性。能够准确的反映出瓦斯/页岩气吸附及解吸的动态过程。本装置压力适用范围可达50MPa，接近生产实际，更具指导价值；采用排水法计量吸附及解吸气量，测试结果更加精确；采用自动监测系统，可实现实时动态监测，反映出吸附与解吸过程随压力变化的实质。

本文虽然已经给出了本实用新型的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本实用新型权利范围的限定。

Claims (3)

1.一种测定煤/页岩表面气体吸附及解吸曲线的装置，包括超级恒温箱、气路系统和监测系统，其特征在于：

所述气路系统包括高压待测气瓶、真空泵、氦气瓶以及吸附罐，所述高压待测气瓶、真空泵及氦气瓶通过主管线连接至所述吸附罐，所述高压待测气瓶的出气端通过高压待测气瓶阀连接所述真空泵，所述真空泵通过第一阀门连至所述吸附罐的进气端；所述氦气瓶的出气端通过氦气瓶出口阀连接至所述主管线上；

所述监测系统包括设于所述吸附罐进气端的入口端高精度气体质量流量计、系统压力传感器及设于所述吸附罐出气端的温度传感器和出口端高精度气体质量流量计，所述监测系统外接至计算机；

所述吸附罐及温度传感器设于所述超级恒温箱内。

2.如权利要求1所述的一种测定煤/页岩表面气体吸附及解吸曲线的装置，其特征在于，所述监测系统还包括：设于真空泵上的真空泵压力传感器。

3.如权利要求1所述的一种测定煤/页岩表面气体吸附及解吸曲线的装置，其特征在于，所述真空泵还设有真空泵高精度压力计，所述主管线上设有入口端高精度压力计。