RU2726756C1 - Способ определения количества газового гидрата, формирующегося в природном каменном угле - Google Patents
Способ определения количества газового гидрата, формирующегося в природном каменном угле Download PDFInfo
- Publication number
- RU2726756C1 RU2726756C1 RU2019130744A RU2019130744A RU2726756C1 RU 2726756 C1 RU2726756 C1 RU 2726756C1 RU 2019130744 A RU2019130744 A RU 2019130744A RU 2019130744 A RU2019130744 A RU 2019130744A RU 2726756 C1 RU2726756 C1 RU 2726756C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- hydrate
- coal
- amount
- autoclave
- Prior art date
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 52
- NMJORVOYSJLJGU-UHFFFAOYSA-N methane clathrate Chemical compound C.C.C.C.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O NMJORVOYSJLJGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 8
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 19
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical class [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000002569 water oil cream Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F7/00—Methods or devices for drawing- off gases with or without subsequent use of the gas for any purpose
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Geology (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при определении количества газового гидрата, что необходимо при расчете газового баланса угольного пласта и прогнозировании внезапных выбросов угля и газа. Техническим результатом является определении количества газа, находящегося в форме газового гидрата в природном угле, установлении давления и температуры, при которых происходит разложение газового гидрата, а также сопоставление полученных результатов со свойствами исследуемых образцов природного угля, его фактической влажностью, степенью метаморфизма. Указанный технический результат достигается тем, что заявляемый способ определения количества газового гидрата, формирующегося в природном угле, включает подготовку образца угля и создание влажности образца в диапазоне от 0.4 до 1.0 доли от максимально возможного количества воды путем предварительного высушивания образцов каменного угля крупностью частиц 1,0-2,0 мм при 110°C и выдержки их в эксикаторе с заданной влажностью воздуха, в котором осуществляется сорбция воды до равновесного состояния, загрузку подготовленного угля в автоклав и выдержку угля при высоком давлении газа и низкой температуре, соответствующих условиям стабильности газового гидрата, последующего разложения газового гидрата в природном угле в изохорическом режиме при линейном повышении внешней температуры, при котором каждые 20 секунд измеряют давление газа в автоклаве, температуру на периметре и в центре автоклава. Измерение температуры в двух точках на периметре и в центре автоклава позволяет с точностью 0,1°C определить точки начала и окончания процесса разложения гидрата. Изохорические условия разложения позволяют учесть весь выделяющийся при разложении гидрата газ и рассчитать его количество по величине повышения давления на участке разложения гидрата, и по стехиометрической формуле рассчитать количество газового гидрата, формирующегося в природном угле. Предварительная подготовка образцов позволяет сопоставить количество газового гидрата с влажностью угля и его маркой, что необходимо при использовании результатов измерений для составления газового баланса угольных пластов. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано при определении газового баланса угольного пласта и прогнозировании внезапных выбросов угля и газа.
Известен способ определения количества газового гидрата [1] в котором образование гидрата осуществляют в песках и кернах пористых осадочных пород в закрытом автоклаве, размещенном в воздушном термостате, при этом образование гидрата инициируется при ступенчатом понижении температуры термостата и фиксируется по падению давления газа в автоклаве. Одновременное измерение температуры и давления позволяет определить условия образования гидрата, а по величине ступени рассчитать количество гидрата.
Недостатком данного способа являются ступенчатый характер понижения температуры и отсутствие записи давления и температуры, что не позволяет с достаточной точностью определить равновесные условия образования гидрата и рассчитать его количество. Другим недостатком является способ подготовки песка и природных кернов, которые предварительно промываются ацетоном, соляной кислотой, а затем промываются и насыщаются дистиллированной водой и после удаления свободной влаги используются в экспериментах. Такая подготовка образцов не позволяет изучить влияние естественной поверхности горных пород на образование гидрата, поскольку гидрат формирует капиллярная влага, находящаяся между зернами горной породы.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, осуществляемый с помощью установки «Газогидрат 3М» [2], оборудованной компьютеризированной системой записи экспериментальных данных, устройством для качания автоклава, а также прозрачными стенками, позволяющими визуально наблюдать и изучать процесс образования гидрата в водонефтяных эмульсиях или насыпных средах при изохорическом и изотермическом процессах. Недостатками данного способа является то, что внутрь реакционного объема вода, газ и среда, в которой происходит образование гидрата, подаются отдельно, так что формирование гидрата происходит из влаги, занимающей пространство между частицами или образующей водонефтяную эмульсию. При этом автоклав находится в воздушном термостате, что ограничивает поток тепла через стенки внутрь автоклава и затрудняет изучение фазовых переходов в режиме линейного повышения температуры. Недостатком указанного способа является то, что он не позволяет определять количество газовых гидратов в каменном угле, имеющим развитую сеть макро-, микро- и переходных пор, куда вода поступает только при определенных условиях.
Целью предполагаемого изобретения является повышение точности определения количества газового гидрата, формирующегося в природных каменных углях.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в определении количества газа, находящегося в форме газового гидрата в природном угле, установлении давления и температуры, при которых происходит разложение газового гидрата, а также сопоставление полученных результатов со свойствами исследуемых образцов природного угля, его фактической влажностью, степенью метаморфизма.
Указанный технический результат достигается тем, что заявляемый способ определения количества газового гидрата, формирующегося в природном угле, включает подготовку образца угля и создание влажности образца в диапазоне от 0.4 до 1.0 доли от максимально возможного количества воды путем предварительного высушивания образцов каменного угля крупностью частиц 1,0-2,0 мм при 110°С и выдержки их в эксикаторе с заданной влажностью воздуха, в котором осуществляется сорбция воды до равновесного состояния, загрузку подготовленного угля в автоклав и выдержку угля при высоком давлении газа и низкой температуре, соответствующих условиям стабильности газового гидрата, последующего разложения газового гидрата в природном угле в изохорическом режиме при линейном повышении внешней температуры, при котором каждые 20 секунд измеряют давление газа в автоклаве, температуру на периметре и в центре автоклава, по которым с точностью 0,1°С определяют точки начала и окончания процесса разложения гидрата в природном угле, на основе чего по Р-Т диаграмме более точно измеряют количество газа, полученного при разложении газового гидрата, а количество газового гидрата рассчитывают с учетом стехиометрической формулы.
Предлагаемый способ поясняется схемой и диаграммой. На фиг. 1 показана схема экспериментальной установки, используемой на этапе разложения газового гидрата, сформированного в природном угле на предварительном этапе. На фиг. 2 показана типичная Р-Т диаграмма разложения газового гидрата в природном угле, на которой этап разложения гидрата в нескольких образцах природного угля проявляется в виде ступени повышения давления.
Предлагаемый способ определения количества газового гидрата, формирующегося в природном угле, реализуется следующим образом. Образец природного угля измельчают, после чего отбирают фракцию с размером частиц 1.0÷2.0 мм, которую в течении 6 часов при 110°С высушивают в вакуумной печи, затем охлаждают до комнатной температуры и выдерживают до установления постоянной массы в одном из эксикаторов с заданной влажностью воздуха. По изменению массы рассчитывают влажность образцов. Значение влажности воздуха задают насыщенным водносолевым раствором, помещенным в каждый эксикатор: Na2CO3 - 0.91; KCl - 0.84; NaCl - 0.75; KJ -0.69; MnCl2 - 0.56; NaJ - 0.38; CaBr2 - 0.17, здесь цифры соответствуют равновесному значению относительной влажности над насыщенным раствором данной соли в долях единицы. Размер частиц угля выбран так, чтобы выдержать баланс между легким доступом газа и воды во внутреннее пространство частиц, а с другой стороны минимизировать влияние внешней поверхности частиц на сорбцию воды и исключить возможность образования гидрата в перемычках и линзах, образующихся в местах контакта частиц угля. Подготовленные образцы угля помещают в автоклав (2) фиг. 1, в котором при соединении краном (3) с внешним баллоном создается высокое давление газа, образующего гидрат (метан, углекислый газ, природный газ), затем автоклав с углем и газом выдерживают более суток при температуре минус 10°C для наработки гидрата, после чего при пониженных температурах автоклав помещают в жидкостный термостат (1) фиг. 1 на котором задают программу повышения температуры теплоносителя с постоянной скоростью, выбранной в диапазоне от 1 до 6°С/час. В автоклаве объемом 90 мл при такой скорости повышения температуры скорость разложения газового гидрата в угле определяется скоростью изменения внешних параметров и при пересечении равновесной кривой происходит полное разложение гидрата. Посредством преобразователей давления (4) и температуры (5, 6), а также многоканального измерителя (7) на протяжении всего эксперимента каждые 20 секунд измеряют и записывают в память компьютера (8) газовое давление внутри автоклава, температуру в центре и по периметру автоклава. При линейном росте внешней температуры начало разложения гидрата соответствует давлению в начале ступени повышения (фиг. 2) и температуре на периметре автоклава, а окончание разложения соответствует давлению в конце перегиба и температуре центра автоклава. Количество газа вычисляют по уравнению реального газа, а количество газового гидрата определяют исходя из увеличения количества газа в газовой фазе автоклава по стехиометрической формуле. Данные о количестве газового гидрата в природном угле могут быть использованы при построении газового баланса угольного пласта и расчете для участков угольных пластов критериев потенциальной опасности по динамическим явлениям.
Примером выполнения заявляемого способа (фиг. 2) может служить определение количества гидрата метана, формирующегося в образцах каменного угля, отобранных в Кузнецком угольном бассейне: уголь марки «К» - ш. Первомайская, «ГЖ» - ш. Усковская, «Г» - ш. 7 ноября (далее код Гн), «Г» - ш. им. С.М. Кирова (код Гк). Отобранные образцы угля с крупностью частиц 1.0-2.0 мм высушивали в вакуумной печи, затем каждый из образцов выдерживали в одном из эксикаторов при комнатной температуре, задав, таким образом, влажность угля «К» - 2.26%, «ГЖ» - 4.35%, «Гн» - 4.71%, «Гк» - 7.56%. Заданные значения влажности находятся ниже сорбционной емкости каждого образца. Поочередно, каждый из подготовленных образцов загружали в автоклав (2) фиг.1, охлаждали ниже температуры стабильного существования газового гидрата, затем снимали Р-Т диаграмму процесса повышения внешней температуры с постоянной скоростью. На фиг.2 процесс №1 соответствует разложению гидрата метана в угле марки «К», №2 - «ГЖ», №3 и №4 - «Гн», №6 - «Гк». На диаграмме (фиг.2) видно, что для всех образцов разложение гидрата метана в угле происходит вблизи кривой равновесия гидрата метана (штриховая линия). Измеренное удельное количество газа, вовлекающегося в образование гидрата метана в этих образцах, составило для угля «К» - 1.4, «ГЖ» - 1.0, «Гн» - 1.3, «Гк» - 0.4 м3/т угля, а масса газового гидрата метана, рассчитанная с учетом стехиометрической формулы, для этих изменений составила для угля «К» - 0.80, «ГЖ» -0.57, «Гн» - 0.73, «Гк» - 0.23% от массы угля.
Заявляемый способ доступен для технической реализации и позволяет измерять количество газового гидрата, формирующегося в природном угле.
Claims (1)
- Способ определения количества газового гидрата, формирующегося в природном каменном угле, включающий образование гидрата в закрытом автоклаве, помещенном в термостат, и последующее разложение гидрата при линейном изохорическом повышении температуры, отличающийся тем, что для повышения точности определения количества газового гидрата, формирующегося в природном каменном угле, задают влажность образцов и ее равновесное распределение по поровому пространству, для чего предварительно высушивают образцы каменного угля крупностью частиц 1,0-2,0 мм при 110°C и выдерживают их в эксикаторе с заданной относительной влажностью воздуха, в котором осуществляется сорбция воды до равновесного состояния, после чего образцы выдерживают при низкой температуре и высоком давлении газа в автоклаве до полного завершения процесса образования гидрата, затем автоклав с образцом помещают в термостат с жидким теплоносителем, в котором для разложения гидрата в автоклаве создается лучший тепловой контакт за счет использования жидкого теплоносителя, а посредством преобразователей давления и температуры, а также многоканального измерителя на протяжении всего эксперимента каждые 20 секунд измеряют и записывают в память компьютера газовое давление внутри автоклава, температуру в центре и по периметру автоклава, по которым с точностью 0,1°C определяют точки начала и окончания процесса разложения гидрата в природном угле, на основе чего строят Р-Т диаграмму, по которой более точно измеряют количество газа, полученного при разложении газового гидрата, а количество газового гидрата рассчитывают с учетом стехиометрической формулы.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019130744A RU2726756C1 (ru) | 2019-09-26 | 2019-09-26 | Способ определения количества газового гидрата, формирующегося в природном каменном угле |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019130744A RU2726756C1 (ru) | 2019-09-26 | 2019-09-26 | Способ определения количества газового гидрата, формирующегося в природном каменном угле |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2726756C1 true RU2726756C1 (ru) | 2020-07-15 |
Family
ID=71616869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019130744A RU2726756C1 (ru) | 2019-09-26 | 2019-09-26 | Способ определения количества газового гидрата, формирующегося в природном каменном угле |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2726756C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2006031C1 (ru) * | 1991-04-19 | 1994-01-15 | Алтайский политехнический институт им.И.И.Ползунова | Способ определения содержания свободного оксида кальция в высококальциевой золе |
| CN105510143A (zh) * | 2016-01-16 | 2016-04-20 | 黑龙江科技大学 | 用于煤体原位力学特性的实验装置及基于该装置的瓦斯水合物饱和度监测装置及方法 |
| CN106226139A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-14 | 中国地质大学（北京） | 一种冻土区固结岩石样品中水合物的合成和监测方法 |
| CN106596224A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-04-26 | 中国石油大学(华东) | 两步法制备天然气水合物岩样的实验装置及方法 |
| RU2625544C1 (ru) * | 2016-07-05 | 2017-07-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ определения термобарических параметров образования гидратов в многокомпонентной смеси |
-
2019
- 2019-09-26 RU RU2019130744A patent/RU2726756C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2006031C1 (ru) * | 1991-04-19 | 1994-01-15 | Алтайский политехнический институт им.И.И.Ползунова | Способ определения содержания свободного оксида кальция в высококальциевой золе |
| CN105510143A (zh) * | 2016-01-16 | 2016-04-20 | 黑龙江科技大学 | 用于煤体原位力学特性的实验装置及基于该装置的瓦斯水合物饱和度监测装置及方法 |
| RU2625544C1 (ru) * | 2016-07-05 | 2017-07-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Способ определения термобарических параметров образования гидратов в многокомпонентной смеси |
| CN106226139A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-14 | 中国地质大学（北京） | 一种冻土区固结岩石样品中水合物的合成和监测方法 |
| CN106596224A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-04-26 | 中国石油大学(华东) | 两步法制备天然气水合物岩样的实验装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| А.Е. ВОРОБЬЕВ, В.П. МАЛЮКОВ "Газовые гидраты. Технология воздействия на нетрадиционные углеводороды". * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hol et al. | Applied stress reduces the CO2 sorption capacity of coal | |
| Clarkson et al. | The effect of pore structure and gas pressure upon the transport properties of coal: a laboratory and modeling study. 2. Adsorption rate modeling | |
| Gasparik et al. | First international inter-laboratory comparison of high-pressure CH4, CO2 and C2H6 sorption isotherms on carbonaceous shales | |
| Kobayashi et al. | Vapor-liquid equilibria for binary hydrocarbon-water systems | |
| Seo et al. | Multiple-phase hydrate equilibria of the ternary carbon dioxide, methane, and water mixtures | |
| Penner | Aspects of ice lens growth in soils | |
| Huang et al. | Absolute adsorption of light hydrocarbons on organic-rich shale: An efficient determination method | |
| Heidaryan et al. | Modified Redlich⿿ Kwong equation of state for supercritical carbon dioxide | |
| Ruppel et al. | Adsorption of methane/ethane mixtures on dry coal at elevated pressure | |
| CN108458951B (zh) | 通过解吸率快速确定煤层瓦斯含量的方法 | |
| Safarov et al. | Carbon dioxide solubility in 1-butyl-3-methylimidazolium-bis (trifluormethylsulfonyl) imide over a wide range of temperatures and pressures | |
| An et al. | Effect of stress, concentration and temperature on gas diffusion coefficient of coal measured through a direct method and its model application | |
| RU2654832C1 (ru) | Способ определения содержания незамерзшей воды в мерзлых грунтах | |
| Kudasik | The manometric sorptomat—An innovative volumetric instrument for sorption measurements performed under isobaric conditions | |
| RU2726756C1 (ru) | Способ определения количества газового гидрата, формирующегося в природном каменном угле | |
| RU2590981C1 (ru) | Способ исследования сорбционных свойств углей | |
| Ancell et al. | Analysis of the coalbed degasification process at a seventeen well pattern in the Warrior Basin of Alabama | |
| CN101377478A (zh) | 测定气体水合物相平衡条件的方法 | |
| CN111077174A (zh) | 一种页岩储层游离气和吸附气含量计算方法 | |
| Kudasik | Results of comparative sorption studies of the coal-methane system carried out by means of an original volumetric device and a reference gravimetric instrument | |
| RU2019706C1 (ru) | Способ определения выбросоопасных зон и газоносности угольных пластов в призабойной зоне | |
| Smirnov et al. | Decomposition of carbon dioxide hydrate in the samples of natural coal with different degrees of metamorphism | |
| CN105241776A (zh) | 一种测定原油析蜡量的方法 | |
| US20140096628A1 (en) | Method for determining wettability | |
| Skoczylas et al. | A simple method for measuring basic parameters of the coal—methane system under mining conditions |