[發(fā)明專利]一種瞬態(tài)煤體瓦斯吸附等溫線測試試驗(yàn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810244586.4
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108444864A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉操;張玉貴;賈天讓;鐘福平;魏國營;張明杰
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號: G01N7/04
• 分類號: G01N7/04
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

一種瞬態(tài)煤體瓦斯吸附等溫線測試試驗(yàn)方法，包括以下步驟：經(jīng)1、2、3…i個(gè)步驟逐漸增大煤體瓦斯吸附試驗(yàn)的初始注入壓力，每一步驟經(jīng)過一段時(shí)間吸附后均到達(dá)吸附平衡，每個(gè)步驟對應(yīng)個(gè)吸附平衡壓力點(diǎn)；本發(fā)明提出了瞬態(tài)表面過剩吸附量模型，該模型為測試煤體瓦斯吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)而非當(dāng)前的平衡態(tài)數(shù)據(jù)提供了理論基礎(chǔ)，該模型可廣泛運(yùn)用于多孔的含碳儲層中進(jìn)行煤層氣、頁巖氣、致密砂巖氣等非常規(guī)天然氣的現(xiàn)場試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于涉及一種瞬態(tài)煤體瓦斯吸附等溫線測試試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的煤體瓦斯吸附等溫試驗(yàn)指的是測定某一設(shè)定溫度條件下不同瓦斯壓力的瓦斯分子（例如CH₄、CO₂等單一或者混合氣體）與煤體達(dá)到吸附平衡的瓦斯吸附量變化曲線，典型的平衡態(tài)煤體瓦斯吸附等溫線如圖1所示，我國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)^[1-2]MT/T 752-1997及GB/T 19560-2008等公開的煤體高壓等溫試驗(yàn)方法的基本原理為：：

（1）

式（1）中為各吸附平衡壓力點(diǎn)的吸附量，cm³/g；為各吸附平衡壓力點(diǎn)吸附氣體的總體積，cm³；為吸附煤樣的質(zhì)量，g；吸附前向試驗(yàn)樣品罐內(nèi)充入的游離氣體的摩爾數(shù)，mol；吸附平衡后試驗(yàn)樣品罐內(nèi)剩余的游離氣體的摩爾數(shù)，mol；其中，采用真實(shí)氣體狀態(tài)方程求得。

通過測試不同吸附平衡壓力點(diǎn)的吸附量，然后連接各吸附點(diǎn)的吸附量即得圖1（a）所示吸附等溫線，這種不同瓦斯壓力下平衡態(tài)的瓦斯吸附量數(shù)據(jù)點(diǎn)連接而成的吸附等溫線在開展煤體吸附能力評估、煤層瓦斯含量預(yù)測、CO₂封存能力評價(jià)及煤層氣賦存量計(jì)算等方面非常重要，當(dāng)前的平衡態(tài)煤體瓦斯吸附等溫線僅能用于研究煤體與瓦斯處于吸附平衡狀態(tài)下的吸附能力研究。

但是，在開展煤層氣開發(fā)、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測及瓦斯抽采效果考察等工作時(shí)，煤體與瓦斯一直處于非吸附平衡狀態(tài)的動(dòng)態(tài)擴(kuò)散過程中，此時(shí)需要掌握煤體瓦斯吸附量隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種通過構(gòu)建瞬態(tài)煤體瓦斯吸附試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀閯?dòng)態(tài)擴(kuò)散過程中的瞬態(tài)煤體瓦斯吸附等溫線測試試驗(yàn)方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種瞬態(tài)煤體瓦斯吸附等溫線測試試驗(yàn)方法，包括以下步驟：經(jīng)1、2、3…i個(gè)步驟逐漸增大煤體瓦斯吸附試驗(yàn)的初始注入壓力 ，每一步驟經(jīng)過一段時(shí)間吸附后均到達(dá)吸附平衡，每個(gè)步驟對應(yīng)個(gè)吸附平衡壓力點(diǎn)，計(jì)算出每步瞬態(tài)煤體瓦斯吸附率等溫線，從而出到相應(yīng)的i條瞬態(tài)煤體瓦斯吸附等溫線，以及由連接而成的平衡態(tài)煤體瓦斯吸附等溫線。

所述的試驗(yàn)方法采用吸附等溫線測試試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，吸附等溫線測試試驗(yàn)裝置包括設(shè)置在恒溫水浴箱內(nèi)的參考罐和煤樣罐，煤樣罐的罐口連接有煤樣氣管，參考罐的罐口連接有參考?xì)夤埽瑓⒖細(xì)夤艿倪M(jìn)氣口連接有進(jìn)氣管，進(jìn)氣管上設(shè)有增壓泵，參考?xì)夤艿某鰵饪谂c煤樣氣管的進(jìn)氣口連接，煤樣氣管的出氣口連接有出氣管，煤樣氣管與出氣管的連接處設(shè)有第一閥門，煤樣氣管與參考?xì)夤艿倪B接處設(shè)有第二閥門，參考?xì)夤芘c進(jìn)氣管的連接處設(shè)有第三閥門，參考?xì)夤苌显O(shè)有第一壓力傳感器和第一溫度傳感器，煤樣氣管上設(shè)有第二壓力傳感器和第二溫度傳感器；

所述的第i步的瞬態(tài)煤體瓦斯吸附率等溫線計(jì)算方法，包括以下步驟：

（1）、定義參考罐和參考?xì)夤軆?nèi)空間體積為，煤樣罐和煤樣氣管內(nèi)空間體積為，采用氦密度法分別測出、和煤樣基質(zhì)體積，即可得吸附系統(tǒng)總的死空間體積；

（2）、第i步試驗(yàn)前，關(guān)閉第一閥門和第二閥門，打開第三閥門，由增壓泵向參考罐壓入設(shè)定壓力的試驗(yàn)氣體后關(guān)閉閥門，第i步試驗(yàn)中參與吸附試驗(yàn)的總氣體量為：

（1）