專利名稱：一種氣體在巖石孔隙中的吸附解吸實(shí)驗(yàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)或研究氣體在巖石孔隙中受巖石 圍壓、孔隙壓和溫度影響的氣體在巖石孔隙中的吸附解吸實(shí)驗(yàn)裝置及方法。
背景技術(shù)：
自然界自然形成的和人造的很多巖石是不致密的，是一種多孔的固體，也是一種 吸附劑，可以吸附某種或多種氣體，氣體在巖石中的吸附解吸特征一直是石油勘探開(kāi)發(fā)等 中必不可少的研究參數(shù)。前人研究表明氣體在巖石孔隙中的吸附解吸受巖石圍壓、孔隙 壓、溫度等的影響。為了能夠很好地研究氣體在巖石孔隙中受巖石圍壓、孔隙壓、溫度影響 的吸附解吸特征，有必要研制出一套氣體在巖石孔隙中受巖石圍壓、孔隙壓和溫度影響的 吸附解吸實(shí)驗(yàn)裝置。目前這種實(shí)驗(yàn)裝置還未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了快捷、方便、測(cè)量精度高的研究氣體在巖石孔隙中受巖石圍 壓、孔隙壓和溫度影響的吸附解吸狀況，特提供一種氣體在巖石孔隙中的吸附解吸實(shí)驗(yàn)裝 置及方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種氣體在巖石孔隙中的吸附解 吸實(shí)驗(yàn)裝置，是由氣瓶、巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置、加壓氣瓶、巖心夾持器、廢氣處理池、排液集氣 池組成，其結(jié)構(gòu)特征是先設(shè)置1 5個(gè)氣瓶、氣瓶出口管線上均安裝有減壓閥和壓力表，再 用六通閥合并連接到一條總管線；總管線連接在巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置上，巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置 設(shè)置有圍壓表、孔隙壓表和溫度調(diào)節(jié)器，側(cè)面安裝有加壓氣瓶，加壓氣瓶出口管線安有加壓 氣瓶減壓閥；巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置有兩條出口管線，一條為總管線接孔隙壓表后依次安裝針 型閥、穩(wěn)流閥、穩(wěn)壓閥，再連接轉(zhuǎn)子流量計(jì)及巖心夾持器入口閥門，然后接在巖心夾持器上， 另一條管線為加壓氣瓶接圍壓表后直接連接在巖心夾持器上；巖心夾持器出口管線分成兩 條管線，一條管線連接廢氣處理池閥門后依次安裝有針型閥、穩(wěn)流閥、穩(wěn)壓閥，再連接轉(zhuǎn)子 流量計(jì)，管線再接入廢氣處理池；另一條管線安有排液集氣池閥門，再接入排液集氣池，并 設(shè)置集氣瓶。一種氣體在巖石孔隙中的吸附解吸實(shí)驗(yàn)方法先將所有閥門關(guān)閉，將待測(cè)巖心裝 入巖心夾持器中，將待測(cè)氣體注入氣瓶，調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)器使溫度在_25°C 200°C之間，調(diào) 節(jié)加壓氣瓶上減壓閥使圍壓表示數(shù)在0. IMpa 25Mpa之間；然后打開(kāi)巖心夾持器入口閥 門和廢氣處理池閥門，再打開(kāi)減壓閥，此時(shí)氣體進(jìn)入管線，調(diào)節(jié)針型閥、穩(wěn)流閥、穩(wěn)壓閥，觀 察兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)，一直調(diào)節(jié)到兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)相同；再觀察孔隙壓表讀數(shù)，與設(shè)定值 相比較，若讀數(shù)偏大或偏小，調(diào)節(jié)針型閥、穩(wěn)流閥、穩(wěn)壓閥，觀察兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)，一直調(diào)節(jié) 到兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)相同，再觀察孔隙壓表讀數(shù)，直到孔隙壓表讀數(shù)為設(shè)定值0. IMpa 25Mpa;再關(guān)閉廢氣處理池閥門，巖心吸附氣體24h后，先關(guān)閉巖心夾持器入口閥門和減壓 閥，然后打開(kāi)排液集氣池閥門，用集氣瓶收集巖心解析氣體，解吸24h 240h，當(dāng)集氣瓶中
3氣體體積不再增大時(shí)，記錄解吸氣體體積；最后將集氣瓶中氣體搖勻，用氣體取樣器取集氣 瓶中少量氣體，用氣相色譜儀對(duì)氣體的組成和含量進(jìn)行分析。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有以下有益效果⑴通過(guò)針型閥、穩(wěn)流閥、穩(wěn)壓閥、精 密壓力表和轉(zhuǎn)子流量計(jì)的調(diào)節(jié)和控制，使待測(cè)氣體的流速更穩(wěn)定，更精確；(2)在一個(gè)實(shí)驗(yàn) 裝置中，能同時(shí)研究氣體在巖石孔隙中受巖石圍壓、孔隙壓和溫度影響的吸附解吸特征； (3)本實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本不高，實(shí)驗(yàn)方法操作方便、準(zhǔn)確、快速，可用于石油天然氣勘 探開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)和研究。


附圖為本發(fā)明氣體在巖石孔隙中的吸附解吸實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、2、3、4、5氣瓶，6減壓閥，7壓力表，8巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，9孔隙壓表，10圍 壓表，11溫度調(diào)節(jié)器，12加壓氣瓶減壓閥，13加壓氣瓶，14針型閥，15穩(wěn)流閥，16穩(wěn)壓閥，17 轉(zhuǎn)子流量計(jì)，18巖心夾持器入口閥門，19巖心夾持器，20廢氣處理池閥門，21廢氣處理池， 22排液集氣池閥門，23排液集氣池，24集氣瓶。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。按照附圖所示，本實(shí)驗(yàn)裝置由供氣系統(tǒng)即氣瓶1、2、3、4、5輸出待測(cè)氣體，進(jìn)入巖 心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置8、計(jì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)和巖心夾持器19。先將巖心裝入巖心夾持器19中，分別 調(diào)節(jié)巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置8上的溫度調(diào)節(jié)器11和加壓氣瓶減壓閥12，使巖心溫度和圍壓符合 實(shí)驗(yàn)要求。 然后打開(kāi)巖心夾持器入口閥門18和廢氣處理池閥門20，再打開(kāi)減壓閥6，此時(shí)氣 體進(jìn)入管線，調(diào)節(jié)針型閥14、穩(wěn)流閥15、穩(wěn)壓閥16，觀察兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)17，一直調(diào)節(jié)到兩 個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)17讀數(shù)相同；再觀察孔隙壓表9讀數(shù)，與設(shè)定值相比較，若讀數(shù)偏大或偏小， 調(diào)節(jié)針型閥14、穩(wěn)流閥15、穩(wěn)壓閥16，觀察兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)17，一直調(diào)節(jié)到兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì) 17讀數(shù)相同，再觀察孔隙壓表9讀數(shù)，直到孔隙壓表9讀數(shù)為設(shè)定值，然后關(guān)閉廢氣處理池 閥門20。巖心吸附氣體24h后，先關(guān)閉巖心夾持器入口閥門18和減壓閥6，然后打開(kāi)排液 集氣池閥門22，用集氣瓶24收集巖心解析氣體并讀數(shù)；最后將集氣瓶24中氣體搖勻，用氣 體取樣器取集氣瓶24中少量氣體，用氣相色譜儀對(duì)氣體的組成和含量進(jìn)行分析。計(jì)量調(diào)節(jié) 系統(tǒng)為巖心夾持器19前后兩端安裝的針型閥14，穩(wěn)流閥15，穩(wěn)壓閥16，轉(zhuǎn)子流量計(jì)17及孔 隙壓表9。所述針型閥14可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)壓力大小；穩(wěn)流閥15能很好地控制氣體的流動(dòng) 穩(wěn)定性；穩(wěn)壓閥16可以使整個(gè)系統(tǒng)的壓力保持較小波動(dòng)；轉(zhuǎn)子流量計(jì)17能夠讀出系統(tǒng)的 流動(dòng)速度，上述針型閥14、穩(wěn)流閥15、穩(wěn)壓閥16及轉(zhuǎn)子流量計(jì)17都是為了更好地穩(wěn)定壓力 和控制流速。從氣體一進(jìn)入巖心開(kāi)始，視為開(kāi)始吸附。在開(kāi)始吸附到待測(cè)氣體流速穩(wěn)定，同時(shí)巖 心圍壓、孔隙壓、溫度符合實(shí)驗(yàn)要求過(guò)程中的待測(cè)氣體進(jìn)入廢氣處理池21處理。此過(guò)程中 排液集氣池閥門22應(yīng)關(guān)閉，廢氣處理池閥門20應(yīng)打開(kāi)。如待測(cè)氣體為一種氣體，只要兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)17讀數(shù)相同，同時(shí)巖石圍壓、孔隙 壓、溫度符合實(shí)驗(yàn)要求，視為吸附飽和。吸附飽和后，關(guān)閉廢氣處理池閥門20，巖心夾持器入口閥門18和減壓閥6 ；然后打開(kāi)排液集氣池閥門22，此時(shí)氣體進(jìn)入排液集氣池23，解吸 24h 240h，當(dāng)集氣瓶24中氣體體積不再增加時(shí)，視為解吸完全，記錄解吸氣體體積。由于 是一種氣體，可認(rèn)為集氣瓶24中的氣體全為該種待測(cè)氣體，固不需用氣相色譜儀對(duì)解析氣 體進(jìn)行分析。如待測(cè)氣體為多種氣體，就會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)吸附現(xiàn)象。應(yīng)關(guān)閉排液集氣池閥門22，打開(kāi) 廢氣處理池閥門20，當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)17讀數(shù)相同，同時(shí)巖石圍壓、孔隙壓、溫度符合實(shí)驗(yàn) 要求，關(guān)閉廢氣處理池閥門20。然后吸附一定的時(shí)間，一般視為吸附24h為吸附飽和。這是 因?yàn)槿绻嵌喾N氣體在巖石孔隙中吸附，巖石對(duì)不同的氣體的吸附能力是不同的，即多種 氣體之間存在競(jìng)爭(zhēng)吸附。吸附飽和后，先關(guān)閉巖心夾持器入口閥門18和減壓閥6，然后打開(kāi) 排液集氣池閥門22，此時(shí)氣體進(jìn)入排液集氣池23，解吸24h 240h，當(dāng)集氣瓶24中氣體體 積不再增加時(shí)，視為解吸完全，記錄解吸氣體體積。將集氣瓶24中氣體搖勻，用氣體取樣器 取集氣瓶24中少量氣體，用氣相色譜儀對(duì)氣體的組成和含量進(jìn)行分析。由集氣瓶24中解 吸氣體總體積和由氣相色譜儀得到的解析氣體的組成和含量可以算出解吸氣體的組成和 各組分的體積。解吸過(guò)程中，關(guān)閉巖心夾持器入口閥門18的目的因?yàn)闅怏w是在一定的孔隙壓下 發(fā)生吸附作用，所以從減壓閥6到巖心夾持器入口閥門18的管道中的壓力等于孔隙壓，如 果不關(guān)閉巖心夾持器入口閥門18，管道中具有一定壓力的待測(cè)氣體將進(jìn)入集氣瓶24，影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果。即關(guān)閉巖心夾持器入口閥門18的目的是不讓從減壓閥6到巖心夾持器入口閥 門18這段管道中的氣體進(jìn)入集氣瓶24，減小實(shí)驗(yàn)誤差。下面再結(jié)合兩個(gè)實(shí)施例，結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1 兩種氣體甲烷和二氧化碳，其中甲烷為IMpa，二氧化碳為5Mpa，即在煤 巖的孔隙壓為6Mpa，同時(shí)煤巖的圍壓為5Mpa，溫度為110°C下，甲烷和二氧化碳?xì)怏w在煤巖 中的吸附解吸規(guī)律
具體實(shí)施例方式先檢查裝置氣密性，裝置氣密性完好后，關(guān)閉裝置所有閥門。然后調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)器 11和加壓氣瓶減壓閥12，使溫度為110°C和圍壓為5Mpa，再打開(kāi)裝有高純度甲烷氣瓶1的 減壓閥6，使壓力表7讀數(shù)為IMpa，打開(kāi)裝有高純度二氧化碳?xì)馄?的減壓閥6，使壓力表7 讀數(shù)為5Mpa。再打開(kāi)巖心夾持器入口閥門18和廢氣處理池閥門20，調(diào)節(jié)針型閥14、穩(wěn)流閥 15、穩(wěn)壓閥16，同時(shí)觀察轉(zhuǎn)子流量計(jì)17和孔隙壓表9示數(shù)；在此過(guò)程中，由于氣體通入煤巖 孔隙中，煤巖圍壓可能發(fā)生變化，所以在此過(guò)程中，應(yīng)注意調(diào)節(jié)加壓氣瓶減壓閥12，使煤巖 圍壓為5Mpa。當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)17讀數(shù)相同，同時(shí)孔隙壓表9為6Mpa時(shí)，并且煤巖圍壓為 5Mpa、溫度為110°C時(shí)，立即關(guān)閉廢氣處理池閥門20，吸附24小時(shí)后，視為吸附飽和。吸附 飽和后，關(guān)閉巖心夾持器入口閥門18和減壓閥6，打開(kāi)排液集氣池閥門22，此時(shí)解吸氣體進(jìn) 入排液集氣池23，解吸24h后，記錄下解吸氣體體積。將集氣瓶24中氣體搖勻，用氣體取樣 器取集氣瓶24中少量氣體，用氣相色譜儀對(duì)氣體的組成和含量進(jìn)行分析。由集氣瓶24中 解吸氣體總體積和由氣相色譜儀得到的解析氣體的組成和含量可以算出解吸氣體中各組 分的體積。如研究在一定的煤巖圍壓、孔隙壓和溫度下，三種或三種以上氣體在煤巖中的吸 附解吸規(guī)律，操作方式與上述基本相同。實(shí)施例2 在甲烷氣體為2Mpa，即在煤巖的孔隙壓為2Mpa，同時(shí)煤巖的圍壓為 5Mpa，溫度為110°C下，一種氣體甲烷在煤巖中的吸附解吸規(guī)律
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
和實(shí)施例1基本相同，同時(shí)由于是研究一種氣體甲烷在煤巖孔隙中 的吸附解吸規(guī)律，不存在幾種氣體在煤巖中的競(jìng)爭(zhēng)吸附，所以當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)17示數(shù)相 同，孔隙壓表9示數(shù)為2Mpa，并且煤巖圍壓為5Mpa，溫度為110°C時(shí)，可視為吸附飽和。同時(shí) 可認(rèn)為集氣瓶24中的氣體全為甲烷氣體，即不需用氣相色譜儀進(jìn)行分析。
權(quán)利要求
一種氣體在巖石孔隙中的吸附解吸實(shí)驗(yàn)裝置，由氣瓶、巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置、加壓氣瓶、巖心夾持器、廢氣處理池、排液集氣池組成，其特征在于先設(shè)置氣瓶(1、2、3、4、5)，氣瓶出口管線上均安裝有減壓閥(6)和壓力表(7)，再用六通閥合并連接到一條總管線；總管線連接在巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置(8)上，巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置(8)設(shè)置有孔隙壓表(9)，圍壓表(10)和溫度調(diào)節(jié)器(11)，側(cè)面安裝有加壓氣瓶(13)；加壓氣瓶(13)出口管線安有加壓氣瓶減壓閥(12)，巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置(8)有兩條出口管線，一條為總管線連接到孔隙壓表(9)，再依次安裝針型閥(14)、穩(wěn)流閥(15)、穩(wěn)壓閥(16)，再連接轉(zhuǎn)子流量計(jì)(17)及巖心夾持器入口閥門(18)，然后接在巖心夾持器(19)上；另一條管線為加壓氣瓶(13)接圍壓表(10)后直接連接到巖心夾持器(19)上；巖心夾持器(19)出口管線分成兩條管線，一條管線接廢氣處理池閥門(20)后依次安裝有針型閥(14)、穩(wěn)流閥(15)、穩(wěn)壓閥(16)，再連接轉(zhuǎn)子流量計(jì)(17)，管線再接入廢氣處理池(21)，另一條管線安有排液集氣池閥門(22)，再接入排液集氣池(23)，并設(shè)置集氣瓶(24)。
2.一種如權(quán)利要求1所述吸附解吸實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于先將所有閥門 關(guān)閉，將待測(cè)巖心裝入巖心夾持器(19)中，將待測(cè)氣體注入氣瓶(1)、或氣瓶(2)……或氣 瓶(5)，調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)器(11)使溫度在_25°C 200°C之間，調(diào)節(jié)加壓氣瓶減壓閥(12)使 圍壓表(10)示數(shù)在0. IMpa 25Mpa之間；然后打開(kāi)巖心夾持器入口閥門(18)和廢氣處 理池閥門(20)，再打開(kāi)減壓閥(6)，氣體進(jìn)入管線，調(diào)節(jié)針型閥(14)、穩(wěn)流閥(15)、穩(wěn)壓閥 (16)，觀察兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)(17)，一直調(diào)節(jié)到兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)(17)讀數(shù)相同；再觀察孔隙 壓表(9)讀數(shù)，與設(shè)定值相比較，若讀數(shù)偏大或偏小，調(diào)節(jié)針型閥(14)、穩(wěn)流閥(15)、穩(wěn)壓閥 (16)，直到兩個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)(17)讀數(shù)相同，同時(shí)觀察孔隙壓表(9)讀數(shù)，當(dāng)孔隙壓表(9)讀 數(shù)等于設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉廢氣處理池閥門(20)，巖心吸附氣體24h后，關(guān)閉巖心夾持器入口閥 門(18)和減壓閥(6)，打開(kāi)排液集氣池閥門(22)，用集氣瓶(24)收集巖心解析后氣體，解 吸24h 240h，當(dāng)集氣瓶(24)中氣體體積不再增加時(shí)，記錄解吸氣體體積；最后將集氣瓶 (24)中氣體搖勻，用氣體取樣器取集氣瓶(24)中少量氣體，用氣相色譜儀對(duì)氣體的組成和 含量進(jìn)行分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于石油勘探開(kāi)發(fā)中實(shí)驗(yàn)或研究氣體在巖石孔隙中的吸附解吸實(shí)驗(yàn)裝置及方法。它能快捷、方便的研究氣體在巖石孔隙中受巖石圍壓、孔隙壓和溫度影響的吸附解吸狀況。其技術(shù)方案是巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置上設(shè)有圍壓表、孔隙壓表和溫度調(diào)節(jié)器；在氣瓶出口管道上安裝有減壓閥和壓力表，再用六通閥合并連接到一條總管線，總管線連接到孔隙壓表，再依次安裝針型閥、穩(wěn)流閥、穩(wěn)壓閥，再連接轉(zhuǎn)子流量計(jì)，后接巖心夾持器；巖心夾持器出口分兩條管線，一條接入廢氣處理池，另一條接入排液集氣池。本實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本不高，實(shí)驗(yàn)方法操作方便、準(zhǔn)確、快速，用于研究氣體在巖石孔隙中受圍壓、孔隙壓和溫度的影響特征。
文檔編號(hào)G01N30/00GK101839841SQ201010145218
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者周成裕, 杜國(guó)勇, 楊亞宇, 熊俊杰, 陳馥 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)