本发明专利技术涉及一种煤页岩中气体动态流动-吸附的等温恒压实验装置及方法，装置包括：气体增压装置，用于为吸附装置提供一定压力的气源；吸附装置，用于承载样品，接收气体增压装置和压力控制装置的气源；抽真空装置，用于将吸附装置和压力控制装置内的气体抽走；压力控制装置，用于向吸附装置补充气源，使吸附装置内的压力保持恒定；数据采集系统，用于实时采集吸附装置内的压力；温度控制装置，用于控制吸附装置和压力控制装置的温度恒定。本发明专利技术通过压力控制装置对煤页岩颗粒外周围气体压力进行控制，使其始终处于恒定状态，能够测量颗粒内部压力达到平衡之前吸附量随时间的变化过程。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤页岩开发
，具体地说，是涉及一种吸附性气体在煤页岩中动态流动-吸附测试的实验装置和方法。
技术介绍
煤层气、页岩气是赋存于煤层或页岩中的一种呈游离、吸附或溶解状态的甲烷气体。煤层和页岩储层中吸附气含量较高，气体的吸附特征影响其开采特征，气体在多孔介质内的吸附参数是储层描述、储量计算以及开发方案设计的关键基础数据。目前测定吸附的实验方法有容量法和重量法，等温吸附实验方法是较常用的容量测量方法，是将一定粒度的颗粒样品置于密闭容器中，测定其在相同温度不同压力条件下达到吸附平衡时所吸附的甲烷气体的体积，再根据相关吸附理论(如Langmuir单分子层吸附理论)计算出吸附常数。由于在等温吸附实验过程中密闭容器中的甲烷气体逐渐为煤页岩颗粒吸附，容器中的压力逐渐降低，即颗粒外部压力逐渐降低，对于煤页岩颗粒靠近边界的部位，吸附与解吸同时发生，这使得该实验过程中同时存在吸附、解吸过程，机理复杂，且仅能得到平衡吸附压力下的饱和吸附量，难以仅从等温吸附曲线(压降曲线)中得到平衡状态之前的纯流动-吸附的动态过程，同时该过程难以用数学模型进行描述。而实际上，气体在煤层或页岩中的吸附过程与流动过程同时发生，是一个动态的耦合变化过程，等温吸附实验方法不能反映该过程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种煤页岩中气体动态流动-吸附的等温恒压实验装置，能在给定温度、压力条件下测量岩样对甲烷气体的动态吸附及流动过程，既能测量煤页岩对气体的平衡吸附量，又能描述到达平衡之前的流动-吸附动态过程，同时该过程不存在解吸过程。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现: 一种煤页岩中气体动态流动-吸附的等温恒压实验装置，所述装置包括: 气体增压装置，用于为吸附装置提供一定压力的气源； 吸附装置，用于承载样品，接收气体增压装置和压力控制装置的气源； 抽真空装置，用于将吸附装置和压力控制装置内的气体抽走； 压力控制装置，用于向吸附装置补充气源，使吸附装置内的压力保持恒定； 数据采集系统，用于实时采集吸附装置内的压力； 温度控制装置，用于控制吸附装置和压力控制装置的温度恒定。如上所述的煤页岩中气体动态流动-吸附的等温恒压实验装置，所述压力控制装置包括泵体，所述泵体向所述吸附装置补充气源。如上所述的煤页岩中气体动态流动-吸附的等温恒压实验装置，所述压力控制装置为手摇泵，所述手摇泵包括泵体(11)和转盘(12 )，所述转盘(12)上设置有刻度。如上所述的煤页岩中气体动态流动-吸附的等温恒压实验装置，所述气体增压装置包括储气装置(1)、管线(2)和阀门(5)，所述管线(2)用于连接储气装置(I)和吸附装置，所述阀门(5 )设置于所述管线(2 )上。如上所述的煤页岩中气体动态流动-吸附的等温恒压实验装置，所述管线(2)上沿气流方向还依次设置有减压阀(3)和增压泵(4)。如上所述的煤页岩中气体动态流动-吸附的等温恒压实验装置，所述吸附装置包括样品罐(8)，所述样品罐(8)通过阀门(7)与所述抽真空装置相接，所述样品罐(8)通过阀门(6)与所述气体增压装置相接，所述样品罐(8)通过所述阀门(10)与所述压力控制装置相接。如上所述的煤页岩中气体动态流动-吸附的等温恒压实验装置，所述数据采集系统包括压力传感器(13)和计算机(14)，所述压力传感器(13)实时采集吸附装置中气源的压力并传输至计算机。如上所述的煤页岩中气体动态流动-吸附的等温恒压实验装置，所述温度控制装置包括水浴箱(15)和恒温箱(16 )。基于上述煤页岩中气体动态流动-吸附的等温恒压实验装置的设计，本专利技术还提出了一种实验方法，包括如下步骤: 温度控制装置设定至所需温度； 将样品置入吸附装置； 连接管线进行气密性实验； 抽真空装置将吸附装置和压力控制装置内的气体抽走； 气体增压装置将气体增压至设定压力，然后将增压后的气体充至吸附装置和压力控制装置； 通过压力控制装置向吸附装置补充气源，使吸附装置内的压力保持恒定，与设定压力相同； 当吸附装置内压力不再随时间变化，则吸附达到饱和状态； 记录通过压力控制装置泵入吸附装置中的气体体积和时间的关系。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是: (I)本专利技术通过压力控制装置对煤页岩颗粒外周围气体压力进行控制，使其始终处于恒定状态，能够测量颗粒内部压力达到平衡之前吸附量随时间的变化过程，且由于煤页岩颗粒外部压力保持恒定，整个实验过程仅有气体流动和气体吸附过程发生，保证了吸附实验结果的准确性。。( 2 )由于气体首先以自由气的形式通过岩样颗粒内部的微纳米孔隙进入岩样颗粒内部，然后在岩样颗粒内表面进行吸附，因此本专利技术所测得的气体吸附量与时间的关系包含气体在颗粒内部的流动过程，且实验过程中不存在解吸过程，实验结果易于分析。(3)本专利技术的压力控制装置优选采用手摇泵，可以提高注入气体体积的精度。(4)采用水浴-恒温箱双重控温，温度控制精度高，减小了温度浮动对测量结果的影响。结合附图阅读本专利技术实施方式的详细描述后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。【附图说明】图1是本专利技术具体实施例实验装置示意图。其中:1、甲烷气瓶，2、管线，3、减压阀，4、增压泵，5、阀门，6、阀门，7、阀门，8、样品罐，9、真空泵，10、阀门，11、螺杆式手摇泵，12、手摇泵转盘，13、压力传感器，14、计算机，15、水浴箱，16、恒温箱，17、煤页岩岩样。【具体实施方式】下面对本专利技术的【具体实施方式】进行详细地描述。本实施例提出了一种煤页岩中气体动态流动-吸附的等温恒压实验装置，包括: 气体增压装置，用于为吸附装置提供一定压力的气源； 吸附装置，用于承载样品，接收气体增压装置和压力控制装置的气源； 抽真空装置，用于将吸附装置和压力控制装置内的气体抽走； 压力控制装置，用于向吸附装置补充气源，使吸附装置内的压力保持恒定； 数据采集系统，用于实时采集吸附装置内的压力； 温度控制装置，用于控制吸附装置和压力控制装置的温度恒定。如图1所示，压力控制装置包括泵体，泵体向所述吸附装置补充气源。优选的，压力控制装置为手摇泵，手摇泵包括泵体11和转盘12，转盘12上设置有刻度。本实施例的手摇泵为螺杆式手摇泵，可以通过减小螺杆式手摇泵的直径提高气体注入体积的精度。本实施例的压力控制装置通过转动手摇泵转盘12改变手摇泵泵体11中气体的体积，从而控制吸附装置的样品罐8中的压力，并且能根据手摇泵转盘12的转动角度计算气体注入体积，即实时吸附量。气体增压装置包括储气装置1、管线2、减压阀3、增压泵4和阀门5，管线2用于连接储气装置I和吸附装置，阀门5设置于管线2上，管线2上当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种煤页岩中气体动态流动‑吸附的等温恒压实验装置，其特征在于，所述装置包括： 气体增压装置，用于为吸附装置提供一定压力的气源；吸附装置，用于承载样品，接收气体增压装置和压力控制装置的气源；抽真空装置，用于将吸附装置和压力控制装置内的气体抽走；压力控制装置，用于向吸附装置补充气源，使吸附装置内的压力保持恒定；数据采集系统，用于实时采集吸附装置内的压力；温度控制装置，用于控制吸附装置和压力控制装置的温度恒定。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：董明哲，王步娥，李亚军，王金杰，桑茜，宫厚健，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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