煤岩中甲烷吸附量测定+容量法.pdf

sy 中华人民共和国石油天然气行业标准 sy/ t 61 3 2 -习99 5 煤岩中甲烷吸附量测定容量法 1 9 9 5 - 1 2 - 2 5发布 1 9 9 6 - 0 6 - 3 0实施 中国石油夭然气总公司发 布 目 !j仁 功 煤岩中甲烷吸附量是评价煤层气储集能力的一项重要参数. 本标准的制定旨在规范煤岩中甲烷吸附量的测定方法及技术要求，保证测试参数的准确性。 本标准由石油地质勘探专业标准化委员会提出并归口。 本标准起草单位二石油勘探开发科学研究院廊坊分院。 本标准主要起草人任翠文卢新卫 目次 前 言 范围 “ ” ” “ ” ” ” ” ” ” ” ” “ “ ” “ “ ，. “ “ “ . (i 弓 用标准 ” ” ” “ ” ” “ 一 ” “ “ ” “ “ ” “ ” “ ” “ “ ” “ “ “ (i 原理 一 “ “ . ” ” ” ” :.” . 一” ” ” . ” ” . ” “ 二“ . ” “ (i 试验装置和设备、材料及试剂 “ “ “ ” “ “ ” “ “ “ ” ” ( i 样品试验前的 准备 “ “ ” ” ” ” ” ( 2 试验步骤 ” ” ” ” ” ” ， ” ， ” ( 3 数据处理 ” ” “ “ “ ” “ ” “ “ ( 5 精密度 “ “ “ ， “ ， “ 二” “ “ “ “ “ “ “ . ” “ ( 5 报告 “ “ “ “ ” ” ” ” ” “ “ ， ( 5 ，1，才山，、 .护0改 中华人民共和国石油天然气行业标准 s y/ t 6 1 3 2 - 1 9 9 5 煤岩中甲烷吸附量测定容量法 范围 本标准规定了容量法测定煤岩中甲烷吸附量的方法。 本标准适用于煤岩中甲烷吸附量测定 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文.本标准出版时，所示版本 均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 gb 2 1 2 -9 1 煤的工业分析方法 gb 2 1 7 -8 1 煤的真比重测定方法 3原理 气体与固体接触时，气体分子与固体发生碰撞，一部分气体分子在固体表面发生浓集作用称为 气体的吸附。已被吸附的气体分子，由于热运动或振动，进人游离气相，称为脱附。当吸附与脱附的 速度相等时，固体表面上分子数维持相对恒定，称为动态吸附平衡。 吸附量随温度和压力的变化而变化。根据动态吸附平衡原理，在恒温条件下，通过容量法测定不 同压力下的吸附量，即可求得煤岩中甲烷吸附曲线及吸附量。 4 . 1 4. 1 试验装里和设备、材料及试剂 试验装置和设备 . 1 甲烷吸附量测定装置 ( 见图 1 )主要包括二 a )吸附罐; b )充气罐; c ) 测量瓶:容积1 0 0 - 2 0 0 c u ，精 度士0 . 2 c m 3 ; d )压力传感器:量程 2 0 mp a ，灵敏度0 . 5 %; e )超 级恒温器:精度土 0 2 1, ; 0真空泵:真空度小于6 x 1 0 - - p a ; 9 )真空计:0 . 1 一2 0 p a . 4 . 1 . 2 干燥箱。 4 . 1 . 3 粉碎机 4 . 1 . 4 标准筛二0 .2 8 一0 . 1 8 mm . 4 . 1 . 5 天平:感量0 . 0 0 1 g . 4 . 2 材料及试剂 a ) 甲烷气:纯度大于9 9 . 9 %; b )氦气:纯度大于 9 9 . 9 %; c )空气:钢瓶装; d )无水乙醇:分析纯。 中国石油天然气总公司1 9 9 5 - 1 2 - 2 5 批准 1 9 9 6 - 0 6 - 3 0实施 l s y / t 6 1 3 2 - 1 9 9 5 - -司 r 声- 二-.二 二 二 自 自10 -1 一 阅 及附罐;2 -充气罐;3 - e 级恒温器; 图 1a- 1l 3c fy#1 5 - 吓力 传 感 器 “ ， 真 空 计 ; 7 i 41 9 量 瓶 8 一 平 衡 瓶 测定装置示意图 5 样品试验前的准备 样 品 制 备补 . 1 选取样品质量3 0 0 - - 5 0 飞，将样品 粉碎， . 2 将样品放人干燥箱在 1 0 5 下烘9 0 mi n . 试 漏 筛 取粒径为0 . 1 8 -y 0 . 2 8 m m的样品1 0 0 g . 取出后放人干燥器内冷却至室温 百1曰.1曰.1，白 . 51当55 向吸附罐内充人空气， 称样 加 压 大 于 最 高 球 脸 压 力2 m p a . 诊 查 有 无 渗 漏 现 象 ， 放 出 气 体 5 . 3 5 . 3 . 1 5 .3 . 2 5 .4 5 .4 . 1 用无水乙 醇洗净 吸附 罐，吹干 ，称质量n t i. 将吸附罐内 装满样品 ，称质量m = ，样品 质量为川= m = n t i. 自由空间体积的测定 实测法 将装满样品的吸附罐抽空脱气，真空度达到 4 p a后，断开真空泵将氦气充进充气罐，初始压 力为p i ，然后打开吸附 罐截止阀。1 0 m i n 后记录充气罐的 剩余压力a ，根据玻义尔定律计算自由 空 间体积: p f户 =( 一 一 1 ) v p z 式中:v , 吸 附罐自 由空间体积，c m ; p i -充气罐内氦气的初始压力，mp a ; 1 h 一 一 一充气罐内氦气的剩余压力，mp a ; v i i一 一充气罐及 管路的 体积， c m . 5 . 4 . 2计算法 5 . 4 . 2 . 1 自由空间体积用吸附罐体积减去样品体积求得。 5 . 4 . 2 . 2真相对密度按 gb 2 1 7测定 v = v 一m/ d . ” . 一 “. . . . . . . . . . . . . . ( 1 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ) - 2 - sy/ t 6 1 3 2 -1 9 9 5 式中 :v , 吸 附 罐体 积 ， cm; m品质量，g ; d 一 份 州 样 品 真 相 对 密 度 ， 9 / c m 5 . 5脱气 将装满样品的吸附罐抽空脱气，脱气温度6 2 - 9 3 当真空度达到4 p a 后，关闭吸附罐截止 阀，断开真空泵及超级恒温器。 5 . 6 试验压力和温度的确定 根据地层压力和温度确定试验压力和温度，最高试验压力应大于地层压力 i mp a 6试验 步骤 6 . 1 吸附过程甲烷吸附量的测定 6 . 1 . 1 将超级恒温器设定为试验温度，在此温 度卞 恒定2 h 以上 6 . 1 . 2 将充气罐接通甲 烷气源，使充气罐内 气体压力大于试验压力2 mp a ， 关闭甲烷气源，1 0 m i n 后 记录充气罐内甲烷初始压力p s缓慢打开吸附罐截止阀，当吸附罐内压力达到0 a mp a - ump a 时 ， 关闭 吸 附 罐 截 止 阀 ， i 0 m i n 后 再 次 记 录 充 气 耀内 甲 烧 荆余 压力p a ， 同 时 记 录 室 内 温 度， 。 。 6 . 1 . 3 恒温 7 h以上使气体充分吸附后、3 0 mi n内吸附罐内压力变化不超过 0 . 0 2 mp a 、此时的压力 即为吸附平衡压力p 6 . 1 . 4 计算: 6 . 1 . 4 . 1充人吸附罐内的气体体积 为: p 4 ) x 艺a 2 7 3 . 2 x 犷 ， ( 2 7 3 . 2 + t n ) x 0 . 1 0 1 3 2 5 ”. . “ . 二 . . . . . . . . . . . . . . ( 3 式中 : 玖 一 一 吸附 罐内 甲 烷 气 体 体 积 ( s t p ) . c m 3 ; 1 一 一 倪气罐内 甲烷的初始压力 ，mp a ; 儿充气罐内甲烷的剩余压力，mp a ; z a 乙一 一 汾别 为 1 p a 压力 下 室 温 t o 时 甲 烷 的 压 缩 因 子 ， m p a - ; 1 : 曰内温度，。 6 . 1 . 4 . 2 吸附罐内自由空间的游离气体体积为: v f = 2 7 3 . 2 x v 。 x p ( 2 7 3 . 2 + t , ) x z , x 0 : 1 0 1 3 2 5 式中 : 叭 一一 吸附 罐内 自 由 空 间 的 游 离 气 体 体 积 ( s t p ) . c m 3 r一 吸附平衡压力，mp a ; 乙一 - 7 ) 庄力 下 温 度为 1 时甲 烷 的 压 缩 因 子 ， m p a ; t . 一一 双附平衡温度，。 6 . 1 . 4 . 3 压力间隔内被吸附的气体体积为: 4 v一 e v ,- v , ”. ”二 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 4 ) . 二 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 5 ) 式中:a v ;, 州玉力 间隔内 被吸附的 气体体积( s t p ) , c m 0 6 . 1 . 5 在试验压力范围内应至少均匀选取 6个试验点，依次增高试验压力，按 6 . 1 . 2 一 6 . 1 .4步骤测定 飞 一，界月 .， 甲，甲获照” ，晚于 一 sy/ t 6 1 3 2 -1 9 9 5 不同压力时甲烷吸附量，其他各点的吸附平衡时间为4 h . 6 . 1 .6 对应于各吸附平衡压力a . 下单 位质量的样品的吸附量为: v = av /m 盈a “. ” ” “二6 ) 式 中 : 叭 一吸 附 平 衡 压 力 p ,下 单 位 质 量 样 品 的 吸 附 量 。 c m / g ; r ; _呀 二 燥无灰基 ，9 6 . 2 脱附过程甲烷吸附量的测定 吸附和脱附是可逆的，试验时侧定其一即可。 6 . 2 . 1 当吸附过程甲 烷吸附量测定结束后，将测量瓶内充满饱和食盐水，调整平衡瓶，并记录测量 瓶内 水初始体积v , 飞 6 . 2 . 2 慢慢打开吸附罐截止阀，放出一部分气体到测量瓶内( 放出气 量不超过测量瓶最大容 积) 关 闭吸附 罐截止阀，1 0 m i n 后调整平衡瓶记录测最瓶水的体积岭， ，同时记录室内温度t , 及大气压力 1 4) 0 6 . 2 . 3 平衡 4 h后，在3 0 min内压力变化不超过0 .0 2 mp a ，即吸附罐内重新达到吸附平衡，记录吸附 罐内甲 烷吸附 平衡压力p e 6 . 2 .4 计算方法: 6 . 2 . 4 . 1 吸附罐内放出的气体体积为: 2 7 3 . 2 x p . x ( v , 一v ) ( 2 7 3 .2 + t , ) x z , x 0 . 1 0 1 3 2 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 7 ) 卜 式中 v , - 州 则 量 瓶内 水 的 初 始 体 积 ， c m 3 ; v , 一 3 l 气后测量瓶内 水的 体积，c m ; 1 1) 一 一 室内大气压力，mp a , 6 . 2 . 4 . 2 吸附 罐内释 放出的游离气 体体积的 计算公式: v _ 一 。 p n 一 李、 、 艺6乙， 2 7 3 2 x v ( 2 7 3 . 2 + t , ) x 0 . 1 0 1 3 2 5 二 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 8 ) 式中 :p a 一 一 一 闰 及 附罐内放气前的压力，mp a ; p 7一一 田及 附罐内放气后的压力，mp a : 乙、z 7 一 一 份别为p 6 “ p 7 压力下温 度为 t ! 时甲烷的 压缩因子， mp a - . 6 . 2 . 4 .3 平衡压力下脱附的气体体积 一 a v 二 = v ， 一气 6 . 2 . 5 在试验压力范围内应至少均匀选取7个试验点。依次降压，按 6 . 2 , 1 -6 . 2 . 3步骤直到吸附罐内 甲 烷压力接近于吸附过程测定时第一 点的平衡压力，从而得到各压力点的 脱附气量，而最后一 点吸附 量 为: 1 ) 干燥无灰基按gb 2 1 2 测定 4 s y/ t 6 1 3 2 - 19 9 5 + a v 二 p o i x a v) / p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 0 ) 式 中 : 玖，一一 补 偿 吸 附 量 ， c m , ; p i 一 一 - j a 压吸附第一点的平衡压力，mp a ; a ll 一 一 邓 条 压解吸时最后一 点平衡压力、 mp a ; a v， 一- 为 吸 附 平 衡压 力 从 下 样 品 吸 附 量 ， c m 3 . 6 . 2 . 6 各平衡压力下单位质量样品的吸附量按 6 . 1 . 6 计算 7 . 1 数据处理 试验结果按朗格缪尔方程处理二 v、 , b p i 1 + b y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 约 式 中 : v ,格 缪 尔 吸 附 常 数 ， c u d / 9 ; b 一 一 绷格 缪尔 压 力 常 数 ， m p a . 7 .2 当把 ( 1 1 )式线性化