專利名稱：一種氣體在巖石孔隙中的吸附解吸實驗裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于石油天然氣勘探開發(fā)實驗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驗裝置及方法。
背景技術：
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 吸附解吸實驗裝置。目前這種實驗裝置還未見報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了快捷、方便、測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驗裝 置及方法。為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案一種氣體在巖石孔隙中的吸附解 吸實驗裝置，是由氣瓶、巖心流動實驗裝置、加壓氣瓶、巖心夾持器、廢氣處理池、排液集氣 池組成，其結構特征是先設置1 5個氣瓶、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實驗裝置上，巖心流動實驗裝置 設置有圍壓表、孔隙壓表和溫度調節(jié)器，側面安裝有加壓氣瓶，加壓氣瓶出口管線安有加壓 氣瓶減壓閥；巖心流動實驗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，再連接轉子流量計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，再連接轉子 流量計，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 設置集氣瓶。一種氣體在巖石孔隙中的吸附解吸實驗方法先將所有閥門關閉，將待測巖心裝 入巖心夾持器中，將待測氣體注入氣瓶，調節(jié)溫度調節(jié)器使溫度在_25°C 200°C之間，調 節(jié)加壓氣瓶上減壓閥使圍壓表示數(shù)在0. IMpa 25Mpa之間；然后打開巖心夾持器入口閥 門和廢氣處理池閥門，再打開減壓閥，此時氣體進入管線，調節(jié)針型閥、穩(wěn)流閥、穩(wěn)壓閥，觀 察兩個轉子流量計，一直調節(jié)到兩個轉子流量計讀數(shù)相同；再觀察孔隙壓表讀數(shù)，與設定值 相比較，若讀數(shù)偏大或偏小，調節(jié)針型閥、穩(wěn)流閥、穩(wěn)壓閥，觀察兩個轉子流量計，一直調節(jié) 到兩個轉子流量計讀數(shù)相同，再觀察孔隙壓表讀數(shù)，直到孔隙壓表讀數(shù)為設定值0. IMpa 25Mpa;再關閉廢氣處理池閥門，巖心吸附氣體24h后，先關閉巖心夾持器入口閥門和減壓 閥，然后打開排液集氣池閥門，用集氣瓶收集巖心解析氣體，解吸24h 240h，當集氣瓶中
3氣體體積不再增大時，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，用氣相色譜儀對氣體的組成和含量進行分析。本發(fā)明與現(xiàn)有技術比較，具有以下有益效果⑴通過針型閥、穩(wěn)流閥、穩(wěn)壓閥、精 密壓力表和轉子流量計的調節(jié)和控制，使待測氣體的流速更穩(wěn)定，更精確；(2)在一個實驗 裝置中，能同時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)本實驗裝置結構簡單，成本不高，實驗方法操作方便、準確、快速，可用于石油天然氣勘 探開發(fā)實驗和研究。


附圖為本發(fā)明氣體在巖石孔隙中的吸附解吸實驗裝置的結構示意圖。圖中1、2、3、4、5氣瓶，6減壓閥，7壓力表，8巖心流動實驗裝置，9孔隙壓表，10圍 壓表，11溫度調節(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 轉子流量計，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。
具體實施例方式下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步說明。按照附圖所示，本實驗裝置由供氣系統(tǒng)即氣瓶1、2、3、4、5輸出待測氣體，進入巖 心流動實驗裝置8、計量調節(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 調節(jié)巖心流動實驗裝置8上的溫度調節(jié)器11和加壓氣瓶減壓閥12，使巖心溫度和圍壓符合 實驗要求。 然后打開巖心夾持器入口閥門18和廢氣處理池閥門20，再打開減壓閥6，此時氣 體進入管線，調節(jié)針型閥14、穩(wěn)流閥15、穩(wěn)壓閥16，觀察兩個轉子流量計17，一直調節(jié)到兩 個轉子流量計17讀數(shù)相同；再觀察孔隙壓表9讀數(shù)，與設定值相比較，若讀數(shù)偏大或偏小， 調節(jié)針型閥14、穩(wěn)流閥15、穩(wěn)壓閥16，觀察兩個轉子流量計17，一直調節(jié)到兩個轉子流量計 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)為設定值，然后關閉廢氣處理池 閥門20。巖心吸附氣體24h后，先關閉巖心夾持器入口閥門18和減壓閥6，然后打開排液 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，用氣相色譜儀對氣體的組成和含量進行分析。計量調節(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，轉子流量計17及孔 隙壓表9。所述針型閥14可以進一步調節(jié)壓力大??；穩(wěn)流閥15能很好地控制氣體的流動 穩(wěn)定性；穩(wěn)壓閥16可以使整個系統(tǒng)的壓力保持較小波動；轉子流量計17能夠讀出系統(tǒng)的 流動速度，上述針型閥14、穩(wěn)流閥15、穩(wěn)壓閥16及轉子流量計17都是為了更好地穩(wěn)定壓力 和控制流速。從氣體一進入巖心開始，視為開始吸附。在開始吸附到待測氣體流速穩(wěn)定，同時巖 心圍壓、孔隙壓、溫度符合實驗要求過程中的待測氣體進入廢氣處理池21處理。此過程中 排液集氣池閥門22應關閉，廢氣處理池閥門20應打開。如待測氣體為一種氣體，只要兩個轉子流量計17讀數(shù)相同，同時巖石圍壓、孔隙 壓、溫度符合實驗要求，視為吸附飽和。吸附飽和后，關閉廢氣處理池閥門20，巖心夾持器入口閥門18和減壓閥6 ；然后打開排液集氣池閥門22，此時氣體進入排液集氣池23，解吸 24h 240h，當集氣瓶24中氣體體積不再增加時，視為解吸完全，記錄解吸氣體體積。由于 是一種氣體，可認為集氣瓶24中的氣體全為該種待測氣體，固不需用氣相色譜儀對解析氣 體進行分析。如待測氣體為多種氣體，就會出現(xiàn)競爭吸附現(xiàn)象。應關閉排液集氣池閥門22，打開 廢氣處理池閥門20，當兩個轉子流量計17讀數(shù)相同，同時巖石圍壓、孔隙壓、溫度符合實驗 要求，關閉廢氣處理池閥門20。然后吸附一定的時間，一般視為吸附24h為吸附飽和。這是 因為如果是多種氣體在巖石孔隙中吸附，巖石對不同的氣體的吸附能力是不同的，即多種 氣體之間存在競爭吸附。吸附飽和后，先關閉巖心夾持器入口閥門18和減壓閥6，然后打開 排液集氣池閥門22，此時氣體進入排液集氣池23，解吸24h 240h，當集氣瓶24中氣體體 積不再增加時，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，用氣相色譜儀對氣體的組成和含量進行分析。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。解吸過程中，關閉巖心夾持器入口閥門18的目的因為氣體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 果不關閉巖心夾持器入口閥門18，管道中具有一定壓力的待測氣體將進入集氣瓶24，影響 實驗結果。即關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入集氣瓶24，減小實驗誤差。下面再結合兩個實施例，結合附圖，對本發(fā)明做進一步的說明。實施例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，同時煤巖的圍壓為5Mpa，溫度為110°C下，甲烷和二氧化碳氣體在煤巖 中的吸附解吸規(guī)律
具體實施例方式先檢查裝置氣密性，裝置氣密性完好后，關閉裝置所有閥門。然后調節(jié)溫度調節(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，打開裝有高純度二氧化碳氣瓶2的減壓閥6，使壓力表7 讀數(shù)為5Mpa。再打開巖心夾持器入口閥門18和廢氣處理池閥門20，調節(jié)針型閥14、穩(wěn)流閥 15、穩(wěn)壓閥16，同時觀察轉子流量計17和孔隙壓表9示數(shù)；在此過程中，由于氣體通入煤巖 孔隙中，煤巖圍壓可能發(fā)生變化，所以在此過程中，應注意調節(jié)加壓氣瓶減壓閥12，使煤巖 圍壓為5Mpa。當兩個轉子流量計17讀數(shù)相同，同時孔隙壓表9為6Mpa時，并且煤巖圍壓為 5Mpa、溫度為110°C時，立即關閉廢氣處理池閥門20，吸附24小時后，視為吸附飽和。吸附 飽和后，關閉巖心夾持器入口閥門18和減壓閥6，打開排液集氣池閥門22，此時解吸氣體進 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，用氣相色譜儀對氣體的組成和含量進行分析。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。實施例2 在甲烷氣體為2Mpa，即在煤巖的孔隙壓為2Mpa，同時煤巖的圍壓為 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
具體實施例方式
具體實施方式
和實施例1基本相同，同時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爭吸附，所以當兩個轉子流量計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，可視為吸附飽和。同時 可認為集氣瓶24中的氣體全為甲烷氣體，即不需用氣相色譜儀進行分析。
權利要求
一種氣體在巖石孔隙中的吸附解吸實驗裝置，由氣瓶、巖心流動實驗裝置、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實驗裝置(8)上，巖心流動實驗裝置(8)設置有孔隙壓表(9)，圍壓表(10)和溫度調節(jié)器(11)，側面安裝有加壓氣瓶(13)；加壓氣瓶(13)出口管線安有加壓氣瓶減壓閥(12)，巖心流動實驗裝置(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)，再連接轉子流量計(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)，再連接轉子流量計(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)，并設置集氣瓶(24)。
2.一種如權利要求1所述吸附解吸實驗裝置的實驗方法，其特征在于先將所有閥門 關閉，將待測巖心裝入巖心夾持器(19)中，將待測氣體注入氣瓶(1)、或氣瓶(2)……或氣 瓶(5)，調節(jié)溫度調節(jié)器(11)使溫度在_25°C 200°C之間，調節(jié)加壓氣瓶減壓閥(12)使 圍壓表(10)示數(shù)在0. IMpa 25Mpa之間；然后打開巖心夾持器入口閥門(18)和廢氣處 理池閥門(20)，再打開減壓閥(6)，氣體進入管線，調節(jié)針型閥(14)、穩(wěn)流閥(15)、穩(wěn)壓閥 (16)，觀察兩個轉子流量計(17)，一直調節(jié)到兩個轉子流量計(17)讀數(shù)相同；再觀察孔隙 壓表(9)讀數(shù)，與設定值相比較，若讀數(shù)偏大或偏小，調節(jié)針型閥(14)、穩(wěn)流閥(15)、穩(wěn)壓閥 (16)，直到兩個轉子流量計(17)讀數(shù)相同，同時觀察孔隙壓表(9)讀數(shù)，當孔隙壓表(9)讀 數(shù)等于設定值時，關閉廢氣處理池閥門(20)，巖心吸附氣體24h后，關閉巖心夾持器入口閥 門(18)和減壓閥(6)，打開排液集氣池閥門(22)，用集氣瓶(24)收集巖心解析后氣體，解 吸24h 240h，當集氣瓶(24)中氣體體積不再增加時，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，用氣相色譜儀對氣體的組成和 含量進行分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于石油勘探開發(fā)中實驗或研究氣體在巖石孔隙中的吸附解吸實驗裝置及方法。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。其技術方案是巖心流動實驗裝置上設有圍壓表、孔隙壓表和溫度調節(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，再連接轉子流量計，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。本實驗裝置結構簡單，成本不高，實驗方法操作方便、準確、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G01N30/00GK101839841SQ201010145218
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權日2010年4月8日
發(fā)明者周成裕, 杜國勇, 楊亞宇, 熊俊杰, 陳馥 申請人:西南石油大學