[发明专利]一种测量气体在煤中渗透的测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量气体在煤中渗透性的测量装置及测量方法，具体地说是一种评价某种气体在吸附了另一种气体的煤样中的渗透性质的测量装置及测量方法。

背景技术

将CO2注入不可开采煤层，同时增强煤层甲烷(CH4)开采(CO2-ECBM)方案，旨在控制温室气体排放的同时获得清洁低碳燃料CH4，是有望实现工业化减排温室气体的重要途径之一。煤层通常具有裂隙和煤基质结构，裂隙是流体运移的主要通道，而多孔的煤基质是CH4以吸附态存储的主要场所。当CO2注入煤层后，CO2在吸附了CH4的煤基质中的渗透和吸附性质决定了CO2驱替CH4的效果，进而影响CO2的封存和CH4的增产效果。在实验室中模拟煤层的温度和压力条件，研究CO2在吸附了CH4的煤基质样中的渗透特性，能够为预测CO2驱替CH4的效果提供重要依据，并为CO2-ECBM技术和理论发展提供基础数据。

目前考察煤样渗透性质的常用设备是三轴渗透仪，此设备必须在径向对煤样施加一定的围压，以保证煤样和设备间的密封性。围压在径向压缩了煤样，可能会破坏煤样的孔隙结构，所以此设备不能测定处于自然状态的煤样的渗透率。此外，目前的三轴渗透装置规定的可用煤样的尺寸较大(煤样直径大于2cm)，所以不能测定小尺寸的煤基质样的渗透特性。而且，目前的三轴渗透设备主要集中于测定单种气体在煤样中的渗透率，而很少有设备可以测定某种气体在吸附了另一气体的煤样中的渗透性质。本发明经检索，未发现报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量气体在煤中渗透的测量装置及测量方法。该测量装置及方法既可以测量某种气体(A)在吸附了另一气体(B)的煤样中的动态穿透过程(非稳态)，又可以测量气体A在吸附了气体B的煤样中的稳态渗透率。

本发明提供了一种测量煤样渗透性质的样品容器，它是由样品容器体， 容器前盖和容器后盖组成，样品容器体一端为放样品口，另一端为气体通道，放样品口直径大于气体通道，放样品口与气体通道相通，放样品口有内螺纹，容器前盖由容器前盖体，样品端和连接端组成，容器前盖体、连接端和样品端中间是通道，样品端有外螺纹，用于与放样品口内螺纹连接，容器后盖中间有通道，样品容器体，容器前盖和容器后盖密封连接。

如上所述的样品容器为圆柱型。

样品容器体与容器前盖间用O型圈密封，样品容器体和容器后盖之间通过聚四氟乙烯垫密封。

本发明所述气体动态穿透曲线和稳态渗透率的测量方法步骤如下：

(1)将制备好的圆柱状煤样用粘结剂从样品容器体的放样品口处密封在样品容器中；

(2)将样品容器、容器前盖和容器后盖通过螺纹和密封件连接好；

(3)将容器前盖与两路管线连接好，一路连接针型阀和压力传感器；另一路又分为三个分支，分支一与针型阀和真空泵相连，分支二连接单向阀、减压调压阀和A气体气瓶，分支三经针型阀、减压调压阀与B气体气瓶相连，容器后盖与两路管线连接好，一路通过单向阀、针型阀与分支三线路相连，连接位置位于分支三线路中的单向阀和针型阀之间，另一路经过针型阀后连接三通阀，三通阀一分支与皂泡流量计相连，另一分支与质量流量计、三通阀和检测器相连，另一分支中三通阀与皂泡流量计相连；

(3)将样品容器放入恒温槽中，加入加热介质，并设定好测试温度，通过热电阻对加热介质加热到测试温度；

(4)对样品容器及其连接管路系统抽真空；

(5)从气体气瓶流出的气体B经减压调压阀调节为给定压力，然后经针型阀通向样品容器，用皂泡流量计测定渗透过煤样的B气体的流量；

(6)待经过样品容器气体B的流量稳定后，停止通入气体B，通过B气体气瓶、减压调压阀、针型阀、单向阀向容器后盖持续通入恒定压力的B气体，并使得通入的B气体经过针型阀，三通阀和质量流量计流出，B气体的流量通过质量流量计控制为定值，该定值用皂泡流量计标定；

(7)打开检测器电源；

(8)从A气体气瓶流出的A气体经减压调压阀调节为给定压力，然后经单向阀通向样品容器，渗透过煤样的A气体被持续流动的B气体吹扫并带入检测器，持续记录检测器中检测到的信号，则得到了A气体在吸附了B气体的煤柱中的动态穿透曲线；

(9)待记录的信号趋于稳定后，A气体在煤柱中的渗透基本达到稳态；

A气体在煤柱中的稳态渗透率用达西定律来计算，公式如下：