[发明专利]一种精确测量甲烷在页岩上吸附相密度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种精确测量甲烷在页岩上吸附相密度的方法，属于地质勘探技术领域。

背景技术

国内外学者在对煤系泥岩和页岩的吸附性能进行研究时，大多采用容量法等温吸附仪，近几年随着页岩气勘探开发的蓬勃发展，重量法等温吸附仪也正逐渐被国内外学者所接受，后者以磁悬浮天平为主要检测工具，测试结果更精准。

国内外学者在利用容量法对煤系泥岩和页岩等温吸附特征进行研究时发现，在利用容量法对页岩吸附甲烷进行测试时，吸附相体积的存在将减小样品池中自由气体的体积，进而对页岩吸附能力的测试结果产生影响。而在此之前的相关研究中均忽略了吸附相体积存在，这必将导致对于吸附能力的评价存在较大偏差。针对这样的问题，一部分学者试图从不同的角度校正吸附相体积对吸附气能力测试所产生的影响。然而无论以何种方式对吸附相体积所产生的影响进行校正，终将遵循物质守恒原理，因此吸附相密度的确定是无法回避的问题，且吸附相密度的准确性将直接影响校正结果。

由于目前对于等温吸附实验的研究大多采用容量法等温吸附仪，重量法等温吸附仪的使用相对较少，测试手段的单一化导致无法从实验角度对吸附相密度进行精确测试，因此，目前国内外对于吸附相密度的研究仍处于理论假设和数学优化阶段。Yee D.(1994)认为当温度高于临界温度时(通常情况下),吸附相密度等于气体压缩的极限密度，以此推论甲烷的吸附相密度为0.375g/cm³。Arri(1992)假设吸附相密度为常压沸点下的液体密度，以此推论甲烷的吸附相密度为0.421g/cm³。Katsuyuki Murayta(2001)利用经验公式得到甲烷吸附相密度约为0.59g/cm³。以上研究均将吸附相密度作为定值，未考虑温度、压力等条件产生的影响，为此，德国学者Berhard M.Krooss及其团队(2008,2010,2012,2013,2014)将Gibbs关于吸附的定义与兰格缪尔方程结合，将吸附相密度作为待定参数，从数学优化角度对甲烷和二氧化碳在煤系泥岩和页岩上的吸附相密度进行评价，得到不同吸附剂和吸附质组合在不同温度条件下的吸附相密度。类似的，国内学者周理(2000,2001)将Gibbs对吸附的定义式与D-A方程相结合，推导出绝对吸附量模型，并优化出不同温度条件下甲烷在AX-21活性炭上的吸附相密度，温度在233K-333K时甲烷吸附相密度为0.15g/cm³-0.350g/cm³。这种与等温吸附模型相结合进而对吸附相密度进行优化的方法，其对吸附相密度评价结果的准确性将很大程度上依赖于等温吸附模型的适用性，而页岩孔隙结构复杂，等温吸附模 型的适用性难以确定，因此利用该方法所得到的评价结果尚待进一步研究。

综上，前人对吸附相密度的研究仍处于理论假设或数学优化阶段，尚未从实验角度对其进行精确测试，而不同学者研究结果相差很大，终无定论，这必将对客观评价岩吸附气能力产生较大影响。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于实验手段且适用性强的精确测量甲烷在页岩上吸附相密度的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种精确测量甲烷在页岩上吸附相密度的方法，包括以下步骤：1)将一块泥页岩样品粉碎至60～80目，分成两份；2)对第一份泥页岩样品进行容量法等温吸附实验，并得到吸附态甲烷的物质的量n_吸附CH4的计算模型；3)对第二份泥页岩样品进行重量法等温吸附实验，并得到吸附态甲烷的质量m_吸附CH4的计算模型；4)对步骤2)中所得到的吸附态甲烷的物质的量n_吸附CH4的计算模型和步骤3)中所得到的吸附态甲烷的质量m_吸附CH4的计算模型进行吸附相体积的修正，得到吸附态甲烷的修正后的物质的量的计算模型和质量的计算模型；5)根据物质的量的定义公式，结合步骤4)中的两个计算模型，求出吸附态甲烷的质量m_吸附CH4和体积V_吸附；6)根据密度的定义，求得甲烷在页岩上吸附相密度ρ_吸附的准确值，即：

所述步骤2)中，通过容量法等温吸附实验建立吸附态甲烷的物质的量n_吸附CH4的计算模型的过程如下：