[发明专利]一种多组分气体的吸附解析方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸附解析方法及装置，特别是关于一种多组分气体的吸附解析方法及装置。

背景技术

吸附气在页岩气中占有较高比例，且被认为是页岩气能够被成功勘探开发的重要因素，对于泥页岩吸附/解吸甲烷等气体的研究具有重要意义。国内外学者(如美国Reven ridge Resources、Terratek公司)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，重量法等温吸附仪正在逐渐被国内外学者(如Rubotherm公司)所接收，该方法以磁悬浮天平为主要检测工具，测试结果更精准，但目前利用重量法对页岩吸附能力进行研究的报道很少。

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或煤样吸附甲烷进行测试时，吸附相体积的存在将减小样品室中自由气体的体积，进而对页岩或煤样的吸附能力的测试结果产生影响。此外，在真实地层条件下，天然气在多数情况下并非以单组分形式存在，多组分气体会在页岩表面发生竞争吸附，这势必影响着页岩对其他组分气体的吸附能力。

因容量法测量吸附量没有统一的设备，为了能够很好的研究在多组分气体或者天然气碳同位素并存时页岩的对各组分气体的吸附能力的变化，有必要研制出一套高压条件下页岩或煤样中天然气吸附解吸的实验装置。

《鄂尔多斯盆地富县区陆相页岩气吸附与解吸附研究》(张键，2013)中详尽阐述了设计的单组份气体和多组分气体吸附装置。对于多组分气体吸附装置，把气体收集瓶装置在样品室上，通过收集样品室内的气体，检测不同状态时各气体组分的比例，以此完成多组分吸附量的计算。其存在以下缺点：第一、整个计算吸附量的过程没有考虑吸附相体积的存在；第二、把气体收集瓶装置在样品室上，在采集气体的过程中会破坏样品室内吸附平衡状态，导致样品室内气体组分发生改变，影响实验精度。

北京永瑞达设计的高压等温吸附/解吸仪采用在一个参比室装置的基础上并联多个样品室，实现同一温度下，不同压力下样品(页岩或煤)对气体吸附和解吸实验。仪器设计的比较简单，功能较小，仅能够完成单组份气体的等温吸附/解析实验，而对多组分气体的吸附量的检测不适用。

《一种高温高压吸附解吸装置及其使用方法》(李吉君，专利)中详尽阐述了设计的一种高温高压吸附解吸装置，该装置把收集瓶装置连接到样品室上，在不破坏样品室平衡条件下收集气体，实现了对不同碳同位素的甲烷气体的计算。此外，该仪器是在通过进气装置控制压力不变的前提下提高油浴温度，实现了等压升温的实验条件。但是由于温度改变，压力也会发生变化，所以实际上该装置是变压变温的过程，不易控制预期的温压条件；而且连接在样品室上的取样器数量有限，大大的限制了多组分气体吸附实验点数。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可在不破坏吸附解析平衡条件的情况下精确分析岩石样品对单组份气体和多组分气体吸附解析的多组分气体的吸附解析方法及装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多组分气体的吸附解析方法，包括以下步骤：

1)设置多组分气体的吸附解析装置，其包括气体注入系统、真空泵、参比室、样品室、气体收集瓶、第一压力传感器、第二压力传感器和温度传感器；位于气体注入系统与真空泵的输出端气体管道上设置有第一阀门；

位于参比室进气口的气体管道上设置有第二阀门；气体收集瓶输出端的气体管道上设置有第三阀门；位于参比室与样品室之间的气体管道上设置有第四阀门；

2)对多组分气体的吸附解析装置进行抽真空操作，使得参比室和样品室内的压力为0；

3)确定参比室的容积V_参和样品室的容积V_样；

4)将岩石样品放入样品室内，确定岩石样品的体积V_岩；

5)通过气体注入系统向参比室和样品室中注入单组份气体，使得样品室内的压力达到预定值，确定此时岩石样品对单组份气体的吸附量；

6)使单组份气体缓慢流出多组分气体的吸附解析装置，样品室中的岩石样品对单组份气体发生解析作用，当样品室内的压力达到预定值时，确定此时岩石样品对单组份气体的吸附量；

7)对多组分气体的吸附解析装置进行抽真空操作，使得参比室和样品室内的压力为0；

8)通过气体注入系统向参比室和样品室中注入多组份气体，使得样品室内的压力达到预定值，确定此时岩石样品对多组份气体中每种气体的吸附量；