[发明专利]一种测量煤岩吸附膨胀系数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量煤岩吸附膨胀系数的方法，属于煤岩吸附膨胀系数测量技术领域。

背景技术

我国煤层气资源丰富，但是由于我国储层条件的复杂性，导致煤储层渗透率普遍偏低，还不能大范围实验煤层气的商业性开采，在开发煤层气过程中，研究其孔裂隙特征至关重要，由于煤体在吸附气体后会产生吸附膨胀，这会导致煤体有效应力的增加，进而降低储层渗透率，简便高效的测量煤岩的吸附膨胀系数，显得尤为重要，特别是在注气增产煤层气开发过程中，气体之间的相互置换，导致煤岩产生不同的应变量，研究他们之间的相关关系可为煤层气开发提供理论支撑。

发明内容

本发明提供了一种测量煤岩吸附膨胀系数的方法，所述方法利用高温高压磁悬浮重量法等温吸附仪，采用粒度为60-80目的煤样对其最大吸附膨胀量进行测量，进而获得煤岩的吸附膨胀系数。

具体操作步骤如下：

1)煤岩样品制备：根据国标《煤的高压等温吸附试验方法(GB/T 19560-2008)》，将煤岩制成粒度为60-80目的颗粒。

2)样品筒的质量与体积的测试：将样品桶使用酒精彻底清洁、干燥后，不加入任何煤岩样品，测试样品桶的质量与体积，测试使用高纯甲烷(>99.999％)作为气体介质，实验温度30℃，实验压力0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa、3.0MPa、4.5MPa、6.0MPa、8.0MPa、10.0MPa、12.0MPa、14.0MPa、16.0MPa、18.0MPa、20.0MPa，每个压力点的平衡时间为0.5h。

3)煤岩样品预处理：为除去煤岩样品中的气体杂质及水分，将煤岩样品在70℃氦气氛围(0.1MPa)中加热3h，而后在75℃真空条件下干燥至质量不再变化为止。

4)煤岩样品浮力测试：目的是测试煤岩样品未吸附气体情况下的质量和体积，测试使用高纯氦气(>99.999％)作为气体介质，实验温度30℃，实验压力1.0MPa、2.0MPa、3.0MPa、4.0MPa、5.0MPa，将每个压力点的设置为0.5h。

5)煤岩样品吸附测试：测试之前对样品缸持续抽真空1h，以除去煤岩样品孔隙中进入的氦气。在煤岩样品吸附饱和的高压下测量吸附膨胀体积，实验的压力为0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa、3.0MPa、4.5MPa、6.0MPa、8.0MPa、10.0MPa、12.0MPa、15.0MPa、18.0MPa、21.0MPa、24.0MPa，每个压力点吸附平衡后进行下一个压力点的测试。

6)煤岩吸附膨胀系数计算：根据测量数据及计算公式获得煤岩吸附膨胀系数。

本发明的原理为：

本发明主要是根据质量守恒定律，如图1所示，在测量过程中，样品桶、煤岩样品和煤岩样品吸附的气体整体受到天平的拉力、自身的重力和周围气体的浮力作用，三者处于平衡状态。利用高温高压磁悬浮重量法等温吸附仪测量煤岩未吸附气体和吸附气体饱和后的质量变化，来测量煤岩吸附前后的体积变化量。最后，利用煤岩吸附膨胀系数计算公式获得煤岩的吸附膨胀系数。

本发明具有以下优点：

与现有技术相比，测量方法更加简便，应用本发明可以在煤岩吸附量测试的同时测量煤岩的吸附膨胀系数。

附图说明

图1：为测试过程中样品桶及样品整体受力示意图；

图2：为样品桶的质量与体积；

图3：为样品桶和煤岩样品的质量与体积；

图4：为饱和吸附时样品桶、煤岩样品及其吸附气体的质量与体积。

图1中：1.天平，2.样品桶，3.煤岩样品，4.气体介质。

具体实施方式

本发明主要是根据质量守恒定律，利用高温高压磁悬浮重量法等温吸附仪测量煤岩未吸附气体和吸附气体饱和后的质量变化，来测量煤岩吸附前后的体积变化量。最后，利用煤岩吸附膨胀系数计算公式获得煤岩的吸附膨胀系数。

下面结合附图进一步详细说明本发明的具体实施例。

1)煤岩样品3制备：根据国标《煤的高压等温吸附试验方法(GB/T 19560-2008)》，将煤岩制成粒度为60-80目的颗粒，然后放入高温高压磁悬浮重量法等温吸附仪。