[发明专利]一种精确测量甲烷在页岩上吸附相密度的方法

摘要

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，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的计算模型和步骤3)中所得到的吸附态甲烷的质量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，求出吸附态甲烷的质量和体积；6)根据密度的定义，求得甲烷在页岩上吸附相密度的准确值。

主权项

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)中得到的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，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：①设置一包括参比池、样品池、第一阀门、第二阀门、第一温压表、第二温压表、氦气气源和甲烷气源的容量法等温吸附仪，其中，参比池分别连接一进气管路和一出气管路，第一阀门设置在进气管路上，第二阀门设置在出气管路上，出气管路的末端连接样品池；第一温压表设置在参比池中，第二温压表设置在样品池中；氦气气源和甲烷气源均通过管路连接在进气管路的初始端；②在样品池中放入第一份泥页岩样品后将系统抽真空，关闭第二阀门，然后打开第一阀门，利用氦气气源向参比池中充入一定量的氦气，之后关闭第一阀门，待参比池的温度和压力稳定后，记录参比池中氦气的温度T参比池He和压力P参比池He的值，根据气体状态方程，有：P参比池HeV参比池＝Z参比池Hen参比池HeRT参比池He上式中，V参比池为参比池的容积；Z参比池He为参比池中氦气的非理想气体状态方程的校正因子；n参比池He为充入参比池内的氦气的物质的量；R为理想气体常数；③打开第二阀门，参比池中的氦气通过出气管路进入样品池，待参比池和样品池的温度和压力均稳定后，记录参比池与样品池所构成的系统中氦气的温度T系统He和压力P系统He的值，此时，根据气体状态方程，有：P系统HeV系统自由＝Z系统Hen系统HeRT系统He上式中，V系统自由为参比池与样品池的容积和扣除样品体积后所得到的系统自由空间的体积；Z系统He为参比池与样品池所构成的系统中氦气的非理想气体状态方程的校正因子；n系统He为参比池与样品池内的氦气的物质的量的总和；④根据质量守恒定律，打开第二阀门以前参比池内的氦气含量等于打开第二阀门以后参比池和样品池内的氦气总含量，即：n参比池He＝n系统He将步骤②和③中所得到的方程代入上式，得到⑤由步骤④所得公式求得系统自由空间的体积V系统自由；⑥再次对系统抽真空，然后将第二阀门关闭，将第一阀门打开，利用甲烷气源向参比池内充入一定量的甲烷，之后关闭第一阀门，待参比池的温度和压力稳定后，记录参比池中甲烷的温度T参比池CH4和压力P参比池CH4的值，根据气体状态方程，有：P参比池CH4V参比池＝Z参比池CH4n参比池CH4RT参比池CH4上式中，Z参比池CH4为参比池中甲烷的非理想气体状态方程的校正因子；n参比池CH4为充入参比池内的甲烷的物质的量；⑦打开第二阀门，参比池中的甲烷通过出气管路进入样品池，待参比池和样品池的温度和压力均稳定后，记录参比池与样品池所构成的系统中甲烷的温度T系统CH4和压力P系统CH4的值，此时，根据气体状态方程，有：P系统CH4V系统自由＝Z系统CH4n系统自由CH4RT系统CH4上式中，Z系统CH4为参比池与样品池所构成的系统中甲烷的非理想气体状态方程的校正因子；n系统自由CH4为系统自由空间的甲烷的物质的量。⑧根据质量守恒定律，打开第二阀门以前参比池内的甲烷含量等于打开第二阀门以后系统自由空间内的甲烷含量与吸附态的甲烷含量，即：n参比池CH4＝n系统自由CH4+n吸附CH4上式中，n吸附CH4为吸附态的甲烷的物质的量；⑨将步骤⑥和⑦中所得到的方程代入步骤⑧所得的公式中，得到吸附态甲烷的物质的量n吸附CH4的计算模型：式中的V系统自由由步骤⑤计算得到；所述步骤3)中，通过重量法等温吸附实验建立吸附态甲烷的质量m吸附CH4的计算模型的过程如下：①设置一重量法等温吸附仪，该吸附仪的顶部为一磁悬浮天平，下部为一密闭的壳体，在壳体内的悬挂端安装一样品筒，在样品筒的上方设置有一浮子；该吸附仪设置有两档位，当置于第一档位时，天平称量样品筒的重量，天平示数等于样品筒的重量减去气体对样品筒的浮力；当置于第二档位时，天平称量浮子和样品筒的重量，天平示数等于样品筒的重量与浮子的重量之和减去样品筒和浮子所受的浮力；进一步地，吸附仪在第二档位时的天平示数与在第一档位时的天平示数相减，即得到浮子的重量与浮子所受的浮力之间的差；②向壳体内充入氮气，然后分别在气压条件a和b下进行测量，测量满足如下关系式：mR1浮子＝m浮子‑V浮子ρ1mR2浮子＝m浮子‑V浮子ρ2mR1＝m空桶‑V空桶ρ1mR2＝m空桶‑V空桶ρ2上式中，mR1浮子为氮气气压为a、吸附仪处于第二档位时的天平示数与处于第一档位时的天平示数之差；mR2浮子为氮气气压为b、吸附仪处于第二档位时的天平示数与处于第一档位时的天平示数之差；m浮子为浮子的质量；V浮子为浮子的体积；ρ1为氮气在气压为a时的密度；ρ2为氮气在气压为b时的密度；mR1为氮气气压为a、吸附仪处于第一档位时的天平示数；mR2为氮气气压为b、吸附仪处于第一档位时的天平示数；m空桶为样品筒的质量；V空桶为样品筒的体积；由前两个方程求得氮气在气压条件a和b下的密度ρ1和ρ2后，代入后两个方程，求得样品筒的质量m空桶和体积V空桶；③将第二份泥页岩样品放入样品筒，再对壳体内空间依次进行加热和抽真空处理，然后向壳体内充入氦气，并分别在气压条件c和d下进行测量，测量过程满足关系式：mR3浮子＝m浮子‑V浮子ρ3mR4浮子＝m浮子‑V浮子ρ4mR3＝m空桶+m样品‑(V空桶+V样品)ρ3mR4＝m空桶+m样品‑(V空桶+V样品)ρ4上式中，mR3浮子为氦气气压为c、吸附仪处于第二档位时的天平示数与处于第一档位时的天平示数之差；mR4浮子为氦气气压为d、吸附仪处于第二档位时的天平示数与处于第一档位时的天平示数之差；ρ3为氦气在气压为c时的密度；ρ4为氦气在气压为d时的密度；mR3为氦气气压为c、吸附仪处于第一档位时的天平示数；mR4为氦气气压 为d、吸附仪处于第一档位时的天平示数；m样品为第二份泥页岩样品的质量；V样品为第二份泥页岩样品的体积；由前两个方程求得氦气在气压为c和d时的密度ρ3和ρ4后代入后两个方程，求得第二份泥页岩样品的质量m样品和体积V样品；④再次将壳体内的空间抽真空，然后向壳体内充入一定量的甲烷，并进行测量，测量满足关系式：mR浮子＝m浮子‑V浮子ρmR＝m空桶+m样品+m吸附CH4‑(V空桶+V样品)ρ上式中，mR浮子为当前甲烷气压下、吸附仪处于第二档位时的天平示数与处于第一档位时的天平示数之差；ρ为甲烷在当前气压下的密度；mR为当前甲烷气压下、吸附仪处于第一档位时的天平示数；m吸附CH4为第二份泥页岩样品中吸附态甲烷的质量；通过前一式计算出甲烷的密度ρ，代入后一式得到吸附态甲烷的质量m吸附CH4；所述步骤4)中，进行吸附相体积修正后所得的吸附态甲烷的物质的量n吸附CH4和质量m吸附CH4的计算模型为：mR＝m空桶+m样品+m吸附CH4‑(V空桶+V样品+V吸附)ρ。