[发明专利]煤岩高压气体吸附量和吸附膨胀量同时测量的方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明属于一种对煤岩高压气体吸附量和吸附膨胀量同时进行测量的方法及测量装置。

背景技术

煤岩体是一种含大量吸附煤层气的多孔介质，其力学性能对煤层气开采有重要影响。煤及煤储层的孔隙特性，吸附解吸特征及其地质控制机理一直是煤层气界，地质界关心的热门问题。煤的吸附性是评价煤层含气性和煤层气可采性的重要基础，对煤层气吸附/解吸特征的理解，深刻地影响到煤层气可采资源量评价、煤储层产能数值模拟。煤层气超临界吸附动力学模型及机理可为优选煤层气有利区带和发展煤层气开采技术提供直接的科学依据。所以，对煤岩的结构及其吸附性能和吸附膨胀变形的深入研究具有十分重要的意义。

大量研究证明，煤基质吸附N₂，CH₄，CO₂气体将产生膨胀变形，气体解吸会使煤基质收缩。

近年来，随着人们对CO₂煤层封存、煤层气注气开采等技术关注程度的不断提高，关于煤岩对不同气体(主要是CO₂，N₂，CH₄等)的吸附能力(吸附量、吸附变形以及由此导致的渗透系数变化)的研究越来越受到人们的重视，研究煤岩在高压下对不同气体的吸附膨胀变形规律，吸附量和煤岩体吸附膨胀率的关系对于研究煤层中瓦斯的渗流特性和煤层气资源评价及勘探开发工作具有重要意义。特别是研究煤岩对不同气体(如CO₂，N₂，CH₄等)的吸附量、吸附引起的变形及其渗透系数变化，对认识CO₂煤层封存、煤层气注气开采等技术的机制同样具有重要意义。

多年来，人们在煤岩吸附以及吸附变形测量方面进行了大量的研究，也开发了许多测试煤岩吸附量以及吸附引起的变形的技术和装置。在这方面，吸附量测试方法和技术较多，有静态法和动态法，应用较多的是静态法。煤的高压吸附量测试技术，主要有容量法和重量法高压吸附测定方法，这两种方法世界各国均有应用。而容量法是传统的经典方法，应用较多。在测量煤岩在高压气体中的吸附变形膨胀方面，目前国外的研究人员主要采用光学测量法和应变片测量法。国内有关这方面研究工作的报道较少，采用的也是应变片测量法。应变片测量法就是将电阻应变片用粘结剂粘贴于煤块表面，煤块的膨胀导致应变片的电阻值发生变化。通过测量电阻值的变化获得煤的膨胀量。应变片测量法的精度较高，但是这种方法需要特殊的电阻应变片和粘结剂，操作过程复杂，对操作人员的要求较高。特别是超临界CO₂气体与粘结剂容易发生化学作用，从而导致测量结果失真或失败。光学测量法就是利用照相机或者显微镜通过一个耐高压透光玻璃窗口对煤样进行拍照，然后利用图像分析软件对所得的照片进行分析，从而计算出煤的膨胀量。但是这种方法所使用设备复杂，成本较高，而且测量精度较低。

由于煤是一种多孔隙不均质物体，所有煤样都具有多种形式的孔容分布特征，单一煤岩类型的孔容分布和吸附特征也各有不同。有测试结果表明.相同变质程度煤的吸附量在一定范围内变化，同一矿井同一煤层，煤的吸附量只能达到相近似。

而以上这些测量技术和装置的特点是，要么只能测量吸附量、要么只能测量变形量。这些测量方法中，吸附量测试通常采用粉末煤样或块装煤样作为试验样品，吸附膨胀量测试则采用块装煤样作为试验样品，由于吸附量和吸附膨胀量测试采用的不是同一煤样，也无法同时测量。如此一来，测量的吸附量和吸附膨胀变形不能很好的对应，测量的吸附量、吸附变形与原地条件下煤岩的吸附量、吸附变形实际值相差较大。

在一个试样上同时测量吸附量和吸附变形比较困难，因此有关这方面工作的报道较少。目前，还没有发现在一个试样上同时测量吸附量和吸附变形膨胀的装置和测量方法的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种对煤岩高压气体吸附量和吸附膨胀量同时进行测量的方法及测量装置。

本发明的测量方法具体操作步骤如下：

(1)测试煤岩样品的准备：

首先将待测煤岩加工成圆柱型或长方体型的块状样品，并确保煤岩样品上下端面平行且光滑，然后根据需要将煤岩样品进行平衡水分处理或干燥处理，准确测量煤岩样品的高度L₀，并准确称取煤岩样品的重量G₀；

(2)测试煤岩样品的安装：

首先打开测量控制仪电源，启动计算机并运行；