[发明专利]页岩吸附气和游离气的计算方法及其测量装置

权利要求书

1.页岩吸附气和游离气的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将泥页岩制成一英寸泥页岩柱塞样，烘干；

(2)对泥页岩柱塞样进行覆压孔渗测量，并得到泥页岩孔隙体积V_por随覆压变化的计算模型；

(3)将泥页岩柱塞样放入测量装置中，通过控制加压泵调控泥页岩柱塞样的覆压状态，使泥页岩柱塞样处于三轴覆压状态；

(4)对泥页岩柱塞样进行等温吸附-声波联测实验，在岩石真空条件及各等温吸附平衡点测试岩石的声波幅度A_i得到声波幅度衰减系数I随含气压力P变化的规律，为声波衰减与孔隙压力图版；

按照等温吸附实验流程，进行等温吸附实验在各平衡压力点Pi最终平衡压力不小于10MPa记录声波幅度A_i；数据带入声波衰减与孔隙压力图版，得到孔隙压力与声波衰减关系，求取声波衰减系数；

式中：I：声幅衰减系数；

A_i：各孔隙压力下声波首波幅度mV；

A₀：0MPa孔隙压下声波首波幅度mV；

以声波衰减与孔隙压力图曲线末端切线，得到斜率为K的斜线，K的求取方法是应用测试数据中最后2-3个点的拟合线作为实验数据曲线的切线的斜率作为K值，结合声波衰减与孔隙压力图版在以K为斜边的直角三角形中L1为游离气造成的声波衰减幅值；

L1＝K×P

联立方程上面两式可得：

式中：V_free表述为游离气含量；

R为热力学系数8.315；

T为热力学温度，K；

a为游离气量与声波衰减系数的转换系数；

L1为游离气造成的声波衰减幅值；

声波衰减与孔隙压力图版中(0,1)点到切线与Y轴交点的距离为L2，L2为吸附气造成的声波衰减幅度；

b＝V_abs体积法/L2

式中：b为吸附气与声波衰减系数的转换系数，系数b的首次确定需要与体积法相印证，V_abs体积为联测过程中应用体积法获得的页岩吸附量；

(5)根据游离气体声波衰减模型原理，应用衰减幅度得到岩石中游离气的计算方法：

V_free＝a×L1

(6)根据吸附气造成的声波衰减幅度，求得甲烷的吸附气体积V_abs；

V_abs＝L2×b

式中：b为吸附气与声波衰减系数的转换系数。

2.根据权利要求1所述的页岩吸附气和游离气的计算方法，其特征在于，步骤(5)所述的L1的求取步骤：

(1)K的求取方法是应用数据的后2-3个点，且>10MPA的点拟合线作为实验数据曲线的切线的斜率作为K值；

所述的数据为平衡压力Pi与波幅度Ai；所述的点和实验曲线为实验数据(Pi，Ai)在声波衰减与孔隙压力图版中的表现形式；

(2)结合等温吸附-声波联测实验声波衰减变化图版在以K为斜边的直角三角形中L1为游离气造成的声波衰减幅值。

3.根据权利要求1所述的页岩吸附气和游离气的计算方法，其特征在于，步骤(3)所述的测量装置为，等温吸附-声波联测装置,包括气瓶(10)、参考缸(20)、等温吸附-声波联测夹持器(30)及声波采集装置(40)；等温吸附-声波联测夹持器(30)上安装有声波发射探头(31)与声波接收探头(32)；泥页岩柱塞样放置在声波发射探头(31)与声波接收探头(32)之间；

气瓶(10)通过第一路管线(6)连接参考缸(20)，阀门(1)为气瓶(10)开关，在第一路管线(6)上设有压力调节阀(3)；参考缸(20)末端设有参考缸压力传感器(100)及参考缸气体放空阀门(2)；等温吸附-声波联测夹持器(30)通过第二路管线(7)与参考缸(20)相连通，在第二路管线(7)上设有控制阀门(4)；声波发射探头(31)与声波接收探头(32)分别与第二路管线(7)和探头压力传感器(200)相连，并在声波接收探头(32)末端设有探头气体放空阀门(5)；围压加压泵(50)通过第三路管线(8)与等温吸附-声波联测夹持器(30)相连，提供覆压条件；声波发射探头(31)与声波接收探头(32)分别通过数据线路与声波采集装置(40)连通。