[发明专利]一种测量煤岩吸附膨胀系数的方法

权利要求书

1.一种测量煤岩吸附膨胀系数的方法，其特征在于，所述方法利用质量守恒，对吸附饱和气体前后的煤岩样品质量进行测量，获得煤岩吸附气体前后的体积变化，然后根据吸附膨胀系数计算公式，获得煤岩的吸附膨胀系数。

测量方法为：

第一，测量样品桶(2)的质量与体积：将样品桶(2)用酒精彻底清洁、干燥后，不加入任何煤岩样品(3)，测试样品桶(2)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。

第二，进行煤岩样品(3)预处理，将煤岩样品(3)在70℃氦气氛围(0.1MPa)中加热3h，然后在75℃真空条件下干燥至质量不再变化为止，除去煤岩样品(3)中的气体杂质及水分。

第三，进行煤岩浮力测试：目的是测试煤岩样片(3)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时间为0.5h。

第四，煤岩吸附测试：测试之前对样品缸持续抽真空1h，以除去煤岩样品(3)孔隙中进入的氦气。在煤岩样品(3)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。

第五，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。

2.如权利要求1所述的一种测量煤岩吸附膨胀系数的方法，具体操作步骤如下：

1)煤岩样品(3)制备：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。

2)样品桶(2)的质量与体积的测试：将样品桶(2)用酒精彻底清洁、干燥后，不加入任何煤岩样品(3)，测试样品桶(2)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。每个压力点设置的平衡时间为0.5h。样品桶(2)和煤岩样品(3)受到天平(1)的拉力，即天平的读数M_r，同时受到自身的重力M_c和周围气体介质(4)对其浮力ρ·V_c，V_c为样品桶(2)的体积，利用公式1，对测试数据进行线性拟合，拟合直线斜率的绝对值为V_c，截距为M_c。

式中，M_r1——天平(1)读数，g；

M_c——样品桶(2)质量，g；

——甲烷的密度，g/cm³，由高温高压磁悬浮重量法等温吸附仪记录获得；

V_c——样品桶(2)体积，cm³。

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

4)浮力测试：目的是测试煤岩样品(3)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。每个压力点的时间设置为0.5h。测试原理与步骤2相同，利用公式2，对测试数据进行线性拟合，拟合直线斜率的绝对值为V_c+s，截距为M_c+s。

M_r2＝M_c+s-ρ_He·V_c+s(2)

式中，M_r2——天平(1)读数，g；

M_c+s——煤岩样品(3)和样品桶(2)质量，g；

ρ_He——氦气的密度，g/cm³，由高温高压磁悬浮重量法等温吸附仪记录获得；

V_c+s——煤岩样品(3)和样品桶(2)体积，cm³。

5)吸附测试：测试之前对样品缸续抽真空1h，以除去煤岩样品(3)孔隙中进入的氦气。实验温度30℃，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。测试原理与步骤2相同，具体表达式如公式3：

式中，M_r3——天平(1)读数，g；

Δm——吸附甲烷的质量，g。

在煤岩样品(3)接近吸附饱和的高压情况下测量煤岩最大吸附膨胀系数，通过实验，发现煤岩样品(3)在12MPa时，甲烷吸附饱和度已达93.17％，根据Langmuir曲线的特性，压力再增加的话，其对吸附量的增加十分微弱，因此，可以认为在压力超过12MPa后，煤样的质量和体积不再变化。此时，样品桶(2)加煤岩样品(3)再加吸附态甲烷的质量与体积如公式5，利用公式5，对测试数据进行线性拟合，拟合直线斜率的绝对值为V_c+s+x，截距为M_c+s+x。

式中，M_r3——天平(1)读数，g；

M_c+s+x——样品桶(2)、煤岩样品(3)和近吸附饱和时吸附态甲烷的质量，g；

V_c+s+x——样品桶(2)、煤样和近吸附饱和时吸附态甲烷的体积，cm³；

6)煤岩吸附膨胀系数计算：通过步骤1到步骤5可获得，煤岩样品(3)的质量与体积、煤岩样品(3)吸附饱和后吸附甲烷的质量、煤岩样品(3)吸附饱和后吸附甲烷的体积和吸附膨胀产生的体积之和，吸附态甲烷的密度按三相点密度0.4507g/cm³计算，可获得吸附态甲烷的体积，进而获得吸附膨胀产生的体积，根据公式4可得煤岩吸附膨胀系数。

式中，ε——煤岩样品(3)吸附膨胀系数；

V_s——煤岩样品(3)的体积

V_ε——煤岩样品(3)吸附膨胀产生的体积。