[发明专利]页岩气吸附解吸简易实验装置和实验方法

摘要

本发明公开了页岩气吸附解吸简易实验装置和实验方法，包括瓦斯罐、页岩岩样罐、恒温水箱和气体称重装置，所述瓦斯罐通过管道连接到页岩岩样罐，安装在支撑台上，所述页岩岩样罐固定连接在支架上，整体可置于恒温水箱中，通过真空泵连接到气体称重装置。本发明通过瓦斯罐、页岩岩样罐和真空泵构成的简易的实验装置实现页岩气的吸附和解吸实验，操作方法简单方便，实验设备制造成本低，测试费用低，设备维护方便且维护成本低，实验方法简单数据精确可靠，本发明还具有结构简单和数据可靠的特点。

主权项

1.页岩气吸附解吸简易实验装置的实验方法，其特征在于：包括页岩气吸附解吸简易实验装置，该实验装置包括瓦斯罐（1）、页岩岩样罐（2）、恒温水箱（13）和气体称重装置，所述瓦斯罐（1）通过管道连接到页岩岩样罐（2），安装在支撑台（18）上，所述页岩岩样罐（2）固定连接在支架（5）上，整体可置于恒温水箱（13）中，通过真空泵（6）连接到气体称重装置，所述恒温水箱（13）底端设置有多个对称弹簧（14）和挂钩（15），所述弹簧（14）安装在所述恒温水箱（13）底端一周，另一端固定连接在支撑台（18），所述挂钩（15）通过支撑台（18）上固定连接的拉钩（17）连接，所述拉钩（17）连接挂钩的长度小于弹簧（14）受压力后的长度；所述页岩岩样罐（2）上设置有瓦斯压力传感器（11）和温度传感器（12），所述瓦斯压力传感器（11）和温度传感器（12）通过导线连接数据采集仪，所述数据采集仪连接有计算机；所述气体称重装置包括精密电子天平（10）和置于精密电子天平（10）上的真空瓶（9），所述精密电子天平（10）安装在支撑台（18）上，所述真空瓶（9）通过真空管道（19）连接到真空泵（6）；所述真空管道（19）设置有阀门四（16）和安装在阀门四（16）前的排气支管（20），所述排气支管（20）上设置有阀门三（8）；实验方法包括以下步骤：（1）选择和称量：选用页岩岩样破碎到0.20‑0.25mm的颗粒，放入磨口瓶中用电子天平称量，精确到0.1mg，装入干燥器皿中并对其编号；（2）烘干：将步骤（1）中称好的页岩岩样置于真空干燥箱内，设定真空干燥箱温度为85℃，使其在真空度为13Pa以下烘干8h，烘干后放入干燥器皿中冷却；（3）装罐：将步骤（2）中冷却后的页岩岩样装入页岩岩样罐（2）中；（4）气密性检查：打开瓦斯罐（1）和页岩岩样罐（2）之间设置的阀门一（3），向页岩岩样罐（2）中充入4MPa的高压高纯瓦斯气体，使页岩岩样罐（2）处于恒温水箱（13）的水面以下，检查页岩岩样罐（2）的接头、阀门以及螺钉连接处是否有气泡，检查完毕关闭阀门一（3）；（5）真空脱气：缓缓打开页岩岩样罐的排气阀（4），放完页岩岩样罐（2）中的高压高纯瓦斯后关闭排气阀（4），连接真空泵（6），将页岩岩样罐（2）放入恒温水箱中恒温水浴，将恒温水箱加热到60±0.1℃，打开阀门二（7）和排气支管（20）上的阀门三（8），关闭阀门四（16），同时开启真空泵（6）对页岩岩样罐（2）进行脱气，当真空表显示的真空度小于4Pa后，再连续抽真空至少4h，关闭真空泵（6）以及阀门二（7）和阀门三（8）；（6）瓦斯吸附：a）调节恒温水箱（13）中水的温度至25±1℃，将页岩岩样罐（2）置于恒温水箱（13）中的恒温水浴；b）打开阀门一（3），向页岩岩样罐（2）通入设定压力值的定量的高纯瓦斯，从显示屏上观察罐内瓦斯压力，当压力值高于设定压力值5%时，关闭阀门一（3）；c）在设定的温度下继续吸附瓦斯，页岩岩样继续吸收瓦斯后压力减小，当小于设定压力值时，再次打开阀门一（3）向页岩岩样罐（2）中通气；d）通过多次重复步骤b）和c）向页岩岩样罐补气，始终保持页岩岩样在设定的压力下吸附瓦斯，最终在气压实际值与设定值相差1%时结束补气；（7）瓦斯解吸测定：a）先将恒温水箱中恒温水浴调到设定温度20±1℃，当恒温水浴温度达到时，保持相应温度；b）打开阀门二（7）和阀门三（8），关闭阀门四（16），打开真空泵（6），迅速抽出页岩岩样罐的游离瓦斯，观察显示屏，当罐内瓦斯压力降为零时，立即关闭阀门二（7）和阀门三（8），同时关闭真空泵（6）；c）第1分钟，每10s记录瓦斯压力传感器和温度传感器的数据，同时迅速打开阀门二（7）和阀门四（16），同时打开真空泵（6），然后迅速关闭阀门二（7）和阀门四（16），关闭真空泵（6），记录高精密天平的读数；d）从第2分钟开始，每1min记录瓦斯压力传感器和温度传感器的数据，同时打开阀门二（7）和阀门四（16），同时打开真空泵（6），然后迅速关闭阀门二（7）和阀门四（16），关闭真空泵（6），记录高精密天平的读数，记录到第30分钟；e）第30分钟以后，每5min读取并记录瓦斯压力传感器和温度传感器的一次数据，操作同步骤d），第60分钟以后，每10分钟读取并记录压力传感器和温度传感器的一次数据，操作同步骤d），直到第120分钟为止；（8）解吸数据的测定：气体状态方程PV=nRT，方程中P是指理想气体的压强，V是理想气体的体积，n是气体物质的量， T是表示理想气体的热力学温度，R是理想气体常数，通过步骤（7）中记录不同时间的瓦斯压力值和温度，知道了P和T，通过高精密天平记录了每次抽真空的气体的重量G，而G=mg，通过n =m/M，可把PV=nRT变为V=(GRT)/(PMg)，即可以求出不同时间段页岩的脱附的体积；（9）采用（1）‑（8）的步骤测定步骤（7）中温度设定为30±1℃和40±1℃时的整个过程。