一种升温恒压解吸实验装置和方法与流程
本发明涉及岩石吸附解吸实验，尤其涉及一种升温恒压解吸实验装置和方法。
背景技术：
1、由于页岩、煤岩等储层富含有机质，使得吸附气是其主要赋存方式之一。在页岩、煤岩储层水力压裂过程中，压裂液进入导致储层局部温度发生变化。另外，油页岩原位改质、火烧油层、煤炭地下气化等工程作业过程中，储层中有机物因发生氧化燃烧放出大量的热和可被吸附的气体，使得储层温度和压力上升，从而影响到储层整体的传质能力。因此定量评价储层岩石在不同温度环境下对气体的吸附解吸行为，是准确评价富含有机质储层的气体赋存状态及其运移行为的重要前提。为此，需要建立一种能测量岩石在不同温度下的吸附解吸能力，且能实时监测岩石在升温过程中的解吸速率的实验装置和方法。
2、然而，现有吸附解吸实验，多采用的是恒温恒容吸附解吸的实验装置，使用恒容阶段降压法进行实验，需要将实验装置共同放入恒定温度环境中，开展不同温度环境下、不同平衡压力的等温吸附解吸实验，往往会面临在高温高压实验条件下，装置的密封性可靠性降低的问题，也无法模拟实际生产过程中的恒压变温环境。虽然也有学者提出常压排水法对升温过程中解吸的气体进行实时采集，但人工读数精度差，且无法实现温度、压力和解吸量等数据的实时对比。因此如何设计一款低人力成本、高稳定性且高精度的升温恒压解吸实验装置和配套的方法，是本领域亟待解决的问题之一，其对于页岩气藏、煤岩气藏压后产能预测等方面具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明提供一种升温恒压解吸实验装置和方法，通过动态监测岩石在升温过程中气体解吸量，实现气体恒压解吸，且能够提高实验效率和测量精度，可建立解吸气量、样品温度和时间的关系，为研究储层温度对页岩气和煤层气产出能力奠定基础。
2、本发明一方面提供一种升温恒压解吸实验装置，包括：
3、高温样品罐，用于储存实验样品；
4、气源供应装置，与所述高温样品罐相接，用于提供实验样品吸附的气源；
5、解吸标准罐，与所述高温样品罐相接，用于收集经所述高温样品罐排出的气体；以及
6、压力控制装置，与所述高温样品罐相接，用于控制所述高温样品罐的压力；
7、其中，所述高温样品罐上设置有加热装置，用于加热所述高温样品罐。
8、在一个实施方式中，所述高温样品罐为耐高温金属容器，且所述高温样品罐上设有保温层。通过本实施方式，。
9、在一个实施方式中，所述气源供应装置包括：
10、高压氦气源，用于供应氦气；
11、高压甲烷气源，用于供应吸附所需的甲烷气体；以及
12、吸附标准罐，通过管路及阀门连接所述高压样品罐、所述高压氦气源及所述高压甲烷气源，氦气或甲烷气体通过所述吸附标准罐进入所述高压样品罐。通过本实施方式，。
13、在一个实施方式中，所述吸附标准罐及所述解吸标准罐均通过管路及阀门与真空泵相连。通过本实施方式，。
14、在一个实施方式中，所述压力控制装置包括恒压阀及恒压泵，所述恒压泵通过所述恒压阀与所述高温样品罐相接。通过本实施方式，。
15、在一个实施方式中，还包括内部设置有温控组件的控温箱；吸附标准罐、解吸标准罐及恒压阀均设置于所述控温箱内部。通过本实施方式，。
16、在一个实施方式中，还包括温度压力监控单元，所述温度压力监控单元通过信号传输与控制线分别连接加热装置、温控组件以及恒压泵。通过本实施方式，。
17、在一个实施方式中，所述高温样品罐、吸附标准罐及解吸标准罐均连接有压力传感器，各所述压力传感器均通过信号传输与控制线与所述温度压力监控单元相连。通过本实施方式，。
18、本发明另一方面提供一种升温恒压解吸实验方法，应用上述升温恒压解吸实验装置，包括以下步骤：
19、s1、实验样品预处理及系统气密性检测；
20、s2、测定高压样品罐的自由体积v自；
21、s3、通过恒温吸附实验计算实验样品吸附甲烷的量；
22、s4、通过恒压升温解吸实验计算实验样品解吸的量n解。
23、在一个实施方式中，步骤s1包括以下子步骤：
24、s1.1、将干燥称重后的样品放入高温样品罐中，将高温样品罐和控温箱的温度均设定为t标；
25、s1.2、打开所有阀门，通过真空泵对所有容器抽真空，并检查实验装置整体的负压气密性；
26、s1.3、注入高压氦气，并检查实验装置整体的正压气密性。
27、在一个实施方式中，步骤s2包括以下子步骤：
28、s2.1、使用真空泵将实验装置整体抽真空；
29、s2.2、关闭高温样品罐与吸附标准罐之间的阀门以及恒压阀，从高压氦气源向吸附标准罐内注入氦气；
30、s2.3、打开高温样品罐与吸附标准罐之间的阀门，监测开阀前后的平衡压力，并通过波义耳定律计算高温样品罐的自由体积v自。
31、在一个实施方式中，步骤s3包括以下子步骤：
32、s3.1、使用真空泵将实验装置整体抽真空；
33、s3.2、关闭高温样品罐与吸附标准罐之间的阀门以及恒压阀，从高压甲烷气源向吸附标准罐内注入甲烷；
34、s3.3、打开高温样品罐与吸附标准罐之间的阀门，监测开阀前后的平衡压力，并通过气体标准状态方程计算样品吸附甲烷的量。
35、在一个实施方式中，步骤s4包括以下子步骤：
36、s4.1、调节恒压泵的泵出压力至目标恒定压力p恒；
37、s4.2、利用加热装置对高温样品罐进行加热升温，并通过温度压力监控单元实时采集解吸标准罐的压力p解和高温样品罐的温度t样；
38、s4.3、利用获得的参数计算实验样品解吸的量n解。
39、在一个实施方式中，步骤s4.3中计算实验样品解吸的量n解的公式为：
40、
41、其中，p解为解吸标准罐的压力；p恒为目标恒定压力，等于高温样品罐的压力；v自为高温样品罐的自由体积；v解为解吸标准罐的容积；t标为解吸标准罐的恒定温度；t样为高温样品罐的温度；z为气体压缩因子；r为气体常数；n解为实验样品升温至t样时解吸气体的摩尔量。
42、综上所述，与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
43、借助本发明提供的升温恒压解吸实验装置，不仅能进行高温高压气体吸附实验，还能进行升温恒压气体解吸实验，具有解吸气动态采集的功能；同时，借助相应的升温恒压解吸实验方法，有助于高效准确评价页岩气、煤层气等气井产能预测，以及其他有关气体吸附解吸的定量测试；此外，还实现温度和气体解吸量的动态联立，可分析岩石的气体解吸效率，提高解吸实验数据的精确度。
技术特征：
1.一种升温恒压解吸实验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种升温恒压解吸实验装置，其特征在于，所述高温样品罐为耐高温金属容器，且所述高温样品罐上设有保温层。
3.根据权利要求1所述的一种升温恒压解吸实验装置，其特征在于，所述气源供应装置包括：
4.根据权利要求3所述的一种升温恒压解吸实验装置，其特征在于，所述吸附标准罐及所述解吸标准罐均通过管路及阀门与真空泵相连。
5.根据权利要求1所述的一种升温恒压解吸实验装置，其特征在于，所述压力控制装置包括恒压阀及恒压泵，所述恒压泵通过所述恒压阀与所述高温样品罐相接。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种升温恒压解吸实验装置，其特征在于，还包括内部设置有温控组件的控温箱；吸附标准罐、解吸标准罐及恒压阀均设置于所述控温箱内部。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种升温恒压解吸实验装置，其特征在于，还包括温度压力监控单元，所述温度压力监控单元通过信号传输与控制线分别连接加热装置、温控组件以及恒压泵。
8.根据权利要求7所述的一种升温恒压解吸实验装置，其特征在于，所述高温样品罐、吸附标准罐及解吸标准罐均连接有压力传感器，各所述压力传感器均通过信号传输与控制线与所述温度压力监控单元相连。
9.一种升温恒压解吸实验方法，应用如权利要求1-8中任一项所述的升温恒压解吸实验装置，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种升温恒压解吸实验方法，其特征在于，步骤s1包括以下子步骤：
11.根据权利要求9所述的一种升温恒压解吸实验方法，其特征在于，步骤s2包括以下子步骤：
12.根据权利要求9所述的一种升温恒压解吸实验方法，其特征在于，步骤s3包括以下子步骤：
13.根据权利要求9所述的一种升温恒压解吸实验方法，其特征在于，步骤s4包括以下子步骤：
14.根据权利要求13所述的一种升温恒压解吸实验方法，其特征在于，步骤s4.3中计算实验样品解吸的量n解的公式为：
技术总结
本发明提供了一种升温恒压解吸实验装置和方法，涉及岩石吸附解吸实验技术领域。其中，一种升温恒压解吸实验装置，包括高温样品罐、气源供应装置、解吸标准罐及压力控制装置，气源供应装置、解吸标准罐及压力控制装置均与所述高温样品罐相接，且高温样品罐上设置有加热装置。以及一种升温恒压解吸实验方法，其应用上述实验装置。基于本发明的技术方案，能进行高温高压气体吸附和升温恒压气体解吸实验，具有解吸气动态采集的功能，有助于高效准确评价页岩气、煤层气等气井产能预测，可分析岩石的气体解吸效率，提高解吸实验数据的精确度。
技术研发人员：方思冬,戴城,刘华,王卫红,胡小虎,王妍妍
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23