煤的高压等温吸附试验方法研究

煤的高压等温吸附试验方法研究

张二霞

内蒙古地勘测试有限公司   内蒙古 呼和浩特010000

摘要：煤层气作为非常规天然气的一种，在其开发利用的过程中，煤的高压等温吸附试验对其研究是非常重要的。所以本文主要研究了煤的高压等温吸附试验方法和吸附时间对煤的高压等温吸附试验的影响。

关键词：煤层气  煤的高压等温吸附  试验方法 拟合计算

近年来，非常规天然气快速发展引起了世界的关注。煤层气作为非常规天然气的一种，其形成于煤化过程中，主要由吸附态赋存于煤层孔隙表面、溶解在煤层水中和分布在煤孔隙及裂隙三种赋存形式。在煤层气开发与利用过程中，煤的高压等温吸附试验作为煤层气资源可采性评价和指导煤层气井排采生产的关键技术参数之一，其研究非常重要。所以，弄清煤的高压等温吸附试验过程中所受的影响因素，得到准确的等温吸附数据，是煤层气测试技术人员一直追求的目标，也是煤层气开发中基础工作的必要条件。

1 煤的高压等温吸附试验方法

煤的高压等温吸附试验方法是根据中华人民共和国国家标准：煤的高压等温吸附试验方法（GB/T-19560-2008）而进行的。具体试验步骤如下：

1. 1 试样装缸

将达到平衡水分的煤样准确称量，迅速装入样品缸内。

1. 2 气密性检查

1.2.1 调节温度

设置并调节系统温度，使样品缸和参考缸的温度稳定在储层温度。

1.2.2 充气

向系统中充入氦气，压力高于等温吸附试验最高压力 1 MPa。

1.2.3 采集数据

    系统采集参考缸和样品缸的压力数据，压力在 6 小时内保持不变，则视为系统气密性良好。

1. 3 　自由空间体积测量

1.3.1 调节温度

设置并调节系统温度，使样品缸和参考缸的温度稳定在储层温度。

1.3.2 充气

打开氦气瓶，向系统中充入氦气，调节参考缸压力值达到 2 MPa~ 3 MPa，然后关闭参考缸阀门。

1.3.3 采集数据

打开参考缸阀门与样品缸阀门，待压力平衡后采集一组数据。然后重复1.3.2到1.3.3两次。自由空间体积重复测定3次，其中两两之间值差不大于0.1立方厘米。求得煤样体积，计算出样品缸内自由空间体积。

1. 4 　等温吸附试验

1.4.1 最高试验压力的确定

最高试验压力通常设置为储层压力的1.1倍，且最高试验平衡压力不得低于8 MPa。

1.4.2 试验压力点分布

当最高试验平衡压力为8MPa时，试验压力点不少于6个；当最高试验平衡压力为8MPa~12MPa之间，试验压力点不少于7个；当最高试验平衡压力为大于12MPa，试验压力点不少于8个。

1.4.3 充气

打开调节阀门和参考缸阀门，向系统充入甲烷气体或其他试验用气体，调节参考缸压力至目标压力。

1.4.4 采集数据

达到目标压力，且温度稳定后，启动等温吸附试验程序自动采集样品缸和参考缸内的时间、压力、温度等相关数据，并将数据记录为数据文件。然后重复1.4.3到1.4.4步骤，自低而高逐个压力点进行试验，直至最后一个压力点试验结束。

1.4.5 吸附平衡时间确定

根据煤样的变质程度、样品质量等实际情况确定，但不得少于12小时。

2 　吸附时间对煤的高压等温吸附试验的影响

在实际实验过程中，会遇到突然停电的现象。这样的化，吸附时间就会大于12小时。那么，多出的吸附时间对煤的高压等温吸附试验是否有影响。对于这个问题，本人进行了一系列的试验进行研究。

2. 1 　试验方法及结果

本文采用同一种煤在相同试验条件下，等温吸附时间分别为12小时与24小时。得出试验数据进行计算处理后，结果如图2-1所示。

图2-1不同等温吸附时间的等温吸附曲线

从图中可以看出，等温吸附时间越长吸附量越大。

2. 2　拟合计算

为了讨论等温吸附时间是否对Langmuir体积与Langmuir压力有影响，对上述图形进行了拟合计算，得到结果如下。其中拟合方程式为：V = VL * P / (PL + P )

式中：V——等温吸附量（cm3*g-1）；

VL——Langmuir体积（cm3*g-1）;

P——等温吸附压力(MPa)；

PL——Langmuir压力(cm3*g-1)；

    VL12h=6.67 cm3*g-1, VL24h=6.97 cm3*g-1,PL12h=3.51 MPa，PL24h=3.61 MPa。由此可知，虽然等温吸附时间增加会对Langmuir体积与Langmuir压力产生一定的影响，但是影响不大，仍在误差范围内。

3 　结　　语

综上所述, 煤的高压等温吸附试验中，延长等温吸附时间会增加等温吸附量，而等温吸附时间的增加会对Langmuir体积与Langmuir压力产生一定的影响，但是影响不大，仍在误差范围内。所以，如果在试验进行过程中遇到停电的时间大于12小时且小于24小时时，我们可以等来电后继续做后续的压力点，这样对结果不会造成很大的影响，其仍在误差范围内。这样既节省了试验时间，也避免了样品和试验气体的浪费。如果停电时间超过24小时，我们就只能重新开始试验。    （注：此次试验只对试验样品这一种煤负责。）

参考文献

[1]邱广东,罗新荣,李卓睿,等.煤的高压等温吸附试验压缩系数线性拟合方法适用性研究[J].中国矿业,2013,22(11):122-125.

[2]邱广东,罗新荣,史晴晴,等.煤的高压等温吸附试验恒温系统误差分析与修正方法[J].煤矿安全,2013,44(08):14-16+19.

[3] 煤的等温吸附试验探讨[J]. 罗政.科协论坛(下半月),2012(07)

[4]GB/T 19560-2008, 煤的高压等温吸附试验方法[S].