本發(fā)明涉及巖石的吸附能力及co2提高煤層氣采收率，具體涉及一種核磁信號轉(zhuǎn)換甲烷摩爾質(zhì)量測定甲烷吸附量的方法。

背景技術(shù)：

1、目前社會對環(huán)境的保護(hù)越來越重視，清潔能源受到了更多的關(guān)注。我國作為煤炭大國，煤炭依然是主要的資源消耗種類。在此背景下，煤層氣作為一種清潔、高效的非常規(guī)天然氣，受到越來越多的關(guān)注。煤層氣主要是以吸附態(tài)儲存在煤儲層中，因此在煤層氣的開采過程中，對煤中吸附態(tài)甲烷含量的測定對煤儲層的煤層氣儲量計(jì)算以及開發(fā)效果評價(jià)具有重要意義。

2、目前，對于吸附態(tài)甲烷的測量基本是以基于體積法和langmuir方程的等溫吸附實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行，但該方法結(jié)果容易受雜質(zhì)影響，實(shí)驗(yàn)時(shí)間也較長，且該結(jié)果是由間接計(jì)算得到，并不是實(shí)際測量到的，存在一定誤差。隨著核磁共振技術(shù)的發(fā)展，其在非常規(guī)油氣儲層的應(yīng)用中得到了廣泛發(fā)展。核磁共振技術(shù)通過測量流體中的1h來對流體進(jìn)行分析研究。因此，核磁共振技術(shù)可用于研究煤中吸附態(tài)的甲烷。但目前利用核磁共振測試甲烷吸附量的方法也存在一定的缺陷。

3、目前對于煤或頁巖中甲烷吸附量吸附量的測試主要基于吸附過程中的質(zhì)量守恒定律，首先對游離態(tài)甲烷進(jìn)行核磁信號測試，然后在吸附過程中添加一個(gè)參考罐，利用參考罐與樣品罐的壓力差，計(jì)算出游離態(tài)甲烷的減少量，從而得到甲烷的吸附量。但是該方法步驟較為繁瑣，并且在測試過程中，管線中的游離態(tài)甲烷的核磁信號無法去除，會對結(jié)果造成一定的影響。

4、因此，需要尋找一種更簡便、快速、準(zhǔn)確的測量甲烷吸附量的新方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種核磁信號轉(zhuǎn)換甲烷摩爾質(zhì)量測定甲烷吸附量的方法，解決目前利用核磁共振技術(shù)測定甲烷吸附量方法的缺陷，提供一種新的利用低場核磁共振技術(shù)來獲得核磁1h原子信號量與甲烷物質(zhì)的量關(guān)系，從而計(jì)算煤、頁巖中甲烷吸附量的方法，通過該方法，可以直接建立核磁信號與甲烷物質(zhì)的量之間的關(guān)系，從而計(jì)算巖石中甲烷的吸附量，實(shí)現(xiàn)在不同溫度、壓力條件下，即時(shí)的測量甲烷的吸附量。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種核磁信號轉(zhuǎn)換甲烷摩爾質(zhì)量測定甲烷吸附量的系統(tǒng)，包括甲烷罐及氦氣罐，其特征在于，甲烷罐及氦氣罐通過閥門v1、閥門v2連接減壓閥；閥門v1、閥門v2之間連接增壓泵及儲氣罐；儲氣罐設(shè)有閥門v3；減壓閥通過閥門v6、閥門v7連接樣品罐；減壓閥與閥門v6之間通過閥門v4連接背壓閥，通過閥門v5連接真空泵，所述的閥門v6與閥門v7之間設(shè)有壓力傳感器。

4、所述的樣品罐通過夾持器固定在低場核磁共振裝置,設(shè)有加壓裝置及恒溫裝置。

5、所述的夾持器設(shè)有氣路接口，通過密閉的氣路系統(tǒng)與甲烷罐及氦氣罐、儲氣罐、增壓泵、真空泵相連。

6、一種核磁信號轉(zhuǎn)換甲烷摩爾質(zhì)量測定甲烷吸附量的方法，其特征在于，包括以下步驟：

7、首先在室溫下，向?qū)嶒?yàn)系統(tǒng)中注入3mpa的氦氣，檢查氣密性，檢查合格后抽真空；

8、然后將整個(gè)體統(tǒng)抽真空，在空樣品罐狀態(tài)下，注入純甲烷氣體，測試不同壓力點(diǎn)下甲烷的核磁t2譜，獲得空罐狀態(tài)不同壓力下的核磁信號幅度；然后在樣品罐中裝入已知體積的標(biāo)準(zhǔn)樣品，注入純甲烷氣體，測試與空罐狀態(tài)下相同壓力下甲烷的核磁t2譜，獲得放入標(biāo)準(zhǔn)樣品狀態(tài)不同壓力下的核磁信號幅度。利用空罐狀態(tài)和放入標(biāo)準(zhǔn)樣品后相同壓力下的核磁信號幅度差，結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程，確定核磁信號幅度與甲烷物質(zhì)的量之間的關(guān)系。

9、在樣品罐中加入20g煤或頁巖樣品，進(jìn)行低場核磁共振監(jiān)測下的甲烷等溫吸附實(shí)驗(yàn)；通過測試不同壓力點(diǎn)下，吸附平衡后的核磁t2譜，反演得到核磁信號幅度值；依據(jù)建立的甲烷物質(zhì)的量與核磁信號幅度之間的關(guān)系，得到吸附態(tài)甲烷的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積。

10、進(jìn)一步，測定甲烷吸附量的具體操作步驟如下：

11、（1）氣密性檢查及基底信號測量：

12、將恒溫裝置的溫度設(shè)置為25攝氏度，打開v2、v6、v7閥門，向整個(gè)系統(tǒng)中注入氦氣，至進(jìn)口壓力為3?mpa，壓力穩(wěn)定2小時(shí)后，證明氣密性良好；

13、（2）打開閥門v2和v4，排出所有管路中的氦氣；

14、（3）隨后打開閥門v5和v7，對整個(gè)系統(tǒng)抽真空，至進(jìn)口壓力為-0.05?mpa，測量真空狀態(tài)下的t2譜作為基底信號；

15、（4）甲烷定標(biāo)過程：

16、將空的樣品罐放個(gè)夾持器中，將夾持器放入核磁共振設(shè)備中，然后連接氣路管線、加壓裝置和恒溫裝置；

17、打開v2、v6，v7，向樣品罐中注入甲烷，當(dāng)樣品罐中壓力達(dá)到0.5?mpa時(shí)，關(guān)閉v7，測量0.5?mpa時(shí)甲烷的t2譜；

18、打開v7，繼續(xù)注入甲烷至壓力為0.75?mpa，測試該壓力下甲烷的t2譜；

19、重復(fù)上述步驟，繼續(xù)測的1.00?mpa、1.25?mpa、1.50?mpa壓力時(shí)，空罐狀態(tài)下甲烷的核磁信號量，記為qi，i分別為0.50、0.75、1.00、1.25、1.50；

20、得到空罐時(shí)的甲烷核磁信號量后，卸下夾持器和樣品罐，將已知體積為vs的標(biāo)準(zhǔn)樣品放入樣品罐，重復(fù)空罐時(shí)的操作步驟，得到放入標(biāo)準(zhǔn)樣品后0.05?mpa、0.75?mpa、1.00mpa、1.25?mpa、1.50?mpa壓力下甲烷的t2譜和核磁信號量，記為qi′；

21、（5）甲烷物質(zhì)的量和核磁信號定標(biāo)：

22、根據(jù)理想氣體狀態(tài)房產(chǎn)：在空罐狀態(tài)時(shí)有：

23、piv0=nizirt（1）；

24、當(dāng)放入標(biāo)準(zhǔn)樣品后有：

25、piv0′=ni′zirt（2）；

26、式（1）-（2）中，pi為每次測量t2譜的壓力，v0為樣品罐的體積，ni為空罐狀態(tài)下不同壓力時(shí)甲烷的物質(zhì)的量，zi是不同壓力下甲烷的壓縮因子，r為熱力學(xué)常數(shù)，t為實(shí)驗(yàn)溫度，v0′為放入標(biāo)準(zhǔn)樣品后的樣品罐的體積，ni′為放入標(biāo)準(zhǔn)樣品不同壓力時(shí)甲烷的物質(zhì)的量

27、因?yàn)関0′=v0-vs，帶入式（2）可得：

28、pi(v0-vs)=nizirt=piv0-pivs（3）；

29、結(jié)合式（3）和（1）可得：

30、pivs=(ni-ni′)zirt=△nizirt?（4）；

31、由于在每次核磁共振t2譜的測試中，甲烷的核磁信號qi、qi′與甲烷的物質(zhì)量的ni、ni′完全對應(yīng)，因此同一壓力下，空罐狀態(tài)和放入標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)的甲烷核磁信號量差值△qi與甲烷物質(zhì)的量差值△ni也完全對應(yīng)，則可以得到甲烷的核磁信號量與吸附態(tài)甲烷物質(zhì)的量之間的關(guān)系，

32、na=kqa；

33、再根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程，從而得到甲烷的吸附量的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積：

34、va=nart/p?（5）；

35、其中，va為甲烷的吸附量的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積，qa為甲烷的核磁信號量，na為吸附態(tài)甲烷物質(zhì)的量，k為參數(shù)；

36、（6）甲烷等溫吸附實(shí)驗(yàn)：

37、稱取20g樣品裝入樣品罐，通過夾持器固定在低場核磁共振裝置之中，連接氣路系統(tǒng)；抽真空至-0.05mpa，測試裝置氣密性；關(guān)閉v7閥門，打開v1、v2、v6閥門，向氣路系統(tǒng)中注入甲烷，至設(shè)定壓力后停止注入，打開v7開始吸附，待吸附平衡后測試核磁t2譜，

38、記錄平衡壓力；隨后關(guān)閉v7，繼續(xù)注入甲烷，測試不同壓力下吸附平衡后的核磁t2譜。

39、本發(fā)明的有益效果是：

40、1、測試流程更簡便、快速，省去現(xiàn)有方法中需要參考罐的步驟；

41、2、利于排水法原理，通過體積差和信號差直接確定了甲烷物質(zhì)的量與核磁信號幅度之間的關(guān)系，避免了氣路管線中的游離態(tài)甲烷對于核磁信號的影響。