頁巖氣吸附解吸簡易實驗裝置和實驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于頁巖氣吸附解吸實驗裝置領(lǐng)域，具體涉及一種頁巖氣吸附解吸簡易實驗裝置，還涉及一種頁巖氣吸附解吸簡易實驗裝置的實驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國頁巖氣儲藏量高居世界前列，伴隨著美國對頁巖氣開采的巨大成功，我國對頁巖氣的開采相當?shù)闹匾?。頁巖氣大部分以吸附狀態(tài)儲存在頁巖的孔隙裂縫中，少部分以游離態(tài)存在于頁巖中，研究頁巖的吸附解吸對提高頁巖氣的產(chǎn)氣量具有重要的意義。當前研究頁巖氣的吸附解吸的實驗儀器也很多，但這些儀器相當貴，而且一般在那些重點院校和科研所才有，測試相當不方便且測試費用很高，儀器的養(yǎng)護維修也相當?shù)牟环奖恪?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種頁巖氣吸附解吸簡易實驗裝置和實驗方法，實現(xiàn)測試方便，測試成本低，設(shè)備維護方便且維護成本低，，實驗方法簡單數(shù)據(jù)精確可靠，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
[0004]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:頁巖氣吸附解吸簡易實驗裝置，包括瓦斯罐、頁巖巖樣罐、恒溫水箱和真空稱重裝置，所述瓦斯罐通過管道連接到頁巖巖樣罐，安裝在支撐臺上，所述頁巖巖樣罐固定連接在支架上，整體可置于恒溫水箱中，通過真空栗連接到真空稱重
目.ο
[0005]優(yōu)選的，上述恒溫水箱底端設(shè)置有多個對稱壓縮彈簧和掛鉤，所述壓縮彈簧安裝在底端一周，另一端固定連接在支撐臺，所述拉鉤通過支撐臺上固定連接的拉鉤連接，所述拉鉤連接拉鉤的長度小于壓縮彈簧受壓力后的長度，通過掛鉤和壓縮彈簧，能夠?qū)崿F(xiàn)將頁巖巖樣罐放入和拉出恒溫水箱，操作方便快捷。
[0006]優(yōu)選的，上述頁巖巖樣罐上設(shè)置有瓦斯壓力傳感器和溫度傳感器，所述壓力傳感器和溫度傳感器通過導(dǎo)線連接控制器，所述控制器連接有顯示屏，通過控制器和顯示屏，能夠?qū)㈨搸r巖樣罐中的壓力和溫度實時直觀地顯示出來，便于實驗人員觀察進行其他實驗步驟操作。
[0007]優(yōu)選的，上述氣體稱重裝置包括精密電子天平和置于精密電子天平上的真空瓶，所述精密電子天平安裝在支撐臺上，所述真空瓶通過真空管道連接到真空栗，通過精密電子天平能夠?qū)⒊殡x的瓦斯進行稱重，實現(xiàn)精密重量的稱重。
[0008]優(yōu)選的，上述真空管道設(shè)置閥門四和安裝在閥門四前的有排氣支管，所述排氣支管上設(shè)置有閥門三，通過排氣支管能夠?qū)搸r巖樣罐內(nèi)的空氣進行排出，提高試驗裝置的實驗精度。
[0009]優(yōu)選的，上述頁巖巖樣罐上端設(shè)置有排氣閥，能夠方便快捷地將氣體排出，操作方便快捷。
[0010]頁巖氣吸附解吸簡易實驗裝置的實驗方法，包括以下步驟: (1)選擇和稱量:選用頁巖巖樣破碎到0.20-0.25mm的顆粒，放入磨口瓶中用電子天平稱量，精確到0.lmg，裝入干燥器皿中并對其編號；
(2)烘干:將步驟(1)中稱好的頁巖巖樣置于真空干燥箱內(nèi)，設(shè)定真空干燥箱溫度為85°C，使其在真空度為13Pa以下烘干8h，烘干后放入干燥器皿中冷卻；
(3)裝罐:將步驟(2)中冷卻后的頁巖巖樣裝入頁巖巖樣罐中；
(4)氣密性檢查:打開瓦斯罐和頁巖巖樣罐之間設(shè)置的閥門一，向頁巖巖樣罐中充入4MPa的高壓高純瓦斯氣體，使頁巖巖樣罐處于恒溫水箱的水面以下，檢查頁巖巖樣罐的接頭、閥門以及螺釘連接處是否有氣泡，檢查完畢關(guān)閉閥門一；
(5)真空脫氣:緩緩打開頁巖巖樣罐的排氣閥，放完頁巖巖樣罐中的高壓高純瓦斯后并關(guān)閉排氣閥，連接真空栗，將頁巖巖樣罐放入恒溫水箱中恒溫水域，將恒溫水箱加熱到60±0.1°C，打開閥門二和分支管道上的閥門三，關(guān)閉閥門四，同時開啟真空栗對頁巖巖樣罐進行脫氣，當真空表顯示的真空度小于4Pa后，再連續(xù)抽真空至少4h，關(guān)閉真空機以及閥門二和閥門三；
(6)瓦斯吸附:a)調(diào)節(jié)恒溫水箱中水的溫度至25±1°C，將頁巖巖樣罐置于恒溫水箱中的恒溫水域；b)打開閥門一，向頁巖巖樣罐通入設(shè)定壓力值的定量的高純瓦斯，從顯示屏上觀察罐內(nèi)瓦斯壓力，當壓力值高于設(shè)定壓力值5%時，關(guān)閉閥門一；c)在設(shè)定的溫度下繼續(xù)吸附瓦斯，頁巖巖樣繼續(xù)吸收瓦斯后壓力減小，當小于設(shè)定壓力值時，再次打開閥門一向頁巖巖樣罐中通氣；d)通過多次重復(fù)步驟b和c向頁巖巖樣罐補氣，始終保持頁巖巖樣在設(shè)定的壓力下吸附瓦斯；
(7)瓦斯解吸測定:
a)先將恒溫水箱中恒溫水域調(diào)到設(shè)定溫度20±1°C，當恒溫水域溫度達到并保持的相應(yīng)溫度；
b)打開閥門二和閥門三，關(guān)閉閥門四，打開真空栗，迅速抽出頁巖巖樣罐的游離瓦斯，觀察顯示屏，當罐內(nèi)瓦斯壓力降為零時，立即關(guān)閉閥門二和閥門三，同時關(guān)閉真空栗；
c)第1分鐘，每10s記錄瓦斯壓力傳感器和溫度傳感器的數(shù)據(jù)，同時迅速打開閥門二和閥門四，同時打開真空栗，然后迅速關(guān)閉閥門二和閥門四，關(guān)閉真空栗，記錄高精密天平的讀書；
d)從第2分鐘開始，每lmin記錄瓦斯壓力傳感器和溫度傳感器的數(shù)據(jù)，同時打開閥門二和閥門四，同時打開真空栗，然后迅速關(guān)閉閥門二和閥門四，關(guān)閉真空栗，記錄高精密天平的讀數(shù)，記錄到30分鐘；
e)30分鐘以后，每5min讀取并記錄瓦斯壓力傳感器和溫度傳感器的一次數(shù)據(jù)，操作同步驟d)中，60分鐘以后，每10分鐘讀取并記錄壓力傳感器和溫度傳感器的一次數(shù)據(jù)，操作同步驟d)中，直到120分鐘為止;
(8)解吸數(shù)據(jù)的測定:氣體狀態(tài)方程PV=nRT，方程中p是指理想氣體的壓強，V是理想氣體的體積，η是氣體物質(zhì)的量，Τ是表示理想氣體的熱力學(xué)溫度，R是理想氣體常數(shù)，通過步驟(7)中記錄不同時間的瓦斯壓力值和溫度，知道了 Ρ和Τ，通過高精密天平記錄了每次抽真空的氣體的重量G，而G=mg，通過n =m/M，可把PV=nRT變?yōu)閂=(GRT)/ (PMg)，即可以求出不同時間段頁巖的脫附的體積；
9)采用1-8的步驟測定步驟(7)中溫度設(shè)定為30±1°C和40±1°C時的整個過程。
[0011]優(yōu)選的，上述步驟(3)中將頁巖巖樣裝入頁巖巖樣罐中后需輕敲震平。
[0012]優(yōu)選的，上述步驟(3)中采用的頁巖巖樣罐在頁巖巖樣上面覆蓋有薄層脫脂棉的銅網(wǎng)，通過覆蓋薄層脫脂棉的銅網(wǎng)可防止脫氣或解吸瓦斯時頁巖巖粉的飛出，堵塞管路，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)頁巖巖樣吸收瓦斯的均勻性。
[0013]本發(fā)明的有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過瓦斯罐、頁巖巖樣罐和真空栗構(gòu)成的簡易的實驗裝置實現(xiàn)頁巖氣的吸附和解吸實驗，操作方法簡單方便，實驗設(shè)備制造成本低，測試費用低，設(shè)備維護方便且維護成本低，實驗方法簡單數(shù)據(jù)精確可靠，本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡單和數(shù)據(jù)可靠的特點。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的頁巖巖樣罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:1_瓦斯罐，2-頁巖巖樣罐，3-閥門一，4-閥門二，5-支架，6-真空栗，7-排氣閥，8-閥門三，9-真空瓶，10-精密電子天平，11-瓦斯壓力傳感器12-溫度傳感器，13-恒溫水箱，14-彈簧，15-掛鉤，16-閥門四，17-拉鉤，18-支撐臺，19-真空管道，20-排氣支管，21-銅網(wǎng)。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及具體的實施例對發(fā)明進行進一步介紹。
[0017]實施例1:如圖1~圖2所示，頁巖氣吸附解吸簡易實驗裝置，包括瓦斯罐1、頁巖巖樣罐2、恒溫水箱13和真空稱重裝置，所述瓦斯罐1通過管道連接到頁巖巖樣罐2，安裝在支撐臺18上，所述頁巖巖樣罐2固定連接在支架5上，整體可置于恒溫水箱13中，通過真空栗6連接到氣體稱重裝置，瓦斯罐1和頁巖巖樣罐2間連接的管道上設(shè)置閥門一 3，頁巖巖樣罐2和真空栗間連接的管道上設(shè)置閥門二 7 ;優(yōu)選的，上述恒溫水箱13底端設(shè)置有多個對稱壓縮彈簧14和掛鉤15，所述壓縮彈簧14安裝在底端一周，另一端固定連接在支撐臺18，所述掛鉤15通過支撐臺18上固定連接的拉鉤17連接，所述拉鉤17連接掛鉤的長度小于壓縮彈簧14受壓力后的長度，通過掛鉤和壓縮彈簧，能夠?qū)崿F(xiàn)將頁巖巖樣罐放入和拉出恒溫水箱，操作方便快捷；上述頁巖巖樣罐2上設(shè)置有瓦斯壓力傳感器11和溫度傳感器12，所述壓力傳感器11和溫度傳感器12通過導(dǎo)線連接控制器，所述控制器連接有顯示屏，通過控制器和顯示屏，能夠?qū)㈨搸r巖樣罐中的壓力和溫度實時直觀地顯示出來，便于實驗人員觀察進行其他實驗步驟操作；上述真空稱重裝置包括精密電子天平10和置于精密電子天平10上的真空瓶9，所述精密電子天平10安裝在支撐臺18上，采用精確度為0.lmg的天平，所述真空瓶9通過真空管道19連接到真空栗6，通過精密電子天平；上述真空管道19設(shè)置有閥門四16和安裝在閥門四16前的排氣支管20，所述排氣支管20上設(shè)置有閥門三8，通過排氣支管能夠?qū)搸r巖樣罐內(nèi)的空氣進行排出，提高試驗裝置的實驗精度；上述頁巖巖樣罐2上端設(shè)置有排氣閥4，能夠方便快捷地將氣體排出，操作方便快捷；上述頁巖巖樣罐2在填裝頁巖巖樣后上表面設(shè)置覆蓋有薄層脫脂棉的銅網(wǎng)21，通過覆蓋薄層脫脂棉的銅網(wǎng)可防止脫氣或解吸瓦斯時頁巖巖粉的飛出，堵塞管路，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)頁巖巖樣吸收瓦斯的均勻性。
[0018]頁巖氣吸附解吸簡易實驗裝置的實驗方法，包括以下步驟:
(1)選擇和稱量:選用頁巖巖樣破碎到0.20-0.25mm的顆粒，放入磨口瓶中用電子天平稱量，精確到0.lmg，裝入干燥器皿中并對其編號；
(2)烘干:將步驟(1)中稱好的頁巖巖樣置于真空干燥箱內(nèi)，設(shè)定真空干燥箱溫度為85°C，使其在真空度為13Pa以下烘干8h，烘干后放入干燥器皿中冷卻；
(3)裝罐:將步驟(2)中冷卻后的頁巖巖樣裝入頁巖巖樣罐2中；
(4)氣密性檢查:打開瓦斯罐1和頁巖巖樣罐2之間設(shè)置的閥門一3，向頁巖巖樣罐2中充入4MPa的高壓高純瓦斯氣體，使頁巖巖樣罐2處于恒溫水箱13的水面以下，檢查頁巖巖樣罐2的接頭、閥門以及螺釘連接處是否有氣泡，檢查完畢關(guān)閉閥門一 3 ;
(5)真空脫氣:緩緩打開頁巖巖樣