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一種可精確控壓的氣體吸附解析方法及裝置

閱讀:671發(fā)布:2020-11-12

專(zhuān)利匯可以提供一種可精確控壓的氣體吸附解析方法及裝置專(zhuān)利檢索,專(zhuān)利查詢(xún),專(zhuān)利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 涉及一種可精確控壓的氣體 吸附 解析方法及裝置,其特征在于:設(shè)置氣體吸附解析裝置;對(duì)裝置抽 真空 ,使第一參比室、樣品室和第二參比室內(nèi)壓 力 為0;確定第一參比室的容積、樣品室的容積和第二參比室的容積;將 巖石 樣品放入樣品室內(nèi),確定巖石樣品體積;向裝置注入氣體,計(jì)算在樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到每個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力時(shí)巖石樣品對(duì)氣體的吸附量;當(dāng)樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到最高的吸附平衡目標(biāo)壓力后,減小樣品室內(nèi)的氣體,樣品室內(nèi)的巖石樣品對(duì)氣體發(fā)生解析作用,計(jì)算在樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到每個(gè)解析平衡目標(biāo)壓力時(shí)巖石樣品對(duì)氣體的吸附量。本發(fā)明提供一種可精確控壓的氣體吸附解析裝置及方法,可廣泛應(yīng)用于 頁(yè)巖 氣/ 煤 層氣的吸附解析中。,下面是一種可精確控壓的氣體吸附解析方法及裝置專(zhuān)利的具體信息內(nèi)容。

1.一種可精確控壓的氣體吸附解析方法,包括以下步驟:
1)設(shè)置氣體吸附解析裝置,其包括氣體注入系統(tǒng)、第一真空、第一參比室、樣品室、第
二參比室、第二真空泵、第一壓傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器和溫度傳感器;
位于氣體注入系統(tǒng)與第一真空泵的輸出端氣體管道上設(shè)置有第一門(mén);位于第一參比
室與樣品室之間的氣體管道上設(shè)置有第二閥門(mén);位于樣品室與第二參比室之間的氣體管道
上設(shè)置有第三閥門(mén);位于第二參比室與第二真空泵之間的氣體管道上設(shè)置有第四閥門(mén);
2)對(duì)氣體吸附解析裝置進(jìn)行抽真空操作,使得第一參比室、樣品室和第二參比室內(nèi)的
壓力為0;
3)確定第一參比室的容積V參1、樣品室的容積V樣和第二參比室的容積V參2;
4)將巖石樣品放入樣品室內(nèi),確定巖石樣品的體積V巖;
5)通過(guò)氣體注入系統(tǒng)向氣體吸附解析裝置內(nèi)的第一參比室注入氣體,樣品室內(nèi)的巖石
樣品對(duì)氣體進(jìn)行吸附作用,計(jì)算在樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到每個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力時(shí)巖石樣品
對(duì)氣體的吸附量;
6)當(dāng)樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到最高的吸附平衡目標(biāo)壓力后,減小樣品室內(nèi)的氣體,樣品室
內(nèi)的巖石樣品對(duì)氣體發(fā)生解析作用,計(jì)算在樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到每個(gè)解析平衡目標(biāo)壓力時(shí)
巖石樣品對(duì)氣體的吸附量。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可精確控壓的氣體吸附解析方法,其特征在于:所述步驟3)
中,確定第一參比室的容積V參1、樣品室的容積V樣和第二參比室的容積V參2,包括以下步驟:
(1)將第一參比室、樣品室和第二參比室沒(méi)于油浴槽中,待其溫度達(dá)到指定實(shí)驗(yàn)溫度T
并恒定后,打開(kāi)第一閥門(mén),關(guān)閉第二閥門(mén)、第三閥門(mén)和第四閥門(mén),通過(guò)氣體注入系統(tǒng)向第一
參比室內(nèi)注入氦氣,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁覂?nèi)的壓力穩(wěn)定后,停止注入氦氣,關(guān)閉第一閥門(mén),記錄第
一參比室內(nèi)的壓力P參1;
(2)打開(kāi)第二閥門(mén),第一參比室內(nèi)的氣體進(jìn)入樣品室中,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁液蜆悠肥覂?nèi)的壓
力穩(wěn)定后,記錄第一參比室內(nèi)的壓力P參1′和樣品室內(nèi)的壓力P樣;
(3)根據(jù)物質(zhì)平衡原理和氣體狀態(tài)方程PV=znRT,其中P為氣體壓力,V為氣體體積,z為
氣體在壓力為P時(shí)的氣體壓縮因子,n為氣體物質(zhì)的量,R為氣體常數(shù),常用8.314J/(mol·
k),T為氣體所處溫度,得到公式:
其中,z參1、z參1′和z樣分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1、P參1′和P樣時(shí)的氣體壓縮因子;
(4)對(duì)第一參比室和樣品室進(jìn)行抽真空操作,在樣品室中放入不發(fā)生吸附作用且體積
為V標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn),重復(fù)步驟(1)和步驟(2),根據(jù)物質(zhì)平衡原理和氣體狀態(tài)方程PV=znRT得到
公式:
式中,P參1標(biāo)為放入標(biāo)準(zhǔn)塊后重復(fù)步驟(1)時(shí)第一參比室達(dá)到的穩(wěn)定壓力,P參1標(biāo)′為放入標(biāo)
準(zhǔn)塊后重復(fù)步驟(2)時(shí)第一參比室達(dá)到的穩(wěn)定壓力,P樣標(biāo)為放入標(biāo)準(zhǔn)塊后重復(fù)步驟(2)時(shí)樣
品室達(dá)到的穩(wěn)定壓力,z參1標(biāo)、z參1標(biāo)′和z樣標(biāo)分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1標(biāo)、P參1標(biāo)′和P樣標(biāo)時(shí)的氣體壓縮因子;
(5)將公式(1)和公式(2)聯(lián)立方程組求解得:
(6)對(duì)氣體吸附解析裝置進(jìn)行抽真空操作后,打開(kāi)第一閥門(mén)和第二閥門(mén),關(guān)閉第三閥門(mén)
和第四閥門(mén),通過(guò)氣體注入系統(tǒng)向第一參比室和樣品室內(nèi)注入氦氣,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁液蜆悠?br/>室內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,停止注入氦氣,關(guān)閉第一閥門(mén),記錄第一參比室內(nèi)的壓力P參1″和樣品室
內(nèi)的壓力P樣″;
(7)打開(kāi)第三閥門(mén),第一參比室和樣品室內(nèi)氦氣進(jìn)入第二參比室內(nèi),當(dāng)?shù)谝粎⒈仁?、?br/>品室和第二參比室內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄第一參比室內(nèi)的壓力P參1″′、樣品室內(nèi)的壓力P樣″′
和第二參比室內(nèi)的壓力P參2″′;
(8)根據(jù)第一參比室、樣品室和第二參比室內(nèi)的氣體的總物質(zhì)的量守恒有:
求解得到:
式中,z參1″、z參1″′、z樣″、z樣″′和z參2″′分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1″、P參1″′、P樣″、P樣″′和P參2″′時(shí)的氣體壓縮因子。
3.如權(quán)利要求2所述的一種可精確控壓的氣體吸附解析方法,其特征在于:所述步驟4)
中,將巖石樣品放入樣品室內(nèi),確定巖石樣品的體積V巖,包括以下步驟:
(1)將巖石樣品放入樣品室內(nèi)后,對(duì)氣體吸附解析裝置進(jìn)行抽真空操作,使得第一參比
室、樣品室和第二參比室內(nèi)的壓力為0;
(2)打開(kāi)第一閥門(mén),關(guān)閉第二閥門(mén)、第三閥門(mén)和第四閥門(mén),通過(guò)氣體注入系統(tǒng)向第一參
比室內(nèi)注入氦氣,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁覂?nèi)的壓力穩(wěn)定后,停止注入氦氣,關(guān)閉第一閥門(mén),記錄第一
參比室內(nèi)的壓力P參1巖;
(3)打開(kāi)第二閥門(mén),第一參比室內(nèi)的氣體進(jìn)入樣品室中,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁液蜆悠肥覂?nèi)的壓
力穩(wěn)定后,記錄第一參比室內(nèi)的壓力P參1巖′和樣品室內(nèi)的壓力P樣巖;
(4)根據(jù)物質(zhì)平衡原理和氣體狀態(tài)方程PV=znRT得到公式:
求解得到:
式中,z參1巖、z參1巖′和z樣巖分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1巖、P參1巖′和P樣巖時(shí)的氣體壓縮因子,R為氣體常數(shù),常用8.314J/(mol·k),T為氣體所處溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的一種可精確控壓的氣體吸附解析方法,其特征在于:所述步驟5)
中,計(jì)算樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到每個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力時(shí)巖石樣品對(duì)氣體的吸附量,包括以
下步驟:
(1)對(duì)氣體吸附解析裝置進(jìn)行抽真空操作后,將第一參比室、樣品室和第二參比室沒(méi)于
油浴槽中,待其溫度達(dá)到指定實(shí)驗(yàn)溫度T并恒定后,關(guān)閉第二閥門(mén)、第三閥門(mén)和第四閥門(mén);
(2)通過(guò)氣體注入系統(tǒng)向第一參比室注入氣體,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁覂?nèi)的壓力穩(wěn)定后,停止注
入氣體,關(guān)閉第一閥門(mén),記錄第一參比室內(nèi)的壓力P參1注i;
(3)打開(kāi)第二閥門(mén),氣體由第一參比室等溫膨脹進(jìn)入樣品室,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁液蜆悠肥覂?nèi)
的壓力穩(wěn)定后,記錄第一參比室的壓力P參1i和樣品室內(nèi)的壓力P樣i,關(guān)閉第二閥門(mén);
(4)判斷樣品室內(nèi)的壓力P樣i與第i個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力Pi之間的大小關(guān)系;若P樣i>Pi,
進(jìn)入步驟(5);若P樣i<Pi,進(jìn)入步驟(6);若P樣i=Pi,記錄第一參比室的壓力P參1i′和第二參比室內(nèi)的壓力P參2i,進(jìn)入步驟(7);
(5)打開(kāi)第三閥門(mén),樣品室內(nèi)的氣體等溫膨脹進(jìn)入第二參比室內(nèi),樣品室內(nèi)壓力減小,
關(guān)閉第三閥門(mén),返回步驟(4);
(6)打開(kāi)第一閥門(mén),向第一參比室內(nèi)注入氣體,使第一參比室內(nèi)的壓力大于樣品室內(nèi)的
壓力,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁覂?nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄此時(shí)第一參比室內(nèi)的壓力P參1注i′;打開(kāi)第二閥門(mén),
第一參比室內(nèi)的氣體進(jìn)入樣品室內(nèi),樣品室內(nèi)壓力增加,關(guān)閉第二閥門(mén),返回步驟(4);
(7)對(duì)第二參比室進(jìn)行抽真空操作,直至第二參比室內(nèi)的壓力為0;
(8)重復(fù)步驟(2)~步驟(7),直到樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到設(shè)計(jì)的最高的吸附平衡目標(biāo)壓
力;
(9)計(jì)算當(dāng)樣品室內(nèi)的壓力等于吸附平衡目標(biāo)壓力Pi時(shí),巖石樣品對(duì)氣體的吸附量。
5.如權(quán)利要求4所述的一種可精確控壓的氣體吸附解析方法,其特征在于:所述步驟
(9)中,計(jì)算當(dāng)樣品室內(nèi)的壓力等于吸附平衡目標(biāo)壓力Pi時(shí)巖石樣品對(duì)氣體的吸附量如下:
①當(dāng)樣品室內(nèi)的壓力等于第1個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力P1時(shí),巖石樣品對(duì)氣體的吸附量為:
式中,n吸1為在樣品室內(nèi)的壓力為P1時(shí)巖石樣品吸附的單組份氣體的物質(zhì)的量;z參1注1、
z參11、z參1注1′、z參11′、z參2注1和z1分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1注1、P參11、P參1注1′、P參11′、P參2注1和P1時(shí)的氣體壓縮因子,ρ氣為吸附相氣體的密度,M氣為氣體的摩爾質(zhì)量,R為氣體常數(shù),常用8.314J/
(mol·k),T為氣體所處溫度;
②當(dāng)i≥2,樣品室內(nèi)的壓力等于第i個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力Pi時(shí),巖石樣品對(duì)氣體的吸附
量為:
式中,ni-1為在樣品室內(nèi)的壓力為Pi-1時(shí)樣品室內(nèi)氣體的物質(zhì)的量;n吸i為在樣品室內(nèi)的
壓力為Pi時(shí)巖石樣品吸附的單組份氣體的物質(zhì)的量;z參1注i、z參1i、z參1注i′、z參1i′、z參2注i和zi分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1注i、P參1i、P參1注i′、P參1i′、P參2注i和Pi時(shí)的氣體壓縮因子。
6.如權(quán)利要求1所述的一種可精確控壓的氣體吸附解析方法,其特征在于:所述步驟6)
中,計(jì)算在樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到每個(gè)解析平衡目標(biāo)壓力時(shí)巖石樣品對(duì)氣體的吸附量,包括
以下步驟:
(1)觀察第一參比室內(nèi)的壓力,若第一參比室內(nèi)的壓力小于解析平衡目標(biāo)壓力Pk,則打
開(kāi)第一閥門(mén),通過(guò)氣體注入系統(tǒng)向第一參比室注入氣體,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁覂?nèi)的壓力穩(wěn)定后,停
止注入氣體,關(guān)閉第一閥門(mén),記錄第一參比室內(nèi)的壓力P參1注k;若第一參比室內(nèi)的壓力大于解
析平衡目標(biāo)壓力Pk,記錄第一參比室內(nèi)的壓力P參1注k,則直接進(jìn)入步驟(2);
(2)緩慢打開(kāi)第三閥門(mén),樣品室內(nèi)的氣體進(jìn)入第二參比室內(nèi),樣品室內(nèi)的壓力減小,巖
石樣品對(duì)氣體發(fā)生解析作用,待樣品室內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄樣品室內(nèi)的壓力P樣k,關(guān)閉第
三閥門(mén);
(3)判斷樣品室內(nèi)的壓力P樣k與第k個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力Pk之間的大小關(guān)系;若P樣k>Pk,
則由樣品室進(jìn)入第二參比室內(nèi)的氣體量偏小,進(jìn)入步驟(4);若P樣k<Pk,則由樣品室進(jìn)入第
二參比室內(nèi)的氣體量偏大,進(jìn)入步驟(5);若P樣k=Pk,記錄第一參比室的壓力P參1k和第二參
比室內(nèi)的壓力P參2k,進(jìn)入步驟(6);
(4)打開(kāi)第三閥門(mén),樣品室內(nèi)的氣體進(jìn)入第二參比室內(nèi),樣品室內(nèi)的壓力減小,關(guān)閉第
三閥門(mén),返回步驟(3);
(5)打開(kāi)第二閥門(mén),第一參比室內(nèi)的氣體進(jìn)入樣品室內(nèi),樣品室內(nèi)的壓力增加,關(guān)閉第
二閥門(mén),返回步驟(3);
(6)關(guān)閉第三閥門(mén),對(duì)第二參比室進(jìn)行抽真空操作,直至第二參比室內(nèi)的壓力為0;
(7)重復(fù)步驟(1)~步驟(6),直到樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到設(shè)計(jì)的最低的解析平衡目標(biāo)壓
力;
(8)計(jì)算當(dāng)樣品室內(nèi)的壓力等于解析平衡目標(biāo)壓力Pk時(shí),巖石樣品對(duì)氣體的吸附量。
7.如權(quán)利要求6所述的一種可精確控壓的氣體吸附解析方法,其特征在于:所述步驟
(8)中,當(dāng)樣品室內(nèi)的壓力等于解析平衡目標(biāo)壓力Pk時(shí),巖石樣品對(duì)單組份氣體的吸附量
為:
式中,nk-1為在樣品室內(nèi)的壓力為Pk-1時(shí)樣品室內(nèi)氣體的物質(zhì)的量,其中,當(dāng)k=1時(shí),nk-1
為巖石樣品對(duì)氣體發(fā)生第一次解析作用前樣品室內(nèi)氣體的物質(zhì)的量;n吸k為在樣品室內(nèi)的
壓力為Pk時(shí)巖石樣品吸附的氣體的物質(zhì)的量;z參1注k、z參1k、z參2k和zk分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為
P參1注k、P參1k、P參2k和Pk時(shí)的氣體壓縮因子;ρ氣為吸附相氣體的密度,M氣為氣體的摩爾質(zhì)量;R為氣體常數(shù),常用8.314J/(mol·k),T為氣體所處溫度。
8.一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1~7中任一項(xiàng)所述可精確控壓的氣體吸附解析方法的氣體吸
附解析裝置,其特征在于:它包括氣體注入系統(tǒng)、第一真空泵、第一參比室、樣品室、第二參
比室、第二真空泵、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器和溫度傳感器;所述
氣體注入系統(tǒng)與所述第一真空泵并聯(lián)后的輸出端通過(guò)氣體管道連接所述第一參比室的進(jìn)
氣口,所述第一參比室的出氣口通過(guò)氣體管道連接所述樣品室的進(jìn)氣口,所述樣品室的出
氣口通過(guò)氣體管道連接所述第二參比室的進(jìn)氣口,所述第二參比室的出氣口通過(guò)氣體管道
連接所述第二真空泵;所述第一壓力傳感器設(shè)置在所述第一參比室上,所述第二壓力傳感
器和所述溫度傳感器設(shè)置在所述樣品室上,所述第三壓力傳感器設(shè)置在所述第二參比室
上。
9.如權(quán)利要求8所述的氣體吸附解析裝置,其特征在于:所述氣體注入系統(tǒng)包括第一氣
體注入管道和第二氣體注入管道,所述第一氣體注入管道和所述第二氣體注入管道都并聯(lián)
至所述氣體注入系統(tǒng)與所述第一真空泵的輸出端。
10.如權(quán)利要求8或9所述的氣體吸附解析裝置,其特征在于:位于所述氣體注入系統(tǒng)與
所述第一真空泵的輸出端氣體管道上設(shè)置有第一閥門(mén);位于所述第一參比室與所述樣品室
之間的氣體管道上設(shè)置有第二閥門(mén);位于所述樣品室與所述第二參比室之間的氣體管道上
設(shè)置有第三閥門(mén);位于所述第二參比室與所述第二真空泵之間的氣體管道上設(shè)置有第四閥
門(mén)。

說(shuō)明書(shū)全文

一種可精確控壓的氣體吸附解析方法及裝置

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明涉及一種氣體吸附解析方法及裝置,特別是關(guān)于一種可精確控壓的氣體吸附解析方法及裝置。

背景技術(shù)

[0002] 國(guó)內(nèi)外學(xué)者(如美國(guó)Reven?ridge?Resources、Terratek公司)在對(duì)系泥巖和頁(yè)巖的吸附性能進(jìn)行研究時(shí),大多采用容量法等溫吸附儀。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在利用容量法對(duì)煤系
泥巖和頁(yè)巖等溫吸附特征進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn),在利用容量法對(duì)頁(yè)巖或煤樣吸附甲烷進(jìn)行測(cè)試
時(shí),對(duì)于樣品室的壓(即吸附平衡壓力)不可精確控制,目前所得的等溫吸附實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)
據(jù)表中記錄的吸附平衡壓力變化性較大,沒(méi)有可橫向?qū)Ρ刃?即同一吸附平衡壓力下,不同
樣品之間的吸附性能對(duì)比);此外,現(xiàn)有的容量法吸附儀器只能單純的模擬出隨機(jī)多個(gè)壓力
點(diǎn)的吸附實(shí)驗(yàn),然后通過(guò)郎格繆爾等模型擬合得到等溫吸附曲線,而無(wú)法實(shí)現(xiàn)直接模擬已
知確定的真實(shí)地層壓力點(diǎn)的樣品的吸附實(shí)驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容

[0003] 針對(duì)上述問(wèn)題,本發(fā)明的目的是提供一種可精確控制樣品室壓力,直接模擬巖石樣品在確定的吸附解析平衡目標(biāo)壓力下氣體吸附量的可精確控壓的氣體吸附解析方法及
裝置。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種可精確控壓的氣體吸附解析方法,包括以下步驟:
[0005] 1)設(shè)置氣體吸附解析裝置,其包括氣體注入系統(tǒng)、第一真空、第一參比室、樣品室、第二參比室、第二真空泵、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器和溫度
感器;
[0006] 位于氣體注入系統(tǒng)與第一真空泵的輸出端氣體管道上設(shè)置有第一門(mén);位于第一參比室與樣品室之間的氣體管道上設(shè)置有第二閥門(mén);位于樣品室與第二參比室之間的氣體
管道上設(shè)置有第三閥門(mén);位于第二參比室與第二真空泵之間的氣體管道上設(shè)置有第四閥
門(mén);
[0007] 2)對(duì)氣體吸附解析裝置進(jìn)行抽真空操作,使得第一參比室、樣品室和第二參比室內(nèi)的壓力為0;
[0008] 3)確定第一參比室的容積V參1、樣品室的容積V樣和第二參比室的容積V參2;
[0009] 4)將巖石樣品放入樣品室內(nèi),確定巖石樣品的體積V巖;
[0010] 5)通過(guò)氣體注入系統(tǒng)向氣體吸附解析裝置注入氣體,樣品室內(nèi)的巖石樣品對(duì)氣體進(jìn)行吸附作用,計(jì)算在樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到每個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力時(shí)巖石樣品對(duì)氣體的吸
附量;
[0011] 6)當(dāng)樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到最高的吸附平衡目標(biāo)壓力后,減小樣品室內(nèi)的氣體,樣品室內(nèi)的巖石樣品對(duì)氣體發(fā)生解析作用,計(jì)算在樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到每個(gè)解析平衡目標(biāo)壓
力時(shí)巖石樣品對(duì)氣體的吸附量。
[0012] 所述步驟3)中,確定第一參比室的容積V參1、樣品室的容積V樣和第二參比室的容積V參2,包括以下步驟:
[0013] (1)將第一參比室、樣品室和第二參比室沒(méi)于油浴槽中,待其溫度達(dá)到指定實(shí)驗(yàn)溫度T并恒定后,打開(kāi)第一閥門(mén),關(guān)閉第二閥門(mén)、第三閥門(mén)和第四閥門(mén),通過(guò)氣體注入系統(tǒng)向第
一參比室內(nèi)注入氦氣,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁覂?nèi)的壓力穩(wěn)定后,停止注入氦氣,關(guān)閉第一閥門(mén),記錄
第一參比室內(nèi)的壓力P參1;
[0014] (2)打開(kāi)第二閥門(mén),第一參比室內(nèi)的氣體進(jìn)入樣品室中,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁液蜆悠肥覂?nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄第一參比室內(nèi)的壓力P參1′和樣品室內(nèi)的壓力P樣;
[0015] (3)根據(jù)物質(zhì)平衡原理和氣體狀態(tài)方程PV=znRT,其中P為氣體壓力,V為氣體體積,z為氣體在壓力為P時(shí)的氣體壓縮因子,n為氣體物質(zhì)的量,R為氣體常數(shù),常用8.314J/
(mol·k),T為氣體所處溫度,得到公式:
[0016]
[0017] 其中,z參1、z參1′和z樣分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1、P參1′和P樣時(shí)的氣體壓縮因子。
[0018] (4)對(duì)第一參比室和樣品室進(jìn)行抽真空操作,在樣品室中放入不發(fā)生吸附作用且體積為V標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn),重復(fù)步驟(1)和步驟(2),根據(jù)物質(zhì)平衡原理和氣體狀態(tài)方程PV=znRT
得到公式:
[0019]
[0020] 式中,P參1標(biāo)為放入標(biāo)塊后重復(fù)步驟(1)時(shí)第一參比室達(dá)到的穩(wěn)定壓力,P參1標(biāo)′為放入標(biāo)塊后重復(fù)步驟(2)時(shí)第一參比室達(dá)到的穩(wěn)定壓力,P樣標(biāo)為放入標(biāo)塊后重復(fù)步驟(2)時(shí)樣品
室達(dá)到的穩(wěn)定壓力,z參1標(biāo)、z參1標(biāo)′和z樣標(biāo)分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1標(biāo)、P參1標(biāo)′和P樣標(biāo)時(shí)的氣體壓縮因子;
[0021] (5)將公式(1)和公式(2)聯(lián)立方程組求解得:
[0022]
[0023]
[0024] (6)對(duì)氣體吸附解析裝置進(jìn)行抽真空操作后,打開(kāi)第一閥門(mén)和第二閥門(mén),關(guān)閉第三閥門(mén)和第四閥門(mén),通過(guò)氣體注入系統(tǒng)向第一參比室和樣品室內(nèi)注入氦氣,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁液?br>樣品室內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,停止注入氦氣,關(guān)閉第一閥門(mén),記錄第一參比室內(nèi)的壓力P參1″和樣
品室內(nèi)的壓力P樣″;
[0025] (7)打開(kāi)第三閥門(mén),第一參比室和樣品室內(nèi)氦氣進(jìn)入第二參比室內(nèi),當(dāng)?shù)谝粎⒈仁?、樣品室和第二參比室?nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄第一參比室內(nèi)的壓力P參1″′、樣品室內(nèi)的壓
力P樣″′和第二參比室內(nèi)的壓力P參2″′;
[0026] (8)根據(jù)第一參比室、樣品室和第二參比室內(nèi)的氣體的總物質(zhì)的量守恒有:
[0027]
[0028] 求解得到:
[0029]
[0030] 式中,z參1″、z參1″′、z樣″、z樣″′和z參2″′分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1″、P參1″′、P樣″、P樣″′和P參2″′時(shí)的氣體壓縮因子。
[0031] 所述步驟4)中,將巖石樣品放入樣品室內(nèi),確定巖石樣品的體積V巖,包括以下步驟:
[0032] (1)將巖石樣品放入樣品室內(nèi)后,對(duì)氣體吸附解析裝置進(jìn)行抽真空操作,使得第一參比室、樣品室和第二參比室內(nèi)的壓力為0;
[0033] (2)打開(kāi)第一閥門(mén),關(guān)閉第二閥門(mén)、第三閥門(mén)和第四閥門(mén),通過(guò)氣體注入系統(tǒng)向第一參比室內(nèi)注入氦氣,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁覂?nèi)的壓力穩(wěn)定后,停止注入氦氣,關(guān)閉第一閥門(mén),記錄
第一參比室內(nèi)的壓力P參1巖;
[0034] (3)打開(kāi)第二閥門(mén),第一參比室內(nèi)的氣體進(jìn)入樣品室中,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁液蜆悠肥覂?nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄第一參比室內(nèi)的壓力P參1巖′和樣品室內(nèi)的壓力P樣巖;
[0035] (4)根據(jù)物質(zhì)平衡原理和氣體狀態(tài)方程PV=znRT得到公式:
[0036]
[0037] 求解得到:
[0038]
[0039] 式中,z參1巖、z參1巖′和z樣巖分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1巖、P參1巖′和P樣巖時(shí)的氣體壓縮因子,R為氣體常數(shù),常用8.314J/(mol·k),T為氣體所處溫度。
[0040] 所述步驟5)中,計(jì)算樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到每個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力時(shí)巖石樣品對(duì)氣體的吸附量,包括以下步驟:
[0041] (1)對(duì)氣體吸附解析裝置進(jìn)行抽真空操作后,將第一參比室、樣品室和第二參比室沒(méi)于油浴槽中,待其溫度達(dá)到指定實(shí)驗(yàn)溫度T并恒定后,關(guān)閉第二閥門(mén)、第三閥門(mén)和第四閥
門(mén);
[0042] (2)通過(guò)氣體注入系統(tǒng)向第一參比室注入氣體,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁覂?nèi)的壓力穩(wěn)定后,停止注入氣體,關(guān)閉第一閥門(mén),記錄第一參比室內(nèi)的壓力P參1注i;
[0043] (3)打開(kāi)第二閥門(mén),氣體由第一參比室等溫膨脹進(jìn)入樣品室,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁液蜆悠肥覂?nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄第一參比室的壓力P參1i和樣品室內(nèi)的壓力P樣i,關(guān)閉第二閥門(mén);
[0044] (4)判斷樣品室內(nèi)的壓力P樣i與第i個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力Pi之間的大小關(guān)系;若P樣i>Pi,進(jìn)入步驟(5);若P樣i<Pi,進(jìn)入步驟(6);若P樣i=Pi,記錄第一參比室的壓力P參1i′和第二參比室內(nèi)的壓力P參2i,進(jìn)入步驟(7);
[0045] (5)打開(kāi)第三閥門(mén),樣品室內(nèi)的氣體等溫膨脹進(jìn)入第二參比室內(nèi),樣品室內(nèi)壓力減小,關(guān)閉第三閥門(mén),返回步驟(4);
[0046] (6)打開(kāi)第一閥門(mén),向第一參比室內(nèi)注入氣體,使第一參比室內(nèi)的壓力大于樣品室內(nèi)的壓力,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁覂?nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄此時(shí)第一參比室內(nèi)的壓力P參1注i′;打開(kāi)第二
閥門(mén),第一參比室內(nèi)的氣體進(jìn)入樣品室內(nèi),樣品室內(nèi)壓力增加,關(guān)閉第二閥門(mén),返回步驟
(4);
[0047] (7)對(duì)第二參比室進(jìn)行抽真空操作,直至第二參比室內(nèi)的壓力為0;
[0048] (8)重復(fù)步驟(2)~步驟(7),直到樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到設(shè)計(jì)的最高的吸附平衡目標(biāo)壓力;
[0049] (9)計(jì)算當(dāng)樣品室內(nèi)的壓力等于吸附平衡目標(biāo)壓力Pi時(shí),巖石樣品對(duì)氣體的吸附量。
[0050] 所述步驟(9)中,計(jì)算當(dāng)樣品室內(nèi)的壓力等于吸附平衡目標(biāo)壓力Pi時(shí)巖石樣品對(duì)氣體的吸附量如下:
[0051] ①當(dāng)樣品室內(nèi)的壓力等于第1個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力P1時(shí),巖石樣品對(duì)氣體的吸附量為:
[0052]
[0053] 式中,n1為在樣品室內(nèi)的壓力為P1時(shí)樣品室內(nèi)氣體的物質(zhì)的量;V吸1為在樣品室內(nèi)的壓力為P1時(shí)巖石樣品吸附的單組份氣體的體積;n吸1為在樣品室內(nèi)的壓力為P1時(shí)巖石樣品
吸附的單組份氣體的物質(zhì)的量;z參1注1、z參11、z參1注1′、z參11′、z參2注1和z1分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1注1、P參11、P參1注1′、P參11′、P參2注1和P1時(shí)的氣體壓縮因子,ρ氣為吸附相氣體的密度,M氣為氣體的摩爾質(zhì)量,R為氣體常數(shù),常用8.314J/(mol·k),T為氣體所處溫度;
[0054] ②當(dāng)i≥2,樣品室內(nèi)的壓力等于第i個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力Pi時(shí),巖石樣品對(duì)氣體的吸附量為:
[0055]
[0056] 式中,ni、ni-1分別為在樣品室內(nèi)的壓力為Pi、Pi-1時(shí)樣品室內(nèi)氣體的物質(zhì)的量;V吸i、V吸i-1分別為在樣品室內(nèi)的壓力為Pi、Pi-1時(shí)巖石樣品吸附的單組份氣體的體積;n吸i、n吸i-1分
別為在樣品室內(nèi)的壓力為Pi、Pi-1時(shí)巖石樣品吸附的單組份氣體的物質(zhì)的量;z參1注i、z參1i、
z參1注i′、z參1i′、z參2注i、zi和zi-1分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1注i、P參1i、P參1注i′、P參1i′、P參2注i、Pi和Pi-1時(shí)的氣體壓縮因子。
[0057] 所述步驟6)中,計(jì)算在樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到每個(gè)解析平衡目標(biāo)壓力時(shí)巖石樣品對(duì)氣體的吸附量,包括以下步驟:
[0058] (1)觀察第一參比室內(nèi)的壓力,若第一參比室內(nèi)的壓力小于解析平衡目標(biāo)壓力Pk,則打開(kāi)第一閥門(mén),通過(guò)氣體注入系統(tǒng)向第一參比室注入氣體,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁覂?nèi)的壓力穩(wěn)定
后,停止注入氣體,關(guān)閉第一閥門(mén),記錄第一參比室內(nèi)的壓力P參1注k;若第一參比室內(nèi)的壓力
大于解析平衡目標(biāo)壓力Pk,記錄第一參比室內(nèi)的壓力P參1注k,則直接進(jìn)入步驟(2);
[0059] (2)緩慢打開(kāi)第三閥門(mén),樣品室內(nèi)的氣體進(jìn)入第二參比室內(nèi),樣品室內(nèi)的壓力減小,巖石樣品對(duì)氣體發(fā)生解析作用,待樣品室內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄樣品室內(nèi)的壓力P樣k,關(guān)
閉第三閥門(mén);
[0060] (3)判斷樣品室內(nèi)的壓力P樣k與第k個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力Pk之間的大小關(guān)系;若P樣k>Pk,則由樣品室進(jìn)入第二參比室內(nèi)的氣體量偏小,進(jìn)入步驟(4);若P樣k<Pk,則由樣品室進(jìn)
入第二參比室內(nèi)的氣體量偏大,進(jìn)入步驟(5);若P樣k=Pk,記錄第一參比室的壓力P參1k和第
二參比室內(nèi)的壓力P參2k,進(jìn)入步驟(6);
[0061] (4)打開(kāi)第三閥門(mén),樣品室內(nèi)的氣體進(jìn)入第二參比室內(nèi),樣品室內(nèi)的壓力減小,關(guān)閉第三閥門(mén),返回步驟(3);
[0062] (5)打開(kāi)第二閥門(mén),第一參比室內(nèi)的氣體進(jìn)入樣品室內(nèi),樣品室內(nèi)的壓力增加,關(guān)閉第二閥門(mén),返回步驟(4);
[0063] (6)關(guān)閉第三閥門(mén),對(duì)第二參比室進(jìn)行抽真空操作,直至第二參比室內(nèi)的壓力為0;
[0064] (7)重復(fù)步驟(1)~步驟(6),直到樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到設(shè)計(jì)的最低的解析平衡目標(biāo)壓力;
[0065] (8)計(jì)算當(dāng)樣品室內(nèi)的壓力等于解析平衡目標(biāo)壓力Pk時(shí),巖石樣品對(duì)氣體的吸附量。
[0066] 所述步驟(8)中,當(dāng)樣品室內(nèi)的壓力等于解析平衡目標(biāo)壓力Pk時(shí),巖石樣品對(duì)單組份氣體的吸附量為:
[0067]
[0068] 式中,nk、nk-1分別為在樣品室內(nèi)的壓力為Pk、Pk-1時(shí)樣品室內(nèi)氣體的物質(zhì)的量,其中,當(dāng)k=1時(shí),nk-1為巖石樣品對(duì)氣體發(fā)生第一次解析作用前樣品室內(nèi)氣體的物質(zhì)的量;V吸k
為在樣品室內(nèi)的壓力為Pk時(shí)巖石樣品吸附的氣體的體積;n吸k為在樣品室內(nèi)的壓力為為Pk時(shí)
巖石樣品吸附的氣體的物質(zhì)的量;z參1注k、z參1k、z參2k和zk分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1注k、P參1k、P參2k和Pk時(shí)的氣體壓縮因子;ρ氣為吸附相氣體的密度,M氣為氣體的摩爾質(zhì)量;R為氣體常數(shù),
常用8.314J/(mol·k),T為氣體所處溫度。
[0069] 一種實(shí)現(xiàn)可精確控壓的氣體吸附解析方法的氣體吸附解析裝置,其特征在于:它包括氣體注入系統(tǒng)、第一真空泵、第一參比室、樣品室、第二參比室、第二真空泵、第一壓力
傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器和溫度傳感器;所述氣體注入系統(tǒng)與所述第一真
空泵并聯(lián)后的輸出端通過(guò)氣體管道連接所述第一參比室的進(jìn)氣口,所述第一參比室的出氣
口通過(guò)氣體管道連接所述樣品室的進(jìn)氣口,所述樣品室的出氣口通過(guò)氣體管道連接所述第
二參比室的進(jìn)氣口,所述第二參比室的出氣口通過(guò)氣體管道連接所述第二真空泵;所述第
一壓力傳感器設(shè)置在所述第一參比室上,所述第二壓力傳感器和所述溫度傳感器設(shè)置在所
述樣品室上,所述第三壓力傳感器設(shè)置在所述第二參比室上。
[0070] 所述氣體注入系統(tǒng)包括第一氣體注入管道和第二氣體注入管道,所述第一氣體注入管道和所述第二氣體注入管道都并聯(lián)至所述氣體注入系統(tǒng)與所述第一真空泵的輸出端。
[0071] 位于所述氣體注入系統(tǒng)與所述第一真空泵的輸出端氣體管道上設(shè)置有第一閥門(mén);位于所述第一參比室與所述樣品室之間的氣體管道上設(shè)置有第二閥門(mén);位于所述樣品室與
所述第二參比室之間的氣體管道上設(shè)置有第三閥門(mén);位于所述第二參比室與所述第二真空
泵之間的氣體管道上設(shè)置有第四閥門(mén)。
[0072] 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案,其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明由于采用在氣體吸附解析裝置中設(shè)置有兩個(gè)參比室,第一參比室提供升壓系統(tǒng),第二參比室提供降壓系統(tǒng),通過(guò)
樣品室兩端的參比室精確控制樣品室內(nèi)氣體的進(jìn)出量,從而控制樣品室內(nèi)的壓力達(dá)到預(yù)定
的吸附解析平衡目標(biāo)壓力,可直接模擬已知確定的真實(shí)地層壓力點(diǎn)的樣品的吸附實(shí)驗(yàn)。2、
本發(fā)明由于提供了當(dāng)樣品室壓力確定時(shí),巖石樣品對(duì)氣體的吸附量計(jì)算公式,因此可通過(guò)
重復(fù)試驗(yàn)計(jì)算出樣品室在不同吸附解析平衡目標(biāo)壓力時(shí),巖石樣品對(duì)氣體的吸附量。綜上
所述,本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于分析巖石樣品對(duì)氣體的吸附解析領(lǐng)域中。
附圖說(shuō)明
[0073] 圖1是本發(fā)明的裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

具體實(shí)施方式

[0074] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0075] 如圖1所示,本發(fā)明提供一種可精確控壓的氣體吸附解析裝置,其包括氣體注入系統(tǒng)1、第一真空泵2、第一參比室3、樣品室4、第二參比室5、第二真空泵6、第一壓力傳感器7、
第二壓力傳感器8、第三壓力傳感器9和溫度傳感器10。氣體注入系統(tǒng)1與第一真空泵2并聯(lián)
后的輸出端通過(guò)氣體管道連接第一參比室3的進(jìn)氣口,第一參比室3的出氣口通過(guò)氣體管道
連接樣品室4的進(jìn)氣口,樣品室4的出氣口通過(guò)氣體管道連接第二參比室5的進(jìn)氣口,第二參
比室5的出氣口通過(guò)氣體管道連接第二真空泵6。第一壓力傳感器7設(shè)置在第一參比室3上,
用于監(jiān)控第一參比室3內(nèi)的壓力。第二壓力傳感器8和溫度傳感器10設(shè)置在樣品室4上,分別
用于監(jiān)控樣品室4內(nèi)的壓力和吸附解析裝置的溫度。第三壓力傳感器9設(shè)置在第二參比室5
上,用于監(jiān)控第二參比室5內(nèi)的壓力。
[0076] 上述實(shí)施例中,氣體注入系統(tǒng)1包括第一氣體注入管道11和第二氣體注入管道12,第一氣體注入管道11和第二氣體注入管道12并聯(lián)至氣體注入系統(tǒng)1與第一真空泵2的輸出
端。
[0077] 上述各實(shí)施例中,位于氣體注入系統(tǒng)1與第一真空泵2的輸出端氣體管道上設(shè)置有第一閥門(mén)13,用于調(diào)節(jié)輸出流量;位于第一參比室3與樣品室4之間的氣體管道上設(shè)置有第
二閥門(mén)14;位于樣品室4與第二參比室5之間的氣體管道上設(shè)置有第三閥門(mén)15;位于第二參
比室5與第二真空泵6之間的氣體管道上設(shè)置有第四閥門(mén)16。
[0078] 本發(fā)明還提供一種可精確控制的采用上述裝置的氣體吸附解析方法,包括以下步驟:
[0079] 1)對(duì)氣體吸附解析裝置進(jìn)行抽真空操作,使得第一參比室3、樣品室4和第二參比室5內(nèi)的壓力為0。
[0080] 2)確定第一參比室3的容積V參1、樣品室4的容積V樣和第二參比室5的容積V參2,包括以下步驟:
[0081] (1)將第一參比室3、樣品室4和第二參比室5沒(méi)于油浴槽中,待其溫度達(dá)到指定實(shí)驗(yàn)溫度T并恒定后,打開(kāi)第一閥門(mén)13,關(guān)閉第二閥門(mén)14、第三閥門(mén)15和第四閥門(mén)16,通過(guò)氣體
注入系統(tǒng)1向第一參比室3內(nèi)注入氦氣,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁?內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,停止注入氦氣,關(guān)
閉第一閥門(mén)13,記錄第一參比室3內(nèi)的壓力P參1。
[0082] (2)打開(kāi)第二閥門(mén)14,第一參比室3內(nèi)的氣體進(jìn)入樣品室4中,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁?和樣品室4內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄第一參比室3內(nèi)的壓力P參1′和樣品室4內(nèi)的壓力P樣。
[0083] (3)根據(jù)物質(zhì)平衡原理和氣體狀態(tài)方程PV=znRT,其中P為氣體壓力,V為氣體體積,z為氣體在壓力為P時(shí)的氣體壓縮因子,n為氣體物質(zhì)的量,R為氣體常數(shù),常用8.314J/
(mol·k),T為氣體所處溫度,得到公式:
[0084]
[0085] 公式(1)變形為:
[0086]
[0087] 其中,V參1為第一參比室3的容積(包括第一參比室3與第一閥門(mén)13和第二閥門(mén)14之間氣體管道的容積),V樣為樣品室4的容積(包括樣品室4與第二閥門(mén)14和第三閥門(mén)15之間氣
體管道的容積),z參1、z參1′和z樣分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1、P參1′和P樣時(shí)的氣體壓縮因子。
[0088] (4)對(duì)第一參比室3和樣品室4進(jìn)行抽真空操作,在樣品室4中放入不發(fā)生吸附作用且體積為V標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)塊,重復(fù)步驟(1)和步驟(2),根據(jù)物質(zhì)平衡原理和氣體狀態(tài)方程PV=
znRT得到公式:
[0089]
[0090] 公式(3)變形為:
[0091]
[0092] 式中,P參1標(biāo)為放入標(biāo)塊后重復(fù)步驟(1)時(shí)第一參比室3達(dá)到的穩(wěn)定壓力,P參1標(biāo)′為放入標(biāo)塊后重復(fù)步驟(2)時(shí)第一參比室3達(dá)到的穩(wěn)定壓力,P樣標(biāo)為放入標(biāo)塊后重復(fù)步驟(2)時(shí)樣
品室4達(dá)到的穩(wěn)定壓力,z參1標(biāo)、z參1標(biāo)′和z樣標(biāo)分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1標(biāo)、P參1標(biāo)′和P樣標(biāo)時(shí)的氣體壓縮因子。
[0093] (5)將公式(2)和公式(4)聯(lián)立方程組求解得到第一參比室3的容積V參以及樣品室4的容積V樣如下:
[0094]
[0095]
[0096] (6)對(duì)氣體吸附解析裝置進(jìn)行抽真空操作后,打開(kāi)第一閥門(mén)13和第二閥門(mén)14,關(guān)閉第三閥門(mén)15和第四閥門(mén)16,通過(guò)氣體注入系統(tǒng)1向第一參比室3和樣品室4內(nèi)注入氦氣,當(dāng)?shù)?br>一參比室3和樣品室4內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,停止注入氦氣,關(guān)閉第一閥門(mén)13,記錄第一參比室3
內(nèi)的壓力P參1″和樣品室4內(nèi)的壓力P樣″。
[0097] (7)打開(kāi)第三閥門(mén)15,第一參比室3和樣品室4內(nèi)氦氣進(jìn)入第二參比室5內(nèi),當(dāng)?shù)谝粎⒈仁?、樣品室4和第二參比室5內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄第一參比室3內(nèi)的壓力P參1″′、樣品
室4內(nèi)的壓力P樣″′和第二參比室5內(nèi)的壓力P參2″′。
[0098] (8)根據(jù)第一參比室3、樣品室4和第二參比室5內(nèi)的氣體的總物質(zhì)的量守恒有:
[0099]
[0100] 根據(jù)公式(7)有:
[0101]
[0102] 式中,z參1″、z參1″′、z樣″、z樣″′和z參2″′分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1″、P參1″′、P樣″、P樣″′和P參2″′時(shí)的氣體壓縮因子。
[0103] 3)將巖石樣品(頁(yè)巖或煤樣)放入樣品室4內(nèi),確定巖石樣品的體積V巖,包括以下步驟:
[0104] (1)將巖石樣品放入樣品室4內(nèi)后,對(duì)氣體吸附解析裝置進(jìn)行抽真空操作,使得第一參比室3、樣品室4和第二參比室5內(nèi)的壓力為0。
[0105] (2)打開(kāi)第一閥門(mén)13,關(guān)閉第二閥門(mén)14、第三閥門(mén)15和第四閥門(mén)16,通過(guò)氣體注入系統(tǒng)1向第一參比室3內(nèi)注入氦氣,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁?內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,停止注入氦氣,關(guān)閉第
一閥門(mén)13,記錄第一參比室3內(nèi)的壓力P參1巖。
[0106] (3)打開(kāi)第二閥門(mén)14,第一參比室3內(nèi)的氣體進(jìn)入樣品室4中,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁?和樣品室4內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄第一參比室3內(nèi)的壓力P參1巖′和樣品室4內(nèi)的壓力P樣巖。
[0107] (4)根據(jù)物質(zhì)平衡原理和氣體狀態(tài)方程PV=znRT得到公式:
[0108]
[0109] 由公式(3)計(jì)算得到:
[0110]
[0111] 式中,z參1巖、z參1巖′和z樣巖分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1巖、P參1巖′和P樣巖時(shí)的氣體壓縮因子。
[0112] 4)通過(guò)氣體注入系統(tǒng)1向氣體吸附解析裝置注入氣體(CH4、C02等),樣品室4內(nèi)的巖石樣品對(duì)氣體進(jìn)行吸附作用,計(jì)算在樣品室4內(nèi)的壓力達(dá)到每個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力時(shí)巖石
樣品對(duì)氣體的吸附量,具體包括以下步驟:
[0113] (1)對(duì)氣體吸附解析裝置進(jìn)行抽真空操作后,將第一參比室3、樣品室4和第二參比室5沒(méi)于油浴槽中,待其溫度達(dá)到指定實(shí)驗(yàn)溫度T并恒定后,關(guān)閉第二閥門(mén)14、第三閥門(mén)15和
第四閥門(mén)16。
[0114] (2)通過(guò)氣體注入系統(tǒng)1向第一參比室3注入氣體,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁?內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,停止注入氣體,關(guān)閉第一閥門(mén)13,記錄第一參比室3內(nèi)的壓力P參1注i。
[0115] (3)打開(kāi)第二閥門(mén)14,氣體由第一參比室3等溫膨脹進(jìn)入樣品室4,樣品室4內(nèi)的巖石樣品對(duì)氣體發(fā)生吸附作用,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁?和樣品室4內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄第一參比室3
的壓力P參1i和樣品室4內(nèi)的壓力P樣i,關(guān)閉第二閥門(mén)14。
[0116] (4)判斷樣品室4內(nèi)的壓力P樣i與第i個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力Pi之間的大小關(guān)系。若P樣i>Pi,即由第一參比室3內(nèi)進(jìn)入到樣品室4內(nèi)的氣體量偏大,進(jìn)入步驟(5);若P樣i<Pi,即由第
一參比室3內(nèi)進(jìn)入到樣品室4內(nèi)的氣體量偏小,進(jìn)入步驟(6);若P樣i=Pi,記錄第一參比室3的
壓力P參1i′和第二參比室5內(nèi)的壓力P參2i,進(jìn)入步驟(7)。
[0117] (5)打開(kāi)第三閥門(mén)15,樣品室4內(nèi)的氣體等溫膨脹進(jìn)入第二參比室5內(nèi),樣品室4內(nèi)的壓力減小,關(guān)閉第三閥門(mén)15,返回步驟(4)。
[0118] (6)打開(kāi)第一閥門(mén)13,向第一參比室3內(nèi)注入氣體,增加第一參比室3內(nèi)的壓力,使第一參比室3內(nèi)的壓力大于樣品室4內(nèi)的壓力,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁?內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄此時(shí)第
一參比室3內(nèi)的壓力P參1注i′。打開(kāi)第二閥門(mén)14,第一參比室3內(nèi)的氣體進(jìn)入樣品室4內(nèi),樣品室
4內(nèi)的壓力增加,關(guān)閉第二閥門(mén)14,返回步驟(4)。
[0119] (7)對(duì)第二參比室5進(jìn)行抽真空操作,直至第二參比室5內(nèi)的壓力為0且恒定不變。
[0120] (8)重復(fù)步驟(2)~步驟(7),直到樣品室4內(nèi)的壓力達(dá)到設(shè)計(jì)的最高的吸附平衡目標(biāo)壓力。
[0121] (9)計(jì)算當(dāng)樣品室4內(nèi)的壓力等于吸附平衡目標(biāo)壓力Pi時(shí),巖石樣品對(duì)氣體的吸附量,包括以下步驟:
[0122] ①當(dāng)樣品室4內(nèi)的壓力等于第1個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力P1時(shí),根據(jù)樣品室4內(nèi)氣體的物質(zhì)的量守恒有:
[0123]
[0124] 其中,
[0125]
[0126] 式中,n1為在樣品室4內(nèi)的壓力為P1時(shí)樣品室4內(nèi)氣體的物質(zhì)的量;V吸1為在樣品室4內(nèi)的壓力為P1時(shí)巖石樣品吸附的單組份氣體的體積;n吸1為在樣品室4內(nèi)的壓力為P1時(shí)巖石
樣品吸附的單組份氣體的物質(zhì)的量;z參1注1、z參11、z參1注1′、z參11′、z參2注1和z1分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1注1、P參11、P參1注1′、P參11′、P參2注1和P1時(shí)的氣體壓縮因子,ρ氣為吸附相氣體的密度,M氣為氣體的摩爾質(zhì)量。
[0127] 聯(lián)立公式(11)和公式(12),求解得到:
[0128]
[0129] ②當(dāng)i≥2,樣品室4內(nèi)的壓力等于第i個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力Pi時(shí),根據(jù)樣品室4內(nèi)氣體的物質(zhì)的量守恒有:
[0130]
[0131] 其中,
[0132]
[0133]
[0134] ni、ni-1分別為在樣品室4內(nèi)的壓力為Pi、Pi-1時(shí)樣品室4內(nèi)氣體的物質(zhì)的量;V吸i、V吸i-1分別為在樣品室4內(nèi)的壓力為Pi、Pi-1時(shí)巖石樣品吸附的單組份氣體的體積;n吸i、n吸i-1分別為在樣品室4內(nèi)的壓力為Pi、Pi-1時(shí)巖石樣品吸附的單組份氣體的物質(zhì)的量;z參1注i、z參1i、
z參1注i′、z參1i′、z參2注i、zi和zi-1分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1注i、P參1i、P參1注i′、P參1i′、P參2注i、Pi和Pi-1時(shí)的氣體壓縮因子。
[0135] 聯(lián)立公式(14)和公式(15),求解得到:
[0136]
[0137] 5)當(dāng)樣品室4內(nèi)的壓力達(dá)到設(shè)計(jì)的最高的吸附平衡目標(biāo)壓力后,減小樣品室4內(nèi)的氣體,樣品室4內(nèi)的巖石樣品對(duì)氣體發(fā)生解析作用,計(jì)算在樣品室4內(nèi)的壓力達(dá)到每個(gè)解析
平衡目標(biāo)壓力時(shí)巖石樣品對(duì)氣體的吸附量,具體包括以下步驟:
[0138] (1)觀察第一參比室3內(nèi)的壓力,若第一參比室3內(nèi)的壓力小于解析平衡目標(biāo)壓力Pk,則打開(kāi)第一閥門(mén)13,通過(guò)氣體注入系統(tǒng)1向第一參比室3注入氣體,當(dāng)?shù)谝粎⒈仁?內(nèi)的
壓力穩(wěn)定后,停止注入氣體,關(guān)閉第一閥門(mén)13,記錄第一參比室3內(nèi)的壓力P參1注k;若第一參比
室3內(nèi)的壓力大于解析平衡目標(biāo)壓力Pk,記錄第一參比室3內(nèi)的壓力P參1注k,則直接進(jìn)入步驟
(2)。
[0139] (2)緩慢打開(kāi)第三閥門(mén)15,樣品室4內(nèi)的氣體進(jìn)入第二參比室5內(nèi),樣品室4內(nèi)的壓力減小,巖石樣品對(duì)氣體發(fā)生解析作用,待樣品室4內(nèi)的壓力穩(wěn)定后,記錄樣品室4內(nèi)的壓力
P樣k,關(guān)閉第三閥門(mén)15。
[0140] (3)判斷樣品室4內(nèi)的壓力P樣k與第k個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力Pk之間的大小關(guān)系。若P樣k>Pk,則由樣品室4進(jìn)入第二參比室5內(nèi)的氣體量偏小,進(jìn)入步驟(4);若P樣k<Pk,則由樣品室
4進(jìn)入第二參比室5內(nèi)的氣體量偏大,進(jìn)入步驟(5);若P樣k=Pk,記錄第一參比室3的壓力P參1k
和第二參比室5內(nèi)的壓力P參2k,進(jìn)入步驟(6)。
[0141] (4)打開(kāi)第三閥門(mén)15,樣品室4內(nèi)的氣體進(jìn)入第二參比室5內(nèi),樣品室4內(nèi)的壓力減小,關(guān)閉第三閥門(mén)15,返回步驟(3)。
[0142] (5)打開(kāi)第二閥門(mén)14,第一參比室3內(nèi)的氣體進(jìn)入樣品室4內(nèi),樣品室4內(nèi)的壓力增加,關(guān)閉第二閥門(mén)14,返回步驟(4)。
[0143] (6)關(guān)閉第三閥門(mén)15,對(duì)第二參比室5進(jìn)行抽真空操作,直至第二參比室5內(nèi)的壓力為0且恒定不變。
[0144] (7)重復(fù)步驟(1)~步驟(7),直到樣品室4內(nèi)的壓力達(dá)到設(shè)計(jì)的最低的解析平衡目標(biāo)壓力。
[0145] (8)計(jì)算當(dāng)樣品室4內(nèi)的壓力等于解析平衡目標(biāo)壓力Pk時(shí),巖石樣品對(duì)氣體的吸附量,計(jì)算方法如下:
[0146] 當(dāng)樣品室4內(nèi)的壓力等于第k個(gè)吸附平衡目標(biāo)壓力Pk時(shí),根據(jù)樣品室4內(nèi)氣體的物質(zhì)的量守恒有:
[0147]
[0148]
[0149] 式中,nk、nk-1分別為在樣品室4內(nèi)的壓力為Pk、Pk-1時(shí)樣品室4內(nèi)氣體的物質(zhì)的量;其中,當(dāng)k=1時(shí),nk-1為巖石樣品對(duì)氣體發(fā)生第一次解析作用前樣品室4內(nèi)氣體的物質(zhì)的量;
V吸k為在樣品室4內(nèi)的壓力為Pk時(shí)巖石樣品吸附的氣體的體積;n吸k為在樣品室4內(nèi)的壓力為
Pk時(shí)巖石樣品吸附的氣體的物質(zhì)的量;z參1注k、z參1k、z參2k和zk分別對(duì)應(yīng)氣體在壓力為P參1注k、P參1k、P參2k和Pk時(shí)的氣體壓縮因子。
[0150] 聯(lián)立公式公式(18)和公式(19),求解得到:
[0151]
[0152] 上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明,其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的,凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn),均不應(yīng)排除
在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
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