一种改变试验气体温度的等温吸附试验装置及试验方法与流程

本发明属于瓦斯检测实验器具技术领域，尤其涉及一种改变试验气体温度的等温吸附试验装置及试验方法。

背景技术：

煤层气是赋存煤层中的一种呈吸附、游离或溶解状态的天然气，在煤层等非常规天然气储层中，吸附气含量较高，煤层中吸附气和游离气含量一般大于90％。吸附和游离气吸附含气量的大小直接关系到天然气的富集程度和开发技术。煤的吸附性能会影响煤体的孔隙压力以及会引起煤体产生吸附膨胀，所以特别是对煤层气等非常规天然气来说，吸附气含量测定是储层评价、储量估算以及开发设计的关键因素。同时随着煤层气储层深度的增加，地下温度逐步升高。各种温度会对煤产生力学性质等方面的影响，进而对其吸附量以及吸附变形产生不同的影响。然而现有技术中没有同时测定煤体吸附量及在该吸附量下产生的应变量。而且通入的试验气体很难达到与样品一致的目标温度，这与模拟地下高温状态下煤层吸附的情况不符，因此有必要对通入气体温度的可控做一定的改进以模拟地下高温状态下煤层吸附量及其形变量的变化，更好的研究原煤吸附规律，为煤层气抽采等提供技术参考。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：提供一种改变试验气体温度的等温吸附试验装置及试验方法，以解决现有技术中对于研究气体对煤层吸附的实验设备都只是加热吸附系统，没有适用于可单独改变气体温度的实验设备；以解决现有技术的吸附系统整体加热的实验设备无法模拟地下高温状态下气体的温度变化及吸附产生的变形程度等技术问题。

本发明技术方案：

一种改变试验气体温度的等温吸附试验装置，它包括储气罐，储气罐与气体加热系统通过管路连接，气体加热系统与气体吸附系统通过管路连接；气体吸附系统与真空脱气系统通过管路连接；应变测量系统的垂直应变片和水平应变片安装在气体吸附系统的样品缸内的试件上。

所述气体吸附系统包括参考缸和样品缸，参考缸管路上设置第三开关阀、第一压力传感器，参考缸底部设置有第二温度传感器，参考缸和样品缸之间的管路上安装有第四开关阀，样品缸管路上设置第五开关阀和第二压力传感器，样品缸底部设置有第三温度传感器。

应变测量系统包括垂直应变片和水平应变片，垂直应变片和水平应变片与应变仪导线连接；应变仪与计算机导线连接。

气体加热系统包括加热炉，加热炉安装在气体预热室四周，气体预热室内设置有第一温度传感器。

真空脱气系统包括真空容积、真空容积与真空泵通过管路连接；管路上安装有真空表和第七开关阀。

储气罐与气体加热系统的管路上依次安装有第一减压阀、第一压力表和第一开关阀；气体加热系统与气体吸附系统的管路上依次安装有第二压力表和第二开关阀。

一种改变试验气体温度的等温吸附试验装置的试验方法，它包括：

步骤1、首先将标准尺寸的试件按要求安装在样品缸中，打开第六开关阀和第七开关阀，通过真空泵对整个实验装置进行抽真空；

步骤2、打开储气罐，通过第一减压阀和第一开关阀控制气体进入气体预热室，使用加热炉进行加热，并根据第一温度传感器的读数调节至实验所设置的气体温度，从而模拟地下气体的温度；

步骤3、加热气体后，打开第二开关阀和第三开关阀，关闭第四开关阀，使气体只进入参考缸中；随后关闭储气罐、第二开关阀和第六开关阀，使得原本在参考缸的气体进入样品缸中，并达到气体平衡，根据理想状态气体方程测算自由空间体积；

步骤4、进行吸附气体的吸附试验，使用加热片对试件进行加热，通过第三温度传感器的读数调节试件内温度，等气体吸附平衡后，根据连接垂直应变片和水平应变片的应变仪和计算机观测试件的吸附变形量，最后根据理想状态气体方程计算试件吸附气体的量。

本发明的有益效果：

本发明通过在吸附系统前增加气体预热室，并通过加热炉对其中气体进行加热，在气体预热室上接第一温度传感器，实现试验气体的温度可控；在样品缸中试件底部放入加热片对试件进行加温，同时对试件上安装有水平应变片和垂直应变片并外接应变仪，从而检测试件吸附产生的应变量。本发明能够对煤岩等试件进行不同温度的吸附实验，实现气体温度的可控，模拟地下高温状态下煤层吸附量及其形变量的变化，更好的研究原煤吸附规律。该实验装置简单易操作，使用效果好，易于推广；解决现有技术中对于研究气体对煤层吸附的实验设备都只能加热吸附系统，没有适用于可单独改变气体温度的实验设备；而且解决了这些对吸附系统整体加热的实验设备无法模拟地下高温状态下气体的温度变化及吸附产生的变形程度，不符合研究瓦斯吸附实际情况的问题。本发明增加了吸附变形量的测定，并对实验过程中的温度控制进行了改进，为更好的研究原煤吸附规律以及煤层气抽采提供技术参考。。

附图说明：

图1本发明结构示意图；

图2为本发明等温吸附系统样品缸结构示意图。

图中：1-储气罐、2-第一减压阀、3-第一压力表、4-第一开关阀、5-加热炉、6-第一温度传感器、7-气体预热室、8-第二压力表、9-第二开关阀、10-参考缸、11-第三开关阀、12-第一高精度压力传感器、13-第二温度传感器、14-第四开关阀、15-第五开关阀、16-第二高精度压力传感器、17-样品缸、18-第三温度传感器、19-第六开关阀、20-真空容积、21-真空表、22-第七开关阀、23-真空泵、24-应变仪、25-计算机、26-应变传输线路、27-试件、28-垂直应变片、29-水平应变片、30-加热片。

具体实施方式：

为了本领域技术人员进一步了解本发明技术方案，在此结合附图1和2对本发明技术方案进行细化说明：

本发明包括储气罐、气体加热系统、气体吸附系统、应变测量系统、真空脱气系统。储气罐与气体加热系统通过管路连接；气体吸附系统与气体加热系统通过管路连接；应变测量系统与气体吸附系统通过管路连接；真空脱气系统与气体吸附系统通过管路连接。

本发明包括储气罐、气体加热系统、气体吸附系统、应变测量系统、真空脱气系统；储气罐1输送气体，由第一减压阀2控制气压大小，并通过第一压力表3进行观测；所述的气体加热系统包括外部加热炉5对气体预热室7进行加热，从而对其中气体进行加热，并设置温度传感器6，观测气体预热室内气体温度的变化，以便随时调节符合实验所要求达到的气体温度，从预热室出来的气体经过第二压力表8、第二开关阀9控制进入气体吸附系统。气体吸附系统主要由参考缸10和样品缸17构成，参考缸10上接第三开关阀11、第一高精度压力传感器12控制气体进入缸内，第四开关阀14起到隔断参考缸（10）和样品缸17之间气体互通的作用。样品缸17上接第五开关阀（15）、第二高精度压力传感器16控制气体进入缸内。在试件27表面贴上垂直应变片28和水平应变片29，并通过应变传输线路26外接应变测量系统，将试件27在加热片30上，加热试件至试验预定温度。对参考缸10和试件27外接温度传感器13和18以观测温度变化情况。应变测量系统包括应变仪24和计算机25，观测吸附导致的膨胀变形量。真空脱气系统包括真空容积20、真空表21、第七开关阀22、真空泵23，并由第六开关阀19隔断气体从吸附系统进入真空脱气系统。

使用时，首先将标准尺寸的试件按要求安装在样品缸17中，打开第六开关阀19和第七开关阀22，通过真空泵23对整个实验装置进行抽真空。之后打开储气罐1，通过第一减压阀2和第一开关阀4控制气体进入气体预热室7，使用加热炉5进行加热，并根据第一温度传感器6的读数调节至实验所设置的气体温度，从而模拟地下气体的温度。首先通入无吸附性的氦气，在加热气体后，打开第二开关阀9，第三开关阀11，关闭第四开关阀14，使气体只进入参考缸10中。随后关闭储气罐1、第二开关阀9和第六开关阀19，使得原本在参考缸10的气体进入样品缸17中，并达到气体平衡。根据理想状态气体方程测算自由空间体积。之后再进行吸附气体的吸附试验，使用加热片30对试件进行加热，通过第三温度传感器18的读数调节试件温度，通入吸附气体的步骤与之前通入氦气的一样，等气体吸附平衡后，根据连接垂直应变片28，水平应变片29的应变仪24和计算机25观测试件的吸附变形量，最后根据理想状态气体方程计算试件吸附气体的量。