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(hào)轉(zhuǎn)換甲烷摩爾質(zhì)量測(cè)定甲烷吸附量的方法。

背景技術(shù)：

1、目前社會(huì)對(duì)環(huán)境的保護(hù)越來(lái)越重視，清潔能源受到了更多的關(guān)注。我國(guó)作為煤炭大國(guó)，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(lái)越多的關(guān)注。煤層氣主要是以吸附態(tài)儲(chǔ)存在煤儲(chǔ)層中，因此在煤層氣的開采過(guò)程中，對(duì)煤中吸附態(tài)甲烷含量的測(cè)定對(duì)煤儲(chǔ)層的煤層氣儲(chǔ)量計(jì)算以及開發(fā)效果評(píng)價(jià)具有重要意義。

2、目前，對(duì)于吸附態(tài)甲烷的測(cè)量基本是以基于體積法和langmuir方程的等溫吸附實(shí)驗(yàn)來(lái)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(zhǎng)，且該結(jié)果是由間接計(jì)算得到，并不是實(shí)際測(cè)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(chǔ)層的應(yīng)用中得到了廣泛發(fā)展。核磁共振技術(shù)通過(guò)測(cè)量流體中的1h來(lái)對(duì)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(cè)試甲烷吸附量的方法也存在一定的缺陷。

3、目前對(duì)于煤或頁(yè)巖中甲烷吸附量吸附量的測(cè)試主要基于吸附過(guò)程中的質(zhì)量守恒定律，首先對(duì)游離態(tài)甲烷進(jìn)行核磁信號(hào)測(cè)試，然后在吸附過(guò)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(cè)試過(guò)程中，管線中的游離態(tài)甲烷的核磁信號(hào)無(wú)法去除，會(huì)對(duì)結(jié)果造成一定的影響。

4、因此，需要尋找一種更簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確的測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換甲烷摩爾質(zhì)量測(cè)定甲烷吸附量的方法，解決目前利用核磁共振技術(shù)測(cè)定甲烷吸附量方法的缺陷，提供一種新的利用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)來(lái)獲得核磁1h原子信號(hào)量與甲烷物質(zhì)的量關(guān)系，從而計(jì)算煤、頁(yè)巖中甲烷吸附量的方法，通過(guò)該方法，可以直接建立核磁信號(hào)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(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換甲烷摩爾質(zhì)量測(cè)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(guò)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(chǔ)氣罐；儲(chǔ)氣罐設(shè)有閥門v3；減壓閥通過(guò)閥門v6、閥門v7連接樣品罐；減壓閥與閥門v6之間通過(guò)閥門v4連接背壓閥，通過(guò)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(guò)夾持器固定在低場(chǎng)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(guò)密閉的氣路系統(tǒng)與甲烷罐及氦氣罐、儲(chǔ)氣罐、增壓泵、真空泵相連。

6、一種核磁信號(hào)轉(zhuǎn)換甲烷摩爾質(zhì)量測(cè)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(cè)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(hào)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(cè)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(hào)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(hào)幅度差，結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程，確定核磁信號(hào)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(yè)巖樣品，進(jìn)行低場(chǎng)核磁共振監(jiān)測(cè)下的甲烷等溫吸附實(shí)驗(yàn)；通過(guò)測(cè)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(hào)幅度值；依據(jù)建立的甲烷物質(zhì)的量與核磁信號(hào)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(cè)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(hào)測(cè)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)抽真空，至進(jìn)口壓力為-0.05?mpa，測(cè)量真空狀態(tài)下的t2譜作為基底信號(hào)；

15、（4）甲烷定標(biāo)過(guò)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(cè)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(cè)試該壓力下甲烷的t2譜；

19、重復(fù)上述步驟，繼續(xù)測(cè)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(hào)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(hào)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(hào)量，記為qi′；

21、（5）甲烷物質(zhì)的量和核磁信號(hào)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(cè)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(cè)試中，甲烷的核磁信號(hào)qi、qi′與甲烷的物質(zhì)量的ni、ni′完全對(duì)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(hào)量差值△qi與甲烷物質(zhì)的量差值△ni也完全對(duì)應(yīng)，則可以得到甲烷的核磁信號(hào)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(hào)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(guò)夾持器固定在低場(chǎng)核磁共振裝置之中，連接氣路系統(tǒng)；抽真空至-0.05mpa，測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試流程更簡(jiǎn)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(guò)體積差和信號(hào)差直接確定了甲烷物質(zhì)的量與核磁信號(hào)幅度之間的關(guān)系，避免了氣路管線中的游離態(tài)甲烷對(duì)于核磁信號(hào)的影響。