[发明专利]一种瓦斯吸附解吸试验装置

说明书

技术领域

本发明属于瓦斯实验装置技术领域，特别涉及一种瓦斯吸附解吸试验装置。

背景技术

煤层瓦斯含量和瓦斯压力是表征煤层气储层特征的关键储层参数，准确获取煤层瓦斯含量与瓦斯压力对于煤层气资源勘探开发和煤矿瓦斯灾害防治具有重要意义。按照煤层瓦斯含量井下直接测定方法（GBT23250-2009）和地勘时期煤层瓦斯含量测定方法（GB/T23249-2009），煤层瓦斯含量等于解吸气含量、残余气含量和损失气含量三者之和。解吸气含量和残余气含量是通过解吸试验直接实测的；损失气含量是煤样从暴露到开始测定瓦斯解吸量期间所遗失的瓦斯量，无法直接测得，只能通过煤样瓦斯解吸规律经验公式进行估算。由于现场条件的制约，煤层瓦斯压力往往无法直接测定，普遍采用郎缪尔方程由实测瓦斯含量反演计算煤层瓦斯压力，郎缪尔方程中的两个吸附常数a、b必须从等温吸附试验得出。因此，瓦斯吸附与解吸试验有着现实意义。但是，目前还不存在能够进行等温吸附与瓦斯放散的试验装置。

发明内容

本发明提供了一种结构简单、可进行等温瓦斯吸附-放散实验、实验数据准确和实验效率高的瓦斯吸附解吸试验装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种瓦斯吸附解吸试验装置，包括充气系统、脱气系统、瓦斯吸附解吸系统和温度控制系统；充气系统包括高压气源和高压气源上的气体减压阀；脱气系统包括真空泵、复合真空计、真空规管和真空管系，真空管系上设有控制阀和真空抽气控制阀，复合真空计和真空规管串联在真空管系上，真空泵通过控制阀与真空管系相连接；瓦斯吸附解吸系统包括吸附单元和解吸单元，吸附单元包括充气罐、煤样罐和数据采集仪，充气罐上设有充气罐控制阀、仪表阀和压力传感器，充气罐控制阀上设有充气罐截止阀，煤样罐上设有煤样罐控制阀、仪表阀和压力传感器，煤样罐控制阀上设有煤样罐截止阀，煤样罐截止阀与充气罐控制阀相连，压力传感器与数据采集仪相连，解吸单元包括瓦斯解吸速度测定仪、高精度瓦斯解吸速度测定仪和连通瓦斯解吸速度测定仪与高精度瓦斯解吸速度测定仪的三通阀，三通阀另一端与煤样罐控制阀相连；充气罐截止阀通过三通阀与气体减压阀和真空抽气控制阀相连；温度控制系统包括恒温水浴和恒温水浴上连通的恒温器，吸附单元位于恒温水浴内。

所述煤样罐为四个，分别为第一煤样罐、第二煤样罐、第三煤样罐和第四煤样罐，每个煤样罐上均设有煤样罐控制阀、仪表阀和压力传感器，煤样罐控制阀上设有煤样罐截止阀，压力传感器与数据采集仪相连，第一煤样罐与第二煤样罐通过各自的煤样罐控制阀串联为一组，第三煤样罐与第四煤样罐通过各自的煤样罐控制阀串联为一组；第一煤样罐的煤样罐截止阀与充气罐控制阀之间设有吸附三通阀，第三煤样罐通过煤样罐截止阀与吸附三通阀相连；第二煤样罐的煤样罐截止阀上设有第一三通阀，第四煤样罐的煤样罐截止阀上设有第二三通阀，第一三通阀的另外两端分别与瓦斯解吸速度测定仪和高精度瓦斯解吸速度测定仪相连，第二三通阀的另外两端分别与瓦斯解吸速度测定仪和高精度瓦斯解吸速度测定仪相连。

所述瓦斯解吸速度测定仪包括2个尺寸为Φ150mm×1000mm的大刻度解吸仪，高精度瓦斯解吸速度测定仪包括6根最小刻度为2ml的小刻度解吸仪。 

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明包括充气系统、脱气系统、瓦斯吸附解吸系统和温度控制系统，其结构简单，用于煤的吸附常数、极限瓦斯解吸量的测定，可以测定出不同温度、不同压力、不同变质程度和不同粒度条件下的损失气量、钻屑解吸指标和扩散系数等参数，适合颗粒煤瓦斯吸附解吸规律的试验；可模拟井下储层环境，可同时进行四组不同粒度碎屑煤样在不同温度条件的瓦斯吸附、解吸实验，可进行等温吸附试验、瓦斯放散试验，并且能直接测定瓦斯解吸损失量和瓦斯极限解吸量；可同时做多组瓦斯吸附放散实验，可有效提高实验效率，测定精度高。

2、本发明的恒温水浴和恒温器可使系统温度恒定，排除气源温度不同的干扰，使煤样瓦斯吸附解吸过程在同一温度下进行，可实现实验的完整性和连续性。

3、本发明各处的承压管路为高压胶管，可严格控制管路长度，尽最大可能减少管路的自由空间，使实验数据更准确。在进行试验容器体积标定时，根据现有技术规范规定真空度须为10Pa以下才能满足精度要求，然而一般脱气系统很难达到此要求，本发明的脱气系统配合使用新方法在真空度不大于100Pa时，也可对系统自由空间进行准确标定。