[发明专利]一种煤岩残余瓦斯含气量的估算方法及设备

说明书

技术领域

本发明属于岩石物理领域，具体涉及一种煤岩残余瓦斯含气量的估算方法及相关设备。

背景技术

地下煤层中含有大量的瓦斯(甲烷为主)气体，煤层中含有瓦斯多少通过含气量来表征。含气量的测试可以划分为三部分：散逸气、自然解析气和残余气。残余气是指煤样经自然解析后仍残留在微孔隙中的气体。这部分气体由于扩散速率极低或者在大气压下煤层气处于吸附平衡状态而不再解析。根据国内外实验的测定，残余气体积在低煤阶煤中可占总含气量的40％～50％，高煤阶煤中也可达到10％左右。因此准确估算残余气的含量对于煤层气的开采利用有很大的指导意义。常规的含气量测量中(GB/T 19559-2008)，针对残余气的测量，把煤块粉碎后解析的方法来测定试样中残余气的含量，需要按照24小时的间隔进行读数，测试时间往往长达一个星期以上。

残余瓦斯含气量的测试需要较长的时间，这对于设备的气密性提出了较大的要求，同时，效率比较低下。这里根据密度的测试理论及瓦斯赋存特征，给出了一个估算煤样残余瓦斯含量的理论公式，可以较为准确的估算出样品中残余瓦斯的含量。

发明内容

本技术方法主要目的是提供一种快速准确的估算煤样中残余瓦斯的含量的方法，主要思想方法为把煤样中流体假设为全部以游离态赋存于孔隙空间里，通过测定煤样的体密度和真密度以及孔隙度，进而结合等效密度理论公式给出了本发明的理论公式，利用本发明的计算公式可以较为准确的估算出标准状态下煤样中残余瓦斯的含量，从而为计算残余瓦斯含量提供了一种新的思路。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案：

(1)煤样体密度的实验测定：通过制作一个圆柱状的样品，利用游标卡尺对该煤岩样品的直径和高度进行测量和控制，然后通过精度为0.001g的天平对煤岩样品在标准状态下进行称重，求得煤岩的体密度。

(2)样品含水量的测定：在制作圆柱状煤岩样品中，采用其中的碎屑，通过国标GB/T23561.6-2009含水率的测定方法可以测得所用煤样的含水率。

(3)样品孔隙度的测定：对所制备样品在一定100℃下快速烘干和抽真空处理后利用波义耳定律双室实验方法可以测得样品的孔隙度。

(4)样品真密度的测定：利用精度为0.001g的天平对步骤(3)中所得样品在标准状态下称重后利用前面实验步骤已测实验参数计算出样品真密度，即不含流体的骨架密度。

(5)残余瓦斯含量的计算：最后利用本发明的公式就可以给出计算残余瓦斯含量的公式，进而估算出残余瓦斯的含量。

优选地，所述煤样残余含气量估算方法具体包括以下步骤：

S1样品的制备：把煤样制备成一个直径3.8cm，高度5cm的标准圆柱状样品，用于样品测试，其中直径和高度用游标卡尺进行测量和控制。

S2煤样体密度的实验测定：利用精度为0.001g的天平对步骤(1)中的煤岩样品在标准状态下进行称重，然后计算出样品的体密度。

S3样品含水量的测定：通过国标GB/T 23561.6-2009含水率的测定方法利用制备样品用到的煤体碎屑测出样品的含水率，进而计算出圆柱状样品中水的含量。

S4对样品加热到100℃进行快速烘干处理后再进行抽真空处理，以便快速、完全的去除样品孔隙中的流体。

S5孔隙度的测定：对步骤S4中所得样品通过本发明中配套实验设备利用波义耳定律双室实验方法测得样品的孔隙度。

S6煤样真密度的测定：利用精度为0.001g的天平对步骤S5中所得样品其进行称重，通过步骤S5中所测得的孔隙度可以计算出固相骨架的体积，进而可以计算出煤样的真密度，即不含流体的骨架密度。

S7等效瓦斯密度的计算：利用本发明的思想和以上实验数据，通过等效密度理论公式计算出残余瓦斯的等效密度。

S8残余瓦斯含量的计算：利用步骤S7中所得瓦斯等效密度和标准状态下瓦斯密度的关系，利用本发明中的公式可以最终计算得出煤样残余瓦斯的含量。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明中估算煤样残余瓦斯含量的流程图

图2是本发明中用于孔隙度测定的配套实验装置示意图

图3是本发明主要思想方法中所假设的理论模型示意图

具体实施方式

以下将结合流程图对本发明进行详细说明，但本发明并不限于此。