СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ УГЛЕЙ Российский патент 2016 года по МПК G01N15/08 G01N7/04 

Описание патента на изобретение RU2590981C1

Изобретение относится к способам определения сорбционной газоемкости углей при прогнозах газоносности угольных пластов, расчетов ожидаемого газовыделения в горные выработки шахт, объемов добычи метана при промысловой добыче метана из скважин, пробуриваемых с поверхности, и оценки запасов метана в угольных месторождениях.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ определения метаноемкости углей (авторское свидетельство СССР №454445, МПК G01N 1/00, опубл. 25.12.74, бюл. №47), включающий донасыщение угля метаном до давления порядка 60-70 атм. После установления сорбционного равновесия производят выпуски отдельно замеренных порций газа с фиксацией равновесного давления. Последующая дегазация проводится таким образом, что влага, содержащаяся в угле и переходящая в пар при наличии вакуума и повышенной температуры, задерживают поглотителем, не сорбирующим метан, перед замером газа извлекаемого угля.

Недостатком способа является невозможность одновременного проведения исследований при разных температурах.

Техническим результатом изобретения является повышение точности, качества и сокращение времени проведения исследований, возможность одновременного произведения исследований сорбционных свойств углей, отобранных из скважин с различной пластовой температурой.

Технический результат достигается тем, что в способе исследования сорбционных свойств углей, включающем закачивание измеренного объема метана, насыщение угля метаном и последующую десорбцию, согласно изобретению устанавливают необходимую для исследования температуру, измеренный объем метана закачивают под давлением 1 МПа с последующим увеличением давления с интервалом 1 МПа включительно до пластового, после чего определяют объем абсорбированного метана по количеству десорбированного с учетом поправки на неэффективный объем, по измеренным объемам адсорбированного метана при каждом значении давления рассчитывают газоемкость на тонну и на сухую беззольную массу с учетом влажности и зольности, затем по полученным данным строят линейную функцию с указанием формулы для обеих кривых

P/V=m×р+b,

где V - объем метана, м3/т;

Р - абсолютное давление, МПа;

m - рассчитывается из линейного уравнения как коэффициент (Р);

b - рассчитывается из линейного уравнения как свободный коэффициент;

после чего рассчитывают объем Ленгмюра и давление Ленгмюра по формулам

VL=1/m,

где VL - объем Ленгмюра, м3/т,

PL=VL×b,

где PL - давление Ленгмюра, МПа,

полученные значения объема Ленгмюра и давления Ленгмюра используют в уравнении адсорбции для определения сорбционной газоемкости

строят график зависимости измеренных и рассчитанных значений объема адсорбции от значений давления.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена установка для исследования сорбционных свойств углей (вид спереди), а на фиг. 2 - замерный узел установки для исследования сорбционных свойств углей, фиг. 3 - изотерма сорбции, фиг. 4 - график зависимости измеренных и рассчитанных значений объема адсорбции от значений давления.

Для реализации способа может быть использована установка для исследования сорбционных свойств углей (например, Дмитриев, А.М. Проблемы газоносности угольных месторождений / А.М. Дмитриев, Н.Н. Куликова, Г.В. Бодня. - М.: Недра, 1982. - С. 55-59), включающая металлическую часть, рассчитанную на давление 15 МПа, и стеклянную, служащую для замеров объемов метана при давлениях не более 0,1 МПа.

К части высокого давления относятся следующие элементы: линия 1 с краном 2 для подачи метана из транспортного баллона в линию предварительного набора метана 3. Линия предварительного набора метана 3 кранами 4-8 соединена с емкостями предварительного набора метана 9-13, которые соединены с образцовыми манометрами 14-18 на давление до 16 МПа. С помощью металлических кранов 19-23 емкости предварительного набора метана 9-13 соединяют с образцовыми манометрами 24-28 на давление 10 МПа, а с помощью кранов 35-39 - с сорбционными ампулами 41-45. Сорбционные ампулы 41-45 и емкости предварительного набора метана 9-13 представляют собой цельнотянутые стальные баллоны на рабочее давление до 20 МПа и имеющие емкость в первом случае 400 мл, во втором 2000 мл каждый.

На линиях, соединяющих металлические краны 19-23 и краны 35-39, находятся краны 29-33, которые соединяют сорбционные ампулы 41-45 с линией низкого давления 46. На другом конце линии низкого давления помещены образцовый вакуумметр 40 и кран 34, и через газовый редуктор линия низкого давления подсоединена к стеклянной части установки.

Стеклянная часть установки состоит из осушительной емкости с хлоридом кальция CaCl2 47, калиброванных емкостей 50 и 51 с кранами 52, 53 и трехходового крана 54, соединяющего всю систему с вакуумным насосом или атмосферой. Осушительная емкость с хлоридом кальция CaCl2 47 присоединяется двумя трехходовыми кранами 48 и 49.

Дополнительно каждая сорбционная ампула 41-45 помещена в термостат с температурным датчиком, а образцовые манометры 14-18, 24-28 на емкостях предварительного набора метана 9-13 и сорбционных ампулах 41-45 подсоединены к программному модулю.

Перед изучением сорбционных свойств углей пробы угля делят на две части (вдоль сечения): одну используют для качественного и углепетрографического анализа, вторая - для исследования сорбционных свойств.

Производят определение влажности исследуемых углей по ГОСТ 52917-2008 Методы определения влаги в аналитической пробе.

Проводят определения зольности углей (ГОСТ 55661-2013 Методы определения зольности) и выхода летучих веществ (ГОСТ 55660-2013 Методы определения выхода летучих веществ). Это необходимо для обработки результатов анализа. Также проводится определение отражательной способности витринита (ГОСТ 55659-2013 Метод определения показателей отражения) для каждого образца и петрографический анализ (ГОСТ 55662-2013 Метод определения петрографического состава).

Проводят определения действительной и кажущейся плотности по ГОСТ 2160-92 Топливо твердое минеральное. Методы определения плотности.

Вторую часть угля измельчают и помещают в адсорбционную ампулу. Ампулы взвешивают до и после наполнения углем, таким образом, определяют массу навески угля. Сорбционную ампулу устанавливают в термостат с температурным датчиком, измерительную систему ваккуумируют, затем устанавливают необходимую температуру. Испытания проводят при двух-трех различных температурах для каждого образца.

Наполняют метаном из транспортного баллона емкости предварительного набора метана 9-13. Давление в баллонах должно соответствовать давлению, которое будет закачиваться в сорбционную ампулу. После наполнения емкостей предварительного набора метана 9-13 метаном краны 4-8 перекрывают. На стадии сорбирования метана углем краны 29-33 перекрывают. Для того чтобы метан поступил в сорбционные ампулы 41-45 открывают краны 19-23. Затем в сорбционные ампулы 41-45 закачивают измеренный объем метана под давлением 1 МПа. Регистрацию изменений параметров осуществляет программный модуль. Необходимо наблюдать за изменением давления пока не будет достигнуто состояние равновесия. Регистрацию данных необходимо осуществлять, пока изменение давления не станет незначительным, то есть менее 0,1 МПа в час для данного типа исследования. Если затем на протяжении 20 часов давление не изменяется, считается, что достигнуто состояние равновесия. Образец угля полностью насыщен метаном при равновесном давлении.

Для измерения объема адсорбированного метана краны 19-23 перекрывают. Открывают какой-либо из кранов 29-33, кран 34 и газовый редуктор таким образом, чтобы в замерном узле не образовалось избыточное давление, что чревато разрушением стеклянных частей и травмированием. Метан пропускается через осушительную емкость 47 и вытесняет воду из калиброванных емкостей 50, 51. Необходимо тщательно измерить объем метана. Процедура повторяется для каждого значения давления с интервалом 1 МПа включительно до пластового давления.

Объем адсорбированного метана определяется по количеству десорбированного метана с учетом поправки на неэффективный объем. Свободный объем метана в трубках и сорбционной ампуле называется неэффективным объемом. При изменении количества образца или замене самой сорбционной ампулы неэффективный объем изменяется, поэтому его необходимо измерять при каждом исследовании адсорбционных свойств. Неэффективный объем определяется с помощью гелия, так как адсорбция гелия адсорбентом ничтожна мала. Необходимо закачать гелий в пространство при разных давлениях, при которых будут проводиться испытания, и замерить объем гелия.

По измеренным объемам адсорбированного метана при каждом значении давления (рекомендуемые значения: 1-2-3-4-5-6-7-8 МПа) строят таблицу. Рассчитывают газоемкость на тонну и на сухую беззольную массу (с.б.м.) с учетом влажности и зольности. Полученные данные проведенных исследований занесли в таблицу 1.

Затем строят график значения давление/объем относительно значений давления для соотношения давление/объем на тонну и на сухую беззольную массу. Строят для обеих кривых линейную функцию с указанием формулы (фиг. 3).

P/V=m×р+b,

где V - объем метана, м3/т;

Р - абсолютное давление, МПа;

m - рассчитывается из линейного уравнения как коэффициент (Р);

b - рассчитывается из линейного уравнения как свободный коэффициент.

В примере выше m=0,0302; b=0,0762.

Рассчитывают объем Ленгмюра и давление Ленгмюра по формулам:

VL=1/m,

где VL - Объем Ленгмюра, м3/т.

PL=VL×b,

где PL - Давление Ленгмюра, МПа.

Полученные значения объема Ленгмюра и давления Ленгмюра используют в уравнении адсорбции для определения сорбционной газоемкости.

Уравнение адсорбции:

где V - объем метана, м3/т;

Р - абсолютное давление, МПа;

VL - объем Ленгмюра, м3/т;

PL - давление Ленгмюра, МПа.

Строят график зависимости измеренных и рассчитанных значений объема адсорбции от значений давления (фиг. 4).

После обработки результатов графическим методом можно получить значение сорбционной газоемкости угля для любых природных значений температуры и давления (для данного пласта).

Похожие патенты RU2590981C1

название год авторы номер документа
Способ изучения остаточной газоносности разрабатываемых угольных пластов в шахтах 2021
  • Натура Валерий Георгиевич
  • Ожогина Татьяна Владимировна
  • Сиротский Ростислав Григорьевич
  • Натура Зинаида Карловна
RU2780655C1
Способ определения пластового давления метана и сорбционных параметров угольного пласта 2016
  • Каркашадзе Гиоргий Григолович
  • Коликов Константин Сергеевич
  • Мазаник Евгений Васильевич
  • Сластунов Сергей Викторович
  • Пащенков Павел Николаевич
RU2630343C1
Блочный нанопористый углеродный материал для аккумулирования природного газа, метана и способ его получения 2016
  • Фомкин Анатолий Алексеевич
  • Цивадзе Аслан Юсупович
  • Аксютин Олег Евгеньевич
  • Ишков Александр Гаврилович
  • Стриженов Евгений Михайлович
  • Школин Андрей Вячеславович
  • Меньщиков Илья Евгеньевич
  • Шевченко Александр Онуфриевич
RU2625671C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА В МЕТАНОНОСНОМ УГОЛЬНОМ ПЛАСТЕ 1991
  • Соколов Э.М.
  • Качурин Н.М.
  • Вакунин Е.И.
RU2007586C1
Способ анализа углей методом ЭПР 1989
  • Поляшов Александр Сергеевич
  • Бурчак Александр Васильевич
  • Забигайло Владимир Ефимович
  • Насос Николай Иванович
SU1679325A1
Способ оценки влияния адсорбирующихся газов на поверхность материалов 2019
  • Авилова Марта Маисовна
  • Марьева Екатерина Александровна
  • Попова Ольга Васильевна
RU2712766C1
Способ определения сорбционной способности горных пород и устройство для его осуществления 1979
  • Маевский Валерий Стефанович
  • Самойленко Ольга Николаевна
SU859888A1
Способ определения сорбции газа углем 1989
  • Соколов Эдуард Михайлович
  • Качурин Николай Михайлович
  • Вакунин Евгений Иванович
  • Кузнецов Владимир Васильевич
SU1712829A1
СОСУД ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ СЖАТОГО ГАЗА 2000
  • Басниев К.С.
  • Ремизов В.В.
  • Попов В.В.
  • Жуков В.В.
  • Башмаков А.И.
  • Жуков И.В.
RU2177107C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАССОПЕРЕНОСА МЕТАНА В УГОЛЬНОМ ПЛАСТЕ 2016
  • Стариков Геннадий Петрович
  • Худолей Олег Геннадиевич
  • Шажко Ярослав Витальевич
  • Подрухин Александр Александрович
  • Старикова Ирина Геннадиевна
  • Кравченко Александр Викторович
  • Прокофьева Лариса Николаевна
  • Борщ Татьяна Васильевна
RU2632591C9

Иллюстрации к изобретению RU 2 590 981 C1

Реферат патента 2016 года СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ УГЛЕЙ

Изобретение относится к определению сорбционной газоемкости углей при прогнозах газоносности угольных пластов. Способ исследования сорбционных свойств углей осуществляют следующим образом. Устанавливают необходимую для исследования температуру, измеренный объем газа закачивают под давлением 1 МПа с последующим увеличением давления с интервалом 1 МПа. После чего определяют объем абсорбированного газа, по измеренным объемам при каждом значении давления рассчитывают газоемкость на тонну и на сухую беззольную массу с учетом влажности и зольности. Затем по полученным данным строят линейную функцию с указанием формулы для обеих кривых. Из формулы определяют коэффициенты для расчета объема Ленгмюра и давления Ленгмюра. Полученные значения используют в уравнении адсорбции для определения сорбционной газоемкости. Строят график зависимости измеренных и рассчитанных значений объема адсорбции от значений давления. Достигается возможность одновременного произведения исследований сорбционных свойств углей, отобранных из скважин с различной пластовой температурой. 3 табл., 4 ил.

Формула изобретения RU 2 590 981 C1

Способ исследования сорбционных свойств углей, включающий закачивание измеренного объема газа, насыщение угля метаном и последующую десорбцию, отличающийся тем, что устанавливают необходимую для исследования температуру, измеренный объем газа закачивают под давлением 1 Мпа с последующим увеличением давления с интервалом 1 МПа включительно до пластового, после чего определяют объем абсорбированного газа по количеству десорбированного с учетом поправки на неэффективный объем, по измеренным объемам адсорбированного метана при каждом значении давления рассчитывают газоемкость на тонну и на сухую беззольную массу с учетом влажности и зольности, по полученным данным строят линейную функцию с указанием формулы для обеих кривых

где V - объем газа, м3/т;
Р - абсолютное давление, МПа;
m - рассчитывается из линейного уравнения как коэффициент (Р);
b - рассчитывается из линейного уравнения как свободный коэффициент;
после чего рассчитывают объем Ленгмюра и давление Ленгмюра по формулам:

где VL - Объем Ленгмюра, м3/т,

где PL - Давление Ленгмюра, МПа,
полученные значения объема Ленгмюра и давления Ленгмюра используют в уравнении адсорбции для определения сорбционной газоемкости

строят график зависимости измеренных и рассчитанных значений объема адсорбции от значений давления.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2590981C1

ДМИТРИЕВ А.М
и др
Проблемы газоносности угольных месторождений, М, Недра, 1982, с
Устройство двукратного усилителя с катодными лампами 1920
  • Шенфер К.И.
SU55A1
Установка для определения адсорбциигАзОВ пОРиСТыМи МАТЕРиАлАМи 1979
  • Уляшев Валерий Егорович
  • Рассохин Геннадий Васильевич
  • Петров Геннадий Владимирович
SU817523A1
Способ определения сорбции и устройство для его осуществления 1988
  • Фомкин Анатолий Алексеевич
  • Гусев Владимир Юрьевич
SU1732233A1
US 5637810 A, 10.06.1997
Способ определения метаноемкости углей 1970
  • Петросян Артур Эмануилович
  • Сергеев Иван Владимирович
  • Эттингер Иосиф Львович
  • Дмитриев Алексей Митрофанович
  • Ламба Елена Георгиевна
  • Адамов Виталий Гаврилович
  • Минаева Татьяна Ивановна
SU454445A1
Способ определения сорбирующей способности горных пород 1990
  • Давыдова Елена Евгеньевна
  • Верес Геннадий Иванович
SU1817844A3
Устройство для определения сорбции газов углями 1989
  • Соколов Эдуард Михайлович
  • Качурин Николай Михайлович
  • Вакунин Евгений Иванович
  • Кузнецов Владимир Васильевич
SU1741016A1
Способ определения сорбционной емкости сорбента и устройство для его осуществления 1988
  • Бобин Вячеслав Александрович
  • Зверев Игорь Васильевич
SU1682889A1

RU 2 590 981 C1

Авторы

Натура Валерий Георгиевич

Сиротский Ростислав Григорьевич

Ожогина Татьяна Владимировна

Даты

2016-07-10Публикация

2015-03-10Подача