Способ определения сорбционной способности пористого образца Советский патент 1983 года по МПК G01N7/10 

tputl Изобретение относится к газовой промышленности и может быть применено при определении сорбционной способности пористых сред в лабораторных условиях. По основному авт. св. № 70530А известен способ определения сорбционной способности пористого образца путем . насыщения его газом, измерения давления в образце после насыщения, выдержки образца до окончания сорбционных процессов, воздействия на образец ультразвукового поля с частотой 15-30 кГц с последующим измерением давления. Способ дает удовлетворительные результаты при определен НИИ сорбционной способности пористого образца по отношению к однокомпо-. нентному газу (метану, этану и т.д.рД Од на ко если в-пористом образце находится многокомпонентная газовая смесь, известный способ неизбежно приведет к погрешностям. Сорбционная активность пористой среды зависит от состава сорбируемого агента. Для углеводородов, например, более высококипящие компоненты сорбируются лучше, чем низкокипящие. При каком-либо внешнем воздействии (измене НИИ давления, температуры или ультра звуковом облучении) адсорбированные углеводороды начинают десорбироваться, причем в первую очередь десорбируются менее активные в сорбционном отношении молекулы. Так, для многоксэмпонентнрй смеси углеводородов десорбция высококипящих ее составляющих начинается при значительно боль шем снижении давления, по сравнению низкокипящими компонентами смеси. При воздействии ультразвукового по ля наиболее вероятным является нару шение адсорбционного равновесия сначала легкокипящих слабосорбируемых /углеводородов.При этом, тяжелые компо ненты, имеющие большую энергию связи в адсорбционном слое, не десорбируются, и в определение сорбционной способности :Образца вносится пог решность. Кроме этого при оценке запасов углеводородного сырья, изменения сос тава добываемого в процессе разработки месторождений газа, прогнозиро вания текущей и конечной компонентоотдачи месторождения углеводородов важно знать, какие компоненты входят в состав адсорбированного газа и в какой последовательности будет проис ходить их десорбция при истощении залежи . Для этого необходимо провести сравнительную оценку сорбционной активности образца по отношению к различным компонентам, входящим в состав смеси газов. Известный способ такой оценки провести не позволяет. Целью изобретения является повышение точности определения путем сравнительной оценки сорбционной способности образца для различных компонентов газовой смеси. Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включающему насыщение образца газом, измерение давления в нем после насыщения, выдержка образца до окончания сорбционных процессов, воздействие на образец ультразвукового поля с частотой 15-30 кГц с последующим измерением давления, после выдержки измеряют состав газовой смеси в образце, а амплитуду колебаний ультразвукового поля увеличивают ступенчато с регистрацией состава газовой смеси после каждой ступени до прекращения его изменения. После выдержки пористого образца до окончания сорбционных процессов поровом пространстве устанавливается состояние адсорбционного равновесия. В этом состоянии равновесное количество адсорбированных молекул остается постоянным сколь угодно долго, если неизменны внешние условия. При воздействии ультразвукового поля колебательные движения адсорбированных молекул увеличиваются, молекулы отрываются (десорбируются) . Однако тяжелые компоненты углеводородов удерживаются в адсорбированном состоянии значительно сильнее, чем легкие компоненты, и для их десорбции необходимо, чтобы амплитуда х колебаний была достаточна для выхода из адсорбционного слоя. Если амплитуду колебаний ультразвукового поля увеличивать ступенями и на каждой ступени определять состав десорбированного газа, монвно провести сравнительную оценку адсорбционной активности образца по отношению к различным компонентам, так как полной десорбции определенного компонента будет соответствовать определенная амплитуда колебаний ультра звукового ПОЛЯ. При этом по прекращению изменения состава десорбционного газа при 3 различных напряженностях ультразвукового поля можно с большой точност однозначно, определить максимал ьное количество и состав .адсорбционного газа. На фиг. 1 приведена схема реаяи способа; на фиг. 2- кривые изменения давления в прристом образце при увеличении напряженности ультразвукового поля; на фиг. 3 ко т«чественное изменение содержания р личных компонентов смеси в пористом образце при воздействии ультразвука. Спосрб осуществляется следуюоц«4 разом.. В колонку 1 с пористым образцом 2j жестко закрепленную на магнито.стрикторе ультразвукового генератора 3 из баллона k при закрытом вентиле 5, на выходе подают природный газ. Одновременно из балона 4 отбирают пробу газа и определяют компонентный состав исходного газа ( ол. %). Давление газа в колонке с пористой средой поднимают д необходимой величины, которая pert стрируется манометрами 6 и 7. Затем входной вентиль 8 закрывают и при достижении равенства давлений н входе (РЛ) и выходе ( колонки фиксируют начальное давление газа в пористом образце ле этого колонку выдерживают некото рое время до завершения сорбцисжных гч оцессов, что обуславливается стаб лизацией давления газа в пористом образце Р const Р|, При достижении этого условия огч деляют состав газа, в пористом образ це (flt мол. ). Затем к пор&стому образцу через магнитострикционный преобразователь подводят, ультразвуковые колебания определенной амплитуд, ко торой задается и регулируется в ге нераторе ультразвуковых колебаний. результате воздействия ультразвукового поля адсорбированные молеку- i лы первоначально легк:окипящих углеводородов выходят из адсорбционного слоя (нарушается равновесное состояние) и давление газа в nopVjCTOM образце возрастает на некоторую величину, пропорциональную количеству десорбированного газа, и становится, равным (фиг, 2). При этом давлении определяют состав газа в пористом образце (/tli ,мол.%) 0 Зётем амплитуду колебаний ультразвукового генератора увеличивают, что приводит и к увеличению напряженности ультразвукового поля в офазце. /Ыплитуда молекул адсорбционного слоя возрастает, что приводит к десорбции более тяжелых компонентов, имеющих более высокую энергию связи в адссч бционном слое. Это ведет к дальнейше- му росту давления газа в образце, которое достигает величины Р . и этом давлении определяют состав углеводородной смеси в пористом образце ( .%). Затем опять увеличиваютамплитуду колебаний ультразвукового генератора и напряженность ультразвукового поля в и т.д. Подобные операции повторяют До тех пор, пока состав газа в пористой среде При предыду1 й и последующей амплитудах не станет одинаков (Л- мол.%) . Последнее условие однозначно определяет полную десорбциюадсорбированного газа и обеспечивает необходимую точность замера сорбционной емкости образца. Зная величины Р , Р, Pfc,, -..., а также объем порового пространства образца и соотв.етствующий компонентный состав (/U ) . углеводородной смеси, а также последовательность десорбции каждого из компонентов, можно сравнить сорбционную активность пористой.среды по отношению к отдельным компонентам. Количественное содержание отдельных компонентов, адсорбированных пористым образцом, находят по формуле ,.Ч.и te (ч г-р-1.Г); .-, .V . .... где Qf|- количество адсорбированных .углеводородов по компоненту;Ш - пороговый объем образца; стандартная температура (293 К); Z - коэффициент сжимаемости при давлении Т - температура пористого образца; .- атмосферное давление; давление газа в образце при напряженности ультразвукового поля соответствующей максимальной десорбции; 1 R - давление газа -в образце после 1 завершения сорбционных процессов; состав газа в образце при давлении yi - состав газа в образце при давлении Р . Гра(, показанные на фиг. 3, поз воляют провести сравнительную оценку сорбционной активности образца по амплитуде колебаний ультразвукового поля, необходимой для начала десорбции отдельных компонентов адсорбционного газа. По приведенным кривым можно судить о последовательности десорбции различных компонентов сорбированной углеводородной смеси при истощении газовой залежи, а следовательно, и об изменении конечной и текущей компонентоотдачи месторождений природных газов за счет добычи десор бированных углеводородов. Приме р. Пористый образец керна длиной 20 см, площадью поперечного сечения 7 см - помещают в металлическую колонку и герметизируют эпоксидной смолой. Объем порового пространства образца, определенный методом в образце, соепадения давления газа тавляет 30 см . Колонку закрепляют на магнитострикторе ультразвукового генератора УЗГ-1,5, сна|бжают системой термостабилизации, приборами контроля и т.д. (фиг.1). Природный аз из баллона подают в пористый образец под давлением Рц 10,JP МПа и колонку выдерживают до окончания сорбционных процессов и стабилизации давления. За время t давление в образце падает до Р.9,3 МПа. Компонентный состав исходного газа, определенный хроматографическим методом, следующий , : i:38, С4.8, С 2, 04, % К Состав газа Э пористом образце после завершения сорбционных процессов, %: С,88,7; С„ 8,1; С- 1,8; Су 0,8; ,6. . 90 6 ; Ручкой амплитуды ультразвукового генератора устанавливают требуемую амплитуду колебаний, соответствующую приблизительно 1/3 мощности УЗГ-1,5 и включают магнитострикционный-преобразователь. Приэтом в пористой среде наводится ультразвуковое поле напряженностью Е. Происходит десорбция газа, окончание которой фиксируют по прекращению роста давления в образце R 9,88 МПа. Опг ределяют состав газа в образце. Затем уве 1ичивают амплитуду колебаний и опять фиксируют рост давления. Операции повторяются до прекращения изменения компонентного состава газа в пористой среде. В таблице приведены данные для расчета количества отдельных компонентов, адсорбированных пористой средой, и сравнительной оценки сорбционной активности пористого образца по отношению к отдельным компонентам смеси (расчеты выполнены по приведенной формуле). Из таблицы видно, что десорбция компонентов Ci и Сл начинается одной и той же напряженности ультра- : звукового поля, остальные компоненты десорбируются при более высоких значениях амплитуды колебаний ультразвукового поля. За счет десорбции газа дополнительно из образца можно получить, С 27; Cg 1,5; Сэ .5 С4 3,5i С 7,5 . Сорбционная емкость образца составит 1,47 % от суммарных, запасов газа в образце. Использование экспериментальных данных, полученных с помощью предлагаемого способа, позволит повысить точность подсчета запасов различных компонентов тазовых и газоконденсатных месторождений , оценить текущую и конечную компонентоотдачи, составить прогноз возможности извлечения запасов отдельных компонентов углеводородной смеси по мере снижения давле ния Ё залежи.

CbCAf

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОРБЦЦОННОЙ СПОСОБНОСТИ ПОРИСТОГО ОБРАЗЦА по авт. св. № 70530, о т я и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности определения путем сравнительной оценки сорбционной способности образца для различных компонентов газовой снеси, после выдержки измеряют состав газовой смеси в образце, а амплитуду колебаний ультразвукового поля увеличивают ступенчато с регистрацией состава газовой смес после каждой ступени до прекращения его изменения. х« об Ьд /

Ci, CM

i

Ci,CM

C,CM;