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GB/T 35210.2-2020

基本信息

标准号: GB/T 35210.2-2020

中文名称:页岩甲烷等温吸附测定方法第2部分:重量法

标准类别:国家标准(GB)

标准状态:现行

出版语种:简体中文

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相关标签: 页岩 甲烷 等温 吸附 测定方法 重量

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出版信息

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标准简介

GB/T 35210.2-2020.Determination methods of methane isothermal adsorption of shale-Part 2: Gravimetric method.
1范围
GB/T 35210的本部分规定了利用重量法进行页岩甲烷等温吸附测定的方法。
GB/T 35210.2适用于页岩对甲烷气体吸附能力的测定,其他岩石类型可参照执行。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 474煤样的制备方法
GB/T 29172岩心分析方 法
3术 语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
过剩吸附量 excess adsorption
实验直接得到的吸附的量。
3.2
绝对吸附量 absolute adsorption
考虑吸附相密度(或体积)校正后吸附的量,即真实吸附的量。
3.3
兰氏体积 Langmuir volume
最大吸附量
VL
压力无限大时的绝对吸附量。
3.4
兰氏压力Langmuir pressure
PL
绝对吸附量为1/2兰氏体积时所对应的压力。
4方法提要
将制备的页岩样品置于密封腔室中,在恒定温度、不同压力测点下进行甲烷吸附,利用磁悬浮天平记录的质量变化来获取吸附的甲烷气体质量,然后根据Langmuir理论模型"求算页岩吸附特征参数,并绘制等温吸附曲线。
5仪器设备与材料
5.1仪器设备
5.1.1 制样装置
制样装置主要包括:
a)粉碎机:宜采用小型颚式破碎机。
b) 标准筛:可筛分粒度包含0.05 mm~4 mm。
5.1.2等温吸 附仪装置
等温吸附仪应按以下要求配置:
a) 高压密封腔室:工作压力不低于60 MPa;
b) 质量检测系统:磁悬浮天平,精度不低于0.01 mg;
c) 恒温控制系统:精度士0.1℃;
d)压力监测系统:精度士0.001MPa;
e) 气体增压泵:最大增压不低于30 MPa;
f) 真空泵:真空度1 kPa以下。

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标准内容

ICS.75.020
中华人民共和国国家标准
GB/T35210.2—2020
页岩甲烷等温吸附测定方法
第2部分:重量法
Determination methods of methane isothermal adsorption of shale-Part 2: Gravimetric method
2020-12-14发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-07-01实施
规范性引用文件
术语和定义
方法提要
仪器设备与材料
样品制备
试验步骤
数据处理
数值修约
质量要求
实验报告·
附录A(资料性附录)
附录B(资料性附录)
空白测试获取样品框体积和质量页岩重量法等温吸附实验报告
GB/T35210.2—2020
GB/T35210《页岩甲烷等温吸附测定方法》分为2个部分:第1部分:容积法;
第2部分:重量法
本部分为GB/T35210的第2部分
本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本部分由全国天然气标准化技术委员会(SAC/TC244)提出并归口。GB/T35210.2—2020
本部分起草单位:中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所、中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司、中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院、中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院、中国科学院西北生态环境资源研究院、四川省科源工程技术测试中心。
本部分主要起草人:俞凌杰、刘友祥、徐爽、周尚文、吴连波、李孝甫、李靖、范明、柳雪青、包友书、戚明辉、刘洪林。
1范围
页岩甲烷等温吸附测定方法
第2部分:重量法
GB/T35210.2—2020
GB/T35210的本部分规定了利用重量法进行页岩甲烷等温吸附测定的方法。本部分适用于页岩对甲烷气体吸附能力的测定,其他岩石类型可参照执行规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T474煤样的制备方法
GB/T29172岩心分析方法
术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1
过剩吸附量
excess adsorption
实验直接得到的吸附的量。
absoluteadsorption
绝对吸附量
考虑吸附相密度(或体积)校正后吸附的量,即真实吸附的量。3.3
Langmuirvolume
兰氏体积
最大吸附量
压力无限大时的绝对吸附量。
Langmuirpressure
兰氏压力
绝对吸附量为1/2兰氏体积时所对应的压力。方法提要
将制备的页岩样品置于密封腔室中,在恒定温度、不同压力测点下进行甲烷吸附,利用磁悬浮天平记录的质量变化来获取吸附的甲烷气体质量·然后根据Langmuir理论模型求算页岩吸附特征参数,并绘制等温吸附曲线。
1)Langmuir理论模型方程是常用的吸附等温线方程之—,是由物理化学家朗格缪尔(LangmuirItying)于1916年根据分子运动理论和一些假定提出的。现广泛应用于吸附学方面。1
GB/T35210.2—2020
5仪器设备与材料
仪器设备
制样装置
制样装置主要包括:
粉碎机:宜采用小型式破碎机。b)标准筛:可筛分粒度包含0.05mm~4mm。5.1.2等温吸附仪装置
等温吸附仪应按以下要求配置:a)
高压密封腔室:工作压力不低于60MPa;质量检测系统:磁悬浮天平,精度不低于0.01mg;b)
恒温控制系统:精度土0.1℃;
压力监测系统:精度士0.001MPa;d)
气体增压泵:最大增压不低于30MPa;真空泵:真空度1kPa以下。免费标准下载网bzxz
2材料
材料包括:
甲烷气:纯度(体积分数)大于99.99%;氨气:纯度(体积分数)大于99.99%;b)
氮气:纯度(体积分数)大于99.99%。c
6样品制备
按照GB/T474使用粉碎机进行样品破碎,用标准筛筛取粒度为0.180mm~0.425mm(60目~40目)页岩样品不少于20g备用。c
含油样品宜先洗油,按照GB/T29172中规定的方法执行。7试验步骤
气密性检查
气密性检查采用甲烷气。高压密封腔室内注人压力高于等温吸附试验最高压力约1MPa的甲烷气,记录10min内压力变化,若压力下降不超过0.5MPa,则视为系统气密性合格。若10min内压力下降超过0.5MPa,则气密性不合格,需放空气体,排除漏气原因后重复检查,直至系统气密性合格。7.2
空白试验
恒温条件下,将样品框吊装于高压腔室内密封,采用氮气作为介质,在0MPa~6MPa范围内均匀选择不少于6个压力点进行测试,获取一组不同压力下天平读数来求算样品框质量和体积。2
7.3预处理试验
7.3.1真空度设定
GB/T35210.2—2020
将样品装入样品框后吊装于高压腔室内密封,利用真空泵进行原位真空预处理,真空度小于1kPa。
7.3.2预处理温度设定
吸附试验温度不高于100℃时,预处理温度设定为105℃~110℃。吸附温度高于100℃时,预处理温度比吸附温度高5℃~10℃。7.3.3预处理时间设定
预处理时间不少于8h。
7.4浮力试验
7.4.1浮力试验压力设定
待预处理结束后,采用氨气作为介质进行浮力试验,获取一组不同压力下天平读数来求算样品体积。在0MPa~6MPa范围内均匀选择不少于6个压力点。第一个压力点设为真空,真空度小于1kPa。
7.4.2浮力试验温度设定
浮力试验温度与甲烷吸附试验温度相同。7.4.3浮力试验平衡条件
温度波动不超过0.2℃条件下,平衡时间不少于1h或10min内天平记录的质量变化小于50ug则该测点视为达到平衡。
7.5吸附试验
7.5.1吸附试验压力点设置
待浮力试验结束后,将甲烷气利用气体增压泵增压到超过等温吸附实验最高压力约1MPa·采用增压后的甲烷气作为介质进行吸附试验,获取一组不同压力下天平读数来求算吸附气质量。第一个压力点设为真空,真空度小于1kPa。压力设置遵循前密后疏原则,推荐按照如下范围进行压力点设置:a)当压力P≤30MPa时,压力间隔不大于2MPa;b)当压力P>30MPa时,压力间隔不大于5MPa。7.5.2吸附平衡条件
温度波动不超过0.2℃条件下,平衡时间不少于2h或10min内天平记录的质量变化小于50μg则该测点视为达到平衡。
7.6脱附试验
吸附测点结束后,如需开展脱附实验,脱附压力点宜与吸附压力点保持一致。脱附平衡条件与吸除GB/T35210.2—2020
平衡条件一致。
7.7数据采集
实验过程中宜按每2min时间间隔采集温度、压力和天平读数,待实验达到平衡条件后,可选取平衡后不少于5个记录数据的平均值作为实验测点平衡时的温度,压力和天平质量读数8数据处理
8.1确定气体密度
氮气、氢气和甲烷在不同温度、压力条件下气体密度获取方法有:a)推荐采用实测密度。借助已知体积和质量的钛合金标块,根据钛合金块在气相中所受浮力值来计算。
b)通过NIST数据库查表(webbook.nist.gov)。c)基于Setzmann-Wagner方程的软件计算甲烷密度。8.2计算样品框质量及体积
不同氮气压力P,下平衡时,有关系式(1):mb.i=m.-Pn.XV
式中:
压力P平衡时天平读数,单位为克(g):样品框质量,单位为克(g);
一压力P,平衡时氮气密度,单位为克每毫升(g/mL);PN.
一一样品框体积,单位为毫升(mL)。.1)
以氮气密度βN.为X轴,天平读数m为Y轴,选择从第2个测点开始进行直线拟合,所得直线斜率即为样品框体积V..截距为样品框质量m。参见附录A。8.3计算试样体积
不同氢气压力P,下平衡时,有关系式(2):mbr=me+-PHe.r X Ve+
式中:
压力P,平衡时天平读数,单位为克(g);样品框和样品总质量,单位为克(g);压力P,平衡时氨气密度,单位为克每毫升(g/mL);样品框和样品总体积,单位为毫升(mL)。(2)
以氮气密度PHe为X轴,天平读数mb.,为Y轴,选择从第2个测点开始进行直线拟合,所得直线斜率即为样品和样品框总体积Ve+,则样品体积V.如关系式(3):V.-Ve+s-V.
8.4计算过剩吸附量
样品质量采用吸附试验真空测点下的质量。不同甲烷气压力P,下平衡时,有关系式(4):mbi=me+m-P.×V++mb-Pg.×Va.)(3)
式中:
压力P,平衡时天平读数,单位为克(g);样品质量,单位为克(g);
压力P,平衡时甲烷气密度,单位为克每毫升(g/mL);绝对吸附质量,单位为克(g)。GB/T35210.2—2020
式(4)中吸附相体积V为未知值,因此实验所得为过剩吸附质量,如关系式(5):mbr=m.+m-Pg.XVe++m
式中:
mx—过剩吸附质量,单位为克(g)。根据不同压力下mb.,及eg.t,通过式(5)求算出对应的过剩吸附质量。并有关系式(6):
mx=mb-Pg.XVa.i
或关系式(7):
mx=maheX
式中:
吸附相密度,单位为克每毫升(g/mL)。0
·(5)
(6)
(7)
将过剩吸附质量m换算为标准条件下(0℃,0.1MPa)页岩的过剩吸附量V,如关系式(8):Vex
式中:
X22.4X1000
过剩吸附量,单位为立方厘米每克(cm/g)。8.5Langmuir拟合
8.5.1吸附测点拟合
采用三元Langmuir模型对吸附测点进行非线性拟合得到VL、PL及p.,如关系式(9):V.P
×(1-
式中:
兰氏体积,单位为立方厘米每克(cm2/g);兰氏压力,单位为兆帕(MPa);游离气相密度,单位为克每毫升(g/mL):吸附相密度,单位为克每毫升(g/mL)。8.5.2
脱附测点拟合
对脱附测定进行非线性拟合,拟合关系式如式(10):VLP
×(1-Ps-)
式中:
·(8)
.(9)
.(10)
V一兰氏体积,单位为立方厘米每克(cm/g),采用式(9)吸附测点拟合获取得到的对应值:C—一零点残余吸附量,表示脱附点为真空测点时的吸附量,单位为立方厘米每克(cm/g)。8.6等温吸附曲线绘制
根据等温吸附参数和各测点压力分别绘制实测过剩吸附量曲线、拟合过剩吸附量曲线和拟合绝对GB/T35210.2—2020
吸附量曲线,参见图B.1。
数值修约
兰氏体积和各测点吸附量修约到2位小数;兰氏压力和各测点压力修约到2位小数;拟合相关系数修约到4位小数。
质量要求
同一个样品两次重复性测试得到VL、PL的相对误差应不超过10%实验报告
实验报告格式参见附录B。
附录A
(资料性附录)
空白测试获取样品框体积和质量GB/T35210.2—2020
以氮气密度Pn.为X轴,天平读数mh.为Y轴.选择从第2个测点开始进行直线拟合,所得直线斜率即为样品框体积V.,截距为样品框质量m。.相关示例见图A.1和表A.1。5.210
记录编号
案度/(g/mL)
天平读敷
性(大读数)
空白测试获取样品框体积和质量示例表A.1
压力/MPa
空白测试计算结果
空白测试示例
氮气密度/(g/mL))
样品框体积/ml
样品框质量/g
拟合相关系数
天平读数/g
GB/T35210.2—2020
附录B
(资料性附录)
页岩重量法等温吸附实验报告
实验报告中页岩样品信息见表B.1,各测试点吸附量见表B.2.等温吸附参数见表B.3,等温吸附曲线见图B.1。
样品编号
井深/m
记录编号
Langmuir压力/MPa
页岩样品基本信息表
井号或剖面
甲烷密度
测试点吸附量数据表
实测过剩吸附量
测试温度/℃
拟合过剩吸附量
表B.3页岩样品等温吸附基本参数表Langmuir体积/(em/g)
压方/MPa
吸附相密度/(g/mL)
拟合绝对吸附量
拟合相关系数
拟合过剩吸附品
—拟个始对吸附世
实测过剩吸附望
等温吸附曲线
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