技术领域
[0001] 本发明涉及岩石的吸附能力及CO2提高煤层气采收率，具体涉及一种核磁信号转换甲烷摩尔质量测定甲烷吸附量的方法。
相关背景技术
[0002] 目前社会对环境的保护越来越重视，清洁能源受到了更多的关注。我国作为煤炭大国，煤炭依然是主要的资源消耗种类。在此背景下，煤层气作为一种清洁、高效的非常规天然气，受到越来越多的关注。煤层气主要是以吸附态储存在煤储层中，因此在煤层气的开采过程中，对煤中吸附态甲烷含量的测定对煤储层的煤层气储量计算以及开发效果评价具有重要意义。
[0003] 目前，对于吸附态甲烷的测量基本是以基于体积法和Langmuir方程的等温吸附实验来进行，但该方法结果容易受杂质影响，实验时间也较长，且该结果是由间接计算得到，并不是实际测量到的，存在一定误差。随着核磁共振技术的发展，其在非常规油气储层的应1
用中得到了广泛发展。核磁共振技术通过测量流体中的 H来对流体进行分析研究。因此，核磁共振技术可用于研究煤中吸附态的甲烷。但目前利用核磁共振测试甲烷吸附量的方法也存在一定的缺陷。
[0004] 目前对于煤或页岩中甲烷吸附量吸附量的测试主要基于吸附过程中的质量守恒定律，首先对游离态甲烷进行核磁信号测试，然后在吸附过程中添加一个参考罐，利用参考罐与样品罐的压力差，计算出游离态甲烷的减少量，从而得到甲烷的吸附量。但是该方法步骤较为繁琐，并且在测试过程中，管线中的游离态甲烷的核磁信号无法去除，会对结果造成一定的影响。
[0005] 因此，需要寻找一种更简便、快速、准确的测量甲烷吸附量的新方法。
具体实施方式
[0015] 以下结合附图及实施例对本发明进一步叙述，但本发明不局限于以下实施例。
[0016] 如图5所示系统：采用低场核磁共振测试甲烷吸附量的装置包括氦气和甲烷气源、增压泵、真空泵、样品罐和低场核磁共振装置。样品罐通过夹持器可以固定在低场核磁共振装置之中，夹持器设有气路接口，通过密闭的气路系统与气源、储气罐、增压泵、真空泵相连。氦气和甲烷气源通过阀门V1接入气源，连通至储气罐中，储气罐用于储存实验所需的气体，并与增压泵连接，增压泵对储气罐中的气体进行增压，提供实验所需压力的气体。储气罐设有阀门V3，用于排空储气罐中的气体；增压泵与真空泵之间设置有阀门V2和减压阀，用于控制进入气路系统气体的量，还设有阀门V4和背压阀，用于排空气路系统中的气体；真空泵通过阀门V5连接气体系统，用于对整个系统进行抽真空处理；真空泵之后设有阀门阀门V6和V7以及设置在两个阀门之间的压力传感器，用于控制气体进入样品罐。
[0017] 实施例：测定甲烷吸附量的方法的具体操作步骤如下：1.首先检查装置气密性：
（1）首先打开V1、V2、V5、V6、V7，向储气罐中注入氦气，随后关闭所有阀门；
（2）打开V2、V6、V7阀门，向整个系统中注入氦气，至进口压力为3MPa，观察进口压力是否稳定，确认其气密性，确认后打开V2、V4，排出整个系统中的气体，准备进行甲烷定标测试；
2.甲烷的核磁定标实验：
（1）打开V1和V2，向储气罐中注入甲烷；
（2）打开V5、V6、V7，对整个系统抽真空，至进口压力为‑0.05 MPa，测量真空状态下的T2谱，作为基底信号；
（3）打开V2、V6、V7，向样品罐中注入甲烷，当进口压力为0.50 MPa时，关闭V7，测量
0.50 MPa时甲烷的核磁信号，记为Q0.50；
（4）打开V7，再向样品罐中注入甲烷，当进口压力为0.75 MPa时，关闭V7，测量0.75 MPa时甲烷的核磁信号Q0.70；
（5）重复上述步骤（4），分别测试1.00 MPa，1.25 MPa，1.50 MPa时甲烷的信号量Q1.00、Q1.25、Q1.50；
（6）空罐状态下不同压力甲烷测试完毕后，打开V4，排出系统内气体，取出样品罐；
（7）在样品罐中放入已知体积为Vs的标样，随后重复步骤（3）‑（5），得到放入标样后不同压力下甲烷的核磁信号量Q´0.50、Q´0.70、Q´1.00、Q´1.25、Q´1.50；
3.甲烷吸附实验：
（1）称取60‑80目的煤样20g，在真空干燥箱中完全干燥，以免影响后续实验结果，将样品放入样品罐，放入核磁仪器后，安装好恒温装置和加压装置；
（2）打开V5、V6、V7，抽真空至进口压力为‑0.05 MPa，测量真空下核磁T2谱，作为基底信号；
（3）打开V2、V6，关闭V7，注入甲烷至进口压力为2.0 MPa，待稳定后打开V7，开始吸附，在吸附过程中每隔5min测量一次核磁T2谱，直到连续两次T2谱基本一致，视为吸附完成，记录吸附平衡后的进口压力；
（4）关闭V7，打开V2，继续注入甲烷，待进口压力为4MPa时停止注入，压力稳定后打开V7，开始吸附，吸附完成后测量T2谱，记录平衡压力；
（5）重复步骤6，分别测量6MPa、8 MPa、10 MPa、12 MPa下吸附平衡后的核磁T2谱和平衡压力；
4.计算部分：
（1）甲烷核磁信号定标:
如图1所示，甲烷的核磁T2谱表现为单峰形式，随着注入甲烷压力的增加，甲烷的核磁信号幅度越大，峰面积也越大。根据空罐状态和放入标样状态下的峰面积计算出峰面积的差值，计算核磁信号于甲烷物质的量之间的关系，不同压力下甲烷核磁T2峰面积见表1所示。
[0018] 表1
[0019] 根据式（4），计算出△ni：3
实验压力、温度、标样体积（以标样体积为3.03453E‑05m为例）以及不同压力下甲烷的物质的量如表2及所示，核磁T2谱峰面积与甲烷物质的量关系如图2所示；
表2
[0020] （2）甲烷吸附平衡计算：不同压力下吸附平衡的T2谱如图3所示，煤中吸附的甲烷核磁T2谱表现为双峰，左右到右的峰分别代表吸附态甲烷和游离态的甲烷，吸附平衡后T2谱峰面积如表3所示，吸附量计算所表4所示，甲烷的等温吸附曲线如图4所示，
表3
[0021] 表4
[0022] 综上所述：在采用排水法的原理之上，得出与标准样品体积相同的甲烷在不同压力下物质的量，结合样品罐两种状态下的核磁信号量的差值，直接确定了核磁共振信号量与甲烷物质的量之间的关系，从而对吸附态甲烷的含量进行计算。
