Способ определения сорбционной способности пористого образца

 

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 /

" СОКИ СОВЕТСКИХ

NUWNI

РЕСПУБЛИК

З ВС 01 и 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЦ к втоесному свиДатепьСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 705304 (21) 3378037/23-26 (22) 07 .01 . 82 (46) 23.05.83. Бюл. У 19 (72) Г. В. Петров (53) 541.123.38(088,8) 1,56). l. Авторское свидетельство CCCP

iM 705304, кл. G 01 N.7/10, 1979.

Ь4)(57) САОС06 ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОРБЦИОН-

НОЙ СПОСОБНОСТИ ПОРИСТОГО ОБРАЗЦА re ;

„Я0„„.1019290 .. A авт. св. 11 705304, о т л и ч а ющ и и о я тем, что, с целью повыщения точности определения путем сравнительной оценки сорбционной способности образца для различных компонентов. газовой смеси, после выдержки измеряют состав газовой смеси в образце, а амплитуду колебаний ультразвукового поля увеличивают ступенчато с регистрацией состава газовой смеси пос ле каждой ступени до прекращения его изменения.

1 10192

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть применено при определении сорбционной способ. ности пористых сред в лабораторных условиях. 5

По основному авт. св. N 705304 известен способ определения сорбционной способности пористого образца путем . насыщения его газом, измерения давления в образце после насыщения, вы- 1о держки образца до окончания сорбционных процессов, воздействия на образец ультразвукового поля с час. татой 1 -30 кГц с последующим измерением давления. Способ дает удовлет- t5 ворительные результаты при определе» нии сорбционной способности пористого образца по отношению к однокомпо-. нентному газу 1 метану, этану и т.д,(1

Однако если в пористом образце нахо- 20 дится многокомпонентная газовая смесь, известный способ неизбежно приведет к погрешностям. Сорбционная активность пористой среды зависит от состава сорбируемого агента. 25

Для углеводородов, например, более высококипящие компоненты сорбируются лучше, чем низкокипящие. При каком-либо внешнем воздействии (изменении давления, температуры или ультраi 30 звуковом облучении) адсорбированные углеводороды начинают десорбироваться, причем в первую очередь десорбируются менее активные в сорбционном отношении .молекулы. Так, для много35 компонентной смеси углеводородов де" сорбция высококипящих ее составляющих начинается при значительно большем снижении давления, по сравнению с низкокипящими компонентами смеси.

При воздействии ультразвукового rioля наиболее вероятным является нарушение адсорбционного равновесия сначала легкокипящих слабосорбируемых

45 ,углеводородов. При этом, тяжелые компоненты, имеющие большую энергию связи в адсорбционном слое, не десорбируются, и в определение сорбционной способности .образца вносится погрешность.

Кроме этого при оценке запасов

Р углеводородного сырья, изменения состава добываемого в процессе разработки месторождений газа, прогноэиравания текущей и конечной компонентоотдачи месторождения углеводородов важно знать, какие компоненты входят в состав адсорбированного газа и в какой последовательности будет проис90 2 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 амп. литуду 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 в поровом пространстве устанавливается состояние адсорбционного равновесия. В этом состоянии равно весное 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 yrлеводородов удерживаются в адсорбированном состоянйи значительно сильнее, чем легкие компоненты, и для их десорбции необходимо, чтобы амплитуда их колебаний была достаточна для выхода из адсорбционного слоя. Если амплитуду колебаний ультразвукового поля увеличивать ступенями и на каждой ступени определять состав десорбированного газа, можно 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

90 4

Затем амплитуду колебаний ультразвукового геиератора увеличивают, что приводит и к увеличению напряженности ультразвукового поля в образце. Амплитуда колебаний молекул адсорбционного слоя возрастает, что приводит к десорбции более тяжелых компонентов, имеющих более высокую энергию связи в адсорбционном слое. Это ведет к дальнейше му росту давления газа в образце, которое достигает величины Р . ь

При этом давлении определяют состав углеводородной смеси в пористом образце (p мол.В). Затем опять увеличивают"амплитуду колебаний ультразвукового генератора и напряженность ультразвукового поля в образце и т.д, Подобные операции. повторяют до тех пор, пока состав газа в пористой среде При предыдущей и последующей амплитудах не станет одинаков (й.= P;, мол.Ъ). ПосЮ леднее условие однозначно определяет полную десорбцию.адсорбированного газа и обеспечивает необходимую .точность замера сорбционной емкости образца °

Зная величины Р,, Р, Р, ...,Р1,„ а также объем порового пространства образца и соответствующий компонентный состав (pст,,о.,..., 0 ) углеводородной смеси, а также последовательность десорбции каждого иэ компонентов, Ho}i{HO сравнить сорбционную активность пористой. среды

: по отношению к отдельным компонентам.

Количественное содержание отдель-, ных компонентов, адсорбированных пористым образцом, находят по формуле .. - от "оо гдв Q - количество адсорбированных а

1 . углеводородов по компоненту ю . 4Î - пороговый объем образца; ..Т -. стандартная температура (293 К)

7 - коэффициент сжимаемости при давлении ;

Т - температура пористого образца; .Р1- атмосферное давление;

Р4.-. давление газа в образце при напряженности ультразвукового поля соответствующей мак- . симальной десорбции;

3 1-0192 различных напряженностях ультразвукового поля можно с большом точностью, однозначно. определит ь максимальное количество и состав адсорбционного газа.

Иа фиг. I приведена схема реализации-способа; на r. 2- кривые изменения давления в пористом образце при увеличении напряженности ультразвукового поля; на фиг. 3- количественное изменение содержания различных компонентов смеси в пористом образце при воздействии ультразвука.

Cnocq6 осуществляется следующим об 15 разом.

В колонку 1 с пористым образцом

2, жестко закрепленную на магнитострикторе ультразвукового генератора 3 иэ баллона Ф при закрытом вентиле 5, на выходе подают природныи газ. Одновременно из балона 4 отбирают пробу газа и определяют компо-. нентный состав исходного газа

Ф . ° +oJ ° ) ° 4a H 1аза в Ко 25 лонке с ..пористой средой поднимают до необходимой величины, которая регистрируется манометрами 6 и g. Затем входной вентиль 8 закрывают и при достижении равенства давлений на входе (Р ) и выходе (Р ) колонки фиксируют начальное давление газа в: пористом образце Р = Рву Ряью. После этого колонку выдерживают некото- рое время до завершения сорбционныхпроцессов, что обуславливается стаби35 лизацией давления газа в пористом образце Р+„= сопьй а Ри

При достижении этого условия опре деляют состав газа, в пористом образце (,Ц, мол. Ж) .

Затем к порйстому образцу через магнитострикционный преобразователь подводят ультразвуковые колебания определенной амплитуды, величина ко-45 торой задается и регулируется в ге- нераторе ультразвуковых колебаний. Врезультате воздействия ультразвуко. вого поля адсорбироваиные молеку- 1 лы первоначально легкокипящих углеводородов выходят-из адсорбционного слоя (нарушается равновесное состояние) и давление газа в пористом образце возрастает на некоторую величину, пропорциональную количеству десорбированного газа, 55 и становится. равным Р,(фиг. 2) .

При этом давлении определяют состав

4. газа в пористом образце (0„.,мол.Ж).

Ф 10

P< - давление rasa в образце после завершения сорбционных процессов;

P„ - состав газа в образце при

И давлении Р „, p - состав газа в образце при давлении P .

Графики, показанные на фиг. 3, поэвюляют 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 следова- тельно, и об изменении конечной и текущей компонентоотдачи месторождений природных газов за счет добычи десор бированных углеводородов.

Пример. Пористый образец керна длиной 20 см, площадью поперечного сечения 7 см — помещают в металлическую колонку и герметизируют эпок" сидной смолой, Обьем порового прост-: ранства образца, определенный методом падения давления газа в образце, составляет 30 см . Колонку закрепляют на магнитострикторе ультразвукового генератора УЗГ-1,5, снабжают системой термостабилизации, приборами контроля и т.д, (фиг.1).. Природный 1-аз из баллона подают в пористый образец под давлением Рн 10„0 НПа и колонку выдерживают до окончания сорбционных процессов и стабилизации давления. 3а время й„ давление в образце падает до Р „ =9,8 ИПа. Компонентный состав исходного газа, определенный хроматографическим методом, следующий, Ф: С 88, Са.8, С, 2, С41, С 1. Состав газа в пористом образце после завершения сорбционных процессов, 3: С„88,7; С 8,1, С 1,8;

С 0,8; С 0,6.

19290 Ь

Ручкой амплитуды ультразвукового генератора устанавливают требуемую амплитуду колебаний, соот вет ст вуещую приблизительно I/3 мощности УЗГ-1,5 и включают магнитострикционный- преобразователь. При этом в пористой среде наводится ультразвуковое поле напряженностью Е . Проис"

° ходит десорбция газа, окончание ко1р торой фиксируют по прекращению роста давления в образце Р =9,88 ИПа. Определяют состав газа в образце. Затем увеличивают амплитуду колебаний и опять фиксируют рост давления. Опера15 ции повторяется до прекращения изменения компонентного состава газа в пористой среде.

В таблице приведены данные для ра" счета количества отдельных компо20 нентов, адсорбированных пористой средой, и сравнительной оценки сорбционной активности пористого образца по отношению к отдельным компонентам смеси (расчеты выполнены по приве25 денной формуле).

Из таблицы видно, что десорбция : компонентов С4 и С начинается при одной и той же напряженности ультра-: звукового поля, остальные компоненты

З0 десорбируются при более высоких значениях амплитуды колебаний ультразвуко, вого поля. За счет десорбции газа до полнительно из образца можно получить, см . С4 27; С 1.5; СЭ 4,5;

С.ф 3,5; С5 7,5 . Сорбционная емкость образца. составит 1,47 3 от суммарных. запасов газа в образце.

Использование экспериментальных данных, полученных с помощью предла40 гаемого способа, позволит повысить точность подсчета запасов различных компонентов газовых и газоконденсатных месторождений, оценить текущую и конечную компонентоотдачи, составить прогноз возможности извлечения запасов отдельных компонентов углеводородной смеси по мере снижения давления в залежи.

1019290

Давление газа в колонке с-пористым образцом, МПа. 88,74

2630

9,88

8 06

239

1 89

«А«

0 80.

23,5

0 60

17,5

0 60

17 5

88 61

2635

0 84

1«

25,0

1 90

«Ь

57,5

1 93

5.7.5

1 93

57,5

88 30

2635

0 85

35,0

0 90

27,0

88 30

М355«

0 85

25,0

О д900«

27,0

88 70

2608

1 80

А««

53 ., 0 80 а

23 5

0 60

17,5

Р„10 0

88 000«

2640

8 00 а

240

2 00

60

П р и м е ч а н и е. 8 числителе - мол.Ф, в знаменателе - см .

Р4 9,95

Р< 9,95

P 9,80

Компоненты газовой смеси в образце

1 Г" Г" ГЪ

8 05

239,5

8 02

- 239,5

8 022«

239 5

8 10

А

238

1 00 1 00

«А« «Л««

30 30

СТуСН3

ФагЗ

Составитель О, Чернуха

Редактор И.Николайчук Техред.Т.Фанта ° Корректор А. Дзятко

Заказ 3691/36 Тираж 471 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/g филиал ППП."Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4