Способ определения сорбционной способности пористого образца

" СОКИ СОВЕТСКИХ ссфлмлюмаюп РЕСПУБЛИК 01 й 10 УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ НИЦ авт. св. 11 705304, о т л и ч а ющ и й о я тем, что, с целью повыщения точности определения путем срав.нительной оценки сорбционной способности образца дпя различных компонентов.газовой смеси, после выдержки измеряют состав газовой смеси в образце, а амплитуду колебаний ультразвукового поля увеличивают ступенчато сегистрацией состава газовой смеси посе каждой ступени до прекращения еговменения,У 19,8)видетельство Сй 7/10, 1979,б 4) (57) СПОСОБ ОПНОЯ СПОСОБНОСТИ ПО рДЕЛЕНИЯ СОРБЦИОН-СТОГО ОБРАЗЦА по, и(61) 705304 (21) 3378037/23-26 (22) 07.01,о 2 (46) 23.05.83, Бюл (72) Г. В, Петров (53) 541,123.38(08 (56), 1, Авторское М 7 О 53 О 4, кл. а О 11 10192Изобретение относится к газовой промышленности и может быть применено при определении сорбционной способ ности пористых сред в лабораторных условиях, 5По основному авт. св, Ю 705304 известен способ определения сорбционной способности пористого образца путем, насыщения его газом, измерения давления в образце после насыщения, вы держки образца до окончания сорбционных процессов, воздействия на образец ультразвукового поля с час татой 15;30 кГц с последующим измерением давления. Способ дает удовлет ворительные результаты при определе нии сорбционной способности пористого образца по отношению к однокомпо-. нентному газу ( метану, этану и т.д,ИОднако если в пористом образце нахо дится многокомпонентная газовая смесь, известный способ неизбежно приведет к погрешностям, Сорбционнаяактивность пористой среды зависит от состава сорбируемого агента, 25 Для углеводородов, например, более высококипящие компоненты сорбируются лучше, чем низкокипящие, При каком-либо внешнем воздействии (измене. нии давления, температуры или ультра ЗО звуковом облучении) адсорбированные углеводороды начинают десорбироваться, причем в первую очередь десорбируются менее активные в сорбционном отношении .молекулы. Так, для много 35 компонентной смеси углеводородов де" сорбция высококипящих ее составляющих начинается при значительно большем снижении давления, по сравнению с низкокипящими компонентами смеси,При воздействии ультразвукового поля наиболее вероятным является нарушение адсорбционного равновесия сначала легкокипящих слабосорбируемых45 ,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 запасовРуглеводородного 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 проис 90 2 ходить их десорбция при истощении залежи, Для этого необходимо провести сравнительную оценку сорбционнойактивности образца по отношению к;различным компонентам, входящим в сос.тав смеси газов. Известный способ такой оценки провести не позволяет,Целью изобретения является повышение точности. определения путемсравнительной оценки сорбционной способности образца для различных компонентов газовой смеси,Указанная цель достигается тем,что согласно способу, включающемунасыщение образца газом, измерениедавления 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 измеряютсостав газовой смеси в образце, а амплитуду колебаний ультразвукового поляувеличивают ступенчато с регистрацией состава газовой смеси после каждой ступени до прекращения его измененияПосле выдержки пористого образцадо окончания сорбционных процессов;в 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 состоянйи значительно сильнее,чем легкие компоненты, и для их десорбции необходимо, чтобы амплитудаих колебаний была достаточна для выхода из адсорбционного слоя. Еслиамплитуду колебаний ультразвуковогополя увеличивать ступенями и на каждой ступени определять состав десорбированного газа, можно провести сравнительную оценку адсорбционной активности обраЗца по отношению к различным компонентам, так какполной десорбции определенного компонента будет соответствовать определенная амплитуда колебаний ультразвукового поля.При этом по прекращению изменениясостава десорбционного газа приО 4Затем амплитуду колебаний ультазвукового геиератора увеличивают, то приводит и к увеличению напряенности ультразвукового поля вазце. Амплитуда колебаний моле- . кул адсорбционного слоя возрастает, что приводит к десорбции более тяелых компонентов имеющих более высокую энергию связи в адсорбционном слое. Это ведет к дальнейшеф му росту давления газа в образце; которое достигает величины Р ,ь При этом давлении определяют состав углеводородной смеси в пористом образце (ф мол.В). Затеи опять величивают"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 ста" нет одинаков (,Д,=,О;, мол.3) . Последнее условие одйоэначно определяет полную десорбцию адсорбированного газа и обеспечивает необходимую точность замера сорбционной емкости образцаЗная величины Рп Р. Р,Р 6 а также объем порового пространства образца и соответствующий компонентный состав (0 ,9 ") углеводородной смеси, а также последовательность десорбции каждого иэ компонентов, можно сравнить сорбционную активность пористой. среды по отношению к отдельным компонентам.Количественное содержание отдель-, ных компонентов, адсорбированных пористым образцом, находят по формулеЪ. углеводородов по компоненту(293 К)7 - коэффициент сжимаемости придавлении ;Т - температура пористого образца;.Р.- атмосферное давление;Р -. давление газа в образце принапряженности ультразвукового поля соответствующей максимальной десорбции; 3 101929различных напряженностях ультразвукового поля можно с большом точностью, роднозначно. определить максимальное .чколичество и состав адсорбцион-жного газа. обрИа фиг, 1 приведена схема реализации.способа; на фиг, 2- кривыеизменения давления в пористом об- жразце при увеличении напряженностиультразвукового поля; на фиг. 3- количественное изменение содержания различных компонентов смеси в пористомобразце при воздействии ультразвука,Способ осуществляется следующим об 15разом, УВ колонку 1 с пористым образцом2, жестко закрепленную на магнито.стрикторе ультразвукового генератора 3 иэ баллона Ф при закрытом вентиле 5 на выходе подают природныйгаз. Одновременно из балона Ф отбирают пробу газа и определяют компо-.нентный состав исходного газа(Д, мол. Ф), Давление газа в колонке с . пористой средой поднимают донеобходимой величины, которая регистрируется манометрами 6 и 7, Затем входной вентиль 8 закрывают ипри достижении равенства давлений навходе (Р ) и выходе (Р ) колонкификсируют начальное давление газа в:пористом образце Р = Рв,= Р,в. После этого колонку выдерживают некото-рое время до завершения сорбционныхпроцессов, что обуславливается стаби 35лизацией давления газа в пористомобразце Рф сопзй с Р,При достижении этого условия определяют состав газа, в пористом образце (,Ц, мол. В) .Затем к порйстому образцу черезмагнитострикционный преобразовательподводят ультразвуковые колебанияопределенной амплитуды, величина ко 4торой задается и регулируется в ге-нераторе ультразвуковых колебаний, Врезультате воздействия ультразвуко. вого поля адсорбированные молеку-лы первоначально легкокипящих углеводородов выходят из адсорбци- %.онного слоя (нарушается равновесное состояние) и давление газа впористом образце возрастает на некоторую величину, пропорциональнуюколичеству десорбированного газа, 55и становится, равным Р,(фиг. 2),При этом давлении определяют составсйгаза в пористом образце (0,.мол.Ж).3 10Р - давление газа-в образце послезавершения сорбционных процессов;,О - состав газа в образце приИдавлении Р;р - состав газа в образце придавлении Р,Графики, показанные на фиг. 3, позволяют 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. П р и м е р. Пористый образец керна длиной 20 см, площадью поперечногосечения 7 см - помещают в металличес"кую колонку и герметизируют эпок"сиднбй смолой, Обьем порового пространства образца, определенный методомпадения давления газа в образце, составляет 30 см, Колонку закрепляютна магнитострикторе ультразвуковогогенератора УЗГ,5, снабжают системойтермостабилизации, приборами контроля и т,д, (фиг.1) Природный 1 азиз баллона подают в пористый образец под давлением Рн 100 НПа и колонку выдерживают до окончания сорбционных процессов и стабилизации давления, За время й давление в образ"це падает до Р =9,8 ИПа. Компонентный состав исходного газа, определенный хроматографическим методом, следующий, Ф: С 88, Сд 8, С 2, С 41,С 1, Состав газа в пористом образцепосле завершения сорбционных процессов, : С 88,7; С, 8,1 ф С 1,8;С 0,8; С о,б,19290 ЬРучкой амплитуды ультразвуковогогенератора устанавливают требуемуюамплитуду колебаний, соответствую"щую приблизительно 1/3 мощностиУЗГ,5 и включают магнитострикционный преобразователь. При этомв пористой среде наводится ультраэву.ковое поле напряженностью Е. Проис"ходит десорбция газа, окончание ко 1 О торой фиксируют по прекращению ростадавления в образце Р =9,88 ИПа. Определяют состав газа в образце. Затемувеличивают амплитуду колебаний иопять Фиксируют рост давления, Опера 15 ции повторяются до прекращения изменения компонентного состава газа впористой среде,В таблице приведены данные для ра"счета количества отдельных компо 20 нентов, адсорбированных пористойсредой, и сравнительной оценки сорбционной активности пористого образца по отношению к отдельным компонентам смеси (расчеты выполнены по приве 25 денной формуле),Из таблицы видно, что десорбциякомпонентов С 1 и С начинается приодной и той же напряженности ультразвукового поля, остальные компонентыЗ 0 десорбируются при более высоких значе.ниях амплитуды колебаний ультразвуко, вого поля. За счет десорбции газа дополнительно из образца можно получить, см: С 4 27; С 1,5; С 4,5;С 4. 3,5; С 5 7,5 . Сорбционная емкостьобразца. составит 1,47от суммарных.запасов газа в образце.Использование экспериментальныхданных, полученных с помощью предла 40гаемого способа, позволит повыситьточность подсчета запасов различныхкомпонентов газовых и газоконденсатных месторождений , оценить текущуюи конечную компонентоотдачи, составить прогноз возможности извлечениязапасов отдельных компонентов углеводородной смеси по мере снижения давления в залежи.1019290 Давление газа вколонке с пористымобразцом, МПаР 9,95 Р .9,95 Р 9,80 Компоненты газовой смеси в образце1 1" Г.ГЪ. 8 05239,58 02239,58022239,58 10а238 1 00 1 00а ее в30 30а1019290 Ь файф Составитель О, Чернухаор И.Николайчук Техред.Т.фанта.Корректор А Ре ятк 71 дписн 4/5 филиал ППП."Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 691/36НИИПИ Госупо дела13035, Иос Тираж рственно изобрете а, Ж,комитета СС и открытий ушская наб.