ICS 75-010 E 11 备案号：68866—2019
NB
中华人民共和国能源行业标准
NB/T 10117—2018
页岩甲烷等温吸附测定 重量法
Determination methods of methane isothermal adsorption
in shale gravimetric method
2019—05－01实施
2018－12－25 发布
国家能源局 发布 NB/T 10117—2018
目 次
前言 1 范围 2 规范性引用文件
II
术语和定义方法提要 5 仪器、材料和试剂样品制备
3
4
6
试验步骤 8 数据处理 9 数值修约 10 质量要求 11 实验报告附录A（资料性附录） 空白测试获取样品框体积和质量附录B（资料性附录）页岩重量法等温吸附实验报告
7 NB/T 10117—2018
前言
本标准按照GB/T 1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草本标准由能源行业页岩气标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位：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非常规技术研究院、国家能源页岩气研究（实验）中心、中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司地质科学研究院、中科院地质与地球物理研究所兰州油气中心、页岩气评价与开采四川省重点实验室。
本标准主要起草人：俞凌杰、刘友祥、徐爽、周尚文、吴连波、李靖、李孝甫、薛华庆、包友书。
II NB/T 10117—2018
页岩甲烷等温吸附测定 重量法
1 范围
本标准规定了利用重量法进行页岩甲烷等温吸附测定的方法。 本标准适用于页岩对甲烷气体吸附能力的测定。
规范性引用文件
2
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 实验测试直接得到吸附的量。
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，即总吸附的量。
3.3
兰氏体积 langmuir volume 压力无限大时的绝对吸附量，也称最大吸附量，符号为VL。
3.4
兰氏压力langmuir pressure 绝对吸附量为 1/2兰氏体积时所对应的压力，符号为 PL。
4方法提要
将一定粒度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、材料和试剂 5.1制样装置
样品制备装置主要包括： NB/T 10117—2018
a）粉碎机; b）标准筛：可筛分粒度包含0.05mm～4mm。
5.2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； b）质量检测系统：磁悬浮天平，精度不低于0.01mg； c）恒温控制系统：精度 ±0.1℃ ； d）压力监测系统：精度 ±0.001MPa; e）气体增压泵：最大增压不低于 30MPa； f）真空泵：可达极限压力不高于100Pa。
5.3材料和试剂
材料和试剂包括： a）甲烷气：纯度不低于99.99%； b）氮气：纯度不低于99.99%； c）氮气：纯度不低于99.99%。
6　样品制备
按照GB/T 474的规定进行样品破碎，筛取粒度为0.180mm～0.425mm（60～40目）页岩样品不少于 20g 备用。
含油样品宜先洗油，按照GB/T 29172规定的方法执行。
7 试验步骤 7.1气密性检查
气密性检查采用甲烷气。高压密封腔室内注入压力高于等温吸附试验最高压力约1MPa，记录 6h 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6h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 OMPa～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。 7.3预处理试验
将样品装人样品框后吊装于高压腔室内密封，进行原位真空预处理，真空压力小于1kPa。 7.3.1预处理温度设定
吸附温度不高于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℃。
2 NB/T 10117—2018
7.3.2预处理时间设定
预处理时间不少于 8h。 7.4 浮力试验
待预处理结束后，采用氮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。
7.4.1浮力试验压力设定
在 OMPa ～ 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，真空压力小于 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，则该测点视为达到平衡。 7.5吸附试验
待浮力试验结束后，采用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。 7.5.1吸附试验压力点设置
第一个压力点设为真空，真空压力小于1kPa。 不同范围内压力点设置： 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，则该测点视为达到平衡。 7.6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、氮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（wwW.webbook.nist.gov）； c）基于 Setzmann-Wagner 方程的软件计算甲烷密度。
3 NB/T 10117—2018
8.2计算样品框重量及体积
不同氮气压力p:下平衡时，有关系式：
Mb, i= M-Pn, ;Vc
(1)
式中: Mb, i— -压力p;平衡时天平读数，单位为克（g）； M -样品框质量，单位为克（g）； PN, i -压力p;平衡时氮气密度，单位为克每毫升（g/mL）； V一样品框体积，单位为毫升（mL）。 以氮气密度pn，；为X轴，天平读数 Mp，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
不同氮气压力p;下平衡时，有关系式：
Mb, i= Mes-PHe, ;Ves
(2)
式中: Mb, i -压力p;平衡时天平读数，单位为克（g）； Mcs -样品框和样品总质量，单位为克（g）； PHe,i- 一压力p;平衡时氨气密度，单位为克每毫升（g/mL）； Vcs一样品框和样品总体积，单位为毫升（mL）。 以氯气密度 pHe，i为 X轴，天平读数 Mp，i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Ves，则样品体积V,为：
V, = Ves-Vc
(3)
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：
Mb, ; = M。 M, - Pg, ;Ves (Mabs, - Pg, Va, i)
(4)
公式（4）中吸附相体积Va，；为未知值，因此实验测试所得为过剩吸附质量，即：
Mb, ; = M。 M,- Pg, Ves Mexi
(5)
根据不同压力下Mp，i及Pg，i，通过公式（5）求算出对应的过剩吸附质量。并有：
Mex, = Mabs -/ Pg, Va. i
(6)
或
Mex, =
(7)
4