ГОСТ P 55955—2014

Предисловие

1    ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Московский государственный горный университет» (МГГУ) на основе собственного аутентичного перевода на русский язык указанного в пункте 4 стандарта

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 179 «Твердое минеральное топливо»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 5 марта 2014 г. № 78-ст

4    Настоящий стандарт является модифицированным поотношениюкстандартуАСТМД 7569—10 «Стандартная практика определения содержания газа в угле. Метод прямой десорбции» (ASTM D 7569—10 «Standard practice for determination of gas content of coal — Direct desorption method») путем изменения отдельных фраз. слов, которые выделены в тексте курсивом

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

©Стандартинформ. 2014

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

II

ГОСТ Р 55955-2014

Содержание

1    Область применения...................................................1

2    Термины и определения................................................1

3    Общие положения....................................................2

4    Оборудование и материалы..............................................2

5    Оборудование и подготовка пробы на буровой площадке............................7

6    Проведение измерений содержания газа......................................9

7    Отчет............................................................10

8    Точность метода.....................................................10

Библиография........................................................11

III

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СТАНДАРТНАЯ ПРАКТИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГАЗА В УГЛЕ

Standard practice for determination of gas content of coal

Дата введения — 2015—07—01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы прямого определения содержания газа в угле путем десорбции проб, полученных методами кернового бурения. В стандарте приведены основные принципы выбора оборудования, подготовки и испытаний проб, а также методы обработки и представления результатов.

Косвенные методы определения содержания газа в угле (не рассматриваемые в настоящем стандарте) основаны либо на определении адсорбционных характеристик угля при заданных значениях температуры и давления, либо на других эмпирических зависимостях, связывающих содержание газа в угле с такими показателями как стадия метаморфизма угля, глубина его залегания или скорость газовыделения.

Настоящий стандарт распространяется на следующие два метода прямого определения, различающиеся только принятым временем, необходимым для десорбции газов из кернов до момента их измельчения (при определении остаточного газа).

При методе медленной десорбции волюметрические (объемные) определения содержания газа проводят достаточно часто (например, каждые 10—15 мин) в течение первых нескольких часов, потом измерения проводят каждый час в течение нескольких часов, а затем через каждые 24 ч до тех пор. пока газ не перестанет выделяться или его количество будет незначительным в течение длительного времени.

Метод быстрой десорбции основан на том. что после измерения первоначальной десорбции и получения данных для расчета количества поглощенных газов контейнер открывают и пробу переносят в измельчитель (дробилку). Остаточный объем газа определяют после измельчения проб.

Настоящий стандарт ограничен методами прямого определения для образцов (кернов), полученных при бурении. Стандарт может быть применен для проб бурового шлама, однако использование шлама не рекомендуется из-за того, что результаты определения могут быть неточными и трудно сопоставимыми с результатами, полученными при измерении десорбции газа из керновых проб. Оценка таких результатов не входит в область применения настоящего стандарта.

Значения, выраженные в единицах системы СИ или фунтах-дюймах, должны рассматриваться отдельно. Значения, выраженные в каждой из этих систем измерений, могут быть неэквивалентными. Поэтому каждая система единиц должна использоваться независимо от другой. Одновременное использование (сочетание) двух систем измерений может привести к некорректным результатам и несоблюдению требований стандарта.

2    Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

2.1 фактическое время потери газа (actual lost gas time): Интервал времени между отрывом керна с поверхности и помещением его в герметичный десорбционный контейнер.

Издание официальное

2.2    время потери газа (lost gas time): Интервал между временем, когда давление газа в пробе падает ниже давления пласта при отборе (нулевое время) и временем, когда пробу герметизируют в контейнере (в самом общем случае, это время подъема образца из скважины на поверхность).

2.3    объем потерянного газа (lost gas volume): Объем выделившегося из пробы газа (как правило в условиях повышенной температуры и давления) до того момента, когда пробу смогли поместить в контейнер.

2.4    измеренный объем газа (measured gas volume): Объем газа, выделяемый из пробы в десорб-ционный контейнер и приведенный (пересчитанный) к стандартным значениям температуры и давления.

2.5    общий объем газа (total gas volume): Сумма объемов потерянного, измеренного и остаточного газов.

2.6    нулевой момент времени, начало отсчета (time zero): Время, при котором проба находится при давлении меньшем, чем давление в пласте при отборе керна.

2.7    стандартные условия [sorption standard temperature and pressure conditions (STP)]: Условия, соответствующие давлению 760 мм рт. ст. и температуре 20 °С.

2.8    остаточный газ (residual gas): Г аз. извлеченный из пробы после ее дробления в герметичной дробилке.

3    Общие положения

Настоящий стандарт устанавливает основные положения, касающиеся определения содержания газа в углях методом его десорбции из образцов, полученных путем кернового бурения или с применением боковых грунтоносов.

Непосредственно после отделения керна от забоя и подъема его на поверхность тело керна и часть угольного и неугольного материала регистрируют, затем пробу помещают в контейнер, который сразу же герметизируют (изолируют). Для получения представительных данных о содержании газа в целом должны быть отобраны несколько образцов.

Количество десорбированного газа (в кубических сантиметрах) может быть измерено с использованием техники быстрой или медленной десорбции или их комбинацией, в зависимости от срочности получения данных по газу. Для измерения количества десорбированного газа можно применять аппаратуру. основанную на определении объема вытесненной жидкости. При использовании метода медленной десорбции запись (регистрацию) результатов продолжают до момента, когда объем выделяющегося газа будет закономерно меньше 10 см³ при нескольких последовательных измерениях. Для некоторых углей такой эффект может быть достигнут в течение года и более. При быстрой десорбции для получения данных о газовыделении проводят достаточное количество измерений (как правило, в течение более 4 ч при частых измерениях), затем контейнер открывают и переносят пробу угля в дробилку. Объем остаточного газа измеряют после измельчения пробы. Определение состава газа или изотопный газовый анализ (или оба) проводят в процессе измерения десорбции.

Все полученные данные вводят в готовые формы и таблицы. Количество потерянного при отборе, десорбированного и остаточного газов, суммируют для получения общего содержания газа, которое пересчитывают затем на массу образца (на определенное состояние вещества): общее содержание газа выражают в см³/г, м³/т (единицы СИ) или scf (стандартный кубический фут)/т (Imperial units).

4    Оборудование и материалы

4.1 Введение

При использовании десорбционных методов для определения метана в пластах первостепенной задачей является быстрый отбор пробы угля в воздухонепроницаемый контейнер, свободное пространство которого очищено от воздуха инертным газом или водой. Для этих целей контейнер должен быть изготовлен таким образом, чтобы он был прост в обращении, наполнении, мог быть быстро герметизирован и подготовлен для проведения измерений. Основное оборудование для десорбционных измерений состоит из десорбционных герметичных контейнеров, изготовленных из алюминия или пластика, и аппаратуры для измерения объема вытесненной жидкости или манометров.

Допускается использование специальных колонковых снарядов (керногазонаборников), которые позволяют отобрать пробы угля, пород и газа в их естественном соотношении и определить содержание газа в керне, близкое к природному.

Перечисленное оборудование может быть выполнено по заказу ((1)—[11J, рисунок 1) или из имеющихся материалов и комплектующих ([12\— [14]. рисунок 2).

2

ГОСТ Р 55955-2014

С

А. В — лабораторные установки; С — типичная промышленная установка

1 — перевернутый градуированный цилиндр: 2 — емкость для жидкости; 3 — напорная склянка; 4 — бюретка; 5 — питающий шланг (от керноприемника); б — визирная воронка: 7 — бюретка вместимостью У * 50 см⁵ (цена деления — 0.1 см³); в — термометр; 9 — питающий шланг (для обычного керна): 10 — выхлопной клапан канистры: 11 — продувочный клапан; 12 — температура пробы: 13 — штуцер: 14 — барометр: 15 — воронка: 16 — емкость для жидкости; 17 — бюретка вместимостью V * 250 см³ (цена деления — 1 см³); 18 — бюретка вместимостью V * 1000 см³ (цена деления — 5 см³): 19 — вакуумный насос; 20 — часы

Рисунок 1 — Примеры установок для определения содержания газа в угле

3

1 — клапан отключения. 2 — разъем быстрого соединения («папа»); 3 — гибкий шланг. 4 — зажим шланга. 5 — станина для бюретки; б — штуцер порогородки, 7 — заполняющая жидкость. 8 — внутренний градуированный цилиндр; 9 — большой внешний градуированный цилиндр. 10— крышка из ПВХ трубки толщиной стенки 40 мм. 11 — ПВХ трубка толщиной стенки 40 мм диаметр и высота которой определяется размером корна. 12— зажимное устройство. 13 — штуцер перегородки; 14 — разъем быстрого соединения («мама»), 15 — крышка из резины или ПВХ, 16 — клеевое соединение

Рисунок 2 — Пример исполнения аппарата для измерения обьема и десорбционного контейнера

4.2 Материалы и конструкция десорбционного контейнера

В настоящее время для изготовления контейнеров 8 качестве материалов используют алюминий, футерованный политетрафторэтиленом (ПТФЭ) или эпоксидной смолой. Нержавеющую сталь, хотя и удобную из-за ее высокой инертности, применяют реже из-за высокой стоимости и трудоемкости при

4

ГОСТ Р 55955-2014

изготовлении контейнеров. Для изготовления контейнеров не рекомендуется использовать алюминий без защитного покрытия из-за потенциального значительного взаимодействия с газами, выделяющимися из угля, или буровыми жидкостями после закрытия контейнера. В самом общем случае все элементы контейнера должны быть изготовлены таким образом, чтобы они были инертны по отношению к углю, к жидкостям с низким показателем pH. к сероводороду и другим коррозионным газам, которые могут выделяться в процессе десорбции газов из угля. Чтобы контейнер был герметичным, следует использовать уплотнители, заглушки, такие как каучуковые или пластиковые прокладки под гайки или зажимы, уплотнительные кольца из поливинилхлорида (ПВХ) или покрытые алюминием винты с резиновыми шайбами. При транспортировании и хранении контейнеры должны быть защищены от повреждения и разгерметизации, на контейнеры следует устанавливать концевые колпаки, если они предусмотрены. Для предотвращения утечек поверхность съемной крышки должна быть очищена от угольных частиц после того, как пробу угля поместили в контейнер, и перед тем, как его закрыли. Использование ПВХ для изготовления канистр было впервые осуществлено в 1980 г. Американским горным бюро (USBM) (5). (15).

Примечание — Широко испопьзуют стапьныо керногазонаборники с механическим устройством для герметизации угольного керна непосредственно после его отбора из забоя скважин при помощи механических клапанов, расположенных в нижной и ворхной частях корноприомника. В таком изолированном от внешней среды состоянии корн извлекают из скважин и отправляют в лабораторию для десорбции газа.

4.3    Измерительное оборудование

В процессе десорбции для измерения объемов десорбированного газа закрытый контейнер периодически соединяют с вытеснительной аппаратурой (манометрами) через шланг или систему быстрого соединения. Во время проведения измерений фиксируют барометрическое давление (Р) и температуру окружающей среды (7). Если свободное пространство контейнера не заполнено водой, чтобы привести объем к нулю, необходимо фиксировать температуру газа в свободном пространстве для корректировки его (газа) расширения или сжатия. Это называют поправкой на свободный объем и используют в расчетах для корректировки, как предложено в (1), (13] и (14].

4.4    Материалы и конструкция аппаратуры для определения объема вытесненной жидкости (манометров)

Большинство десорбционных систем предназначено для работы с десорбированными объемами газа, собранного при атмосферном давлении и комнатной температуре. Поэтому на манометре должна быть предусмотрена установка нулевого значения давления. Установку нулевого значения обеспечивают использованием расширительного бачка напорной или уравнительной склянки, переносного резервуара или градуированного цилиндра (1]. (4). [5]. [12). [16]. Рекомендованное исполнение манометров основано на использовании вставленных одна 8 другую пластиковых градуированных трубок (рисунок 2). Их исполнение и использование описано в [13) и [14]. При такой конструкции измерение нулевого значения проводят вручную, поднимая измерительную градуированную трубку до тех пор. пока уровень воды в резервуаре и измерительной трубке не станет равным; этот уровень, следовательно, будет соответствовать нулевому. Для точного измерения уменьшающихся объемов газа при десорбции рекомендуется использовать набор трубок разного объема (50,100,250,500,1000 см³).

4.5    Пластиковые трубки должны соответствовать 2-му классу точности. Рекомендуется, чтобы размер внутренней трубки был вдвое больше объема измеряемого газа.

4.6    Материалы и конструкция водяной бани для контейнеров

При длительном процессе десорбции в контейнере должна поддерживаться постоянная температура . В [ 17) показано, что значения удаленного газа, измеренные при комнатной температуре, могут быть значительно ниже значений, полученных при более высоких температурах в резервуаре. Постоянная температура может быть достигнута путем погружения контейнера в водяную баню, нагреваемую и охлаждаемую автоматически в зависимости от температуры окружающей среды (водянойтермостат). Допускается применение различных термостатов, способных поддерживать заданную температуру в десорбционном контейнере.

4.7    Материалы и конструкция оборудования для определения остаточного газа

Содержание остаточного газа в угле может быть оценено в любое время десорбционного процесса

после первоначальных измерений и получения данных для расчетов десорбированного газа. При медленной десорбции остаточный газ определяют после того, как проба угля полностью десорбируется. Использование метода быстрой десорбции позволяет удалять образцы из контейнера для определения остаточного газа сразу же после завершения необходимых измерений десорбированного газа. При определении остаточного газа дробилку используют для того, чтобы измельчить уголь, вытеснить из него газ и измерить его количество. Конструкция дробилки должна позволять измельчать уголь до круп-

ности 212 мкм на 95 %. Типовое соотношение объема дробилки и массы угля должно составлять от 1:1 до 1:7. Это соотношение должно сохраняться постоянным для всех частей пробы угольного керна. Измельчению подвергают весь материал керна, объемы осталючного газа, выделившегося на всех этапах десорбции, суммируют. Конструкция дробилки должна иметь устройство для выхода выделяющихся газов. Объем выделяющихся газов можно измерять во время измельчения или после его завершения. Объем газа может быть измерен при помощи вытеснительной аппаратуры, как это описано в 5.4.

4.8    Аппаратура для отбора газа

Для отбора газа можно использовать газовые пипетки, собранные последовательно, а также газонепроницаемые пластиковые емкости. Набор газовых пипеток, расположенный между контейнером с пробой и измерительной аппаратурой, исключает опасность изменения состава газа в связи с возможностью его растворения в запирающей жидкости. Для целей отбора газа можно использовать метод вытеснения жидкости из стеклянных баллонов (бутылей), которые могут быть соединены непосредственно со шлангом манометра. Размер (объем) газовой пробы определяют, исходя из принятого метода ее анализа.

4.9    Устройство взвешивания

Для определения массы контейнеров, контейнеров, заполненных углем и углем с водой, точность взвешивания должна быть более чем 1 % (не менее 0.1 г).

4.10    Источники ошибок

К основным источникам возможных ошибок и искажений результатов относятся: 1) длительность отбора и подготовки пробы к испытанию: 2) утечки в контейнере: 3) некорректная температура десорбции: 4) накопление избыточного давления в контейнере: 5) взаимодействие материала контейнера с углем, газом и жидкостями; 6) биогенез в контейнере.

4.10.1    Длительность отбора и подготовки пробы

Наиболее важным в этом вопросе является сведение к минимуму времени, затрачиваемого на отбор пробы, извлечение керна из ствола скважины и герметизации его в контейнере. Если время между отбором керна и помещением его в герметичный контейнер слишком велико, ббльшая часть газа может быть потеряна и оценка его количества будет практически невозможна. Для максимального уменьшения этого эффекта рекомендуется использовать быстрые методы извлечения керна, такие как бурение со съемным керноприемником. Следует также для этих целей предварительно провести подготовку контейнеров и системы их герметизации.

4.10.2    Утечки

Перед использованием контейнеры должны быть испытаны при повышенном давлении на наличие утечек. При испытаниях нагнетают газ в контейнер и убеждаются в том, что он держит избыточное давление 70 КПа не менее 12 ч при комнатной температуре. После заполнения контейнера углем он должен быть проверен на наличие утечек (герметичность) с использованием мыльного раствора. Также после погружения контейнера в термостат (водяную баню) идо подключения к газоизмерительной аппаратуре следует визуально проверить герметичность контейнера по наличию выделяющихся пузырьков газа. Контейнеры следует проверять на утечки после первых нулевых или близких к нулю значений измеряемых объемов.

4.10.3    Температура десорбции

При извлечении керна на поверхность может происходить потеря газа. Температура, при которой происходит потеря газа, обычно соответствует температуре бурового раствора либо пласта. Циркулирующая при бурении керна жидкость приводит к тому, что температура керна приблизительно равна температуре буровой жидкости. Для поддержания постоянной температуры десорбции контейнер во время испытаний должен быть полностью (до газового крана) погружен в воду. Температуру воды в бане поддерживают постоянной с точностью =2 °С и равной измеренной температуре пласта или температуре буровой жидкости (в зависимости от того какие из этих данных принимают во внимание).

4.10.4    Накопление избыточного давления в контейнере

Избыточное давление в контейнере замедляет процесс десорбции. Как правило, десорбция сначала происходит быстро, а затем значительно сокращается. В начале эксперимента измерение объемов газа проводят каждые 10—15 минут. После периода активного газовыделения в первые часы эксперимента измерения объемов десорбированного газа проводят от нескольких дней до месяцев в зависимости от особенностей процессов диффузии и десорбции в угле.

ГОСТ Р 55955-2014

4.10.5    Взаимодействие материала контейнера с углем, газами и жидкостями

Некоторые материалы (в частности, алюминий без покрытия), которые могут вступать в реакцию с выделяющимися из угля газами и жидкостями, не следует применять для производства контейнеров. Описание этих проблем приведено в [18].

4.10.6    Биогенез в контейнерах

Было установлено, что при некоторых десорбционных испытаниях вторичное резкое увеличение потока газа связано с процессом биогенеза в контейнере [19]. Вторичное газовыделение часто связывают с подсосом воздуха в контейнер. Это может происходить на конечной стадии десорбции, когда внешнее давление может превышать давление внутри контейнера. В связи с этим крайне важно постараться увеличить время между измерениями десорбции для обеспечения создания подходящего давления в контейнере. Если тем не менее подсос продолжается, следует быстро перекрыть кран на контейнере и подождать некоторое время, прежде чем снова приступать к измерениям. Опасность подсоса можно также снизить небольшим увеличением температуры контейнера. Настоящая практика препятствует использованию биоцидов в жидкостях, применяемых для заполнения свободного пространства контейнера.

5 Оборудование и подготовка пробы на буровой площадке

5.1    Подготовка проекта

Ключевым моментом для повышения точности десорбционных измерений в контейнере является минимизация периода потери газа. Подготовительные работы должны быть проведены перед отбором керна, для того чтобы как можно быстрее после начала отбора поместить его в контейнер.

5.1.1    Необходимо убедиться в том, что оборудование для измерения десорбции и контейнер готовы для приема образца. Контейнеры, ранее проверенные под давлением и взвешенные в сухом состоянии. могут быть снабжены прикрепленным номером. Помещают контейнер вблизи места, где будет поднят керн. Все измерительное оборудование должно быть предварительно протестировано (проверено).

5.1.2    Поверхность (стол) с измерительным оборудованием должна быть расположена таким образом, чтобы шланг манометра можно было легко подсоединить к контейнеру, помещенному в водяную баню (термостат).

5.1.3    На буровой установке перед отбором керна устанавливают на подставке (на козлах) промывочный поддон и подготавливают его к приему керна. Устанавливают водяной шланг с закрепленным распылителем для промывки керна от бурового шлама. Необходимо иметь в наличии молоток и зубило для того, чтобы иметь возможность разбить керн на куски, размер которых должен быть на 2—3 см короче. чем длина контейнера (продольный размер). Кроме этого, используют клейкую ленту и фломастеры красного и черного цветов для того, чтобы быстро пометить красным правую сторону (по направлению движения керна). Также клейкой лентой быстро маркируют керн по толщине.

5.1.4    Фотографируют керн на промывочном поддоне после того, как отмечены стороны и толщина керна, но до того, как керн будет разбит на части. Керн невозможно будет увидеть, пока не завершатся десорбционные исследования, что может занять несколько месяцев.

В случае использования керногазонаборников описание кернов проводят после окончания работ по дегазации образца.

5.1.5    Подготавливают формы для регистрации (записи) номера контейнера, веса сухого контейнера. информации© скважине, времени отбора (отрыва) керна, времени его поднятия на поверхность, времени помещения в контейнер и времени герметизации контейнера. Для предотвращения путаницы в обозначении времени (12- или 24-часовой формат) используйте 24-часовой формат.

5.2    Отбор (подготовка) керна для десорбции

В общепринятой практике существует 2 метода отбора проб. В первом случае отбирают весь уголь и в отдельных случаях вмещающие породы в угленосной зоне. Другая практика заключается в отборе керна размером 30 см с каждого метра пластопересечения. Последние исследования показали, что минимальное количество проб для точной оценки ресурсов газа в угле при заданном уровне неопределенности может варьироваться для углей разной стадии метаморфизма. В любом случае самый широкий спектр должен быть включен в пробу (от чистого угля до малоуглесодержащих пород).

5.3    Использование буровой мелочи для десорбции

Не рекомендуется для оценки ресурсов газа использовать результаты десорбции, полученные для буровой мелочи. Из-за небольших размеров частиц бурового шлама газ десорбируется из них быстрее, чем из угольного керна. Несмотря на это. образцы бурового шлама могут указывать на наличие газа в угле.

7