CN103822849A

CN103822849A - 一种非常规气的现场自动解析仪***

Info

Publication number: CN103822849A
Application number: CN201310596699.8A
Authority: CN
Inventors: 刘成林; 李宗星; 马寅生; 王志高; 唐俊杰; 郑策; 代昆
Original assignee: INSTITUTE OF GEOMECHANICS CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES
Current assignee: INSTITUTE OF GEOMECHANICS CHINESE ACADEMY OF GEOLOGICAL SCIENCES
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: CN103822849B

Abstract

本发明提供一种非常规气的现场自动解析***和测试方法，包括：气体收集分***、数据采集分***、***控制分***和数据解析分***；气体收集分***，用于获取气体流量数据和并且控制流量器的启用；数据采集分***，用于获取空气温度数据、空气压力数据和气体温度数据；***控制分***，用于接收气体收集分***和数据采集分***的数据，并且发送给数据解析分***；数据解析分***，获取待测试样品的数据，设定测量方法，对每个样品进行自动化测试。

Description

一种非常规气的现场自动解析仪***

技术领域

本发明涉及能源勘探自动计算技术，更具体地，涉及一种非常规气的现场自动解析仪***和测试方法。

背景技术

非常规气作为一种新兴的能源，已经作为国家能源发展的战略发展方向，如何来评估它的开发潜力、非常规气的总体储量，是指导未来发展战略的重要指标。

从传统角度来讲，目前使用较广泛的测量方法有两种：人工水平衡法或者人工容器法。该测量法的普遍缺点是人工采集，使得数据采集量不足。同时，因为环境中温度和压力的变化，导致气体的膨胀或者收缩，直接影响了最终的数据结果。另外，也没法来计算目的层岩心从被钻遇、岩心到地面以及直至岩心装进解析罐之前这个过程中吸附气的损失，而此部分往往是总含气量的重要部分之一。

由于人工测量导致无法准确记录各个步骤中气体的损失，往往会导致测量数据偏低或误差较大，从而影响最后的回归分析出现较大偏差，准确度较低。

在中国发明专利CN100429529C中披露了一种利用全波列、偶极横波测井资料确定气层的方法，该方法利用岩石物理特征，根据声波资料来确定储层的含气量，但没有考虑温度和压力的影响，而且对于特殊环境，设备应用率较低。

现有测量过程中，还存在的另外一种技术是密闭取芯，从技术角度来讲，该技术并不成熟，从成本来讲也非常高昂，从实现角度上也没法对现有资源做到全面的普查。

发明内容

为克服现有的缺陷，本发明提出一种非常规气的现场自动解析仪***和处理方法。

根据本发明的一个方面，提出了一种非常规气的现场自动解析***，包括：气体收集分***、数据采集分***、***控制分***和数据解析分***；

其中，气体收集分***，用于获取气体流量数据和并且控制流量器的启用；数据采集分***，用于获取空气温度数据、空气压力数据和气体温度数据；***控制分***，用于接收气体收集分***和数据采集分***的数据，并且发送给数据解析分***；数据解析分***，获取待测试样品的数据，设定测量方法，对每个样品进行自动化测试。

根据本发明的另一方面，提出了一种基于上述非常规气的现场自动解析***的测试方法，包括：步骤1，现场测试准备，钻井取心，快速选取样品；步骤2，基于上述的自动解析***进行解析；步骤3，进行气量测试和计算，通过数据处理和汇总出具测试报告。

本发明的***能够支持无限多的样品的连续测量，考虑到野外作业的复杂环境，为了保证本设备的便携型和***设备的简化，设计了6个样品测试的管道。即同时支持6个样品的解析数据采集。但是，考虑到解析过程的非连续性和整个样品解析气体的衰减过程，本***支持在A样品未解析完全的情况下，在同一管道下更换B样品进行解析。所有操作没有任何约束条件，用户可以随时随地停止，本***会自动记录各样品的解析状态和进展情况，并且随时可以继续测量。所以，用户可以根据现场的实际情况，连续的进行多样品测量，可以极大的提高工作效率，便携而且高效。

相较于以往的人工手动解析的过程，手动操作流程复杂，测试时间周期较长，手动测量误差较大等弊端，本发明的***实现了完全无人之手的全自动解析。并且可根据样品的不同种类和特性，自主设定不同的测试方法和流程。用户可以根据当前样品，设置不同的测试时间，以及测试频率和测试周期等参数，制定一个当前样品的测试方案。同时，不同的样品，可设置不同的方案，相互独立，互不干扰。当开始测试后，整个测试过程，无需人工干预，自动控制，自动结束，自动生成结果。当然，用户可以随时暂停测试，更换其他样品。大大的降低了人工成本，并避免了人工测试误差大，测试不完全等弊端。

本发明的***可以实时自动生成测试结果。在自动化测试过程中，***可以整合测试时产生的记录，实时生成结果表格和结果曲线，并且用户可以自主控制记录产生的额频率和方式，以来满足不同样品气量不同的差异性，现场工作人员还可以实时的从结果表格，特别是结果曲线，监测和判断当前样品的气体采集状况，随时调整或结束解析过程，以实现每次解析最优化。同时，本次解析的所有记录会自动保存，以供用户回到实验室进行进一步计算和分析。

附图说明

图1是根据本发明的自动解析***的结构图；

图2是根据本发明的数据解析子***的结构框图；

图3是根据本发明的解析***的测试流程图。

如图所示，为了能明确实现本发明的实施例的结构或者方法，在图中标注了特定的标记符号，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定设备和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些元件、标号、环境进行调整、修改，所进行的调整和修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种非常规气的现场自动解析仪***和处理方法进行详细描述。

在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。

图1是根据本发明的一种非常规气的现场自动解析***的结构图，如图1所示，该自动解析***包括气体收集分***、数据采集分***、***控制分***和数据解析分***。其中，气体收集分***，用于获取气体流量数据和并且控制流量器的启用，包括气体流量计和与其相连的数据采集器；数据采集分***，用于获取空气温度数据、空气压力数据和气体温度数据，包括空气温度传感器、空气压力传感器和解析气体温度传感器；***控制分***，用于接收气体收集分***和数据采集分***的数据，并且发送给数据解析分***，包括数据控制器和电控开关，数据控制器分别连接到空气温度传感器、空气压力传感器、解析气体温度传感器和数据采集器。***控制分***根据每个样品测试前的步骤和参数设定，根据当前的样品气量，通过数据控制器输出0/1高低电位来控制电控开关，以达到开关流量计的功能。其中每个输出接口控制一路流量计，从而保证了各个测试相互独立，不受干扰。

其中，数据解析分***，获取待测试样品的数据，设定测量方法，对每个样品进行自动化测试。

图2是数据解析分***的结构框图，如图2所示，数据解析分***包括数据分析子***、测量控制子***、数据采集子***和文件存储子***。

其中，数据采集子***负责数据读入，包括样品建立模块和数据收集模块。其中，样品建立模块用于输入待测试样品的各种相关参数，设定该样品的测量方法，包括测试时长和测试步骤，以及每一步数据采集的时间间隔。

其中，数据收集模块用于将流量计的流量读数转化为直流电压（0-10V）值，供其他模块处理。该模块可以根据样品的实际情况，设定不同的采集频率和数据处理方法。

其中，文件存储子***负责与数据存储相关的工作，用于将各个样品的参数、测量数据和测试进行实时状况的存入文件；并且提供数据保存、数据分析、结论导出、测量异常中断恢复等功能。其中，文件存储子***以单独的线程一直运行于***后台，与其他各个模块交互。

其中，测量控制子***负责每个样品的自动化测试，根据样品建立模块的参数设定，按照设定的测量方法，进行自动化测试。其中需要设定的三个参数包括每个阶段的时长、每个阶段的数据采集频率以及每个阶段的终止条件。该子***可以根据不同样品，进行自主设置参数，也可以在测试进行中根据实际测试情况，改变或者更新参数，实时有效。

其中，数据分析子***是用来完成数据统计和结果分析的工作。该子***并不用等待当前样品测试完成，该子***可实时反映当前的解析数据，并生成相应曲线，以供用户更好地分析。

对于与本***主要相关术语和关键参数定义：

含气总量gas content：指单位质量页岩中所含气量折算到0℃，101.325kPa时的体积，根据赋存状态，页岩气包括吸附气、游离气和溶解气；按测量过程分为解析气、残余气、损失气。

解析气量desorbed gas：指一定质量测试样品装入样品解析罐中密封后，在一定温度、压力、时间条件下从样品中解析出来的气体体积。

残余气量residual gas：指一定质量样品经解析后粉碎释放出的气体体积。

损失气量lost gas：指一定质量样品从井底开始解析到封罐之前所解析出的气体体积，利用本***的回归计算，算出的未参与测试的损失的气体体积。

图3是根据本发明的现场自动解析***的测试流程图，也就是上述***提及的所设定的方法的流程图。如图3所示，该测试方法包括：步骤1，现场测试准备，钻井取心，快速选取样品；步骤2，基于上述的自动解析***进行解析；步骤3，进行气量测试和计算，通过数据处理和汇总出具测试报告。

返回图1，在一个具体例子中，最多可以对六个样品同时进行解析数据采集，根据样品释放气量的大小，可以随时调整数据采集的时间间隔，能最大限度的保证数据的采集量和数据的准确性。

在数据采集的过程中，可以同时会记录下每次采集过程中的环境温度和压力，在最终的含气量计算上，会自动转换成标准压力和温度下的气体体积。

通常的数据计算，往往忽略掉样品从外界装入样品罐（Canister），直至水浴箱(temperature control bath)这个过程中因为温度的变化而造成的气体体积的变化，导致初始数据的不准确。在本***的设计中，包含着样品罐和样品空腔体积(headspace)的计算，温度变化导致气体体积变化量的变化，这些因素对测量值的影响，从而解决了无法准确获取解析初始值的问题。

其中步骤2中，使用本***进行解析进一步包括：确定解析测量开始条件，测定时间间隔和确定解析测量终止条件。

其中，解析测量开始条件，是指将装有样品并密封好的解析罐迅速置于已达设定温度的恒温装置中，用软管将解析罐与气体计量检测装置连接，开始进行解析并定时进行气体体积数据采集，记录环境温度和大气压力数据。

其中，测定时间间隔，是指样品装罐后，以间隔不大于5min测满1h，然后以不大于10min间隔测满1h，以不大于15min间隔测满1h，以不大于30min间隔测满5h，累计测满8h。连续解析8h后，每间隔一定时间采集相关数据，直至解析终止限。但应用中，本***可根据样品的实际气量和当时的测试环境，灵活的设置测试时间和测试间隔。

其中，解析测量终止条件是指持续自然解析到连续3天每天解析量不大于5cm3，结束解析气体测定。

其中，步骤3中，进行气量测试和计算，数据处理和汇总，最后出具测试报告。包括：

步骤31，测定残余气量；

取解析后的样品3份，每份大于100g，分别装入残余气量测试仪的密封样品罐中进行粉碎，粉碎后静置5min以上。

将气体计量检测装置与残余气量测试仪密封样品罐的管路连接，每间隔1h进行一次气体体积数据采集，连续采集4h，记录气体体积、环境温度、大气压力数据。残余气含量取3份样品测量结果的平均值。

步骤32，计算样品气体气量；

首先换算气体体积，自然解析和残余气测定所得的气体体积应换算到温度0℃、压力101.325kPa下。

换算公式见式（1）：

V_{stp} = \frac{273.15 \times P_{m} \times V_{m}}{101.325 \times (273.15 + T_{m})} - - - (1)

式中：V_stp——标准状态下的气体体积，cm³；P_m——大气压力，kPa；T_m——环境温度，℃；V_m——气体体积，cm³。

计算解析气含量，见式（2）:

G_sd＝V_d/m_t （2）；

式中：G_sd——解析气含量，cm³/g；V_d——解析气量，cm³；m_t——样品总质量，g。

计算残余气含量，见式（3）:

G_sr＝V_r/m_r （3）；

式中：G_sr——残余气含量，cm³/g；V_r——残余气量，cm³；m_r——残余气样品质量，g。

损失时间计算，损失时间根据钻遇地层时间和岩心密封时间等确定，对于清水或泥浆取心，计算公式见式（4）：

t_{l} = \frac{t_{3} - t_{2}}{2} + (t_{4} - t_{3}) - - - (4);

钻井循环介质为泡沫或空气条件下，计算公式见式（5）：

t_l＝t₄-t₁ （5）

式中：t_l——损失时间，h；t₁——钻遇地层时间，hh：mm：ss；t₂——起钻时间，hh：mm：ss；t₃——岩心到达井口时间，hh：mm：ss；t₄——岩心封罐时间，hh：mm：ss。

计算损失气量

损失气量计算以标准状态下累积解析量为纵坐标，时间的平方根为横坐标作图。在解析气量与时间的平方根的图中，反向延长线与纵坐标轴的截距的绝对值为损失气量，见式（6）：

G_sl＝V_lost/m_t （6）

式中：G_sl——损失气含量，cm3/g；V_lost——损失气量，cm³；m_t——样品总质量，g。

计算样品总体含气量，见式（7）：

G_s＝G_sd+G_sr+G_sl （7）；

通过应用本***，由于无法测量样品在装入样品罐之前的气体散失量，总结出不同样品的气体散失规律，套用上述公式，根据解析数据曲线，自动回归气体的散失量。

为了能更快的提高解析效率，在尽量短的时间内，获得吸附气体的总量，采用对水浴箱加温的方法，加速气体的解析过程，来获得样品在高温状态下的气体解析量。

对于在解析完成后，仍然还会有残余的吸附气在样品中，重新对解析样品采样，粉碎，继续获取这部分气体。

本***同时适用于页岩气和煤层气的使用，也同时适用于岩心解析和岩屑解析。在不影响正常钻井的情况下，通过对现场采集岩屑的解析，也可以来获得目的层的含气总量，大大的缩短了钻探周期，同时也大大减小了钻探成本。

本***具有完整的数据采集和计算，包括样品被密封前的损失气，常温下的解析气，高温状态的解析气，以及样品粉碎后的解析气，这所有的气体量总和构成了我们需要的研究目的层的总含气量，这个数据是确定下一步勘探措施的第一手准确数据。

本自动化解析仪***在实现上，硬件部分均为进口高质量组件，经在不同环境的复杂条件下的测试和长期的优化调试，不但满足了目前普遍的现场解析的功能需求，还保证了整个***的数据采集的高精度、高准确性，***运作的高密封性、高性能，对不同环境的高适应性，以及长寿命等特点。软件部分以完全自动化为最大目的，以简化用户操作，提升用户体验为方向，以保证***准确高效为原则，以目前最广泛使用的解析方法为基础，全方位模拟人工现场解析的整个过程，并且考虑到各种边界条件和极端情况，自主研发了一套高效完备的算法，自主开发了完整的解析采集软件，完全兼容和支持硬件，并对硬件的运作进行了优化。保证了本现场自动解析仪***的稳定性和先进性。

最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims

1.一种非常规气的现场自动解析***，包括：气体收集分***、数据采集分***、***控制分***和数据解析分***；

2.根据权利要求1所述的***，其中，气体收集分***包括气体流量计和与其相连的数据采集器；数据采集分***包括空气温度传感器、空气压力传感器和解析气体温度传感器；***控制分***包括数据控制器和电控开关，数据控制器分别连接到空气温度传感器、空气压力传感器、解析气体温度传感器和数据采集器，数据控制器输出高低电位来控制电控开关，以控制开关流量计。

3.根据权利要求1所述的***，其中，数据解析分***包括数据分析子***、测量控制子***、数据采集子***和文件存储子***。

4.根据权利要求3所述的***，其中，数据采集子***负责数据读入，包括样品建立模块和数据收集模块；

其中，样品建立模块用于输入待测试样品的各种相关参数，设定该样品的测量方法；

数据收集模块用于将流量计的流量读数转化为直流电压值，供其他模块处理。

5.根据权利要求3所述的***，其中，文件存储子***用于将各个样品的参数、测量数据和测试进行实时状况的存入文件；并且提供数据保存、数据分析、结论导出、测量异常中断恢复的功能。

6.根据权利要求3所述的***，其中，测量控制子***负责每个样品的自动化测试，根据样品建立模块的参数设定，按照设定的测量方法，进行自动化测试；其中设定的三个参数包括每个阶段的时长、每个阶段的数据采集频率以及每个阶段的终止条件。

7.根据权利要求3所述的***，其中，数据分析子***是用来完成数据统计和结果分析的工作。

8.一种基于权利要求1-7的其中一个非常规气的现场自动解析***的测试方法，包括：

步骤1，现场测试准备，钻井取心，快速选取样品；

步骤2，基于上述的自动解析***进行解析；

步骤3，进行气量测试和计算，通过数据处理和汇总出具测试报告。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，步骤2进一步包括：

步骤21，测定解析测量开始条件；

步骤22，测定测试时间和时间间隔；

步骤23，测定解析测量终止条件。

10.根据权利要求8的方法，其中，步骤3进一步包括：

步骤31，测定残余气量；

步骤32，计算样品气体气量；

步骤33，计算解析气含量、残余气含量和损失气量；

步骤34，计算样品总体含气量。