CN111198147B - 一种含气量分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含气量分析装置，用于对井场页岩岩心含气量进行分析，含气量分析装置包括：控制模块、岩心处理模块、气体处理模块以及气体分析模块；岩心处理模块与控制模块连接，岩心处理模块用于对页岩岩心进行处理；气体处理模块与控制模块连接，气体处理模块用于处理岩心释放出的气体，降低气体中水蒸气的含量；气体分析模块与控制模块连接，气体分析模块用于检测气体处理模块处理后的气体中甲烷的含量占比。本发明通过对页岩岩芯进行处理，得到页岩岩芯释放出的气体，对气体进行处理，吸收过滤气体中的水蒸气，并对处理完成的气体进行检测，得到高精度的气体中的甲烷含量数据。

Description

一种含气量分析装置

技术领域

本发明涉及天然气测量技术领域，特别是涉及一种含气量分析装置。

背景技术

长久以来，富有机制泥页岩一直被认为是常规石油***的烃源岩和封闭层。然而，页岩气的商业化生产改变了这一观念，近年来，由于泥页岩作为有效油气藏的出现而重新受到关注。页岩气是指赋存于以富有机质页岩为主的储集岩系中的非常规天然气。页岩气可以生成于有机成因的各种阶段，主体上以吸附或游离状态存在于泥岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中。我国页岩气资源丰富，页岩气产业发展具有较好的资源基础。2015年国土资源部发布了最新的调查评价结果，我国页岩气技术可采资源量为21.8万亿立方米，全球排名前列。天然气作为一种较为清洁的能源资源，在我国能源结构中的比例逐步增加，未来天然气生产量与消费量之间的缺口间进一步拉大，我国页岩气产业发展具有较大的市场空间。

钻井岩芯含气量是页岩气勘探开发中的关键参数，其目的在于确定具体高产气层的位置，钻井岩芯含气量越大，相对应储层的开发价值越高。目前页岩现场解吸气测量产品在油田需求量较大，主要分为流量计测量和排水法测量两大类，但当前市面上的该类产品普遍具有使用寿命较短，测量气量不准确等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种含气量分析装置，用于解决现有技术中，该类产品普遍具有使用寿命较短，含气量测量精度低的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种含气量分析装置，用于对井场页岩岩心含气量进行分析，所述含气量分析装置包括：控制模块、岩心处理模块、气体处理模块以及气体分析模块；

所述岩心处理模块与所述控制模块连接，所述岩心处理模块用于对所述页岩岩心进行处理；

所述气体处理模块与所述控制模块连接，所述气体处理模块用于处理所述岩心释放出的气体，降低所述气体中水蒸气的含量；

所述气体分析模块与所述控制模块连接，所述气体分析模块用于检测所述气体处理模块处理后的气体中甲烷的含量占比。

可选的，所述含气量分析装置还包括：温度传感器，所述温度传感器与所述控制模块连接，所述温度传感器设于所述岩心处理模块上，所述温度传感器用于检测所述岩心处理器的温度。

可选的，所述岩心处理模块具体包括：解吸单元以及加热单元；

所述解吸单元设于所述加热单元内部，所述解吸单元用于存放所述页岩岩心；

所述加热单元与所述控制模块连接，所述加热单元用于根据所述控制模块的控制信号对所述解吸单元进行加热。

可选的，所述解吸单元为6个解吸罐，所述加热单元为加热箱体，所述解吸罐设于所述加热箱体内部，所述加热箱体根据所述控制模块的控制信号对所述解吸罐进行加热。

可选的，所述气体处理模块具体包括：气体分离单元以及干燥过滤单元；

所述气体分离单元与所述岩心处理模块连接，所述气体分离单元用于分离所述页岩岩芯释放出的气体中的水蒸气；

所述干燥过滤单元与所述气体分离单元连接，所述干燥过滤单元用于吸收所述水蒸气。

可选的，所述气体分析模块具体包括：甲烷气体分析单元、流量计、气体样品存储单元以及含气性测试单元；

所述甲烷气体分析单元与所述气体处理模块连接，所述甲烷气体分析单元用于检测所述气体处理模块处理后的气体中甲烷所占比例；

所述流量计与所述甲烷气体分析单元连接，所述流量计用于记录通过所述甲烷气体分析单元的气体含量；

所述气体样品存储单元与所述流量计连接，所述气体样品存储单元用于存储气体；

所述含气性测试单元与所述气体样品存储单元连接，所述含气性测试单元用于检测气体低流量状态下解吸气的体积。

可选的，所述含气性测试单元具体包括：第一计量容器、第二计量容器、自动切换器、两个密封式橡胶活塞、两个传动丝杆、两个伺服电机以及两个压力传感器；

所述第一计量容器的一端与所述自动切换器的一端连接，所述第一计量容器用于存储气体；

所述第二计量容器的一端与所述自动切换器的另一端连接，所述第二计量容器用于存储气体；

所述第一计量容器以及所述第二计量容器内部均设有密封式橡胶活塞，所述密封式橡胶活塞用于封闭气体；

每个所述传动丝杆的一端分部与一个所述密封式橡胶活塞连接，每个所述传动丝杆的另一端分别与一个所述伺服电机连接，所述传动丝杆用于随所述伺服电机的转动调整所述密封式橡胶活塞的位置；

每个所述密封式橡胶活塞上均设有一个压力传感器，所述压力传感器用于检测气体压力。

可选的，所述含气性测试单元还包括两个减速器，每个所述减速器设于一个所述伺服电机上，所述减速器与所述传动丝杆连接，所述减速器用于降低所述伺服电机的转速。

可选的，所述控制模块的型号为STM32F103。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过对页岩岩芯进行处理，得到页岩岩芯释放出的气体，对所述气体进行处理，吸收过滤所述气体中的水蒸气，并对处理完成的气体进行检测，得到高精度的气体中的甲烷含量数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的装置结构图；

图2为本发明所提供的储层模拟***左视图；

图3为本发明所提供的储层模拟***俯视图；

图4为本发明所提供的气体分离装置结构图；

图5位本发明所提供的活塞式含气性测试***的结构图。

符号说明：1解吸罐，2加热箱体，3温度传感器，4气体分离单元，5干燥过滤单元，6甲烷气体分析单元，7第一电磁阀，8流量计，9气体样品存储单元，10第二电磁阀，11含气性测试单元，12控制模块，13滤芯，14密封卡口窗，15解吸单元，16加热单元，17进气口，18出气口，19栅状散热片，20半导体元件，21吸热铜管，22控制阀门，23第一计量容器，24第二计量容器，25密封式橡胶活塞，26传动丝杆，27伺服电机，28减速器，29压力传感器，30自动切换器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种含气量分析装置，用于提高对页岩含气量的检测精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种含气量分析装置，用于对井场页岩岩心含气量进行分析，所述含气量分析装置包括：控制模块12、岩心处理模块、气体处理模块以及气体分析模块；

所述岩心处理模块与所述控制模块12连接，所述岩心处理模块用于对所述页岩岩心进行处理；

所述气体处理模块与所述控制模块12连接，所述气体处理模块用于处理所述岩心释放出的气体，降低所述气体中水蒸气的含量；

所述气体分析模块与所述控制模块12连接，所述气体分析模块用于检测所述气体处理模块处理后的气体中甲烷的含量占比。

在实际应用中，所述含气量分析装置还包括：温度传感器3，所述温度传感器3与所述控制模块12连接，所述温度传感器3设于所述岩心处理模块上，所述温度传感器3用于检测所述岩心处理器的温度。

如图2以及图3所示，在实际应用中，所述岩心处理模块具体包括：解吸单元15以及加热单元16；

所述解吸单元15设于所述加热单元16内部，所述解吸单元15用于存放所述页岩岩心；

所述加热单元16与所述控制模块12连接，所述加热单元16用于根据所述控制模块12的控制信号对所述解吸单元15进行加热。

在实际应用中，所述解吸单元15为6个解吸罐1，所述加热单元16为加热箱体2，所述解吸罐1设于所述加热箱体2内部，所述加热箱体2根据所述控制模块12的控制信号对所述解吸罐1进行加热。

通过将6个内径120mm高300mm的解吸罐1排列在外形尺寸600mm×450mm×500mm的加热箱体2中，加热箱体2可对页岩岩芯加温最高至150℃来模拟岩芯所处的地层温度，使页岩岩芯孔隙中的气体尽可能的解吸出来。

在实际应用中，所述气体处理模块具体包括：气体分离单元4以及干燥过滤单元5；

如图4所示，所述气体分离单元4与所述岩心处理模块连接，所述气体分离单元4用于分离所述页岩岩芯释放出的气体中的水蒸气；

所述干燥过滤单元5与所述气体分离单元4连接，所述干燥过滤单元5用于吸收所述水蒸气。

气体分离单元4是使用半导体制冷方式对气体降温以分离混合气体中的水蒸气；气体分离单元4由进气口17和出气口18来控制解吸气的通过；栅状散热片19、半导体元件20和吸热铜管21共同作用使气体中携带的水蒸气冷凝在吸热铜管21上面，以达到对水蒸气高效制冷的目的；吸热铜管21上聚集的冷凝水到一定量就会被收集在沉积水槽中，沉积水槽下部连接控制阀门22以排出冷凝水。

干燥过滤单元5采用有机可视化加工，内部设计有过滤多孔板和变色硅胶组成的滤芯13，可通过观察干燥过滤装置颜色的变化，决定是否需更换滤芯13，在干燥水分的同时可过滤气体中的杂质，提高流量计8的使用寿命；干燥过滤单元5侧面配有密封卡口窗14，在保证通过气体***露的情况下方便替换老旧的滤芯13。

在实际应用中，所述气体分析模块具体包括：甲烷气体分析单元6、流量计8、气体样品存储单元9以及含气性测试单元11；

所述甲烷气体分析单元6与所述气体处理模块连接，所述甲烷气体分析单元6用于检测所述气体处理模块处理后的气体中甲烷所占比例；

所述流量计8与所述甲烷气体分析单元6连接，所述流量计8用于记录通过所述甲烷气体分析单元6的气体含量；

所述气体样品存储单元9与所述流量计8连接，所述气体样品存储单元9用于存储气体；

所述含气性测试单元11与所述气体样品存储单元9连接，所述含气性测试单元11用于检测气体低流量状态下解吸气的体积。

如图5所示，在实际应用中，所述含气性测试单元11具体包括：第一计量容器23、第二计量容器24、自动切换器30、两个密封式橡胶活塞25、两个传动丝杆26、两个伺服电机27以及两个压力传感器29；

所述第一计量容器23的一端与所述自动切换器30的一端连接，所述第一计量容器23用于存储气体；

所述第二计量容器24的一端与所述自动切换器30的另一端连接，所述第二计量容器24用于存储气体；

所述第一计量容器23以及所述第二计量容器24内部均设有密封式橡胶活塞25，所述密封式橡胶活塞25用于封闭气体；

每个所述传动丝杆26的一端分部与一个所述密封式橡胶活塞25连接，每个所述传动丝杆26的另一端分别与一个所述伺服电机27连接，所述传动丝杆26用于随所述伺服电机27的转动调整所述密封式橡胶活塞25的位置；

每个所述密封式橡胶活塞25上均设有一个压力传感器29，所述压力传感器29用于检测气体压力。

在实际应用中，所述含气性测试单元11还包括两个减速器28，每个所述减速器28设于一个所述伺服电机27上，所述减速器28与所述传动丝杆26连接，所述减速器28用于降低所述伺服电机27的转速。

页岩解吸出的气体体积依据瞬时流量高低分别由量程50sccm的流量计8和含气性测试单元11顺次测量；在控制模块12的监控下，测量初期第二电磁阀10关闭，第一电磁阀7开启，初始解吸气流经流量计8计算解吸气量；当控制模块12监测到流经流量计8气体流量低于10sccm的时候，第一电磁阀7关闭，第二电磁阀10开启，含气性测试单元11行使低流量下解吸气体积的测量；整个测量过程中产生的数据均传回控制模块12，经换算后可显示解吸出的甲烷气总体积。

在压力传感器29检测下通过控制密封式橡胶活塞25的移动使上部解吸气腔体压力始终与下部外界大气压力保持一致，解吸气量由密封式橡胶活塞25上部腔体记录；伺服电机27和减速器28通过传动丝杆26来控制密封式橡胶活塞25在计量容器中的运动；第一计量容器23满量程后，自动切换器30会将解吸气体接入第二计量容器24中，第一计量容器23和第二计量容器24可轮转交替使用，精准记录低流量下解吸气的体积，数据最终传回控制模块12并计算、存储。

在实际应用中，所述控制模块12的型号为STM32F103。

在实际应用中，所述控制模块12为计算机上位机。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种含气量分析装置，用于对井场页岩岩心含气量进行分析，其特征在于，所述含气量分析装置包括：控制模块、岩心处理模块、气体处理模块以及气体分析模块；

所述岩心处理模块与所述控制模块连接，所述气体处理模块用于对所述页岩岩心进行处理；

所述气体处理模块与所述控制模块连接，所述气体处理模块用于处理所述岩心释放出的气体，降低所述气体中水蒸气的含量；

所述气体分析模块与是所述控制模块连接，所述气体分析模块用于检测所述气体处理模块处理后的气体中甲烷的含量占比；

所述气体分析模块具体包括：甲烷气体分析单元、流量计、气体样品存储单元以及含气性测试单元；

所述甲烷气体分析单元与所述气体处理模块连接，所述甲烷气体分析单元用于检测所述气体处理模块处理后的气体中甲烷所占比例；

所述流量计与所述甲烷气体分析单元连接，所述流量计用于记录通过所述甲烷气体分析单元的气体含量；

所述气体样品存储单元与所述流量计连接，所述气体样品存储单元用于存储气体；

所述含气性测试单元与所述气体样品存储单元连接，所述含气性测试单元用于检测气体低流量状态下解吸气的体积；

所述气体处理模块具体包括：气体分离单元以及干燥过滤单元；

所述气体分离单元与所述岩心处理模块连接，所述气体分离单元用于分离所述页岩岩心释放出的气体中的水蒸气；

所述干燥过滤单元与所述气体分离单元连接，所述干燥过滤单元用于吸收所述水蒸气；

所述气体分离单元是使用半导体制冷方式对所述气体降温以分离混合气体中的所述水蒸气；所述气体分离单元由进气口和出气口来控制解吸气的通过；栅状散热片、半导体元件和吸热铜管共同作用使气体中携带的所述水蒸气冷凝在所述吸热铜管上面，以达到对所述水蒸气高效制冷的目的；所述吸热铜管上聚集的所述冷凝水到一定量就会被收集在沉积水槽中，所述沉积水槽下部连接控制阀门以排出所述冷凝水；

所述干燥过滤单元采用有机可视化加工，内部设计有过滤多孔板和变色硅胶组成的滤芯，通过观察干燥过滤装置颜色的变化，决定是否需更换所述滤芯，在干燥水分的同时可过滤所述气体中的杂质，提高所述流量计的使用寿命；所述干燥过滤单元侧面配有密封卡口窗，在保证通过所述气体***露的情况下方便替换老旧的所述滤芯。

2.根据权利要求1所述的含气量分析装置，其特征在于，所述含气量分析装置还包括：温度传感器，所述温度传感器与所述控制模块连接，所述温度传感器设于所述岩心处理模块上，所述温度传感器用于检测所述岩心处理器的温度。

3.根据权利要求1所述的含气量分析装置，其特征在于，所述岩心处理模块具体包括：解吸单元以及加热单元；

所述解吸单元设于所述加热单元内部，所述解吸单元用于存放所述页岩岩心；

所述加热单元与所述控制模块连接，所述加热单元用于根据所述控制模块的控制信号对所述解吸单元进行加热。

4.根据权利要求3所述的含气量分析装置，其特征在于，所述解吸单元为6个解吸罐，所述加热单元为加热箱体，所述解吸罐设于所述加热箱体内部，所述加热箱体根据所述控制模块的控制信号对所述解吸罐进行加热。

5.根据权利要求1所述的含气量分析装置，其特征在于，所述含气性测试单元具体包括：第一计量容器、第二计量容器、自动切换器、两个密封式橡胶活塞、两个传动丝杆、两个伺服电机以及两个压力传感器；

所述第一计量容器的一端与所述自动切换器的一端连接，所述第一计量容器用于存储气体；

所述第二计量容器的一端与所述自动切换器的另一端连接，所述第二计量容器用于存储气体；

所述第一计量容器与所述第二计量容器内部均设有密封式橡胶活塞，所述密封式橡胶活塞用于封闭气体；

每个所述传动丝杆的一端分别与一个所述密封式橡胶活塞连接，每个所述传动丝杆的另一端分别与一个所述伺服电机连接，所述传动丝杆用于随所述伺服电机的转动调整所述密封式橡胶活塞的位置；

每个所述密封式橡胶活塞上均设有一个所述压力传感器，所述压力传感器用于检测气体压力。

6.根据权利要求5所述的含气量分析装置，其特征在于，所述含气性测试单元还包括两个减速器，每个所述减速器设于一个所述伺服电机上，所述减速器与所述传动丝杆连接，所述减速器用于降低所述伺服电机的转速。

7.根据权利要求1所述的含气量分析装置，其特征在于，所述控制模块的型号为STM32F103。

Images