煤心内部气体地面测试装置及其测试方法与流程

文档序号:11109593阅读:322来源:国知局
煤心内部气体地面测试装置及其测试方法与制造工艺

本发明涉及一种煤心内部气体地面测试装置及其测试方法。



背景技术:

煤心内部气体是在煤层内游离气和吸附气等气体的总称。近年来,由于能源需求日益增加且常规油气资源可采储量逐年递减,因此今后的主要开采对象之一是煤层气,同时开采煤层气又可以保障煤矿生产的安全性,提高煤炭生产的经济效益。对于煤层气来言,能够分别准确测出地层条件小游离气和吸附气等气体的含量,对于预测储量和研究开发方式都具有决定性的意义。

目前煤心内部气体地面测试装置及其测试方法基本都是对于煤心内部气体统一进行测量或常压条件下进行测量,对于分别测量的装置都相对笨重,灵活性不足,在现场都达不到便捷移动和地层压力分别测量,然而对于实际取心测气需求,长距离保压运输条件要求复杂、成本高,现场测量装置笨重或不可分别测量,所得结果不能真实反应地层条件的游离气、吸附气等气体的具体含量,不满足测气需求。



技术实现要素:

本发明为了解决现有技术中的不足之处,提供一种结构简单、操作方便、可以完成调整水泵高度的煤心内部气体地面测试装置及其测试方法。

为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:煤心内部气体地面测试装置,包括分析小车和分叉接头,分析小车为箱体结构,分析小车内部为框架板结构,分析小车的底部一侧设有两个车轮,分析小车底部的另一侧设有两块支撑垫块,分析小车的外侧上部设有翻板和把手,翻板的下侧边沿铰接在分析小车上,分析小车的顶部敞口,分析小车的顶部敞口处设有盖板和开合板,盖板通过螺栓连接在分析小车顶部,开合板的一侧通过合页铰接在盖板上,开合板的另一侧通过卡扣与翻板上边沿连接;分析小车内设有真空泵、压裂筒、便携电脑、蓄电池、游离气体分析仪和煤内气体分析仪,游离气体分析仪和煤内气体分析仪均通过螺栓固定在分析小车的底部,真空泵和压裂筒通过易拆卸连接组件固定在分析小车底部,蓄电池放置在煤内气体分析仪上,便携电脑放置在游离气体分析仪上,便携电脑位于翻板的内侧,蓄电池通过电线与便携电脑连接;

真空泵的出气口连接有抽气管,抽气管的出气口通过两根抽气支管分别与游离气体分析仪和煤内气体分析仪连接,抽气管上设有第一控制阀,连接游离气体分析仪的抽气支管上设有第二控制阀,连接煤内气体分析仪的抽气支管上设有第三控制阀;

分析小车的一侧并排设有出液管和进气管,进气管的出气口通过两根进气支管分别与游离气体分析仪和煤内气体分析仪连接,连接游离气体分析仪的进气支管上设有第四控制阀,连接煤内气体分析仪的进气支管上设有第五控制阀,出液管的进液口连接在压裂筒上,出液管上设有第六控制阀和第一压力传感器,压裂筒上还连接有进液管,进液管连接有注液泵,进液管上设有第七控制阀,出液管的出液口和进气管的进气口与分叉接头连接;

分叉接头包括进气半圆管和压裂半圆管,压裂半圆管长度大于进气半圆管的长度,进气半圆管的出气口与压裂半圆管的进液口齐平,出液管的出液口与压裂半圆管的进液口连接,进气管的进气口与进气半圆管的出气口连接,进气半圆管和压裂半圆管外部套设有旋紧管,旋紧管的一侧设有外螺纹,进气半圆管的进气口出设有第二压力传感器和气体传感器,进气半圆管上设有第八控制阀,旋紧管外侧设有压力表,第二压力传感器通过数据线与压力表连接;

便携电脑通过数据线与第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第七控制阀、第八控制阀、游离气体分析仪、煤内气体分析仪、第一压力传感器、第二压力传感器、气体传感器和真空泵连接。

游离气体分析仪和煤内气体分析仪的结构相同;游离气体分析仪包括密闭的箱体,箱体内固定设有驱动电机和红外分析仪,驱动电机的主轴上设有扇叶,箱体的底部还设有真空传感器、甲烷传感器、二氧化碳传感器和氮气传感器,箱体上设有抽气接头和进气接头,抽气接头与抽气支管连接,进气接头与进气支管连接;红外分析仪、驱动电机、真空传感器、甲烷传感器、二氧化碳传感器和氮气传感器分别通过数据线与便携电脑连接。

易拆卸连接组件包括底架以及两组固定架,底架通过螺栓固定在分析小车底部,两组固定架上下并排设置且二者通过H形连接架连接,位于下方的固定架固定在底架上,真空泵和压裂筒分别装配固定在两组固定架内;

固定在底架上的固定架包括上半圆杆和下半圆杆,上半圆杆至少设有两根,下半圆杆至少设有两根,下半圆杆并排固定在底架上,上半圆杆并排固定在H形连接架的底部,上半圆杆和下半圆杆上下对应设置,上半圆杆的一端与下半圆杆的一端铰接,上半圆杆的另一端与下半圆杆的另一端通过卡扣连接;

位于上方的固定架的下半圆杆并排固定在H形连接架的顶部。

煤心内部气体地面测试装置的测气方法,包括以下步骤:

(1)连接设备,将分叉接头插设在取心筒内,旋紧管螺纹连接在取心筒的上端口处,取心筒内盛装有在地下采集的煤心;

(2)通过操控便携电脑关闭所有阀门,接着依次打开第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀,然后启动真空泵,真空泵将游离气体分析仪和煤内气体分析仪内部的空气抽出,当真空传感器检测到游离气体分析仪和煤内气体分析仪内部均为真空状态并将信息传输给便携电脑时,便携电脑发出指令,关闭第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和真空泵;

(3)依次打开第七控制阀、第六控制阀和第四控制阀,启动注液泵通过进液管向压裂筒内注入压裂液,第一压力传感器实时监测进液管内的压力,通过操控便携电脑改变第六控制阀和第七控制阀的开启量,从而调整出液管内压裂液的压力;

(4)压裂液进入压裂筒后从出液管流出,接着经压裂半圆管注入取心筒内,压裂液驱替取心筒内的游离气体,游离气体向上被引出至进气半圆管内,然后进气半圆管内的气体传感器监测到气体,气体传感器向便携电脑传输信息,之后便携电脑控制第八控制阀打开,游离气体经进气支管进入游离气体分析仪;

(5)当气体传感器监测不到气体时,说明游离气体全部驱替出,依次关闭第七控制阀、第六控制阀、第八控制阀和第四控制阀,并通过操控便携电脑启动游离气体分析仪内的驱动电机和红外分析仪,驱动电机转动带动扇叶转动,甲烷传感器、二氧化碳传感器和氮气传感器对箱体内的游离气体进行分析,最终分析得出箱体内游离气体的甲烷浓度、二氧化碳浓度和氮气浓度,红外分析仪探测分析游离气体内不同气体的波长,从而探测出游离气体的种类,最终甲烷传感器、二氧化碳传感器、氮气传感器和红外分析仪将探测得到结果传输给便携电脑;

(6)游离气体仪分析完毕后,打开第六控制阀、第七控制阀和第五控制阀,继续向取心筒内注入压裂液,当第二压力传感器监测到取心筒内的压力达到设定好的地层压力时,关闭第六控制阀和第七控制阀并停止注入压裂液,煤心内部的气体开始缓慢析出形成气泡缓慢上移,气体传感器监测到气体并反馈至便携电脑,便携电脑发出指令打开第八控制阀,煤内气体经进气支管进入煤内气体分析仪内;

(7)当气体传感器监测不到气体时,说明煤内气体全部析出,依次关闭第八控制阀和第五控制阀,并通过操控便携电脑启动煤内气体分析仪内的驱动电机和红外分析仪,驱动电机转动带动扇叶转动,甲烷传感器、二氧化碳传感器和氮气传感器对箱体内的煤内气体进行分析,最终分析得出箱体内煤内气体的甲烷浓度、二氧化碳浓度和氮气浓度,红外分析仪探测分析煤内气体内不同气体的波长,从而探测出煤内气体的种类,最终甲烷传感器、二氧化碳传感器、氮气传感器和红外分析仪将探测得到结果传输给便携电脑。

采用上述技术方案,本发明具有以下有益效果:

(1)本发明装置可以放到卡车上进行长途运输,短距离移动可以通过抬动把手进行移动车轮,从而移动本装置,此外内部还设有便携电脑和蓄电池,在很偏僻地区可以进行一段时间的作业而不用拉电,外围有供电时可以利用外围电而节省蓄电池内部的电;

(2)游离气体分析仪和煤内气体分析仪对取心筒内的气体分别进行检测,能够分析出游离气体的种类和含量、以及煤内气体的种类和含量;

(3)通过真空泵抽取游离气体分析仪和煤内气体分析仪内部为真空状态,从而为实验气体分析提供真空状态,保证了测试的准确性;

(4)正反转电机带动扇叶正反转动,扇叶转动会使箱体内部的气体进行缓慢流动,有利于分析仪器的探测分析;

(5)本方法详细的说明该装置的使用方法,能够对煤心内部气体进行精确分析;

综上所述,本发明设计合理、能够分别准确测出地层条件小游离气和煤内吸附气等气体的含量,对于预测储量和研究开发方式都具有决定性的意义。

附图说明

图1是本发明的结构示意图;

图2是本发明内部结构示意图;

图3是图2的后侧视图;

图4是分叉接头与取心筒的连接结构示意图;

图5是真空泵与压裂筒的连接结构示意图;

图6是分叉接头的结构示意图;

图7是游离气体分析仪的结构示意图。

具体实施方式

如图1-7所示,本发明的煤心内部气体地面测试装置,包括分析小车1和分叉接头52,分析小车1为箱体结构,分析小车1内部为框架板结构,分析小车1的底部一侧设有两个车轮2,分析小车1底部的另一侧设有两块支撑垫块3,分析小车1的外侧上部设有翻板4和把手53,翻板4的下侧边沿铰接在分析小车1上,分析小车1的顶部敞口,分析小车1的顶部敞口处设有盖板5和开合板6,盖板5通过螺栓连接在分析小车1顶部,开合板6的一侧通过合页7铰接在盖板5上,开合板6的另一侧通过卡扣与翻板4上边沿连接;分析小车1内设有真空泵8、压裂筒9、便携电脑10、蓄电池11、游离气体分析仪12和煤内气体分析仪13,游离气体分析仪12和煤内气体分析仪13均通过螺栓固定在分析小车1的底部,真空泵8和压裂筒9通过易拆卸连接组件14固定在分析小车1底部,蓄电池11放置在煤内气体分析仪13上方,便携电脑10放置在游离气体分析仪12上,便携电脑10位于翻板4的内侧,蓄电池11通过电线与便携电脑10连接;

真空泵8的出气口连接有抽气管15,抽气管15的出气口通过两根抽气支管16分别与游离气体分析仪12和煤内气体分析仪13连接,抽气管15上设有第一控制阀17,连接游离气体分析仪12的抽气支管16上设有第二控制阀18,连接煤内气体分析仪13的抽气支管16上设有第三控制阀19;

分析小车1的一侧并排设有出液管20和进气管21,进气管21的出气口通过两根进气支管22分别与游离气体分析仪12和煤内气体分析仪13连接,连接游离气体分析仪12的进气支管22上设有第四控制阀23,连接煤内气体分析仪13的进气支管22上设有第五控制阀24,出液管20的进液口连接在压裂筒9上,出液管20上设有第六控制阀25和第一压力传感器,压裂筒9上还连接有进液管26,进液管26连接有注液泵,进液管26上设有第七控制阀27,出液管20的出液口和进气管21的进气口与分叉接头52连接;

分叉接头52包括进气半圆管29和压裂半圆管30,压裂半圆管30长度大于进气半圆管29的长度,进气半圆管29的出气口与压裂半圆管30的进液口齐平,出液管20的出液口与压裂半圆管30的进液口连接,进气管21的进气口与进气半圆管29的出气口连接,进气半圆管29和压裂半圆管30外部套设有旋紧管31,旋紧管31的一侧设有外螺纹,进气半圆管29的进气口出设有第二压力传感器32和气体传感器33,进气半圆管29上设有第八控制阀34,旋紧管31外侧设有压力表35,第二压力传感器通过数据线与压力表35连接;

便携电脑10通过数据线与第一控制阀17、第二控制阀18、第三控制阀19、第四控制阀23、第五控制阀24、第六控制阀25、第七控制阀27、第八控制阀34、游离气体分析仪12、煤内气体分析仪13、第一压力传感器、第二压力传感器32、气体传感器33和真空泵8连接。

游离气体分析仪12和煤内气体分析仪13的结构相同;游离气体分析仪12包括密闭的箱体36,箱体36内固定设有正反转电机37和红外分析仪38,正反转电机37的主轴上设有扇叶39,箱体36的底部还设有甲烷传感器40、二氧化碳传感器42、氮气传感器41和真空传感器,箱体36上设抽气接头44和进气接头45,抽气接头44与抽气支管16连接,进气接头45与进气支管22连接,红外分析仪38、正反转电机37、真空传感器、甲烷传感器40、二氧化碳传感器42和氮气传感器41分别通过数据线与便携电脑10连接。

易拆卸连接组件14包括底架46以及两组固定架47,底架46通过螺栓固定在分析小车1底部,两组固定架47上下并排设置且二者通过H形连接架48连接,位于下方的固定架47固定在底架46上,真空泵8和压裂筒9分别装配固定在两组固定架47内;

固定在底架46上的固定架47包括上半圆杆49和下半圆杆50,上半圆杆49至少设有两根,下半圆杆50至少设有两根,下半圆杆50并排固定在底架46的底部,上半圆杆49并排固定在H形连接架48上,上半圆杆49和下半圆杆50上下对应设置,上半圆杆49的一端与下半圆杆50的一端铰接,上半圆杆49的另一端与下半圆杆50的另一端通过卡扣连接;

位于上方的固定架47的下半圆杆50并排固定在H形连接架48的顶部。

煤心内部气体地面测试装置的测气方法,包括以下步骤:

(1)连接设备,将分叉接头52插设在取心筒51内,旋紧管31螺纹连接在取心筒51的上端口处,取心筒51内盛装有在地下采集的煤心;

(2)通过操控便携电脑10关闭所有阀门,接着依次打开第一控制阀17、第二控制阀18和第三控制阀19,然后启动真空泵8,真空泵8将游离气体分析仪12和煤内气体分析仪13内部的空气抽出,当真空传感器检测到游离气体分析仪12和煤内气体分析仪13内部均为真空状态并将信息传输给便携电脑10时,便携电脑10发出指令,关闭第一控制阀17、第二控制阀18、第三控制阀19和真空泵8;

(3)依次打开第七控制阀27、第六控制阀25和第四控制阀23,启动注液泵通过进液管26向压裂筒9内注入压裂液,第一压力传感器实时监测进液管26内的压力,通过操控便携电脑10改变第六控制阀25和第七控制阀27的开启量,从而调整出液管20内压裂液的压力;

(4)压裂液进入压裂筒9后从出液管20流出,接着经压裂半圆管30注入取心筒51内,压裂液驱替取心筒51内的游离气体,游离气体向上被引出至进气半圆管29内,然后进气半圆管29内的气体传感器33监测到气体,气体传感器33向便携电脑10传输信息,之后便携电脑10控制第八控制阀34打开,游离气体经进气支管22进入游离气体分析仪12;

(5)当气体传感器33监测不到气体时,说明游离气体全部驱替出,依次关闭第七控制阀27、第六控制阀25、第八控制阀34和第四控制阀23,并通过操控便携电脑10启动游离气体分析仪12内的正反转电机37和红外分析仪38,正反转电机37转动带动扇叶39转动,甲烷传感器40、二氧化碳传感器42和氮气传感器41对箱体36内的游离气体进行分析,最终分析得出箱体36内游离气体的甲烷浓度、二氧化碳浓度和氮气浓度,红外分析仪38探测分析游离气体内不同气体的波长,从而探测出游离气体的种类,最终甲烷传感器40、二氧化碳传感器42、氮气传感器41和红外分析仪38将探测得到结果传输给便携电脑10;

(6)游离气体仪分析完毕后,打开第六控制阀25、第七控制阀27和第五控制阀24,继续向取心筒51内注入压裂液,当第二压力传感器32监测到取心筒51内的压力达到设定好的地层压力时,关闭第六控制阀25和第七控制阀27并停止注入压裂液,煤心内部的气体开始缓慢析出形成气泡缓慢上移,气体传感器33监测到气体并反馈至便携电脑10,便携电脑10发出指令打开第八控制阀34,煤内气体经进气支管22进入煤内气体分析仪13内;

(7)当气体传感器33监测不到气体时,说明煤内气体全部析出,依次关闭第八控制阀34和第五控制阀24,并通过操控便携电脑10启动煤内气体分析仪13内的正反转电机37和红外分析仪38,正反转电机37转动带动扇叶39转动,甲烷传感器40、二氧化碳传感器42和氮气传感器41对箱体36内的煤内气体进行分析,最终分析得出箱体36内煤内气体的甲烷浓度、二氧化碳浓度和氮气浓度,红外分析仪38探测分析煤内气体内不同气体的波长,从而探测出煤内气体的种类,最终甲烷传感器40、二氧化碳传感器42、氮气传感器41和红外分析仪38将探测得到结果传输给便携电脑10。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。

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