一种煤层气和页岩气含量解吸测量装置及方法与流程

本发明涉及煤层气和页岩气的勘探开发技术领域，特别是涉及一种煤层气和页岩气含量解吸测量装置及方法。

背景技术：

煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。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，是连续生成的生物化学成因气、热成因气或二者的混合，可以游离态存在于天然裂缝和孔隙中，也有以吸附态存在于干酪根、黏土颗粒表面，还有极少量以溶解状态储存于干酪根和沥青质中，游离气比例一般在20％～85％。

煤层气和页岩气勘探开发过程中需要计算其地质储量，而煤层气和页岩气有大量的吸附气，要计算地质储量就必须通过钻井取样，利用特殊的解吸装置测量煤岩或页岩的吸附气量，从而得到煤层或页岩的地质储量。

目前，在国际上已有煤层气和页岩气含量测定的装置和方法，但都存在不足，国家标准给出的方法是首先在解吸罐中自然解吸，然后从解吸罐中取出放到研磨罐中进行研磨粉碎，接下来再放入解吸罐中解吸，由于受设备的限制和方法的影响，煤岩(或页岩)需要反复倒罐，这样的过程会造成大量甲烷气体的损失，使测量结果与实际含气量之间存在很大的误差。

因此，如何改变现有技术中的缺陷，消除煤层气和页岩气含量测定过程中因反复倒罐而造成的测量结果误差大的现状，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种煤层气和页岩气含量解吸测量装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高煤层气和页岩气含量测定精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种煤层气和页岩气含量解吸测量装置，包括自粉碎解吸罐、双向旋转电机、计量罐、参考罐、取样罐、真空泵、电加热浴槽和冷却槽，所述自粉碎解吸罐与所述双向旋转电机可拆装相连，所述自粉碎解吸罐与所述双向旋转电机传动相连时，所述双向旋转电机能够带动所述自粉碎解吸罐双向转动；所述自粉碎解吸罐与所述计量罐相连通，所述自粉碎解吸罐与所述计量罐之间设置电子流量计，所述计量罐分别与所述参考罐、所述取样罐和所述真空泵相连通，所述计量罐与所述参考罐之间设置电子差压计，所述计量罐还连接有排空管，所述排空管与外界空气相连通，所述取样罐位于所述计量罐和所述排空管之间，所述自粉碎解吸罐、所述计量罐、所述参考罐、所述取样罐、所述真空泵之间均设置开关，所述自粉碎解吸罐、所述计量罐、所述参考罐和所述取样罐均设置阀门；所述电加热浴槽能够对所述自粉碎解吸罐加热，所述冷却槽能够对所述计量罐和所述参考罐进行冷却；所述自粉碎解吸罐的内壁上具有瘤状突起。

优选地，所述双向旋转电机连接有固定盘，所述双向旋转电机与所述固定盘传动相连，所述自粉碎解吸罐能够与所述固定盘相连。

优选地，所述自粉碎解吸罐的底部具有固定孔，所述自粉碎解吸罐通过所述固定孔能够与所述固定盘插接相连。

优选地，所述瘤状突起的数量为多个，多个所述瘤状突起周向错列均布。

优选地，所述自粉碎解吸罐由不锈钢材质制成，所述自粉碎解吸罐的壁厚为10mm；所述瘤状突起的高度为20mm，相邻两个所述瘤状突起之间的间距为100mm。

优选地，所述自粉碎解吸罐内的底部设置十字形的突出棱状物，所述突出棱状物的高度为20mm。

优选地，所述自粉碎解吸罐的内部设置出气管，所述出气管的顶部与所述自粉碎解吸罐的出口相连通，所述出气管的长度为3cm，所述出气管的内径为5mm，所述出气管的底部封堵，所述出气管的侧壁上设置四个直径为1mm的出气孔，呈错列状排列，所述出气管的外部罩有不锈钢防护罩，所述不锈钢防护罩上设置通气孔。

本发明还提供一种煤层气和页岩气含量解吸测量方法，包括如下步骤：

步骤一、密封性监测

关闭排空管，开启真空泵，设定在-0.8mpa，待真空泵自动停止后，关闭真空泵与计量罐、取样罐、参考罐之间的开关，观察装置的压力变化，如果装置压力没有变化，说明装置密封性良好，测量能够继续进行；如果压力升高，将装置放入水中找出漏气部位，对漏气部位加固密封后继续进行密封性监测；

步骤二、样品准备

在钻井现场，从取芯筒取出煤样或页岩样后，清理样品上的污泥，放入自粉碎解吸罐中密封；

步骤三、自然解吸

计算钻井钻开煤层或页岩层到样品装入自粉碎解吸罐的时间，并以这个时间作为解吸计量的时间间隔；

步骤四、抽气及计量

关闭自粉碎解吸罐与计量罐之间的开关，同时关闭排空管与外界空气之间的开关，打开计量罐、参考罐和取样罐的阀门，开启真空泵，设定压力为-0.8mpa，待压力稳定在-0.8mpa后，关闭计量罐与取样罐、计量罐与真空泵、参考罐与真空泵之间的开关，并关闭取样罐的阀门；

打开自粉碎解吸罐与计量罐之间的开关和自粉碎解吸罐的阀门，靠自粉碎解吸罐与计量罐之间的压差，抽汲自粉碎解吸罐中的甲烷气体到计量罐中，记录电子流量计的瞬时流量和累积流量，同时记录电子差压计的数值，直至电子流量计和电子差压计的数据不再变化，关闭自粉碎解吸罐与计量罐之间的开关和自粉碎解吸罐的阀门，根据电子差压计的数据可以知道计量罐中的压力变化，进而计算出气体体积；

计量结束后取样分析，打开取样罐的阀门和计量罐与取样罐之间的开关，在压差作用下，会有一部分气体进入取样罐中，压力平衡后，关闭取样罐与计量罐之间的开关，关闭取样罐的阀门，通过气相色谱仪分析气体的组分；

到下次间隔时间后，重复上述操作，通过反复的操作直至无气体解吸，然后将间隔时间加倍，间隔时间加倍后，有气体解吸，继续重复上述操作，直至无气体解吸，再加倍时间间隔，无气体解吸后，再加倍时间间隔仍无气体解吸，则结束自然解析阶段的解吸和计量；

步骤五、样品粉碎

将自粉碎解吸罐的阀门关闭，断开自粉碎解吸罐与计量罐之间的连接，令自粉碎解吸罐与双向旋转电机传动相连，双向旋转电机带动自粉碎解吸罐反复双向转动，通过自粉碎解吸罐上的瘤状突起将样品粉碎；

步骤六、再次解吸

令自粉碎解吸罐与计量罐相连，重复步骤四的操作，直至无气体解吸；

步骤七、加热解吸

将自粉碎解吸罐置于电加热浴槽中，加热到80℃，重复步骤四的操作，直至无气体解吸，解吸结束。

优选地，在步骤二中，样品的体积不能超过自粉碎解吸罐内容积的70％。

优选地，在步骤七中，为了避免计量罐抽取的气体温度高，造成计量罐与参考罐因温度差而影响电子差压计的精度，这时要把两个罐体都放置在冷却槽中，平衡二者的温度，消除温度差的影响。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的煤层气和页岩气含量解吸测量装置，包括自粉碎解吸罐、双向旋转电机、计量罐、参考罐、取样罐、真空泵、电加热浴槽和冷却槽，采用本发明的煤层气和页岩气含量解吸测量方法对煤层气和页岩气含量进行解吸测量，能够实现煤层气和页岩气的高效、连续解吸，消除解吸测量过程中的气体损失，提高了解吸效率和气体的计量精度，能够准确得到煤层气和页岩气的含量参数，为煤层气和页岩气的勘探开发提供准确的基础参数。

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为本发明的煤层气和页岩气含量解吸测量装置的结构示意图；

图2为本发明的煤层气和页岩气含量解吸测量装置的自粉碎解吸罐的剖切结构示意图；

其中，1为自粉碎解吸罐，2为双向旋转电机，3为固定盘，4为计量罐，5为参考罐，6为取样罐，7为真空泵，8为电加热浴槽，9为冷却槽，10为排空管，11为电子流量计，12为电子差压计，13为电子压力计，14为瘤状突起，15为突出棱状物，16为出气管。

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煤层气和页岩气含量解吸测量装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高煤层气和页岩气含量测定精度。

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。

请参考图1-2，其中，图1为本发明的煤层气和页岩气含量解吸测量装置的结构示意图，图2为本发明的煤层气和页岩气含量解吸测量装置的自粉碎解吸罐的剖切结构示意图。

本发明提供一种煤层气和页岩气含量解吸测量装置，包括自粉碎解吸罐1、双向旋转电机2、计量罐4、参考罐5、取样罐6、真空泵7、电加热浴槽8和冷却槽9，自粉碎解吸罐1与双向旋转电机2可拆装相连，自粉碎解吸罐1与双向旋转电机2传动相连时，双向旋转电机2能够带动自粉碎解吸罐1双向转动；自粉碎解吸罐1与计量罐4相连通，自粉碎解吸罐1与计量罐4之间设置电子流量计11，计量罐4分别与参考罐5、取样罐6和真空泵7相连通，计量罐4与参考罐5之间设置电子差压计12，计量罐4还连接有排空管10，排空管10与外界空气相连通，取样罐位于计量罐4和排空管10之间，自粉碎解吸罐1、计量罐4、参考罐5、取样罐6、真空泵7之间均设置开关，自粉碎解吸罐1、计量罐4、参考罐5和取样罐6均设置阀门；电加热浴槽8能够对自粉碎解吸罐1加热，冷却槽9能够对自粉碎解吸罐1进行冷却；自粉碎解吸罐1的内壁上具有瘤状突起14。

利用本发明的煤层气和页岩气含量解吸测量装置对煤层气和页岩气含量进行解吸测量，能够实现煤层气和页岩气的高效、连续解吸，消除解吸测量过程中的气体损失，提高了解吸效率和气体的计量精度，能够准确得到煤层气和页岩气的含量参数，为煤层气和页岩气的勘探开发提供准确的基础参数。

其中，双向旋转电机2连接有固定盘3，双向旋转电机2与固定盘3传动相连，自粉碎解吸罐1能够与固定盘3相连，双向旋转电机2通过固定盘3带动自粉碎解吸罐1双向旋转。

具体地，自粉碎解吸罐1的底部具有固定孔，自粉碎解吸罐1通过固定孔能够与固定盘3插接相连，固定孔设置在自粉碎解吸罐1的底部，且固定孔周向均布。

更具体地，瘤状突起14的数量为多个，多个瘤状突起14周向错列均布，为了提高自粉碎解吸罐的粉碎均匀度，瘤状突起14周向均布，且瘤状突起14于轴向上错开排列。

在本具体实施方式中，自粉碎解吸罐1由高强度不锈钢材质制成，自粉碎解吸罐1的壁厚为10mm；瘤状突起14的高度为20mm，相邻两个瘤状突起14之间的间距为100mm。

进一步地，自粉碎解吸罐1内的底部设置十字形的突出棱状物15，突出棱状物15同样能够粉碎样品，提高粉碎均匀度，突出棱状物15的高度为20mm。

更进一步地，自粉碎解吸罐1的顶部内壁上设置出气管16，出气管16的顶部与自粉碎解吸罐1的出口相连通，出气管16的长度为3cm，出气管16的内径为5mm，出气管16的底部封堵，出气管16的侧壁上设置四个直径为1mm的出气孔，呈错列状排列，出气管16的外部罩有不锈钢防护罩，不锈钢防护罩上设置通气孔，设置出气管16能够有效防止自粉碎解吸罐1堵塞。

本发明还提供一种煤层气和页岩气含量解吸测量方法，包括如下步骤：

步骤一、密封性监测

关闭排空管10，开启真空泵7，设定在-0.8mpa，待真空泵7自动停止后，关闭真空泵7与计量罐4、取样罐6、参考罐5之间的开关，观察装置的压力变化，如果装置压力没有变化，说明装置密封性良好，测量能够继续进行；如果压力升高，将装置放入水中找出漏气部位，对漏气部位加固密封后继续进行密封性监测。装置的压力是否变化，通过电子压力计13监测，在本具体实施方式中，在计量罐4处连接有电子压力计13，便于监测压力是否变化；电子压力计13、电子差压计12和电子流量计11不能没入水中检测是否漏气，可在其连接处涂上肥皂水检测密封性，如有漏气，对漏气部位进行加固密封。

步骤二、样品准备

在钻井现场，从取芯筒取出煤样或页岩样后，清理样品上的污泥，放入自粉碎解吸罐1中密封；需注意，清理污泥时，不能用水冲洗，只能刮去泥浆，用纸吸干煤样或页岩样上的水。

步骤三、自然解吸

计算钻井钻开煤层或页岩层到样品装入自粉碎解吸罐1的时间，并以这个时间作为解吸计量的时间间隔；

步骤四、抽气及计量

关闭自粉碎解吸罐1与计量罐4之间的开关，同时关闭排空管10与外界空气之间的开关，打开计量罐4、参考罐5和取样罐6的阀门，开启真空泵7，设定压力为-0.8mpa，待压力稳定在-0.8mpa后，关闭计量罐4与取样罐6、计量罐4与真空泵7、参考罐5与真空泵7之间的开关，并关闭取样罐6的阀门；

打开自粉碎解吸罐1与计量罐4之间的开关和自粉碎解吸罐1的阀门，靠自粉碎解吸罐1与计量罐4之间的压差，抽汲自粉碎解吸罐1中的甲烷气体到计量罐4中，记录电子流量计11的瞬时流量和累积流量，同时记录电子差压计12的数值，直至电子流量计11和电子差压计12的数据不再变化，关闭自粉碎解吸罐1与计量罐4之间的开关和自粉碎解吸罐1的阀门，根据电子差压计12的数据可以知道计量罐4中的压力变化，进而计算出气体体积；

计量结束后取样分析，打开取样罐6的阀门和计量罐4与取样罐6之间的开关，在压差作用下，会有一部分气体进入取样罐6中，压力平衡后，关闭取样罐6与计量罐4之间的开关，关闭取样罐6的阀门，通过气相色谱仪分析气体的组分；

到下次间隔时间后，重复上述操作，通过反复的操作直至无气体解吸，然后将间隔时间加倍，间隔时间加倍后，有气体解吸，继续重复上述操作，直至无气体解吸，再加倍时间间隔，无气体解吸后，再加倍时间间隔仍无气体解吸，则结束自然解析阶段的解吸和计量；

步骤五、样品粉碎

将自粉碎解吸罐1的阀门关闭，断开自粉碎解吸罐1与计量罐4之间的连接，令自粉碎解吸罐1与双向旋转电机2传动相连，双向旋转电机2带动自粉碎解吸罐1反复双向转动，通过自粉碎解吸罐1内的瘤状突起14和突出棱状物15将样品粉碎；

步骤六、再次解吸

令自粉碎解吸罐1与计量罐4相连，重复步骤四的操作，直至无气体解吸；

步骤七、加热解吸

将自粉碎解吸罐1置于电加热浴槽8中，加热到80℃，重复步骤四的操作，直至无气体解吸，解吸结束。

在步骤二中，样品的体积不能超过自粉碎解吸罐1内容积的70％，且样品不能压实，避免影响测试结果。

在步骤七中，为了避免计量罐4抽取的气体温度高，造成计量罐4与参考罐5因温度差而影响电子差压计12的精度，这时要把计量罐4和参考罐5都放置在冷却槽9中，平衡二者的温度，消除温度差的影响。

本发明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。