岩石残余含气量测试装置及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及油气勘探与开发技术领域，具体涉及岩石残余含气量测试装置及其测试方法。
【背景技术】
[0002]页岩气按其赋存状态主要包括游离气、吸附气、溶解气。游离气是指以游离状态赋存于孔隙和微裂缝中的天然气。吸附气是指吸附于有机质和粘土矿物表面的天然气。溶解气是少量溶解于干酪根、浙青质、残留水以及液态原油中的气体，一般溶解气仅少量存在，因此目前主要研究的是吸附气和游离气。页岩气含气量是指每吨岩石中所含天然气折算到标准温度和压力条件下(101.325kPa，25°C )的天然气总量。
[0003]现有实验技术无法准确区分游离气、吸附气和溶解气，一般按实验过程来对页岩气进行分类区分。对页岩含气量进行分析的实验技术方法有直接测试法、解吸测试法、等温吸附模拟法等。其中，解吸测试法是页岩含气量测量最普遍采用的实验方法。但目前国内外尚没有专门的方法技术行业标准，主要还是参照煤层气行业中提出的测量方法，再结合页岩的特性对实验方法及参数做修改后应用于页岩含气量测试。同时，相应的测试仪器也是各研究单位自己研制，成熟的市场化的仪器基本没有。Designat1n:D7569-10规定了煤层气解吸法测定的相关分析装置及实验的要求，国内煤层气的解吸参照原煤炭工业部1994年颁布实施的《煤层气测定方法(解吸法)》(MT/T77-94)以及2004年国家标准委员会颁布实施的《煤层气含量测定方法》(GB/T19559-2004)，其核心都是参照美国矿务局(USBM)提出的直接解吸法，这些都是页岩气含气量仪器制造和分析测定重要的参考。
[0004]页岩含气量直接解吸法包括二个实验部分，一是对页岩进行现场解吸实验获取其解吸气量，通过页岩解吸气量与解吸时间的关系恢复其损失气量；再是对页岩解吸实验结束后的岩芯进行破碎分析其残余含气量，由页岩解吸气量、页岩残余气量与页岩损失气量之和来最终确定页岩含气量。
[0005]目前市场上尚没有对页岩残余含气量进行分析的设备。有一些公司根据页岩气勘探开发的需要正在研制各自的设备，有些公司使用了煤层气含气量的测试设备。这些设备工作原理基本相同，都是将岩芯样品粗碎后放入密封罐中，一般在密封罐内放有实心球或实心柱，在电机驱动振动平台下进行碰撞粉碎样品，密封罐上有放气口，一段时间后将释放出的气体由软管导入计量管中从而获取页岩残余含气量。这些设备存在以下问题:其中一些设备原本是用于煤层气测试，无法满足大颗粒岩石破碎的需求；另有一些设备在测试时样品容量有限，造成样品分析代表性差，样品不能准确反应页岩残余含气量；还有一些只测试页岩残余含气量而不能为分析残余气详细组分提供合适样品及体积参数；还有一些设备则是因密封碎样罐在实验过程中容易漏气而造成测试数据不可靠。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种能克服以上现有测试设备存在的缺陷，能较准确地测试出页岩残余含气量并能较好地分析残余气体组分的页岩残余含气量测试装置。
[0007]针对该技术问题，本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的页岩残余含气量测试装置，一种岩石残余含气量测试装置，包括岩石破碎密封脱气组件和气体计量收集组件，岩石破碎密封脱气组件与气体计量收集组件密封连接。
[0008]与现有技术相比，岩石破碎密封脱气组件能使岩石的残余气体与岩石脱离，通进入气体计量组件内进行较精确的计量，由于两者都密封，测试数据比较可靠。
[0009]在一个实施例中，岩石破碎密封脱气组件包括驱动机构、碎样密封罐、振动平台和密封机构，所述驱动机构与振动平台连接，破碎密封罐设在振动平台上，密封机构与破碎密封罐连接以在破碎过程对破碎密封罐起固定和密封作用。破碎密封罐起到破碎和存储残余气体的作用，密封机构能够保证在破碎密封罐破碎过程中具有较好的气密性。
[0010]在一个实施例中，所述驱动机构包括电机、电机控制单元和基座，电机控制单元与电机电连接，电机安装在基座上，所述电机与振动平台底面连接有若干根振动支架，所述电机的输出轴与振动平台通过安装有偏心块的过桥轴连接。驱动机构能使振动平台带着破碎密封罐做往复振动，在振动过程中破碎密封罐内的样品破碎成粉末，岩石内的残余气体脱离岩石后密封存储在破碎密封罐内。
[0011]在一个优选的实施例中，所述振动平台上设有用于安放碎样密封罐的凹槽。凹槽的大小一般大于或等于碎样密封罐的底部，方便对碎样密封罐进行定位。
[0012]在一个优选的实施例中，所述振动平台上连接有固定支架，密封机构包括用于压紧碎样密封罐的罐盖的压杆，压杆设在固定支架的横梁上且能相对横梁上下移动。压杆相对横梁上下移动从而压紧或松开破碎密封罐。
[0013]在一个实施例中，气体计量收集组件通过主管与压紧碎样密封罐连通，主管通过控制阀连接有两根分管；所述气体计量收集组件包括小体积计量管、大体积计量管和气体收集器，两根分管均通过控制阀分为两条支路，其中一根分管的一条支路连接小体积计量管，小体积计量管管路连接有第一液位瓶，另一条支路连接气体收集器；另一根分管的一条支路连接大体积计量管，大体积计量管连接第二液位瓶，另一条支路连接气体收集器。小体积计量管计量精确度高，大体积计量管能对较大体积的气体进行计量，气体收集器能对小体积计量管和大体积计量管内的气体进行收集。
[0014]在一个优选的实施例中，所述气体计量收集组件还包括用于测试环境参数的温度计和气压计。能直接测得环境温度和气压的具体参数。方便用于计算在同等温度和气压下的残余含气量，使得测试结果更准确。
[0015]在一个实施例中，碎样密封罐的罐盖包括罐盖上部和罐盖下部，罐盖上部的外径等于或大于碎样密封罐罐体的外径，罐盖下部的外径小于或等于碎样密封罐罐体的内径，罐盖下部上设有用于用于安装密封件的凹槽。罐盖的结构和凹槽内的密封件能使碎样密封罐处于密封的状态，气体不易泄漏。
[0016]在一个实施例中，所述罐盖上设有隔垫密封气口和锥形密封气口。方便在破碎之前通过两个气口去除碎样密封罐内的空气，而且两个气口中锥形密封气口还作为与气体收集器的连接接口，隔垫密封气口还可用作采样口和注水口。
[0017]在一个实施例中，破碎密封罐内设有碰撞环,碰撞环内设有碰撞实心柱，岩石样品位于碰撞环与罐体、碰撞环与碰撞实心柱之间。
[0018]本发明所要解决的另一个技术问题是，提供一种能准确测量岩石残余含气量的岩石残余含气量测试方法。
[0019]针对该技术问题，提供的技术解决方案是，提供一种岩石残余含气量测试方法，其采用本发明的岩石残余含气量测试装置，并包括以下步骤:
[0020]I)将破碎密封罐放在振动平台上，并采用密封机构的压杆将破碎密封罐压紧固定;
[0021]2)通过电机控制单元启动电机并设置破碎时间，电机驱动振动平台做往复振动运动，岩石样品在破碎密封罐内进行破碎；
[0022]3)破碎结束后，松开密封机构的额压杆，对破碎密封罐内的气体的体积进行测量和对气体成分进行测试。
[0023]作为本发明的测试方法的一种优选，在对破碎密封罐内的气体体积进行测量时，包括以下步骤:
[0024]I)将总管连接到破碎密封罐的锥形密封气口 ；移动第一液位瓶和第二液位瓶并调整至计量管零点后，调节第一控制阀和第二控制阀使气体流向小体积计量管，第三控制阀使大体积计量管通向阀I，在低位挂放好液位瓶；
[0025]II)打开碎样罐锥形密封气口，罐内气体将流向小体积计量管,达到测试要求时间后移动小体积液位瓶，使其液体液位与小体积计量管中的液体液位处于同一水平上，准确记录计算气体体积，该体积为岩石残余含气量；
[0026]III)测试完成后调整控制阀阀I使密封罐与小体积计量管不通，而与大体积计量管相通，通过密封罐罐盖