页岩含气量测试装置及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于油气勘探与开发技术领域，具体涉及一种页岩含气量测试装置。
【背景技术】
[0002]页岩含气量分析的实验技术方法主要有直接测试法、解吸测试法、等温吸附模拟法。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由各研究单位根据需要研制，没有成熟的市场化的仪器。
[0003]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]现有页岩含气量解吸法包括两个部分: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；二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。根据现有标准和方法，页岩含气量解吸法测试周期较长，页岩进行现场解吸实验至少需要8小时，因此，要想了解页岩的含气量情况必须等待至少8小时以上。
[0005]在勘探实践过程中，勘探决策者希望在页岩气勘探现场，当岩芯出井后立刻就能了解岩芯中页岩气含量情况，并根据岩芯含气量大小做出进一步的现场勘探决策。另外，对于密闭取芯岩石样品，由于不存在损失气，没有必要做费时费力的直接解吸法实验和残余气解吸实验。这就需要研制开发一种页岩含气量测试装置，在尽可能短的时间内比较准确地为勘探者提供页岩含气量的数据。
[0006]目前市场上还没有应用于页岩含气量的测试设备装置或仪器，有多家石油公司根据页岩气勘探开发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。煤层气含气量的测试设备包括页岩气现场解吸仪和页岩残余气测试仪。工作原理是，先取定量的整段岩芯样品放入页岩气现场解吸仪的解吸罐中，在储层温度下进行解吸实验，并按实验要求及时记录解吸时间与对应的解吸量。解吸实验结束后再取若干解吸后的岩芯样品进行粗碎，然后再将粗碎好的颗粒岩石样品放入页岩残余含气量测试仪的密封罐中进行粉碎。密封罐上有个放气口，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气含量。
[0007]现有技术存在的缺点是:现有设备都不能满足快速获取页岩含气量的需要。进行页岩气现场解吸测试的装置虽然采用整段岩芯样品，但由于在解吸过程中不破坏岩芯，因此解吸周期长，不能满足现场快速检测需求。而进行页岩残余气测试的装置必须先对岩芯样品进行粗碎后再放入碎样密封罐中进行粉碎脱气，在对岩芯进行粗碎的过程中必然会使岩芯中的大量气体逸散，这就会使页岩气含量的实际测试结果不准确。因此，现有技术装置不能满足页岩气勘探开发现场需要快速和准确的测试需求。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种在勘探现场或实验室能对整块岩心或岩石样品进行密封粉碎脱气从而快速与准确获取样品含气量的页岩含气量测试装置。
[0009]针对以上技术问题，本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的页岩含气量测试装置，包括:
[0010]固定底座，
[0011]驱动机构，连接在固定底座上；
[0012]密封碎样筒，其筒体与固定底座连接，且内设有与驱动机构连接的搅拌轴，搅拌轴在驱动机构的驱动下转动；
[0013]破碎组合刀具，连接在密封碎样筒的搅拌轴上，配合用于对样品进行粗碎和细碎；和
[0014]密封盖，密封盖设在破碎组合刀具上方的密封碎样筒筒口，密封盖与密封碎样筒密封连接。
[0015]与现有技术相比，本发明的页岩含气量测试装置具有以下优点:在驱动机构带动搅拌轴转动，搅拌轴带动破碎组合刀具转动对样品进行多次破碎，使得样品中的气体释放出来。由于是对整块岩心样品或岩石样品直接进行密封破碎脱气，不仅能较快速地得到样品的含气量，而且能最大限度地降低样品的气体损失，使得测试结果比较精确。
[0016]在一个实施例中，所述破碎组合刀具包括搅拌套、粗碎刀、细碎刀和搅拌刀，搅拌套连接在搅拌轴上，粗碎刀、设在搅拌套上，细碎刀设在粗碎刀下方，搅拌刀设在细碎刀下方，位于密封碎样筒的底部。粗碎刀先对样品进行粗碎，粗碎后的岩石颗粒掉落到密封碎样筒的底部被搅拌刀搅拌扬起碰撞到细碎刀，搅拌刀和细碎刀配合对岩石颗粒进行多次破碎。
[0017]在一个优选的实施例中，所述粗碎刀、细碎刀及搅拌刀均焊接在搅拌套上成一整体。保证破碎组合刀具的强度，以及确保破碎效果。
[0018]在一个优选的实施例中，搅拌套包括设有若干通孔的圆盘，圆盘位在搅拌套的顶端上，若干把粗碎刀均匀分布安装在圆盘上。搅拌过程中直径较小的岩石颗粒从通孔掉落。
[0019]在一个实施例中，所述密封碎样筒连接有机械密封组件。连接有机械密封组件保证传动轴高速转动过程中气体不会从碎样筒底部泄露。
[0020]在一个优选的实施例中，所述密封盖位于密封碎样筒内的端面上设有端面刀。端面刀起到辅助破碎作用。
[0021 ] 在一个优选的实施例中，所述密封盖上连接有压进机构。所述压紧机构压着密封盖向密封碎样筒内移动，从而使得使得样品始终与破碎组合刀具接触。
[0022]在进一步优选的实施例中，所述压进机构包括固定支架和连接在固定支架上的丝杆与弹簧组件，所述丝杆与弹簧组件中的丝杆的一端连接在固定支架上，另一端抵在弹簧上，弹簧抵在密封盖上端的凹槽内。通过丝杆与弹簧组件推动密封盖向密封碎样筒内移动移动。
[0023]在一个实施例中，所述固定支架包括分别连接在固定底座两侧上的两固定杆和连接两固定杆的固定杆横梁，所述丝杆连接在固定杆横梁上。
[0024]在一个优选的实施例中，所述密封盖上设有两个密封气口。所述两个密封气口用于后续的取样和测试工序。
[0025]在一个实施例中，所述驱动机构包括电机和联轴器，电机的输出轴经联轴器与搅拌轴密封连接。搅拌轴在转动过程中密封，气体不容易泄漏，保证测试结果准确。
[0026]本发明所要解决的另一个技术问题是，提供一种能快速、准确测试整块岩心或岩石样品的含气量的页岩含气量测试方法。
[0027]针对该技术问题提供的技术解决方案是，提供一种页岩含气量测试方法，其采用本发明的页岩含气量测试装置，并包括以下步骤:
[0028]取整块岩心样品或岩石样品放入密封碎样筒内，盖好密封盖；
[0029]启动驱动机构中的电机，电机带动破碎组合刀具转动对岩心样品或岩石样品进行破碎；
[0030]破碎完成后，等待粉尘沉淀后，取样进行测试。
[0031]通过将整块岩心样品或岩石样品放入密封碎样筒内进行破碎脱气，能快速得到样品的含气量，而且粗碎和细碎均在一个密封碎样筒内完成，能最大限度地减少气体损失，从而保证测试结果更精确。
[0032]在优选的实施例中，在破碎过程中，通过压进机构使岩心样品或岩石样品始终与破碎组合刀具接触。提高破碎效率。
[0033]经粗碎刀粗碎后的颗粒样品从固定在搅拌套顶端的圆盘的通孔掉下，经搅拌刀搅拌扬起碰撞到细碎刀进行进一步破碎。在经过多次破碎后，能将样品快速粉碎到100目以上，使得样品中的气体最大限度地散发出，提高测试结果的准确性。
【附图说明】
[0034]图1所示是本发明的页岩含气量测试装置的整体结构示意图。
[0035]图2所示是图1中横向放置后的剖视结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0037]如图1所示为本发明的页岩含气量测试装置的一种具体实施例。在该实施例中，该测试装置包括固定座218、电机102、联轴器219、中间套105、和密封碎样筒110，其中固定座218固定在仪器支架101上，用于固定电机102和碎样筒支撑座104，电机102的输出轴承通过联轴器219和密封碎样筒110内的搅拌轴225连接，搅拌轴225在电机102的驱动下转动；密封碎样筒110，其筒体与固定底座中的碎样筒支撑座104连接。中间套105的一端用于固定碎样筒支承座104,中间套105的另一端与固定座218配合并经紧固螺栓106连接。该测试装置还包括破碎组合刀具和密封盖200，破碎组合刀具连接在密封碎样筒110的搅拌轴225上，配合用于对岩石样品243进行粗碎和细碎；密封盖200设在破碎组合刀具上方的密封碎样筒110的筒口，密封盖200与密封碎样筒110密封连接。在密封碎样筒110上设有冷却水通道，密封碎样筒110的外部设有包括冷却水接口 211和254的冷却水循环系统，用于在碎样过程中冷却降温。
[0038]所述密封盖200上连接有压进机构。所述压进机构包括固定支架和连接在固定支架上的丝杆与弹簧组件。固定座218两边安装有两根对称的固定杆217，横梁248通过螺母分别与两根固定杆217的上端连接成固定支架。密封盖200有两个气口，一个是隔垫密封抽气栓口 242，另一个是锥形阀气口 258。密封盖200的上端面上有一个圆形凹槽，横梁248连接丝杆247的一端，丝杆247的另一端套接有弹簧244，弹簧244的一端抵在丝杆247的台肩上，弹簧244的另一端抵在密封盖200的圆形凹槽内。丝杆247是带有螺旋丝口的螺杆，螺杆上连接有丝杆螺母246，通过旋转丝杆247给弹簧244施压从而驱动密封盖200不断地向密封筒体202内推进，直至岩石样品243完全粗碎掉。锥形阀气口 258包括轴用挡圈249、阀杆压帽250、阀杆251、并帽252和O型圈253，并帽252压在密封盖200上，阀杆压帽250的下端插入并帽252中的通孔、上端压在并帽252上，阀杆251的上端突出并帽252上表面、下端穿过阀杆压帽250内孔，阀杆251上下移动以实现对密封盖200上的气口的连通或关闭。阀杆压帽250与阀杆251上端连接有轴用挡圈249，阀杆251下端与密封盖200上的气口内壁之间设有密封的O型圈253。
[0039]密封盖200的下端外周面上设有凹槽，凹槽内安有密封O型圈201，在压紧机构压着密封盖200向密封筒体202内推进对岩石样品243进行粗碎过程中，O型圈201实现密封盖2