CN101387594B - 煤层气高压解吸仪装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种煤层气高压解吸仪的装置。目前,煤层气高压等温吸附仪利用粉煤试样测试煤层气等温吸附参数;煤层气解吸测试普遍使用常压解吸设备,对钻井煤芯进行煤层气含量及吸附时间等参数的测定。本发明包括自动控温水浴装置、不锈钢机械装置、影像及压力数据采集系统三大部分,所述的不锈钢机械装置包括集气缸、样品缸、调气缸、支架及高压管道和阀门;缸体固定在支架上,支架与缸体位于自动控温水浴装置中,支架与吊机连接。本发明能有效模拟储层环境,排采工作制度;实现了高压条件下气-固两相到气-液-固三相体系的转换,高压注水条件下的解吸、集气和测量过程,可以有效观测煤层气的解吸过程,测试解吸压力、解吸量、损失气量等多个参数。

Description

煤层气高压解吸仪装置
技术领域
[0001] 本发明是一种煤层气高压解吸仪的装置,能够在高压下注水条件下实时观察煤层 气解吸状况,采集温度压力等测试数据;通过数据处理,可以获取解吸时间、解吸压力、解吸
量、损失气量等参数。
背景技术
[0002] 煤层气赋存在煤层之中,在勘探开发利用前必须测定煤层气解吸的技术参数。目 前,煤层气高压等温吸附仪利用粉煤试样测试煤层气等温吸附参数;煤层气解吸测试普遍 使用常压解吸设备,对钻井煤芯进行煤层气含量及吸附时间等参数的测定。而煤层气储层 具有一定的压力并认为被地下水饱和,解吸时间、解吸压力、损失量等一些参数需要在高压 下和注水条件下进行测定,目前的测试设备不能满足高压注水测试条件,因此需要研制煤 层气高压解吸仪的装置系统,以满足科学试验研究及实际生产的迫切要求。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种具有模拟测试临界解吸压力、煤层气井提芯损失气 量、煤层气井产气动态跟踪功能的煤层气高压解吸仪的装置,其为煤层气并产气动态跟踪 提供必要的参数依据。
[0004] 为了达到上述目的,本实用新型采用的技术方案为:
[0005] 一种煤层气高压解吸仪的装置,其特殊之处在于:其包括自动控温水浴装置、不锈 钢机械装置、影像及压力数据采集系统三大部分,所述的不锈钢机械装置包括集气缸、样品 缸、调气缸、支架及高压管道和阀门;缸体固定在支架上,支架与缸体位于自动控温水浴装 置中,支架与吊机连接;
[0006] 所述的样品缸和调气缸顶部用管道连接,中间设置阀门,底部用管道连接,中间装 有阀门,样品缸和调气缸以及连接管道、阀门形成闭合回路;顶部管道与高压气管道及排空 管道连接,管道中间装有阀门,高压气管道与高压氦气瓶、甲烷气瓶、氮气瓶连接,排空管道 与大气相通;底部管道通过进出水管道与水槽连接,进出水管道中间装有阀门;实现在样 品缸内进行气液两相高压下互换,使气液固三相共存,在高压下通过调气缸的压力调节,进 行煤层气解吸过程模拟。
[0007] 上述的集气缸顶部通过排气管道与气体计量仪连接。
[0008] 上述的自动控温水浴装置由水箱、加热器、循环水泵及电气控制部分组成,水箱、 出水管道、加热器、循环水泵、进水管道串联,形成水路循环。
[0009] 上述的样品缸和调气缸设置压力传感器和温度传感器,样品缸装有摄像头;压力 传感器和温度传感器采集的信号经温压变送器后到信号处理模块,传输到控制机;摄像头 采集的信号经影像采集板卡到控制机;控制机通过信号处理软件得到数据信息,通过输入 输出设备显示影像、数据及曲线,通过数据处理软件,编辑并打印测试数据。
[0010] 与现有技术相比,本发明的优点如下:[0011] 1、本发明采用恒温、高压和注水测试条件,能有效模拟储层环境;
[0012] 2、本发明实现了高压条件下气-固两相到气-液-固三相体系的转换;
[0013] 3、本发明采用气相控制系统压力的模式,可有效模拟排采工作制度;
[0014] 4、本发明实现了高压注水条件下的解吸、集气和测量过程;
[0015] 5、本发明实现了可视化,可以有效观测煤层气的解吸过程;
[0016] 6、本发明通过系统结构的调节,可以测试解吸压力、解吸量、损失气量等多个参 数。
附图说明
[0017] 图1是煤层气高压解吸仪装置系统示意图;
[0018] 图2是影像及数据采集系统示意图。
[0019] 图中,1-气体计量仪,2-集气缸,3-样品缸,4-调气缸,5-支架,6-自动控温水浴, 7-影像及数据采集系统,8-吊机,9-不锈钢机械装置,10-压力传感器,11-温度传感器, 12-精密摄像头,13-温压变送器,14-信号处理模块,15-影像采集板卡,16-控制机,17-信 号处理软件,18-数据处理软件,19-输入输出设备;
具体实施方式
[0020] 下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0021] 参见图1,本发明的装置包括自动控温水浴6、不锈钢机械装置9、影像及压力数据 采集系统7三大部分;
[0022] 其不锈钢机械装置9包括集气缸2、样品缸3、调气缸4、支架5及高压管道和阀门; 缸体固定在支架5上,支架5与缸体位于自动控温水浴装置6中,支架5与吊机8连接;
[0023] 所述的样品缸3和调气缸4顶部用管道连接,中间设置阀门,底部用管道连接,中 间装有阀门,样品缸3和调气缸4以及连接管道、阀门形成闭合回路;顶部管道与高压气管 道及排空管道连接,管道中间装有阀门,高压气管道与高压氦气瓶、甲烷气瓶、氮气瓶连接, 排空管道与大气相通;底部管道通过进出水管道与水槽连接,进出水管道中间装有阀门; 实现在样品缸3内进行气液两相高压下互换,使气液固三相共存,在高压下通过调气缸2的 压力调节,进行煤层气解吸过程模拟。
[0024] 集气缸2顶部通过排气管道与气体计量仪1连接,用来测量解吸过程排出的气量。
[0025] 本发明中的自动控温水浴装置6由水箱、加热器、循环水泵及电气控制部分组成, 水箱、出水管道、加热器、循环水泵、进水管道串联,形成水路循环。自动控温水浴6可以将 温度设定在储层温度,使不锈钢机械装置浸入水中,达到恒温的目的。
[0026] 参见图2,影像及压力数据采集系统7包括压力传感器10,温度传感器11,精密摄 像头12,温压变送器13,信号处理模块14,影像采集板卡15,控制机16,信号处理软件17, 数据处理软件18,输入输出设备19等组成。
[0027] 样品缸3和调气缸4设置压力传感器10和温度传感器11,样品缸3装有摄像头 12 ;压力传感器10和温度传感器11采集的信号经温压变送器13后到信号处理模块14,传 输到控制机16。摄像头12采集的信号经影像采集板卡15到控制机16 ;控制机16通过信 号处理软件17得到数据信息,通过输入输出设备19显示影像、数据及曲线,通过数据处理软件18,编辑并打印测试数据。
[0028] 压力传感器10、温度传感器11、信号处理模块14及是测试系统温度、压力的硬件 设施;精密摄像头12及影像采集板卡15是观察测录影像的硬件设施;控制机16是软件运 行、数据影像采集存储的工作平台;可以长期运行,进行压力数据及影像采集,符合储层条 件下煤层气解吸周期长的实际状况,满足长期测试的要求。
[0029] 软件包括信号处理软件17和数据处理软件18软件,运行环境在WindOWS2000及 以上版本。信号处理软件17将模块采集的弱电信号调入软件数据库,生成温度、压力数据 在后台存储。将后台数据调入测试界面,可进行数据的实时监控,数据历史曲线的和实时曲 线的查看与分析。数据处理软件17是将采集的温压数据及解吸气量数据进行综合处理,得 出测试参数的分析软件。
[0030] 本发明装置模拟煤层气储层及勘探、生产过程实际状况,可以模拟测试煤芯提取 过程中的煤层气损失量,测试储层条件下煤层气的解吸压力及不同压力下煤层气解吸量, 是一套方法和设备创新的系统。该发明能在煤层气的勘探开发以及相关科学研究中发挥作 用,具有重要的科学意义和实用价值。
[0031] 具体工作过程如下:
[0032] 连接好测试系统,首先进行密封试验,包括集气缸2、样品缸3、调气缸4及高压管 道和阀门等。向系统注入15Mpa的氮气,恒温条件下,压力稳定后持续48小时保持密封,经 过密封检验合格方可投入使用。
[0033] 再将具代表性煤样装入样品缸3密封,用吊机8将机械装置放入调至储层温度的 水浴中。打开高压甲烷气瓶,用甲烷气体吹扫样品缸3〜5遍,吹扫压力应大于1. OMpa,再 按设计压力充入甲烷气体,进行甲烷吸附并最终达到平衡。当样品缸3压力不变时,视为达 到平衡状态。然后向调气缸4内注入储层水,测试损失气量时可注入钻井液。将调气缸压 力调至新的平衡压力,然后打开两缸之间的阀门,使缸体与管道连成闭合回路,调气缸中的 液体会慢慢进入样品缸,样品缸的气体会进入调气缸。当压力稳定后,关闭两缸顶部管道之 间的阀门。
[0034] 进行损失气量测量时,模拟钻井提芯时间,通过微调阀控制排气速率,将样品缸压 力降至常压,测量在该段时间内的解吸气量。
[0035] 进行解吸压力测量时,模拟储层含气情况,待压力稳定后,通过微调阀控制排气速 率,调节样品缸压力,通过观察气泡确定开始解吸的时间及压力,进而得到解吸压力。
[0036] 进行不同压力段解吸量测量时,预先将集气缸充满水,通过调气缸将样品缸压力 降至设计压力,通过样品缸与集气缸阀门的交替关闭,使样品缸中的解吸气体进入集气缸, 导出集气缸内的气体进行计量,得到该压力段的解吸量。
[0037] 进行产气过程模拟时,控制降压速率,使样品缸的压力渐渐降低,在此过程中不断 通过集气缸导出解吸气体,测量解吸出的气体体积,绘制解吸量随时间的变化曲线,计算解 吸时间及解吸率。

Claims (3)

1. 一种煤层气高压解吸仪的装置,其特征在于:其包括自动控温水浴装置(6)、不锈钢 机械装置(9)、影像及压力数据采集系统(7)三大部分,所述的不锈钢机械装置(9)包括集 气缸(2)、样品紅(3)、调气缸(4)、支架(5)及高压管道和阀门;集气缸(2)、样品紅(3)、调 气缸(4)均固定在支架(¾上,支架(¾与集气缸O)、样品缸(3)、调气缸(4)位于自动控 温水浴装置(6)中,支架(5)与吊机⑶连接;所述的样品缸C3)和调气缸(4)顶部用管道连接,中间设置阀门,底部用管道连接,中 间装有阀门,样品缸⑶和调气缸⑷以及连接管道、阀门形成闭合回路;样品缸⑶和调 气缸的顶部管道与高压气管道及排空管道连接,管道中间装有阀门,高压气管道与高 压氦气瓶、甲烷气瓶、氮气瓶连接,排空管道与大气相通;样品缸C3)和调气缸(4)的底部管 道通过进出水管道与水槽连接,进出水管道中间装有阀门;实现在样品缸(3)内进行气液 两相高压下互换,使气液固三相共存,在高压下通过调气缸的压力调节,进行煤层气解 吸过程模拟;所述的影像及压力数据采集系统(7)包括压力传感器(10),温度传感器(11),精密摄 像头(I2),温压变送器(I3),信号处理模块(14),影像采集板卡(I5),控制机(ie),信号处 理软件(17),数据处理软件(18),输入输出设备(19);所述的样品缸C3)和调气缸(4)设置压力传感器(10)和温度传感器(11),样品缸(3) 设置精密摄像头(1¾ ;压力传感器(10)和温度传感器(11)采集的信号经温压变送器(13) 后到信号处理模块(14),传输到控制机(16);精密摄像头(1¾采集的信号经影像采集板卡 (15)到控制机(16);控制机(16)通过信号处理软件(17)得到数据信息,通过输入输出设 备(19)显示影像、数据及曲线,通过数据处理软件(18),编辑并打印测试数据。
2.根据权利要求1所述的煤层气高压解吸仪的装置,其特征是:所述的集气缸(2)顶 部通过排气管道与气体计量仪(1)连接。
3.根据权利要求1或2所述的煤层气高压解吸仪的装置,其特征是:所述的自动控温 水浴装置(6)由水箱、加热器、循环水泵及电气控制部分组成,水箱、出水管道、加热器、循 环水泵、进水管道串联,形成水路循环。
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