CN103245588A - 含气量测量及气体采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含气量测量及气体采集装置，包括解析罐、恒温解析箱、控制单元和至少两个气体体积测量筒；解析罐置于恒温解析箱中，解析罐通过气体传输线和控制阀与至少两个气体体积测量筒相连接；气体传输线上设有压力传感器；气体体积测量筒包括活塞、电动机、位移传感器，活塞与电动机通过可转动的连接件相连接，活塞上安装有位移传感器；控制单元包括控制芯片，控制阀、电动机的控制端分别与控制芯片的控制信号输出端相连接，位移传感器、压力传感器的信号输出端分别与控制芯片的信号输入端相连接。本发明可以自动、连续、准确地测量出页岩气等非均质气体的含气量，并能采集解析气体以进行气体成分分析，且操作简便、安全性高。

Description

含气量测量及气体采集装置

技术领域

本发明涉及一种含气量测量装置，特别是涉及一种可以自动、连续、准确地测量页岩气、煤层气等含气量，并可采集气体的装置。

背景技术

页岩气是主体上以吸附和游离状态赋存于泥页岩地层中的天然气聚集，吸附和游离态页岩气含量占页岩气总量的40％-80％，相对于煤层气而言页岩气含气量较小，而用于实验的样品量有限，因此含气量测试数据的准确性对于页岩气资源的评价结果有重要影响。页岩气的成分以烃类气体为主，但也包含少量非烃类气体，页岩气中烃类气体含量及成分特征对页岩气资源评价具有重要意义，故采集页岩的解析气体亦非常重要。

目前国内外已研制了多种页岩气含气量测量方法和装置，第一种测量方法是美国矿务局(USBM)提出的直接法，该方法全程需要人工操作，因而测试效率较低且存在人为误差；第二种测量装置是根据质量流量测定气体质量流量的原理设计，但由于页岩解析过程中气体为非均质，且解析过程中存在成分变化，气体质量的不确定性导致其应用效果较差，精密度无法准确控制；第三种测量装置是利用测定解析气体排出的饱和食盐水的液体流量来计算解析气体体积，此方法与直接法异曲同工，但由于需要使用大量的玻璃组件与饱和食盐水，增加了运输过程和现场使用中的复杂性和危险性，另外恒温解析过程中饱和食盐水的挥发及在装置中的冷凝会对测量结果产生影响。

发明内容

有鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种含气量测量及气体采集装置，该装置可以自动、连续、准确地测量出页岩气等非均质气体的含气量，并能采集解析气体以进行气体成分分析，且操作简便、安全性高。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种含气量测量及气体采集装置，包括解析罐、恒温解析箱、控制单元和至少两个气体体积测量筒；

该解析罐置于该恒温解析箱中，该解析罐通过气体传输线和控制阀与至少两个气体体积测量筒相连接；该气体传输线上设有压力传感器；

该气体体积测量筒包括活塞、电动机、位移传感器，该活塞与该电动机通过可转动的连接件相连接，该活塞上安装有该位移传感器；

控制单元包括控制芯片，该控制阀、电动机的控制端分别与该控制芯片的控制信号输出端相连接，该位移传感器、压力传感器的信号输出端分别与该控制芯片的信号输入端相连接。

进一步地：

所述控制阀设有一个用于与所述解析罐连接的进口，同时设有用于与所述至少两个气体体积测量筒相连接的出口，且出口数量与所述气体体积测量筒的数量相等。

所述控制单元还包括压力计、温度计，该压力计、温度计的信号输出端分别与所述控制芯片的信号输入端相连接。

所述活塞上设有用于保障所述气体体积测量筒内气密性的密封圈。

所述气体体积测量筒上设有进气口和排气口，所述解析罐的接口通过所述气体传输线和控制阀与该进气口相连接，该排气口上设有电磁阀，该电磁阀的控制端与所述控制芯片的控制信号输出端相连接。

所述解析罐的接口为只允许气体由所述解析罐向外单向流动的单向阀。

所述可转动的连接件为活塞套筒。

装置还包括计算机，所述控制单元通过RS232数据传输线与该计算机相连接。

所述解析罐为圆柱形钢质容器，所述解析罐内存放待测样品后的剩余空间填充固定粒度的硅胶颗粒。

所述恒温解析箱采用陶瓷电加热方式进行加热和控温。

本发明的优点在于：

1、由电动机精确控制活塞作位移运动，实现了含气量测量的自动化，测量结果准确；

2、多个气体体积测量筒交替集气，实现无测量上限的解析气体测量和采集；

3、解析罐内填充相同粒度的硅胶颗粒，可避免解析过程中饱和食盐水挥发、冷凝而造成的误差；

4、恒温解析箱采用陶瓷电加热，可满足100℃以上的恒温解析需求。

附图说明

图1是本发明的结构组成示意图；

图2是本发明一具体实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的结构组成示意图；图2是本发明一具体实施例的结构组成示意图。如图所示，本发明的含气量测量及气体采集装置包括解析罐10、恒温解析箱20、控制单元40和至少两个气体体积测量筒30。解析罐10置于恒温解析箱20中，解析罐10通过气体传输线50和控制阀51与至少两个气体体积测量筒30相连接。

气体体积测量筒30包括活塞31、电动机32、密封圈33、位移传感器34、进气口35和排气口36。活塞31与电动机32通过可转动的连接件37相连接，活塞31上设有用于保障气体体积测量筒30内气密性的密封圈33，活塞31上还安装有用于感测活塞31位移距离的位移传感器34，解析罐10上的接口11通过气体传输线50和控制阀51与进气口35相连接，排气口36上安装有用于控制其打开或关闭的电磁阀38。气体传输线50上设有用于感测气路中压差的压力传感器52。

控制单元40包括控制芯片41、压力计42、温度计43等，压力计42、温度计43、位移传感器34、压力传感器52的信号输出端分别与控制芯片41的信号输入端相连接，电动机32、控制阀51、电磁阀38的控制端分别与控制芯片41的控制信号输出端相连接。

如图2所示，于本发明的一具体实施例中，设置了两个气体体积测量筒30，解析罐10的接口11通过气体传输线50与三通阀511(设置两个气体体积测量筒时，控制阀相应地使用三通阀)的进口相连接，三通阀511的两个出口分别通过气体传输线50与两个气体体积测量筒30的进气口35相连接，且两路气体传输线上均安装有压力传感器52。

基于图2所示的实施例，使用本发明测量页岩气含气量并进行气体采集的过程如下：

测量前：打开两个气体体积测量筒30的排气口36，将活塞31推至最左侧，关闭排气口36，将排气口36与集气瓶(袋)连接；将待测样品放入解析罐10中，解析罐10的接口11通过气体传输线50与三通阀511的进口连接，三通阀511的两个出口分别通过气体传输线50与两个气体体积测量筒30的进气口35连接好；

开始测量时，解析罐10中的待测样品(页岩)受恒温解析箱20的加热作用解析出页岩解析气体，解析气体通过三通阀511进入第一个气体体积测量筒30内，压力传感器52将感测的气路内压力与环境压力的差值信号传输至控制芯片41，控制芯片41根据该压力差值信号输出控制信号至第一个气体体积测量筒内的电动机32，电动机32收到该控制信号后启动，通过控制连接件37(连接件使用活塞套筒)的转动进而使活塞31作位移运动，直到第一个气体体积测量筒30内压力与环境压力相等时，电动机32停止运行；此时，位移传感器34将活塞31的位移距离传输至控制芯片41，控制芯片41将该位移距离以及此时温度计42测量的温度值、压力计43测量的环境压力值一并经数据线(RS232数据传输线)发送给计算机60，由计算机60中的软件计算出气体体积并分析气体成分；

当活塞31受解析气体推动而移动至最右侧(即达到最大测量体积)时，控制芯片41输出控制信号给三通阀511以对其进行切换，切换后解析气体停止向第一个气体体积测量筒30输入，转而输入至第二个气体体积测量筒30，由第二个气体体积测量筒30进行含气量测量(测量过程与第一个气体体积测量筒的测量过程相同)；与此同时，控制芯片41输出控制信号给电磁阀38，由电磁阀38控制以打开第一个气体体积测量筒30的排气口36，将活塞31推至最左侧，第一个气体体积测量筒30收集的解析气体排入集气瓶(袋)内，即完成此阶段的解析气体采集，之后，电磁阀38关闭排气口36，等待下次集气。如此，两个气体体积测量筒30交替集气，可实现气体的连续采集以及气体体积的连续测量。

于其它实施例中，可设置N(N为大于等于2的正整数)个相同或不同容积的气体体积测量筒30，由控制单元控制其中1个气体体积测量筒30进行含气量测量，剩余N-1个气体体积测量筒排出气体以进行气体采集。需要注意的是，设置N个气体体积测量筒30需要相应地调整更换控制阀，比如，设置两个气体体积测量筒30时使用三通阀，设置三个时使用四通阀……设置N个气体体积测量筒对应使用N+1通阀，控制阀的要求是设有一个用于与解析罐连接的进口，以及设有N个用于与N个气体体积测量筒相连接的出口。

所述的解析罐10为圆柱形钢质容器，为避免样品解析过程中饱和食盐水挥发产生的误差，解析罐10内存放待测样品后的剩余空间填充固定粒度的硅胶颗粒；所述解析罐10的接口11为单向阀，接通后只允许气体由解析罐10向外单向流动；恒温解析箱20采用陶瓷电加热方式进行加热和控温，可满足100℃以上的恒温解析需求；根据实际需要，气体体积测量筒30的筒身长和宽均可调整。

本发明的含气量测量及气体采集装置，通过设置至少两个气体体积测量筒，根据测量筒内外的压力差，由电动机控制活塞的位移运动，结合活塞位移距离、温度值及压力值即可测量并计算出气体体积并可进行气体成分分析；至少两个气体体积测量筒完全相同，通过控制阀的切换可实现一个或多个测量筒测量，其余测量筒排出已收集气体后等待下次测量，由控制单元控制至少两个气体体积测量筒的交替测量和集气，可实现含气量连续测量，无测量上限，并可采集不同阶段的解析气体。本发明可实现自动、连续、准确的测量含气量，并能采集解析气体以进行气体成分分析，操作简便、安全性高，尤其适用于如页岩气解析气等解析速率变化大的非均质气体的体积测量及解析气体的采集。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含气量测量及气体采集装置，其特征在于：它包括解析罐、恒温解析箱、控制单元和至少两个气体体积测量筒；

该解析罐置于该恒温解析箱中，该解析罐通过气体传输线和控制阀与至少两个气体体积测量筒相连接；该气体传输线上设有压力传感器；

该气体体积测量筒包括活塞、电动机、位移传感器，该活塞与该电动机通过可转动的连接件相连接，该活塞上安装有该位移传感器；

控制单元包括控制芯片，该控制阀、电动机的控制端分别与该控制芯片的控制信号输出端相连接，该位移传感器、压力传感器的信号输出端分别与该控制芯片的信号输入端相连接。

2.如权利要求1所述的含气量测量及气体采集装置，其特征在于：所述控制阀设有一个用于与所述解析罐连接的进口，同时设有用于与所述至少两个气体体积测量筒相连接的出口，且出口数量与所述气体体积测量筒的数量相等。

3.如权利要求2所述的含气量测量及气体采集装置，其特征在于：所述控制单元还包括压力计、温度计，该压力计、温度计的信号输出端分别与所述控制芯片的信号输入端相连接。

4.如权利要求3所述的含气量测量及气体采集装置，其特征在于：所述活塞上设有用于保障所述气体体积测量筒内气密性的密封圈。

5.如权利要求4所述的含气量测量及气体采集装置，其特征在于：所述气体体积测量筒上设有进气口和排气口，所述解析罐的接口通过所述气体传输线和控制阀与该进气口相连接，该排气口上设有电磁阀，该电磁阀的控制端与所述控制芯片的控制信号输出端相连接。

6.如权利要求3或4或5所述的含气量测量及气体采集装置，其特征在于：所述解析罐的接口为只允许气体由所述解析罐向外单向流动的单向阀。

7.如权利要求6所述的含气量测量及气体采集装置，其特征在于：所述可转动的连接件为活塞套筒。

8.如权利要求7所述的含气量测量及气体采集装置，其特征在于：装置还包括计算机，所述控制单元通过RS232数据传输线与该计算机相连接。

9.如权利要求8所述的含气量测量及气体采集装置，其特征在于：所述解析罐为圆柱形钢质容器，所述解析罐内存放待测样品后的剩余空间填充固定粒度的硅胶颗粒。

10.如权利要求9所述的含气量测量及气体采集装置，其特征在于：所述恒温解析箱采用陶瓷电加热方式进行加热和控温。

Images