CN104155206A - 岩石含气量测量装置以及使用其测量岩石含气量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩石含气量测量装置和使用这种装置来测量岩石含气量的方法。测量装置包括：气体输送管，体积计量单元，体积计量单元包括填充有液体的密闭管体和与密闭管体的下游端部连通的容器，密闭管体的上游端部与进气管段连通以向密闭管体内供入气体，根据密闭管体内的气体压力来驱动容器上下运动的动力组件。向密闭管体内充入气体后，动力组件驱动容器上下运动保证容器内的液位与密闭管体内的液位处于同一水平面来得到密闭管体内的气体体积。本发明能够直接测得气体体积，无需考虑气体的组成，并且实现了自动化操作，减轻了测量人员的工作量。

Description

岩石含气量测量装置以及使用其测量岩石含气量的方法

技术领域

本发明涉及石油勘探领域，具体涉及一种岩石含气量测量装置，本发明还涉及使用这种装置测量岩石含气量的方法。

背景技术

页岩气和煤层气是赋存在页岩或煤岩中的天然气。在页岩或煤层等非常规油气勘探中，页岩气和煤层气含量的大小直接关系页岩气和煤层气的开发前景，要有效地评价某地区页岩气或煤层气是否具有商业化前景，必须建立准确的含气量数据，这些含气量数据用于气藏模拟和生产预测。为此，必须了解页岩岩心或煤心的含气量和解吸特性。因此，页岩气/煤层气含气量测试设备对于页岩气和煤层气勘探开发非常重要。

以页岩气为例，目前用于页岩气现场解吸量测量的仪器有两类：一类是以质量流量计为计量方式的页岩气现场解吸量测量装置，第二类方法是采用传统的排水集气法进行测量。使用第一类测量装置会受所测气体的组成的影响而产生偏差，特别是气体中的水蒸气会使得测量值发生较大偏离。对于页岩的现场解吸气测量，其组分随着解吸时间的推移也会发生变化，岩心出筒不可避免的要含有一定的水分，因此会直接影响测量结果。采用第二类方法时，在读数时需要人工读取数据，这不可避免会带来大量的人工误差。此外，通常在测试页岩含气量时，要取多个样，这会带来很大的工作量。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种岩石含气量测量装置。这种岩石含气量测量装置能直接测出气体的体积，避免了气体组分的影响，另外这种岩石含气量测量装置还能够实现自动获得体积数据，减少了工作量。本发明还涉及使用这种岩石含气量测量装置测量岩石含气量的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种岩石含气量测量装置，包括：

包括，气体输送管，在气体输送管上设置有进气阀和排气阀，在进气阀和排气阀之间形成进气管段，体积计量单元，其包括填充有液体的密闭管体和与密闭管体的下游端部连通的容器，密闭管体的上游端部与进气管段连通以向密闭管体内供入气体，根据密闭管体内的气体压力来驱动容器上下运动的动力组件，其中，向密闭管体内充入气体后，动力组件驱动容器上下运动保证容器内的液位与密闭管体内的液位处于同一水平面来得到密闭管体内的气体体积。

通过本发明的测量装置，能够实现自动排水集气而直接得到岩石解吸气体的体积，操作简单并且避免了气体组分的影响。

在一个实施例中，所述容器为敞口容器。这种敞口容器保证了岩石解吸气体的体积是在大气体压力下进行测量的，提高了测量的精确性。

在一个实施例中，动力组件包括，电机，由电机驱动的并且与容器固定连接的传动丝杆，测量密闭管体内的气体压力的压力传感器以及控制器，其中，控制器根据压力传感器测量的气体压力来控制电机转动并由此通过传动丝杆来驱动容器上下运动。这种动力组件使用了能够提高测量装置对气体压力的响应速度，并由此提高了测量精度。

在一个实施例中，测量装置还包括电机控制器，电机控制器通过计数电机的转数来得到密闭管体内的气体体积。这种体积测量方法完全实现了自动化，大大降低了使用者的工作量。此外，这种体积测量方法也避免产生人工计数误差，提高了测量的精度。

在一个实施例中，在进气管段上还设置有排气器件。通过这种排气装置能够实现快速放气。在一个优选的实施例中，排气器件为手动三通阀。由此，在断电的情况下，也能够实现手动放气，方便了使用者在各种环境中使用。

在一个实施例中，密闭管体以能更换的方式而设置。这样，可针对不同的岩石解吸气体量使用不同规格的密闭管体从而提高测量精度。

根据本发明的另外一个方面，提出了一种使用上文所述的测量装置来测量岩石含气量的方法，包括以下步骤，

步骤一：将密闭管体内的液位和容器内的液位调整到同一水平面，关闭排气阀和排气器件；

步骤二：打开进气阀，岩石解吸气体通过气体输送管送入密闭管体内，关闭进气阀，电机根据密闭管体内气体压力的变化而转动并驱动容器运动直到容器内的液位与密闭管体内的液位再次处于同一水平面，电机控制器计数电机在本步骤期间的转数得到在本步骤中进入测量装置的气体体积；

步骤三：打开排气阀进行排气。

在一个实施例中，在步骤二结束之后，进行步骤三之前，重复进行步骤二，直到密闭管体内气体的体积到达预定值。这样能够对岩石解吸气进行连续测量，方便了使用者进行实验。

在一个实施例中，在步骤一中，密闭管体内充满液体。这种设置可减少试验中排气次数，方便了使用。

应当注意地是，用语“处于同一水平面”并不是指密闭管体内的液位与容器内的液位为理想状态地处于相同的水平面，而是允许这两个液位之间的差异处于可接受的误差范围内。

与现有技术相比，本发明的优点在于，能够实现自动排水集气并直接得到岩石解吸气体的量，操作简单避免了气体组分的影响。通过压力传感器来控制电机转动进而使容器上下运动，提高了测量装置对气体压力的响应速度，并由此提高了测量精度。本发明的装置还通过计数电机的转数而得到气体的体积，避免产生人工计数误差，提高了测量的精度。本发明的测量装置还安装了手动三通阀，以实现能够手动放气，方便了使用者在各种环境中使用。此外，本发明的测量装置中的密闭管体能够更换，从而针对不同的岩石解吸气体量使用不同规格的密闭管体从而提高测量精度。

附图说明

图1显示了根据本发明的一个实施例的测量装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1显示了根据本发明的岩石含气量测量装置100（以下称之为测量装置100）。在气体输送管101上设有用于控制进气的进气阀1和用于控制放气的放气阀3，在进气阀1和放气阀3之间形成了进气管段102。在一个实施例中，进气阀1和放气阀3均选择为电磁阀，这实现了测量装置100的自动操作并提高测量装置100响应速度。测量装置100还包括用于计量气体体积的体积计量单元和与体积计量单元配合使用的动力单元，在下文中将详细描述体积计量单元和动力单元。

如图1所示，体积计量单元包括密闭管体6和与密闭管体6的下游端部连通的容器7，密闭管体6的上游端部与进气管段102连通以向密闭管体6内供入气体。在一个实施例中，密闭管体6选择为玻璃管，容器7选择为水杯。在一个优选的实施例中，密闭管体6能够根据需要测量的气体的量来更换。当估到待测岩石的解吸气量较少时，可选择规格较小的密闭管体6。这样，在测量过程中，容器7的高度也会有较大的变化，电机9的转数也会相应的增加，从而能提高测量精度。在一个实施例中，在密闭管体6和容器7上还标有刻度，以便于使用者控制密闭管体6和容器7内液体的体积。

如图1所示，动力组件包括电机9，电机控制器10、传动丝杆8、压力传感器4和控制器5。传动丝杠8与容器7固定连接，例如可在传动丝杠8上设置一个平台103，而将容器7放置到平台103上。电机9直接驱动传动丝杠8，进而带动容器7上下运动，以保证容器7内的液位与密闭管体6内的液位处于同一水平面。在一个实施例中，液体可选择为水，也可为其他液体。

压力传感器4用于测量密闭管体6内的气体压力，控制器5根据来自压力传感器4的压力信号控制电机9转动，电机9带动传动丝杠8运动从而间接调整容器7的高度，直到达到平衡，即容器7内的液位高度与密闭管体6内的液位高度处于相同的水平面。在此过程中，电机控制器10会记录电机9的转数并反馈给控制器5。电机9的转数与气体体积呈一一对应关系，因此通过计数电机9的转数即能够直接得到气体的体积。由于容器7可选择为与外界环境连通，这意味着容器7的气压与大气压保持为相同，这样实际上保证了所测量的岩石解吸的气体的量是在大气体压力下测量的。虽然在图1中可看到，压力传感器4实际上测量的是进气管段102内的压力，但是在测量过程中，进气管段102与密闭管体6气体联通，在平衡时进气管段102内的气体压力与密闭管体6内的气体压力相同，因此压力传感器4测量了密闭管体6内的气体压力。这样，密闭管体6可构造为简单的结构，整个测量装置100的装配也大大简化。

如图1所示，在进气管段102上还设置有排气器件104。当进气阀1和放气阀3均使用电磁阀时，排气器件104选择为手动阀，例如手动三通阀。这样，当测量过程中，断电之后，可以将排气器件104打开而实现手动放气，方便了使用者的使用。虽然在图1中显示为，压力传感器4设置在排气器件104的上游侧，实际上压力传感器可设置在进气管段102的任意位置，例如排气器件104的下游。

下面根据图1来描述使用测量装置100测量岩石含气量的方法。

首先，将密闭管体6内的液位调整为与容器7内的液位处于同一水平面，然后关闭排气阀3和排气器件104。在一个优选的实施例中，将密闭管体6内充满液体，即液体到达密闭管体6的零刻度位置。

然后，打开进气阀1，关闭放气阀3，并且调整排气器件104使进气阀1和排气阀3之间处于连通状态。通过气体输送管101、进气管段102将的岩石解吸气体送入密闭管体6内，在送气时间到达预定值后，关闭进气阀1。在送气过程中，压力传感器4会不断测量进气管段102内的压力，并且根据上文所述的方法通过控制器5来控制电机9转动进而容器7的高度也会不断变化。在关闭进气阀1后，进气管段102、密闭管体6内的气体压力相等，控制器5会继续根据压力传感器4测得的气体压力来控制电机9的转动，最终使得密闭管体6内的液位与容器7内的液位再次处于同一水平面。在整个过程中，电机控制器10会计数电机9的转数，直到电机9停止转动。这些转数对应着一定的气体体积，从而直接得到所充入的气体的体积。

在需要多次测量时，可选择每隔一定的时间打开一次进气阀1以向密闭管体6内送入一定量的气体，直到密闭管体6内的气体体积到达预定值。

在测量结束之后，打开放气阀3，排出测量装置100内的气体。随着进气管段102内的气体压力降低，密闭管体6内液位再次回到预定值，为下一次测量做好准备。当放气阀3失效时，可以手动打开排气器件104，同样能够排出测量装置100内的气体。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种岩石含气量测量装置，包括，

气体输送管，在所述气体输送管上设置有进气阀和排气阀，在所述进气阀和排气阀之间形成进气管段，

体积计量单元，所述体积计量单元包括填充有液体的密闭管体和与所述密闭管体的下游端部连通的容器，所述密闭管体的上游端部与所述进气管段连通以向所述密闭管体内供入气体，

根据密闭管体内的气体压力来驱动所述容器上下运动的动力组件，

其中，向所述密闭管体内充入气体后，所述动力组件驱动所述容器上下运动保证所述容器内的液位与所述密闭管体内的液位处于同一水平面来得到所述密闭管体内的气体体积。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述动力组件包括，电机，由所述电机驱动的并且与所述容器固定连接的传动丝杆，测量所述密闭管体内的气体压力的压力传感器以及控制器，

其中，所述控制器根据所述压力传感器测量的气体压力来控制电机转动并由此通过所述传动丝杆来驱动所述容器上下运动。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括电机控制器，所述电机控制器通过计数所述电机的转数来得到所述密闭管体内的气体体积。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的测量装置，其特征在于，在所述进气管段上还设置有排气器件。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述排气器件为手动三通阀。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述密闭管体以能更换的方式而设置。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的测量装置，其特征在于，所述容器与外界连通。

8.一种使用根据权利要求1-7中任意一项所述的测量装置来测量岩石含气量的方法，包括以下步骤，

步骤一：将所述密闭管体内的液位和所述容器内的液位调整到同一水平面，关闭所述排气阀和所述排气器件；

步骤二：打开所述进气阀，岩石解吸气体通过所述气体输送管送入所述密闭管体内，关闭所述进气阀，所述电机根据所述密闭管体内气体压力的变化而转动并驱动所述容器运动直到所述容器内的液位与所述密闭管体内的液位再次处于同一水平面，所述电机控制器计数所述电机在本步骤期间的转数得到所述在本步骤中进入所述测量装置的气体体积；

步骤三：打开所述排气阀进行排气。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤二结束后，进行步骤三之前，重复进行步骤二，直到所述密闭管体内气体的体积到达预定值。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在步骤一中，所述密闭管体内充满液体。