CN104267199B - 页岩气含量测定方法及测定系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种页岩气含量测定方法及测定系统，主要特点以计算机为处理器,在相关程序的支持下，整个测定过程中无压阻，过滤干燥机构经管路连接甲烷组分红外气体传感器和二氧化碳组分红外气体传感器，二氧化碳组分红外气体传感器输出至大、小量程质量流量计的管路中分别接入电磁阀，大、小量程质量流量计的输出经管路接出气口，二氧化碳组分红外气体传感器输出至出气口的管路中接入电磁阀，采集机构ADAM4017接收各红外气体传感器、质量流量计输出的标准模拟信号，控制机构ADAM4068分别连接各电磁阀的线圈。本发明实时计算解吸气含量、解吸甲烷含量、累计解吸气量等，并通过相应标准建立的损失气计算模型计算损失气含量、含气量等。本发明通过精确测量甲烷、二氧化碳的百分含量，经过软件计算，去除混入的空气，准确测量页岩含气量。

Description

页岩气含量测定方法及测定系统

技术领域

本发明涉及一种页岩气含量测定方法及测定系统，是针对吸附气为主的页岩气等非常规油气资源勘探中进行含气量测定的方法。通过该方法可以对页岩气解吸过程进行全程连续组分测定，通过二氧化碳、甲烷、硫化氢等主要组分变化准确计算其解吸气含量、解吸甲烷含量等关键参数，为储量计算提供重要依据。属于非常规油气实验技术领域。

背景技术

页岩气作为新型的天然气资源，在国内正受到越来越多的重视。页岩气以吸附态为主要赋存方式，在压力释放后，气体逐步从储层介质中解吸。解吸气含量是含气量中的重要组成部分，是勘探开发中最基础、最重要的参数之一。目前该项目的测试技术尚未成熟，

已有页岩含气量自动测试仪，没有CH4、CO₂红外组分测试系统，在气体组分不定的情况下，质量流量计难以准确测量气体流量（氮气的分子量为28，甲烷的分子量为16，二氧化碳的分子量为44），应用较为广泛的“U型管”排水法和质量流量传感器测定法。但是受解吸过程中“组分不定、温度不定、流量不定、量程比宽”等因素影响，这两种方法存在整个测定过程为憋压状态、测定过程受气体组分变化影响较大、操作不方便、劳动强度大、精确度低等问题，降低了解吸气含量在勘探开发中的意义，限制了储量计算的精确度，为准确的制定下一步开发计划造成了不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种页岩气含量测定方法及测定系统，解决现有实验条件下解吸气测定不准确、操作复杂等问题，通过本发明提供准确的解吸气含量数据，同时实现解吸气的多点检测、得到解吸时间曲线，在此基础上计算损失气含量、提高解吸气测定工作效率。

本发明的目的是通过以下方式来实现的，一种页岩气含量测定方法，包括解吸气体进入具有进气口的过滤干燥机构除去粉尘和水，其特征是，所述方法以计算机为处理器,在相关程序的支持下，整个测定过程中无压阻，即敞开式测定，通过程序自动控制电磁阀门、自动采集解吸温度、气体组分、气体流量、大气压力和环境温度各参数，自校正、自整理、自动计算总解吸气量及损失气量。

所述程序包括以下步骤:

1)输入井号相关信息，点击输入确定，井号相关信息存储到数据库；

2)点击测试开始，计算机开始自动计时，通过接口电路13、控制电路12执行以下命令：电磁阀5关闭；电磁阀6关闭；电磁阀7打开；

3)到达第一个采集时间点后，通过接口电路、控制电路、采集电路执行以下命令：电磁阀5打开；电磁阀6和电磁7关闭；通过甲烷组分红外气体传感器３和二氧化碳组分红外气体传感器４测量采集和保存数据，用大量程质量流量计测定气体流量，当流量大于设定值，保存测量数据，当流量小于设定值，则执行以下命令，电磁阀５、7关闭；电磁阀６打开；用小量程质量流量计采集数据和保存；

4)执行完2）和3）过程后，执行以下命令：电磁阀５关闭；电磁阀６关闭；电磁阀７打开，等到下一个采集时间点，重复执行2）、3）和4）步骤；

5)采集到的各项数据均为原始数据，经过软件内置公式处理后，显示在软件界面上，分别为散点图格式和数据表格式。

实现页岩气含量测定方法的测定系统，所述测定系统包括固定在壳体上的进气口1、出气口10，壳体内的过滤干燥机构2、采集机构11、控制机构12、接口电路13以及压力、环境温度传感器和提供工作电源的电源电路，进气口1经管路连接过滤干燥机构2，接口电路13连接采集机构11、控制机构12连接计算机，其特征是，所述过滤干燥机构2经管路连接甲烷组分红外气体传感器3和二氧化碳组分红外气体传感器4，二氧化碳组分红外气体传感器4输出至大、小量程质量流量计8、9的管路中分别接入电磁阀5、6，大、小量程质量流量计8、9的输出经管路接出气口10，二氧化碳组分红外气体传感器4输出至出气口10的管路中接入电磁阀7，采集机构11接收各红外气体传感器3、4、质量流量计8、9输出的标准模拟信号，控制机构ADAM4068分别连接各电磁阀5、6的线圈。

所述甲烷组分红外气体传感器3和二氧化碳组分红外气体传感器4串联，响应时间为15s，还可串接硫化氢组分红外气体传感器4H2S-100。

所述大、小量程质量流量计中的小量程质量流量计9采用量程为0-0.5sccm的层流质量流量计，大量程质量流量计8采用量程为0-200sccm的热式质量流量计。

所述采集机构11还接收压力、环境温度传感器信号。

所述控制机构12依据计算机的指令分别接通不同量程的流量计、电磁阀，用于流量测量转换和解吸气的流向。

本发明将解吸气测定、分析、计算整合，在测定过程中，将解吸装置的出气口与本发明中的进气口相连，气体通过过滤干燥机构后根据计算机设定的测定周期，由控制系统控制。在非测试时间段，气体在电磁阀的控制下直接由仪器出气口排出，进行气体的采集或其他排放处理；在测试时间段，气体在电磁阀的控制下经过红外气体传感器得出该时间段的气体组分。然后，气体进入大量程质量流量计测定，当流量大于0.5sccm时，采集数据，当流量小于0.5sccm时，电磁阀切换，气体进入小量程质量流量计测定，采集数据，本点测定结束。气体由仪器出气口排出，进行气体的采集或其他排放处理。同时，采集机构将实时采集大气压力和环境温度，为数据处理提供基础参数。计算机在接收到气体组分、气体流量、大气压力、环境温度等参数后，实时计算解吸气含量、解吸甲烷含量、累计解吸气量等，并通过相应标准建立的损失气计算模型计算损失气含量、含气量等。本发明通过精确测量甲烷、二氧化碳的百分含量，经过软件计算，去除混入的空气（据统计，混入的空气比例10%-50%），准确测量页岩含气量。

附图说明

图1是本发明结构框图；

图2是本发明中程序框图；

图中，1进气口，2过滤干燥机构，3甲烷组分红外气体传感器，4二氧化碳组分红外气体传感器，5电磁阀，6电磁阀，7电磁阀，8大量程质量流量计，9小量程质量流量计，10出气口，11采集机构，12控制机构，13接口电路，14计算机。

具体实施方式

结合附图和实例进一步说明本发明，本发明所述方法是以计算机为处理器,在相关程序的支持下，整个测定过程中无压阻，即敞开式测定，通过程序自动控制电磁阀门、自动采集解吸温度、气体组分、气体流量、大气压力和环境温度各参数，自校正、自整理、自动计算总解吸气量及损失气量。

如图2所示,所述程序包括以下步骤:

1)输入井号相关信息，点击输入确定，井号相关信息存储到数据库；

2)点击测试开始，计算机开始自动计时，通过接口电路13、控制电路12执行以下命令：电磁阀5关闭；电磁阀６关闭；电磁阀７打开；

3)到达第一个采集时间点后，通过接口电路、控制电路、采集电路执行以下命令：电磁阀５打开；电磁阀６和电磁阀７关闭；通过甲烷组分红外气体传感器３和二氧化碳组分红外气体传感器４测量采集和保存数据，用大量程质量流量计测定气体流量，当流量大于设定值，保存测量数据，当流量小于设定值，则执行以下命令，电磁阀５关闭；电磁阀６打开；用小量程质量流量计采集数据和保存；

4)执行完2）和3）过程后，执行以下命令：电磁阀５关闭；电磁阀６关闭；电磁阀７，打开，等到下一个采集时间点，重复执行2）、3）和4）步骤；

5)采集到的各项数据均为原始数据，经过软件内置公式处理后，显示在软件界面上，分别为散点图格式和数据表格式。

本发明系统软件设计的编程语言为VB6.0。Access数据库存储实验数据，通过ODBC与VB6.0实现无痕连接，使用ADO对象通过OLEDB访问数据库，运用标准的数据库语言SQL，从数据库中选取、过滤、排序、存储数据。

本发明通过计算机的串行通讯端口COM2进行通讯，通讯协议为RS-232。仪器控制系统软件采用VB6.0的串行通讯组件MsComm控件，通过PortOpen（通讯口的开关）、Settings（通讯口的设定）、input（信号的输入）、output（信号的输出）与仪器通讯。

本发明测定系统如图1所示，包括计算机14、采集机构11、控制机构12、接口电路13、进气口1，过滤干燥机构2，甲烷组分红外气体传感器3，二氧化碳组分红外气体传感器4，电磁阀5，电磁阀6，电磁阀7，大量程质量流量计8，小量程质量流量计9，出气口10和提供工作电源的电源电路；计算机14经接口电路13连接控制机构12和采集机构11，固定在壳体上的进气口1经管路连接过滤干燥机构2，过滤干燥机构2经管路连接甲烷组分红外气体传感器3，二氧化碳组分红外气体传感器4，甲烷组分红外气体传感器3和二氧化碳组分红外气体传感器4串接，还可串接硫化氢组分红外气体传感器，二氧化碳组分红外气体传感器4输出至大量程质量流量计8的管路中接入电磁阀8，二氧化碳组分红外气体传感器4输出至小量程质量流量计9的管路中接入电磁阀9，大、小量程质量流量计8、9的输出经管路接出气口10，二氧化碳组分红外气体传感器4输出至出气口10的管路中接入电磁阀7，采集机构11接收各红外气体传感器5、6、质量流量计8、9输出的标准模拟信号，控制机构12分别连接各红外气体传感器5、6、质量流量计8、9。采集机构11采用ADAM4017、控制机构12采用ADAM4068、接口电路13采用ADAM4520。电源电路采用现有电路，为整个仪器提供电能，电压24V；波动±0.5V；功率25W。

测定时，本发明的进气口1连接页岩气解吸罐，页岩气经进气口1进入过滤干燥机构2，过滤掉水分，并降温。过滤干燥机构2出来的气体依次进入甲烷组分红外气体传感器3测定页岩气中甲烷百分含量和二氧化碳组分红外气体传感器4测定页岩气中甲烷百分含量；大流量测量时，即当流量大于0.5sccm时，电磁阀5打开，电磁阀6和电磁阀7关闭，气体通过大量程质量流量计8测定后进入进入出气口10；小流量测量时，即当流量小于0.5sccm时，电磁阀6打开，电磁阀5和电磁阀7关闭，气体进入小量程质量流量计9测定后进入出气口8；不测量时为敞开状态，避免憋压而影响解吸，即电磁阀7打开，电磁阀5和电磁阀6关闭。

测定过程中甲烷组分红外气体传感器3，二氧化碳组分红外气体传感器4、大量程质量流量计8、小量程质量流量计9以及温度传感器、压力传感器的数据由采集系统11经接口电路13传输给计算机14，计算机14通过接口电路13将指令传输给控制系统12，对各电磁阀5、6、7进行控制。

本发明实现了整个解吸过程的无压阻设计，对煤层气、页岩气的解吸不产生压力抑制作用；设计中采用的“红外光谱法”气体组分测量系统，可以连续获得组分信息，最大程度消除了混入空气对含气量的影响；在流量测定中设置双流量计，既能保证量程，又能在小流量下实现微压损流量精确测量。全程实现自动控制，降低了操作难度，并将连续气体组分应用到解吸气和损失气、含气量的计算过程中，通过计算机程序测定解吸气含量和解吸甲烷含量。

本发明中的甲烷组分红外气体传感器3，二氧化碳组分红外气体传感器4、温度传感器和压力传感器均为现有产品。

Claims (6)

1.一种页岩气含量测定方法，包括解吸气体进入具有进气口的过滤干燥机构除去粉尘和水，其特征是，所述方法以计算机为处理器，在相关程序的支持下，整个测定过程中无压阻，即敞开式测定，通过程序自动控制电磁阀门，自动采集解吸温度、气体组分、气体流量、大气压力和环境温度，自校正、自整理、自动计算总解吸气量及损失气量；所述程序包括以下步骤：

1)输入井号相关信息，点击输入确定，井号相关信息存储到数据库；

2)点击测试开始，计算机开始自动计时，通过接口电路（13）、控制电路（12）执行以下命令：电磁阀A（5）关闭；电磁阀B（6）关闭；电磁阀C（7）打开；

3)到达第一个采集时间点后，通过接口电路、控制电路、采集电路执行以下命令：电磁阀A（5）打开；电磁阀B（6）和电磁阀C（7）关闭；通过甲烷组分红外气体传感器（3）和二氧化碳组分红外气体传感器（4）测量采集和保存数据，用大量程质量流量计（8）测定气体流量，当流量大于设定值，保存测量数据，当流量小于设定值，则执行以下命令，电磁阀A（5）、电磁阀C（7）关闭，电磁阀B（6）打开，用小量程质量流量计（9）采集数据和保存；

4)执行完2）和3）过程后，执行以下命令：电磁阀A（5）关闭；电磁阀B（6）关闭；电磁阀C（7）打开，等到下一个采集时间点，重复执行2）、3）和4）步骤；

5)采集到的各项数据均为原始数据，经过软件内置公式处理后，显示在软件界面上，分别为散点图格式和数据表格式。

2.实现权利要求1所述页岩气含量测定方法的测定系统，所述测定系统包括固定在壳体上的进气口（1）、出气口（10），壳体内的过滤干燥机构（2）、采集机构ADAM4017（11）、控制机构ADAM4068（12）、接口电路ADAM4520（13）以及压力、环境温度传感器和提供工作电源的电源电路，进气口（1）经管路连接过滤干燥机构（2），接口电路ADAM4520（13）连接采集机构ADAM4017（11）、控制机构ADAM4068（12）并外接计算机，其特征是，所述过滤干燥机构（2）经管路连接甲烷组分红外气体传感器（3）和二氧化碳组分红外气体传感器（4），二氧化碳组分红外气体传感器（4）输出至大量程质量流量计（8）、小量程质量流量计（9）的管路中分别接入电磁阀A（5）、电磁阀B（6），大量程质量流量计（8）、小量程质量流量计（9）的输出经管路接出气口（10），二氧化碳组分红外气体传感器（4）输出至出气口（10）的管路中接入电磁阀C（7），采集机构ADAM4017（11）接收甲烷组分红外气体传感器（3）、二氧化碳组分红外气体传感器（4）、大量程质量流量计（8）、小量程质量流量计（9）输出的标准模拟信号，控制机构ADAM4068分别连接各电磁阀A（5）、电磁阀B（6）的线圈。

3.根据权利要求2所述页岩气含量测定方法的测定系统，其特征是，所述甲烷组分红外气体传感器SMF-MAX（3）和二氧化碳组分红外气体传感器SMF-CDX（4）串联，响应时间为15s，还可串接硫化氢组分红外气体传感器4H2S-100。

4.根据权利要求2所述页岩气含量测定方法的测定系统，其特征是，所述小量程质量流量计（9）采用量程为0-0.5sccm的层流质量流量计，大量程质量流量计（8）采用量程为0-200sccm的热式质量流量计。

5.根据权利要求2所述页岩气含量测定方法的测定系统，其特征是，所述采集机构（11）还接收压力、环境温度传感器信号。

6.根据权利要求2所述页岩气含量测定方法的测定系统，其特征是，所述控制机构（12）依据外接计算机的指令分别接通不同量程的流量计、电磁阀，用于流量测量转换和解吸气的流向。