CN105181521B - 一种页岩含水量测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩含水量测试装置，包括底座机构、加热粉碎机构和集水机构，底座机构包括支撑台、电动机和电源与温度控制器，电动机设在支撑台内部中心轴处；加热粉碎机构包括粉碎罐和设在其外侧的加温壁，粉碎罐包括罐体、盖体和粉碎棒，盖体上设出气口，出气口设第一单向阀门；粉碎棒穿过罐体底面与所述电动机可拆卸传动连接；集水机构包括输导管、冷凝管和集水筒，输导管一端与第一单向阀门连接，另一端设第二单向阀门，输导管中间段包括U型输导管，U型输导管的底端连接集水筒；冷凝管设在U型输导管外侧。还公开了一种页岩含水量测试方法。本发明利用“时温原理”实现对页岩中水分的充分提取，并通过集水机构实现页岩水准确收集和测量。

Description

一种页岩含水量测试装置及方法

技术领域

本发明涉及页岩含水量测定技术领域，特别是涉及一种页岩含水量测试装置及方法。

背景技术

页岩空隙(孔隙、裂隙)中存在多种形式的水，按其物理性质上的差异，可以分为气态水、吸着水、薄膜水、毛细水、重力水和固态水。除了上述存在于页岩空隙中的水以外，还有一些水存在于矿物中，称为矿物水，如沸石水、结晶水、结构水等。石油天然气勘探开发中沿用束缚水、自由水的概念。

目前，还没有用于页岩含水量精确测试的专用实验设备。通常利用常规实验室设备进行页岩含水量测量实验时，需要将页岩样品称重，然后整块样品放置在干燥箱中进行脱水，含水量即是干燥前后的重量差。利用上述实验室常规设备，仅在温度的作用下，并不能将页岩中各种形式存在的水完全干燥，特别是大部分的束缚水仍残留在样品中，并且实验只能得到水的重量，不能确定水的体积，无法对页岩中的水进行收集，给后续进一步的页岩水分析工作带来困难。

由此可见，如何能创设一种操作方便、简单快捷、测量精确，且可专门用于页岩中水的收集和测量的新的页岩含水量测试装置及方法，实属当前本领域的重要研究课题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种页岩含水量测试装置，使其操作方便、简单快捷、测量精确，且可专门用于页岩中水的收集和测量，从而克服现有的页岩含水量测试设备的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种页岩含水量测试装置，包括底座机构、加热粉碎机构和集水机构，

所述底座机构包括支撑台、电动机和电源与温度控制器，所述电动机设置在支撑台内部的中心轴处；

所述加热粉碎机构包括粉碎罐和设置在其外侧的加温壁，所述粉碎罐包括罐体、盖体和设置于罐体底面的粉碎棒，所述盖体与罐体上端部密封连接，且盖体上设有出气口，所述出气口处设有第一单向阀门；所述粉碎棒穿过罐体底面的通孔与所述电动机可拆卸传动连接，且粉碎棒与罐体底面的通孔之间可转动、密封连接；

所述电源与温度控制器用于控制所述电动机和加温壁；

所述集水机构包括输导管、冷凝管和集水筒，所述输导管的一端与所述第一单向阀门连接，其另一端设有第二单向阀门，所述输导管的中间段包括U型输导管，所述U型输导管的底端设有第三单向阀门，所述第三单向阀门的下部连接所述集水筒；所述冷凝管设置在U型输导管的外侧。

作为本发明的一种改进，所述粉碎棒为T型结构，包括粉碎叶片和与其垂直连接的粉碎杆，所述粉碎叶片位于所述罐体内部，所述粉碎杆穿过所述罐体底面的通孔与所述电动机传动连接。

进一步改进，所述支撑台为下部大上部小的圆台型结构，所述电源与温度控制器设置于所述支撑台的侧壁上。

进一步改进，所述加温壁为圆筒型结构，其内壁与所述粉碎罐的罐体外壁紧密贴合，所述加温壁的底端与所述支撑台的顶端固定连接。

进一步改进，所述冷凝管的管体为U型，设置在所述U型输导管的外侧，所述冷凝管内装有冷凝液。

进一步改进，所述集水筒采用带刻度线的透明量筒。

进一步改进，还包括设置于所述粉碎罐内部的粉碎球。

进一步改进，所述粉碎球的外表面设有粉碎刺。

本发明还提供一种应用上述页岩含水量测试装置的页岩含水量测试方法，所述测试方法步骤包括：

(1)打开所述粉碎罐的盖体，装入页岩样品后密封粉碎罐；

(2)将装有页岩样品的粉碎罐放入加温壁中，并使粉碎棒与电动机连接；

(3)开启电动机，所述粉碎棒在电动机的带动下，粉碎页岩样品；

(4)接通加温壁的电源，分离页岩中的水分；

(5)接通集水机构，使粉碎罐产生的水汽经过U型输导管，并被所述冷凝管冷凝后，收集在所述集水筒中；

(6)观察所述集水筒中页岩水的体积，直至水量不再增加，测试结束，记录页岩水体积，并通过计算集水筒实验前后的重量差得到页岩水重量。

进一步改进，所述步骤(1)中，所述粉碎罐内还装入粉碎球。

采用上述的技术方案，本发明至少具有以下优点：

1.本发明通过设置底座机构和加热粉碎机构，利用“时温原理”实现对页岩中水分的充分提取，并通过设置集水机构能准确的收集和测量页岩中水分的重量和体积，完成页岩含水量的精密测试。

2.本发明结构简单、操作方便、测试精确，且可专门用于页岩中水的收集和测量，从而填补了目前页岩含水量测试设备的空白。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明页岩含水量测试装置的结构示意图；

图2是本发明页岩含水量测试装置中粉碎球的结构剖视图。

具体实施方式

参照附图1所示，本发明页岩含水量测试装置包括底座机构、加热粉碎机构和集水机构。

底座机构包括支撑台1、位于支撑台1内部的电动机2和位于支撑台1侧壁的电源与温度控制器3。本实施例中支撑台1为下部大上部小的圆台型结构，该结构使得该测试装置底部重量大、着地面积大，能够保证测试装置在粉碎页岩时不晃动，稳定性好。电动机2为微型电机，设置在支撑台1内部的中心轴处，可带动加热粉碎机构中的粉碎棒6稳定转动，电动机2与粉碎棒6为可拆卸传动连接。电源与温度控制器3可设置粉碎时间、加温温度及控制电源开关，如控制电动机2和加温壁4的电源开关、电动机2的转动时间、加温壁4的加温温度。

加热粉碎机构包括粉碎罐5和加温壁4。

粉碎罐5包括罐体、盖体7和设置于罐体底面的粉碎棒6。盖体7与罐体上端部密封连接，如通过分别设置在盖体7与罐体上端部的相匹配的螺纹扣，以及气密垫实现密封可拆卸连接。盖体7上设有出气口，出气口处设有第一单向阀门8，该第一单向阀门8能够保证水蒸气从粉碎罐5内部向外部的单向流通。

本实施例中粉碎棒6为T型，包括粉碎叶片和与其垂直连接的粉碎杆。该粉碎叶片位于罐体内部，粉碎杆穿过罐体底面的通孔与底座机构中的电动机2可拆卸传动连接，且粉碎杆与罐体底面的通孔之间可转动、密封连接。则粉碎棒6在电动机2的带动下可实现转动，用于粉碎粉碎罐5内的页岩样品。

加温壁4为圆筒型结构，其内壁与粉碎罐5的罐体外壁紧密贴合，用于实现对粉碎罐5的温度控制。该加温壁4的底端与支撑台1的顶端固定连接。

集水机构包括输导管9、冷凝管10和集水筒12。输导管9的一端与上述第一单向阀门8连接，其另一端设有第二单向阀门11，该第二单向阀门11能避免外界空气中的水分进入输导管9中，影响测试结果和精度。该输导管9的中间段包括U型输导管，该U型输导管的底端设置有第三单向阀门13，该第三单向阀门13的下部连接集水筒12。

冷凝管10的管体为U型，其冷凝管10的管体直径比U型输导管的管体直径大，设置在U型输导管的外侧。该冷凝管10内装有冷凝液，用于对U型输导管内部的热蒸汽实现冷凝。则输导管9中的热蒸汽经冷凝管10冷凝后通过第三单向阀门13流入集水筒12中。

本实施例中集水筒12采用带刻度的透明量筒，则实验过程中可以直接观察集水筒12中收集的水体积。该集水筒12也可作为页岩水的保存装置，可随时取出，为后续进一步研究页岩水提供便利。

本发明为了能更好对页岩进行粉碎，尽可能的提取页岩中的水分，该测试装置还包括用于粉碎罐5中的粉碎球14。参照附图2可见，粉碎球14的外表面设有粉碎刺15，能更好的配合粉碎棒6对页岩进行粉碎，达到最佳的粉碎效果。当然，粉碎球的直径和个数可以根据待粉碎页岩硬度和大小的不同进行调整，如可以放置直径3cm的粉碎球1个、或直径2cm的粉碎球2个、或直径1cm的粉碎球3个、或不同规格的粉碎球混合使用。

本发明采用的是“时温原理”，即通过时间对页岩样品进行彻底粉碎，破坏页岩水与空隙、矿物间的固着力，然后通过温度快速分离页岩中的水，达到收集和测量的目的。“时温原理”能够很好的将页岩中的束缚水、自由水全部分离出来，保证了测量精度，并且收集的页岩水为下一步的实验分析与研究提供了珍贵样品。本发明对粉碎和加温功能的设计，为“时温原理”的实现提供了很好的保障。

本发明页岩含水量测试装置在测试页岩样品中的含水量时，包括如下步骤：

A：打开粉碎罐5的盖体7，装入含水页岩样品，放入粉碎球14，将盖体7与罐体密封。本发明可实现页岩样品的整块、直接装入，无需对页岩样品提前处理、敲碎。

B：将粉碎罐5盖体朝上竖直放入加温壁4中，使粉碎棒6与电动机2可传动连接。

C：通过电源与温度控制器3设置电动机2的转动时间，并开启电动机2，粉碎棒6在电动机2的带动下，联合粉碎球14一起对粉碎罐5内的页岩样品进行粉碎。

D：通过电源与温度控制器3设置加温壁4的加热温度，并接通加温壁4的电源，分离页岩中的水，例如110℃，可保证页岩水完全变为水蒸汽，水蒸汽经过第一单向阀门8后进入输导管9中，又经冷凝管10的冷凝后变为液体水，再通过第三单向阀门13进入集水筒12中被收集，而非水成分通过输导管9末端的第二单向阀门11排出。

E：观察集水筒12内液面的位置，直至水量不再增加，实验结束，断开输导管9与粉碎罐5和集水筒12之间的连通。对实验后的集水筒12称重，对比实验前的集水筒12的重量即可得出页岩水的重量，页岩水的体积可以通过集水筒的刻度线直接读出。

本发明页岩含水量测试装置结构简单、操作方便、测量结果精确可信。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种页岩含水量测试装置，其特征在于，包括底座机构、加热粉碎机构和集水机构，

所述底座机构包括支撑台、电动机和电源与温度控制器，所述电动机设置在支撑台内部的中心轴处；

所述加热粉碎机构包括粉碎罐和设置在其外侧的加温壁，所述粉碎罐包括罐体、盖体和设置于罐体底面的粉碎棒，所述盖体与罐体上端部密封连接，且盖体上设有出气口，所述出气口处设有第一单向阀门；所述粉碎棒穿过罐体底面的通孔与所述电动机可拆卸传动连接，且粉碎棒与罐体底面的通孔之间可转动、密封连接；

所述电源与温度控制器用于控制所述电动机和加温壁；

所述集水机构包括输导管、冷凝管和集水筒，所述输导管的一端与所述第一单向阀门连接，其另一端设有第二单向阀门，所述输导管的中间段包括U型输导管，所述U型输导管的底端设有第三单向阀门，所述第三单向阀门的下部连接所述集水筒；所述冷凝管设置在U型输导管的外侧。

2.根据权利要求1所述的页岩含水量测试装置，其特征在于，所述粉碎棒为T型结构，包括粉碎叶片和与其垂直连接的粉碎杆，所述粉碎叶片位于所述罐体内部，所述粉碎杆穿过所述罐体底面的通孔与所述电动机可拆卸传动连接。

3.根据权利要求1所述的页岩含水量测试装置，其特征在于，所述支撑台为下部大上部小的圆台型结构，所述电源与温度控制器设置于所述支撑台的侧壁上。

4.根据权利要求1所述的页岩含水量测试装置，其特征在于，所述加温壁为圆筒型结构，其内壁与所述粉碎罐的罐体外壁紧密贴合，且所述加温壁的底端与所述支撑台的顶端固定连接。

5.根据权利要求1所述的页岩含水量测试装置，其特征在于，所述冷凝管的管体为U型，设置在所述U型输导管的外侧，所述冷凝管内装有冷凝液。

6.根据权利要求1所述的页岩含水量测试装置，其特征在于，所述集水筒采用带刻度线的透明量筒。

7.根据权利要求1所述的页岩含水量测试装置，其特征在于，还包括设置于所述粉碎罐内部的粉碎球。

8.根据权利要求7所述的页岩含水量测试装置，其特征在于，所述粉碎球的外表面设有粉碎刺。

9.一种应用如权利要求1-8任一项所述的页岩含水量测试装置的页岩含水量测试方法，其特征在于，所述测试方法步骤包括：

(1)打开所述粉碎罐的盖体，装入页岩样品后密封粉碎罐；

(2)将装有页岩样品的粉碎罐放入加温壁中，并使粉碎棒与电动机连接；

(3)开启电动机，所述粉碎棒在电动机的带动下，粉碎页岩样品；

(4)接通加温壁的电源，分离页岩中的水分；

(5)接通集水机构，使粉碎罐产生的水汽经过U型输导管，并被所述冷凝管冷凝后，收集在所述集水筒中；

(6)观察所述集水筒中页岩水的体积，直至水量不再增加，测试结束，记录页岩水体积，并通过计算集水筒实验前后的重量差得到页岩水重量。

10.根据权利要求9所述的页岩含水量测试方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述粉碎罐内还装入粉碎球。