CN107436272A - 一种基于压差法准确测量页岩含气量的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于压差法准确测量页岩含气量的装置，包括一集气装置，集气装置的下端设有一压差传感器，压差传感器包括上采样头和下采样头，上采样头设在集气装置的上端，下采样头设在集气装置的下端，集气装置的上方侧面开有进水/气口和排气口，集气装置的下方侧面开有排水口，排气口和排水口通过电磁阀控制打开和闭合，打开排气口，闭合排水口，通过所述进水/气口向集气装置中注水至充满水；闭合排气口，打开排水口，进水/气口连通页岩气解吸装置，收集页岩气的收集，压差传感器的上采样头实时测量集气装置中气体的压强，压差传感器的下采样头实时测量集气装置中液体的压强。本发明能准确了解不同温度产生的页岩气的准确体积。
Description
技术领域
本发明涉及页岩储层领域，尤其涉及一种基于压差法准确测量页岩含气量的装置和方法。
背景技术
页岩气是一种存在于页岩中，自生自储的非常规天然气资源。评价页岩是否具有工业化储量，含气量是一个非常重要的参数。要有效地评价某地区是否具有工业化的前景，必须建立准确的含气量评价数据，这些含气量数据用于储层评价、资源评价和生产预测。因此，要了解页岩含气量，必须准确测试含气量，提供一种能够将准确测量页岩含气量的方法和装置设备。
目前，页岩气含气量的测量通常采用解吸集气，直接读取气体体积方法，此法得到的气体体积误差较大，可信度较低，饱受质疑。因此，如何准确测量页岩的真实含气量在勘探开发中就显得非常重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种能准确测量不同温度解吸集气的体积，通过拟合损失对解吸集气体积进行较正的基于压差法准确测量页岩含气量的装置和方法。
本发明的实施例提供一种基于压差法准确测量页岩含气量的装置，包括一集气装置，所述集气装置的下端设有一压差传感器，所述压差传感器包括上采样头和下采样头，所述上采样头设在集气装置的上端，所述下采样头设在集气装置的下端，所述集气装置的上方侧面开有进水/气口和排气口，所述集气装置的下方侧面开有排水口，所述排气口和排水口通过电磁阀控制打开和闭合，打开排气口，闭合排水口，通过所述进水/气口向集气装置中注水，所述集气装置中的气体从排气口中排出，所述集气装置中水量逐渐增加至充满水，闭合排气口，打开排水口，所述进水/气口连通页岩气解吸装置，所述页岩气解吸装置产生的页岩气通过所述进水/气口收集在集气装置中，随着页岩气的收集，所述集气装置中的水从排水口排出，所述压差传感器的上采样头实时测量集气装置中气体的压强，所述压差传感器的下采样头实时测量集气装置中液体的压强，通过气体和液体的压强差得到液面的高度，进而得到集气装置中收集页岩气的体积。
进一步，所述压差传感器的量程为0-3Kpa，采用4-20毫安电流输出信号，采样率为200HZ。
进一步，所述集气装置的上端还设有一压力传感器，所述压力传感器实时测量页岩气解吸装置和集气装置连通空间的系统压力，用于拟合损失的页岩气，进而校正页岩气的体积。
进一步，所述压力传感器的量程为0-120KPa，采用4-20毫安电流输出信号，采样率为200HZ。
进一步，所述页岩气解吸装置中设有温度传感器，所述温度传感器实时测量页岩气解吸的温度，即得到不同温度，解吸页岩气的体积。
进一步，所述温度传感器的量程为0-120℃，采用4-20毫安电流输出信号，采样率为200HZ。
进一步，所述进水/气口、排气口和排水口均连接快速插拔接头，并通过所述快速插拔接头外接测量页岩含气量的仪器，所述进水/气口、排气口和排水口开有二分螺纹孔，所述进水/气口、排气口和排水口均通过二分螺纹孔连接快速插拔接头。
进一步，所述快速插拔接头为直角快速插拔接头，外径为6mm，所述快速插拔接头和二分螺纹孔间通过硅胶管连接，所述电磁阀设在硅胶管上，所述电磁阀为常闭式电磁阀。
一种基于压差法准确测量页岩含气量的方法，包括以下步骤：
S1.打开排气口，闭合排水口，通过所述进水/气口向集气装置中注水，所述集气装置中的气体从排气口中排出，集气装置中水量逐渐增加至充满水；
S2.闭合排气口，打开排水口，所述进水/气口连通页岩气解吸装置，开始页岩气解吸实验，温度传感器实时测量页岩气解吸的温度；页岩气解吸装置产生的页岩气通过所述进水/气口收集在集气装置中，随着页岩气的收集，所述集气装置中的水从排水口排出，压差传感器的上采样头实时测量集气装置中气体的压强，所述压差传感器的下采样头实时测量集气装置中液体的压强，压力传感器实时测量页岩气解吸装置和集气装置连通空间的系统压力；
S3.根据步骤S2得到的气体和液体的压强差得到液面的高度，进而计算集气装置中收集页岩气的体积，同时，根据压力传感器测量的系统压力对页岩气的损失进行拟合，进而得到不同温度，解吸页岩气的体积。
进一步，所述步骤S3中，集气装置中收集页岩气体积的计算公式如下：
V＝r2π(h-H)
式中：V为页岩气体积；r为集气装置内径的一半，h为集气装置的高度，H为液面高度，ΔP为气体和液体的压强差，ρ为水的密度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：将压差法的测量原理创新性地运用于页岩含气量测试仪的设计中，利用压差传感器，通过测量集气装置上下液面的压力，计算出压力差，通过压力差换算成集气装置液面的高度差，从而计算出解吸页岩气的体积，获得解吸页岩气含量，提高了测量结果的准确度；设计压力传感器和温度传感器，利用压力传感器测量损失的页岩气，进对页岩气的体积进行校正，大大提高可信度，同时，利用温度传感器，了解不同温度产生的页岩气体积，对页岩真实含气量在勘探开发具有重要意义。
附图说明
图1是本发明一种基于压差法准确测量页岩含气量的装置的一示意图。
图2是本发明一种基于压差法准确测量页岩含气量的一原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于压差法准确测量页岩含气量的装置，包括一集气装置1，集气装置1的下端设有一压差传感器2，集气装置1的上端还设有一压力传感器6，在一实施例中，集气装置1为一圆柱体集气瓶，在一较佳实施例中，使用过的集气瓶的半径为15mm，则设置对应的压差传感器2满足每小时体积变化大于0.20毫升的精度要求，此时集气瓶对应的高度是300mm，上下各留出30mm分别放置压力传感器6和压差传感器2，实际使用高度为240mm，集气瓶实际使用体积为155mL。
压差传感器2包括上采样头21和下采样头22，所述上采样头21设在集气装置1的上端，所述下采样头22设在集气装置1的下端，在一实施例中，压差传感器2的数据输出线从下端连出，压力传感器6的数据输出线从上端连出，压差传感器2的量程为0-3Kpa，采用4-20毫安电流输出信号，采样率为200HZ；压力传感器6的量程为0-120KPa，采用4-20毫安电流输出信号，采样率为200HZ。
集气装置1的上方侧面开有进水/气口3和排气口4，所述集气装置1的下方侧面开有排水口5，所述排气口4和排水口5通过电磁阀(图中未示出)控制打开和闭合。
在一实施例中，进水/气口3、排气口4和排水口5均连接快速插拔接头(图中未示出)，并通过所述快速插拔接头外接测量页岩含气量的仪器(图中未示出)，所述进水/气口3、排气口4和排水口5开有二分螺纹孔(图中未示出)，所述进水/气口3、排气口4和排水口5均通过二分螺纹孔连接快速插拔接头，快速插拔接头为直角快速插拔接头，外径为6mm，所述快速插拔接头和二分螺纹孔间通过硅胶管(图中未示出)连接，所述电磁阀设在硅胶管上，所述电磁阀为常闭式电磁阀。
使用时，打开排气口4，闭合排水口5，通过所述进水/气口3向集气装置1中注水，所述集气装置1中的气体从排气口4中排出，所述集气装置1中水量逐渐增加至充满水。
然后闭合排气口4，打开排水口5，所述进水/气口3连通页岩气解吸装置(图中未示出)，页岩气解吸装置中设有温度传感器(图中未示出)，在一实施例中，温度传感器的量程为0-120℃，采用4-20毫安电流输出信号，采样率为200HZ。
页岩气解吸装置产生的页岩气通过所述进水/气口3收集在集气装置1中，同时，温度传感器实时测量页岩气解吸的温度，随着页岩气的收集，所述集气装置中的水从排水口5排出，所述压差传感器2的上采样头21实时测量集气装置1中气体的压强，所述压差传感器2的下采样头22实时测量集气装置1底部的液体的压强，通过气体和液体的压强差得到液面的高度，进而得到集气装置中收集页岩气的体积，压力传感器6实时测量页岩气解吸装置和集气装置1连通空间的系统压力，用于拟合损失的页岩气，进而校正页岩气的体积，即得到不同温度，解吸页岩气的体积。
一种基于压差法准确测量页岩含气量的方法，包括以下步骤：
S1.打开排气口4，闭合排水口5，通过所述进水/气口3向集气装置1中注水，所述集气装置1中的气体从排气口4中排出，集气装置1中水量逐渐增加至充满水；
S2.闭合排气口4，打开排水口5，所述进水/气口3连通页岩气解吸装置，开始页岩气解吸实验，温度传感器实时测量页岩气解吸的温度；页岩气解吸装置产生的页岩气通过所述进水/气口3收集在集气装置1中，随着页岩气的收集，所述集气装置1中的水从排水口5排出，压差传感器2的上采样头21实时测量集气装置1中气体的压强，所述压差传感器2的下采样头22实时测量集气装置1中液体的压强，压力传感器2实时测量页岩气解吸装置和集气装置1连通空间的系统压力；
S3.根据步骤S2得到的气体和液体的压强差得到液面的高度，进而计算集气装置1中收集页岩气的体积，请参考图2，集气装置1中收集页岩气体积的计算公式如下：
V＝r2π(h-H)
式中：V为页岩气体积；r为集气装置内径的一半，h为集气装置的高度，H为液面高度，ΔP为气体和液体的压强差，ρ为水的密度。
同时，根据压力传感器6测量的系统压力对页岩气的损失进行拟合，进而得到不同温度，解吸页岩气的体积。
本发明将压差法的测量原理创新性地运用于页岩含气量测试仪的设计中，利用压差传感器，通过测量集气装置上下液面的压力，计算出压力差，通过压力差换算成集气装置液面的高度差，从而计算出解吸页岩气的体积，获得解吸页岩气含量，提高了测量结果的准确度；设计压力传感器和温度传感器，利用压力传感器测量损失的页岩气，进对页岩气的体积进行校正，大大提高可信度，同时，利用温度传感器，了解不同温度产生的页岩气体积，对页岩真实含气量在勘探开发具有重要意义。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于压差法准确测量页岩含气量的装置，其特征在于，包括一集气装置，所述集气装置的下端设有一压差传感器，所述压差传感器包括上采样头和下采样头，所述上采样头设在集气装置的上端，所述下采样头设在集气装置的下端，所述集气装置的上方侧面开有进水/气口和排气口，所述集气装置的下方侧面开有排水口，所述排气口和排水口通过电磁阀控制打开和闭合，打开排气口，闭合排水口，通过所述进水/气口向集气装置中注水，所述集气装置中的气体从排气口中排出，所述集气装置中水量逐渐增加至充满水，闭合排气口，打开排水口，所述进水/气口连通页岩气解吸装置，所述页岩气解吸装置产生的页岩气通过所述进水/气口收集在集气装置中，随着页岩气的收集，所述集气装置中的水从排水口排出，所述压差传感器的上采样头实时测量集气装置中气体的压强，所述压差传感器的下采样头实时测量集气装置中液体的压强，通过气体和液体的压强差得到液面的高度，进而得到集气装置中收集页岩气的体积。
2.根据权利要求1所述的基于压差法准确测量页岩含气量的装置，其特征在于，所述压差传感器的量程为0-3Kpa，采用4-20毫安电流输出信号，采样率为200HZ。
3.根据权利要求1所述的基于压差法准确测量页岩含气量的装置，其特征在于，所述集气装置的上端还设有一压力传感器，所述压力传感器实时测量页岩气解吸装置和集气装置连通空间的系统压力，用于拟合损失的页岩气，进而校正页岩气的体积。
4.根据权利要求3所述的基于压差法准确测量页岩含气量的装置，其特征在于，所述压力传感器的量程为0-120KPa，采用4-20毫安电流输出信号，采样率为200HZ。
5.根据权利要求1所述的基于压差法准确测量页岩含气量的装置，其特征在于，所述页岩气解吸装置中设有温度传感器，所述温度传感器实时测量页岩气解吸的温度，即得到不同温度，解吸页岩气的体积。
6.根据权利要求5所述的基于压差法准确测量页岩含气量的装置，其特征在于，所述温度传感器的量程为0-120℃，采用4-20毫安电流输出信号，采样率为200HZ。
7.根据权利要求1所述的基于压差法准确测量页岩含气量的装置，其特征在于，所述进水/气口、排气口和排水口均连接快速插拔接头，并通过所述快速插拔接头外接测量页岩含气量的仪器，所述进水/气口、排气口和排水口开有二分螺纹孔，所述进水/气口、排气口和排水口均通过二分螺纹孔连接快速插拔接头。
8.根据权利要求7所述的基于压差法准确测量页岩含气量的装置，其特征在于，所述快速插拔接头为直角快速插拔接头，外径为6mm，所述快速插拔接头和二分螺纹孔间通过硅胶管连接，所述电磁阀设在硅胶管上，所述电磁阀为常闭式电磁阀。
9.根据权利要求1-8任一项所述的基于压差法准确测量页岩含气量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.打开排气口，闭合排水口，通过所述进水/气口向集气装置中注水，所述集气装置中的气体从排气口中排出，集气装置中水量逐渐增加至充满水；
S2.闭合排气口，打开排水口，所述进水/气口连通页岩气解吸装置，开始页岩气解吸实验，温度传感器实时测量页岩气解吸的温度；页岩气解吸装置产生的页岩气通过所述进水/气口收集在集气装置中，随着页岩气的收集，所述集气装置中的水从排水口排出，压差传感器的上采样头实时测量集气装置中气体的压强，所述压差传感器的下采样头实时测量集气装置中液体的压强，压力传感器实时测量页岩气解吸装置和集气装置连通空间的系统压力；
S3.根据步骤S2得到的气体和液体的压强差得到液面的高度，进而计算集气装置中收集页岩气的体积，同时，根据压力传感器测量的系统压力对页岩气的损失进行拟合，进而得到不同温度，解吸页岩气的体积。
10.根据权利要求9所述的基于压差法准确测量页岩含气量的方法，其特征在于，所述步骤S3中，集气装置中收集页岩气体积的计算公式如下：
V＝r2π(h-H)
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<mi>H</mi>
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| CN108872529A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-11-23 | 中国石油大学(北京) | 用于测量页岩破裂甲烷散失的模拟实验装置及其方法 |
| CN112985922A (zh) * | 2019-12-14 | 2021-06-18 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种连续烟气采样装置中湿烟气含水量在线监测装置 |
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