CN108931594B

CN108931594B - 一种用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统

Info

Publication number: CN108931594B
Application number: CN201810540120.9A
Authority: CN
Inventors: 姜波; 刘和武; 刘杰刚; 李明
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2021-08-20
Anticipated expiration: 2038-05-30
Also published as: CN108931594A

Abstract

本发明公开了一种用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统，包括：换热组件包括换热器、液体收集器和水泵，换热器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，第一端口与第二采集口相导通，第三端口与水泵相连，第四端口与液体收集器相连；第一单向阀连接在第二采集口与第一端口之间且在反应釜朝向换热器方向上单向导通；储气罐包括进气口和出气口，进气口与第四端口相连接；真空泵连接于第二端口与进气口之间；气相色谱仪与出口端相连；通断阀连接于气相色谱仪与出气口之间；气瓶的连接端口与第一采集口相连；第二单向阀设于第一采集口和气瓶的连接端口之间且在气瓶朝向反应釜方向上单向导通。该系统可以实时收集和在线检测。

Description

一种用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统

技术领域

本发明涉及气体采集领域，尤其涉及一种用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统。

背景技术

原位地质条件下煤岩体的特征对于深部采矿、油气开采、地热资源开采以及煤炭地下液化与气化等深部资源能源开发具有重要意义。多期构造运动叠加改造的地质背景，使煤岩发育生了不同程度的破坏，物理性质和储层物性非均质性进一步增加，尤其是强变形构造岩是制约我国煤炭工业健康可持续发展的瓶颈，同时也限制了非常规油气的勘探与开发，对于高温高压煤岩试验所生成的气体的分析对于研究煤岩在地质变化中的特性具有重要意义。

现有技术中，对于高温高压煤岩试验所产生的气体的采集方式简单，不能准确模拟地质环境，例如，地质变化过程中的空隙流体压力；而且现有的检测方式多为分段式检测，这种检测方式难以实时收集和在线检测，造成检测的准确度不高。

发明内容

本发明旨在解决上述技术存在的问题，提供一种用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统，该气体采集与检测系统可以对煤岩样品在试验装置中所产生的气体进行实时收集与在线检测，而且能够模拟地质条件，检测更加准确。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统，所述试验装置的上端和下端分别设有第一采集口和第二采集口，所述气体检测系统包括：换热组件，所述换热组件包括换热器、液体收集器和水泵，所述换热器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第一端口适于与所述第二采集口相导通，所述第三端口与所述水泵相连，所述第四端口与所述液体收集器相连；第一单向阀，所述第一单向阀连接在所述第二采集口与所述第一端口之间且在所述试验装置朝向所述换热器方向上单向导通；储气罐，所述储气罐包括进气口和出气口，所述进气口与所述第四端口相连接；真空泵连接于所述换热组件的第二端口与储气罐的进气口之间；气相色谱仪，所述气相色谱仪与出气口相连，以对采集的所述气体进行分析；通断阀，所述通断阀连接于所述气相色谱仪与所述出气口之间以控制所述出气口与所述气相色谱仪的通断；气瓶，所述气瓶的连接端口与所述第一采集口相连；以及第二单向阀，所述第二单向阀设于所述第一采集口和所述气瓶的连接端口之间且在所述气瓶朝向所试验装置方向上单向导通。

在该技术方案中，在试验前，关闭第二单向阀和通断阀，使第二单向阀和通断阀之间形成密闭空间，接着打开真空泵使密闭空间逐渐形成真空状态，待整个检测系统呈真空状态时，为了更加真实的模拟地质历史时期的温压条件，在高温高压环境下进行试验装置，而且为了模拟储层的孔隙流体压力，打开第一单向阀使气瓶内部的气体由连接端口注入试验装置中，试验装置所产生的混合气体由第二采集口流出，并经过第二单向阀流向换热器，混合气体由第一端口进入换热器，而水泵与换热器通过第三端口与水泵相连，使在换热器内形成水循环，即冷却水在水泵的作用下在换热器内部循环流动，以将经过换热器的高温混合气体的热量传递给冷却水，这样高温气体经过换热器发生冷凝分流，冷凝后的液态烃会由第四端口进入液体收集器中，而气态物质会由第二端口流出并流向储气罐的进气口，并由其出气口流出，最终气态物质进入气相色谱仪，由气相色谱仪实时对气态物质进行检测。该气体采集与检测系统可以对煤岩样品在试验装置中所产生的气体进行实时收集与在线检测，而且能够模拟地质条件，检测更加准确。

另外，根据本发明的用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统，还可以具有如下技术特征：

进一步地，所述检测系统还包括第一调压阀，所述第一调压阀设于所述连接端口与所述第二单向阀之间。

进一步地，所述检测系统还包括第二调压阀，所述第二调压阀设于所述通断阀和所述气相色谱仪之间。

进一步地，还包括流量计，所述流量计设于所述第二端口与所述进气口之间。

进一步地，还包括真空表，所述真空表连接于第二采集口和通断阀之间的主管道上。

进一步地，还包括第一压力表和第二压力表，所述第一压力表安装在所述第二端口与所述进气口之间的主管道上，所述第二压力表安装在所述出气口与所述通断阀之间的主管道上。

根据本发明的一种用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统，其附加技术特征还具有如下技术效果：通过设置第一调压阀可以根据实际试验需要对气瓶内部的气体的流量和压力进行准确调节，这样可以更加准确地模拟储层的孔隙流体的压力；通过设置第二调压阀，可以对气相色谱仪起到保护作用，而且还可以使气相色谱仪的分析结果更加准确。

附图说明

图1为用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统的结构示意图；

图中:100.试验装置；AA11.第一采集口；AA21.第二采集口；200.气体检测系统；1B.换热组件；1B1.换热器；1B11.第一端口；1B12.第二端口；1B13.第三端口；1B14.第四端口；1B2.液体收集器；1B3.水泵；2B.第一单向阀；3B.储气罐；3B1.进气口；3B2.出气口；4B.真空泵；5B.气相色谱仪；6B.通断阀；7B.气瓶；7B1.连接端口；8B.第二单向阀；9B.第一调压阀；10B.第二调压阀；11B.流量计；12B.真空表；13B.第一压力表；14B.第二压力表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的一种用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统，如图1所示，所述试验装置100的上端和下端分别设有第一采集口AA11和第二采集口AA21，所述气体采集与检测系统200包括：换热组件1B、第一单向阀2B、储气罐3B、第二单向阀8B、真空泵4B、气相色谱仪5B、通断阀6B和气瓶7B。

换热组件1B，所述换热组件1B包括换热器1B1、液体收集器1B2和水泵1B3，所述换热器1B1包括第一端口1B11、第二端口1B12、第三端口1B13和第四端口1B14，所述第一端口1B11与所述第二采集口AA21相导通，所述第三端口1B13与所述水泵1B3相连，所述第四端口1B14与所述液体收集器1B2相连；具体地，在高温高压的环境下对煤岩样品进行试验，会产生温度较高的气体，其由第二采集口AA21流向换热器1B1，而水泵1B3与换热器1B1通过第三端口1B13与水泵1B3相连，使在换热器1B1内形成水循环，具体地，第三端口1B13包含进液口和出液口，这样使在换热器1B1内形成水循环，即冷却水在水泵1B3的作用下在换热器1B1内部循环流动，以将经过换热器1B1的高温气体的热量传递给冷却水，这样高温气体经过换热器1B1发生冷凝分流，冷凝后的液态烃会进入液体收集器1B2中，而气态物质会由第二端口1B12流出。

第一单向阀2B，所述第一单向阀2B连接在所述第二采集口AA21与所述第一端口1B11之间且在所述试验装置100朝向所述换热器1B1方向上单向导通，也就是说，采集的气体只能从第二采集口AA21流向第一端口1B11，而不能逆向流动，这样可以防止采集的气体从换热器1B1向试验装置100方向回流。

储气罐3B，所述储气罐3B包括进气口3B1和出气口3B2，所述进气口3B1与所述第二端口1B12相连接，也就是说，通过储气罐3B可以对采集的气体进行储存，便于后续对采集的气体进行分析和研究。

真空泵4B，真空泵4B连接于所述换热组件1B的第二端口1B12与储气罐3B的进气口3B1之间，真空泵4B在运行过程中，可以将该气体采集与检测系统200中的气体进行抽离，使气体采集与检测系统200处于真空的状态，以更加真实地对气体的采集和分析，分析结果更加精确。值得说明的是的，在真空泵4B与主管道连接处还设有一个气体通断阀，抽完真空后气体通断阀关闭，防止真空状态下真空泵4B内的液压油回流。

气相色谱仪5B，所述气相色谱仪5B与出气口3B2相连，以对采集的所述气体进行分析，通过气相色谱仪5B对采集的气体的组分进行检测。

通断阀6B，所述通断阀6B连接于所述气相色谱仪5B与所述出气口3B2之间以控制所述出气口3B2与所述气相色谱仪5B的通断，具体地，将通断阀6B设置在气相色谱仪5B与出气口3B2之间以隔断出气口3B2流和气相色谱仪5B，即为了使气体采集与检测系统200为真空模式，可以关闭通断阀6B使检测系统部分呈现密闭状态，打开真空泵4B，其连续工作可以使通断阀6B所形成的密闭状态逐渐形成真空。

气瓶7B，所述气瓶7B的连接端口7B1与所述第一采集口AA11相连，为了更加真实的模拟储层的孔隙流体压力，通过设置气瓶7B可以使气瓶7B内部的气体对试验装置100内的煤岩样品产生空隙流体压力，这样可以更加真实的模拟地质条件，使得试验结果更加准确。值得说明的是，气瓶7B内部所存储的气体可以为氮气等惰性气体对试验装置100中煤岩样品所产生的混合气体的分析不会产生影响。

第二单向阀8B，所述第二单向阀8B设于所述第一采集口AA11和所述气瓶7B的连接端口7B1之间且在所述气瓶7B朝向所试验装置100方向上单向导通，也就是说，由气瓶7B内部的气体只能从气瓶7B朝向试验装置100的第一采集口AA11流动；而由试验装置100内部煤岩样品所产生的气体不能由第一采集口AA11流向气瓶7B方向。即通过设置第一单向阀2B和第二单向阀8B，使得气体采集与检测系统200所采集的气体只能从第二采集口AA21流向换热器1B1方向流动，而不能由第一采集口AA11流向气瓶7B；同时气瓶7B内部的气体只能从气瓶7B流向第一采集口AA11。

可以理解的是，在试验前，关闭第二单向阀8B和通断阀6B，使第二单向阀8B和通断阀6B之间形成密闭空间，接着打开真空泵4B使密闭空间逐渐形成真空状态，使整个气体采集与检测系统200呈真空状态；在试验时，为了更加真实的模拟地质历史时期的温压条件，试验装置100处于在高温高压环境下，而且为了模拟储层的孔隙流体压力，打开第二单向阀8B使气瓶7B内部的气体，例如，可以为氮气，由连接端口7B1注入试验装置100中，试验装置100所产生的混合气体由第二采集口AA21流出，并经过第一单向阀2B流向换热器1B1，混合气体由第一端口1B11进入换热器1B1，而水泵1B3与换热器1B1通过第三端口1B13与水泵1B3相连，使在换热器1B1内形成水循环，即冷却水在水泵1B3的作用下在换热器1B1内部循环流动，以将经过换热器1B1的高温混合气体的热量传递给冷却水，这样高温气体经过换热器1B1发生冷凝分流，冷凝后的液态烃会由第四端口1B14进入液体收集器1B2中，而气态物质会由第二端口1B12流出并流向储蓄罐的进气口3B1，并由其出气口3B2流出，最终气态物质进入气相色谱仪5B，由气相色谱仪5B实时对气态物质进行检测。该气体采集与检测系统200可以对煤岩样品在试验装置100中所产生的气体进行实时收集与在线检测，而且该气体采集与检测系统200能模拟地质条件，检测更加准确。

在本发明的实施例中，所述气体采集与检测系统200还包括第一调压阀9B，所述第一调压阀9B设于所述连接端口7B1与所述第二单向阀8B之间，具体地，气瓶7B内部所存储的气体具有一定的压力，为了更加准确的模拟不同地质层孔隙流体的流量和压力，设置第一调压阀9B可以根据实际试验需要对气瓶7B内部的气体的流量和压力进行准确调节，这样可以更加准确地模拟储层的孔隙流体的压力。

在本发明的实施例中，所述气体采集与检测系统200还包括第二调压阀10B，所述第二调压阀10B设于所述通断阀6B和所述气相色谱仪5B之间，气相色谱仪5B在检测过程中需要合适的待检测气体压力，气体的压力过大或过低都会对气相色谱仪5B的分析产生影响，造成分析结果不准确；而设置第二调压阀10B可以对储气罐3B内的气体的压力进行调节，使其以安全压力进入气相色谱仪5B，这样不仅可以对气相色谱仪5B起到保护作用，而且还可以使气相色谱仪5B的分析结果更加准确。

在本发明的实施例中，还包括流量计11B，所述流量计11B设于所述第二端口1B12与所述进气口3B1之间，通过设置流量计11B可以对由第二端口1B12流出的气体的流量进行测量，便于实时观测气体的流量。

在本发明的实施例中，还包括真空表12B，所述真空表12B连接于第二采集口AA21和通断阀6B之间的主管道上，真空表12B可以对真空度进行检测，即在试验前，关闭第二单向阀8B和通断阀6B，利用真空泵4B对第二单向阀8B与通断阀6B之间所形成的密闭空间进行抽真空处理时，真空表12B可以实时检测，便于试验有序进行。

进一步地，还包括第一压力表13B和第二压力表14B，所述第一压力表13B安装在所述第二端口1B12与所述进气口3B1之间的主管道上，所述第二压力表14B安装在所述出气口3B2与所述通断阀6B之间的主管道上，也就是说，第一压力表13B和第二压力表14B分别设置在进气口3B1的前端和出气口3B2的后端，即第一压力表13B对气体在进入储气罐3B之前的压力进行测量；第二压力表14B对气体流出储气罐3B的压力进行测量，这样可以对气体在气体采集与检测系统200中的压力进行实时检测。值得说明的是，“前端”“后端”所指代的方向是指气体的流向，即气体由气体采集与检测系统200的前端流向后端。

在本发明的一个实施例中，所述试验装置100还包括控制台，所述控制台与所述试验装置100相连，也就是说，通过控制台控制试验装置的围压、轴压和温度，实现所述试验装置100的温度与压力按照预设的方式进行加热或加压，即在控制台15B的控制下，试验装置100对煤岩样品进行根据实际需要的温度和压力进行试验。

Claims

1.一种用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统，所述试验装置(100)的上端和下端分别设有第一采集口(AA11)和第二采集口(AA21)，其特征在于，所述气体采集与检测系统(200)包括：

换热组件(1B)，换热组件(1B)包括换热器(1B1)、液体收集器(1B2)和水泵(1B3)，换热器(1B1)包括第一端口(1B11)、第二端口(1B12)、第三端口(1B13)和第四端口(1B14)，所述第一端口(1B11)与所述第二采集口(AA21)相导通，所述第三端口(1B13)与所述水泵(1B3)相连，所述第四端口(1B14)与液体收集器(1B2)相连；

第一单向阀(2B)，第一单向阀(2B)连接在第二采集口(AA21)与第一端口(1B11)之间且在所述试验装置(100)朝向所述换热器(1B1)方向上单向导通；

储气罐(3B)，储气罐(3B)包括进气口(3B1)和出气口(3B2)，所述进气口(3B1)与所述第二端口(1B12)相连接；

真空泵(4B)，真空泵(4B)连接于所述换热组件(1B)的第二端口(1B12)与储气罐(3B)的进气口(3B1)之间；

气相色谱仪(5B)，气相色谱仪(5B)与储气罐(3B)的出气口(3B2)相连；

通断阀(6B)，通断阀(6B)连接于所述气相色谱仪(5B)与所述出气口(3B2)之间以控制出气口(3B2)与气相色谱仪(5B)的通断；

气瓶(7B)，气瓶(7B)的连接端口(7B1)与所述第一采集口(AA11)相连；以及

第二单向阀(8B)，所述第二单向阀(8B)设于所述第一采集口(AA11)和所述气瓶(7B)的连接端口(7B1)之间且在所述气瓶(7B)朝向所述试验装置(100)方向上单向导通。

2.根据权利要求1所述的用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统，其特征在于，气体采集与检测系统(200)还包括第一调压阀(9B)，第一调压阀(9B)设于所述连接端口(7B1)与所述第二单向阀(8B)之间。

3.根据权利要求1或2所述的用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统，其特征在于，气体采集与检测系统(200)还包括第二调压阀(10B)，第二调压阀(10B)设于所述通断阀(6B)和所述气相色谱仪(5B)之间。

4.根据权利要求3所述的用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统，其特征在于，还包括流量计(11B)，流量计(11B)设于所述第二端口(1B12)与所述进气口(3B1)之间。

5.根据权利要求3所述的用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统，其特征在于，还包括真空表(12B)，真空表(12B)连接于第二采集口(AA21)和通断阀(6B)之间的主管道上。

6.根据权利要求1、2、4、5中任一项所述的用于高温高压煤岩试验装置的气体采集与检测系统，其特征在于，还包括第一压力表(13B)和第二压力表(14B)，第一压力表(13B)安装在所述第二端口(1B12)与所述进气口(3B1)之间的主管道上，第二压力表(14B)安装在所述出气口(3B2)与所述通断阀(6B)之间的主管道上。