CN108982289A - 一种页岩气现场解析装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种页岩气现场解析装置及方法，操作人员通过运输设备如汽车即可将此解析装置运输到现场，便携性高，移动性强，试验时操作人员将欲解析的岩心样品放置在解吸罐内，并通过恒温箱升温，即可自动通过设置的压力传感器和温度传感器获取气体的温度和压力，并使用数据分析模块进行实时数据分析得到页岩含气量曲线，可以在勘探现场实时获得精确的数据，保证数据的实时性和精确性；同时压力传感器采集的数据精度更高，有效避免传统排水法存在的CO₂、H₂S等气体溶于水中造成分析结果误差的问题，同时排气口也可预留作为进一步分析的外部接口，可拓展性强。

Description

一种页岩气现场解析装置及方法

方法领域

本发明属于天然气探测领域，主要涉及一种页岩气现场解析装置及方法。

背景方法

我国页岩气具有巨大的资源潜力，但勘探开发尚处于探索阶段，大多数页岩储层缺乏含气量数据，页岩含气量是计算页岩气资源潜力、储量预测的重要参数，对页岩气勘探开发具有重要的意义。现有技术一般使用解析法和模拟法来测定页岩含气量。解吸法，是指通过测定现场钻井岩心或有代表性岩屑的解吸行为获取实际含气量。模拟法则是通过等温吸附实验模拟以及测井解释等方法分别获取吸附气和游离气的含量。由于吸附和解吸过程并不完全可逆，等温吸附实验模拟方法完全依赖于理论计算，获得的结果往往比页岩的实际含气量大，一般只有缺少现场解吸数据时才用来定性地评价页岩含气量。而解吸法能够在模拟地层实际环境的条件下直接测定页岩的含气数量，较为可靠，因此被作为页岩含气量测定的最基本方法。

现有技术的页岩解析装置目前主要是采用水浴加热，排液集气的方式，对于中国超深储层页岩，水浴加热存在温度上限，而排液集气的测量方法除需要大量使用饱和食盐水外，水蒸气也会对含气量造成一定的影响。同时，页岩气开发现场通常比较偏远，而现有技术中的页岩解析装体积较大，难以携带，给现场探测工作带来了很多麻烦。

发明内容

本发明目的在于针对现有方法的缺陷，提供一种页岩气现场解析装置，便携性高，移动性强，可以在勘探现场实时获得精确的数据，保证数据的实时性和精确性。

本发明的另一目的是提供一种上述页岩气现场解析装置的解析方法，可以在勘探现场实时获得精确的数据，保证数据的实时性和精确性。

为解决上述技术问题，本发明通过以下方法方案进行实施：

一种页岩气现场解析装置，包括解吸模块、数据分析模块、显示模块和供电模块；所述供电模块为所述解吸模块、所述数据分析模块和所述显示模块提供电力；

所述解吸模块包括可调温度的恒温箱，若干个设置在所述恒温箱内的解吸罐；所述恒温箱设置有排气口；所述恒温箱内设置有用于获取恒温箱温度信息的温度传感器；所述解吸罐设置有用于获取气体压力信息的压力传感器，每一所述解吸罐通过气管连接至所述排气口；所述解析罐与所述排气口间的气管上设置有控制阀；所述压力传感器和所述温度传感器分别连接至所述数据分析模块；

所述数据分析模块用于收集所述气体压力信息和所述恒温箱温度信息，并将所述气体压力信息和所述恒温箱温度信息以及预先测定的岩石样品的体积信息代入理想气体状态方程，计算出岩石样品的含气量；

所述显示模块连接至所述数据分析模块，用于对所述气体压力信息和所述恒温箱温度信息进行显示。

进一步的，所述解吸罐与所述排气口间的气管上设置有两个控制阀，所述两个控制阀串联。

进一步的，所述恒温箱内置有用于保持所述解吸罐的竖直稳定放置的扶正架，所述扶正架为平行于所述恒温箱底面设置的平板，所述平板上有若干个开孔，所述解吸罐嵌合设置于所述开孔内。

进一步的，所述恒温箱加热模块包括空气浴加热模块。

进一步的，所述恒温箱设置有用户控制模块，所述用户控制模块用于接收用户的指令以控制所述恒温箱。

进一步的，所述解吸罐上的罐口通过快速接头连接所述气管。

进一步的，所述恒温箱内设置有承重架，所述承重架的下方滑动连接有导轨，所述扶正架和所述解吸罐设置在所述承重架上。

进一步的，所述供电模块包括220V小型柴油发电机和稳压器，所述220V小型柴油发电机通过所述稳压器分别与所述解析模块、所述数据分析模块和所述显示模块连接。

本发明还公开了一种页岩气现场解析方法，其使用上述页岩气现场解析装置，包括以下步骤：

S1、将待解析的岩心样品破碎至预定颗粒直径后放入所述解吸罐；

S2、调节所述恒温箱的温度至预定的地层温度；

S3、分别通过所述压力传感器和所述温度传感器获取所述岩心样品解吸出的气体的气体压力信息和恒温箱温度信息；

S4、所述数据分析模块实时收集所述气体压力信息和所述恒温箱温度信息，并将所述气体压力信息和所述恒温箱温度信息以及预先测定的岩石样品的体积信息输入理想气体状态方程，计算出岩石样品的解吸气含量。

进一步的，在步骤S4之后，还包括：

S5、当所述气体压力信息在持续的时间阈值内保持不变时，通过调高所述恒温箱的温度使所述岩心样品解吸出残余气体；

S6、在所述压力传感器和所述温度传感器获取到所述残余气体的气体压力信息和恒温箱温度信息时，所述数据分析模块收集所述气体压力信息和所述恒温箱温度信息，并将所述残余气体的气体压力信息和恒温箱温度信息以及预先测定的岩石样品的体积信息输入理想气体状态方程，计算出岩石样品的残余气含量。

与现有方法相比，本发明的有益方法效果如下：

本发明公开的一种页岩气现场解析装置及方法，操作人员通过运输设备如汽车即可将此解析装置运输到现场，便携性高，移动性强，试验时操作人员将欲解析的岩心样品放置在解吸罐内，并通过恒温箱升温，即可自动通过设置的压力传感器和温度传感器获取气体的温度和压力，并使用数据分析模块进行实时数据分析得到页岩含气量曲线，可以在勘探现场实时获得精确的数据，保证数据的实时性和精确性；同时压力传感器采集的数据精度更高，有效避免传统排水法存在的CO₂、H₂S等气体溶于水中造成分析结果误差的问题，同时排气口也可预留作为进一步分析的外部接口，可拓展性强。

附图说明

图1为本发明中实施例1所述的页岩气现场解析装置的结构示意图；

图2为本发明中实施例1所述的解吸模块的结构示意图；

图3为本发明中实施例2所述的页岩气现场解析方法的步骤示意图。

具体实施方式

为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图与具体实施方式对本发明的构思、具体步骤及产生的方法效果作进一步说明。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例1公开的一种页岩气现场解析装置，包括解吸模块1、数据分析模块2、供电模块3和显示模块4；供电模块3为解吸模块1、数据分析模块2和显示模块5提供电力；解吸模块1包括可调温度的恒温箱11，若干个设置在恒温箱内的解吸罐12；恒温箱11设置有排气口111；恒温箱11设置有用于获取恒温箱温度信息的温度传感器122；解吸罐12设置有用于获取气体压力信息的压力传感器121，每一解吸罐12通过气管3连接至排气口111；解吸罐12与排气口111间的气管3上设置有控制阀31。

在实际实施过程中，可选择长度200mm、内径40mm、外径54mm、材质为316L不锈钢的解析罐和内部尺寸为460mm×400mm×360mm、功率为3kW、最高温度为200℃、梯度控温的不锈钢恒温箱。在进行解析时，先将控制阀关闭以使解析装置的内部保持真空；在解析结束后，打开控制阀排空气体；另外，在现场解析前，可通过控制阀对解析罐进行抽真空操作；同时排气口可作为外部接口，以供使用其他计量方式(如排水法、流量计等)的设备进行取样及对比研究。

在本发明的实施例中，压力传感器121和温度传感器122分别连接至数据分析模块2，数据分析模块2收集气体压力信息和恒温箱温度信息，并将气体压力信息和恒温箱温度信息以及预先测定的岩石样品的体积信息代入理想气体状态方程，计算出岩石样品的含气量；其中，压力传感器测试范围为0-0.5MPa、精度为0.1％F.S；数据分析模块2可以为具有计算能力的设备，其内部设置有为页岩气解析编写的软件，软件内置多个数据处理模型，对收集到的气体压力信息和气体温度信息使用回归分析计算出页岩含气量；压力传感器和温度传感器也可通过无线网络连接至数据分析模块；显示模块4连接至数据分析模块2，用于对气体压力信息和恒温箱温度信息进行显示，具体的，显示模块4可以为LED显示屏或是液晶显示屏。

通过上述设置，操作人员通过运输设备如汽车即可将此解析装置运输到现场，便携性高，移动性强，试验时操作人员将欲解析的岩心样品放置在解吸罐内，并通过恒温箱升温，即可自动通过设置的压力传感器获取气体的压力，并使用数据分析模块进行实时数据分析得到页岩含气量曲线，可以在勘探现场实时获得精确的数据，保证数据的实时性和精确性；同时压力传感器采集的数据精度更高，有效避免传统排水法存在的CO₂、H₂S等气体溶于水中造成分析结果误差的问题，同时排气口也可预留作为进一步分析的外部接口，可拓展性强。

具体的，解吸罐与排气口间的气管上串联设置有两个控制阀，通过这样设置，当操作人员欲对解吸气进行部分取样时，可以先关闭外面的控制阀并打开里面的控制阀，让两个控制阀间的气管充满一部分气体，再关闭里面的控制阀并打开外面的控制阀，让部分气体通过排气口排出并取样，可以对气体的成分进行进一步分析。

具体的，恒温箱内置有扶正架，扶正架用于保持解吸罐的竖直稳定放置，具体的实施中，扶正架可以为平行于恒温箱底面设置的，中间开孔的不锈钢板，孔的数量、形状、直径与解吸罐的数量、形状、直径对应，将解吸罐嵌合设置于开孔内，可通过扶正架保持解吸罐的竖直稳定放置，保证解吸罐的稳定性，避免因解吸罐摇晃或碰撞导致的实验数据误差。

具体的，恒温箱包括空气浴加热模块，最高温度可达200℃，解决了传统页岩气解析水浴加热方法造成的解析温度不能超过100℃的问题，更适应中国超深页岩储层含气性评价的实际要求，且相比水浴，空气浴加热在现场测试中具有更高的便利性，更为适应中国超深页岩储层含气性评价的实际要求。

具体的，恒温箱设置有用户控制模块，用户控制模块用于接收用户的指令以控制恒温箱，具体实施中，用户控制模块可以为触摸屏或指令键盘，用户控制模块连接至恒温箱的加热器，用户可通过用户控制模块发送指令控制恒温箱升温的时间，温度，达到更精准的温度控制。实际实施中，用户控制模块也可内置于数据分析模块，这样设置，数据分析模块便成为集控制和分析于一体的中心控制系统。

具体的，解吸罐上的罐口通过快速接头连接气管，快速接头和解吸罐间使用全氟橡胶材质O型圈密封，用户可通过快速接头快速开合解吸罐，降低了操作的复杂性，O型圈提高了解吸罐的密封性能，提高了实验的可靠性。

具体的，恒温箱内设置有抽屉式的承重架，承重架的下方滑动连接有导轨，承重架上设置扶正架和解吸罐，抽屉式的承重架方便用户抽拉承重架并对解吸罐进行获取和操作。

具体的，供电模块包括220V小型柴油发电机和稳压器，220V小型柴油发电机通过稳压器分别与解析模块、数据分析模块和显示模块连接，通过这样设置，220V的小型柴油发电机可以为整个解析装置提供足够的电力进行工作，稳压器用于解决小型柴油发电机发电电压不稳定的问题。

实施例2

如图3所示，本实施例2公开了一种页岩气现场解析方法，其使用如实施例1的页岩气现场解析装置，包括以下步骤：

S1、将待解析的岩心样品破碎至预定颗粒直径后放入解吸罐；

具体的，将150-200g的岩心样品放入解析罐，若样品直径大于解析罐直径，可将页岩样品适当破碎，以刚好放入解析罐的大小为宜，不可过度破碎，再采用纱布或滤纸包裹约10gCaO作为干燥剂放入解析罐，拧紧解析罐盖子，并将解析罐连接到恒温箱中对应的快速接头上，锁紧出口控制阀，关闭恒温箱门，开启电源；

S2、调节恒温箱的温度至预定的地层温度；

S3、分别通过压力传感器和温度传感器获取岩心样品解吸出的气体的气体压力信息和恒温箱温度信息；

S4、数据分析模块实时收集气体压力信息和恒温箱温度信息，并将气体压力信息和恒温箱温度信息以及预先测定的岩石样品的体积信息输入理想气体状态方程，计算出岩石样品的解吸气含量。

具体的，数据分析模块选择合适的分析区间和数据分析模型，对气体压力信息和恒温箱温度信息进行回归分析，得到页岩含气量。

S5、当气体压力信息在持续的时间阈值内保持不变时，通过调高恒温箱的温度使岩心样品解吸出残余气体；

具体的，也可以通过数据分析模块得到的数据曲线来观察气体的解吸量，当解吸量达到极限时，再提高恒温箱的温度，促使岩心样品解吸出残余气体。

S6、在压力传感器和温度传感器获取到残余气体的气体压力信息和恒温箱温度信息时，数据分析模块收集气体压力信息和恒温箱温度信息，并将残余气体的气体压力信息和恒温箱温度信息以及预先测定的岩石样品的体积信息输入理想气体状态方程，计算出岩石样品的残余气含量。

通过本实施方式中公开的一种页岩气现场解析方法，可实时获取页岩气的解吸气气压信息，同时通过数据分析模块实时分析得到页岩气的解吸气含气量，再在解吸气释放完之后提高恒温箱的温度促使页岩气解吸出残余气，从而获得页岩气样品的完整的含气量信息，操作简单。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通方法人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本方法领域中方法人员依本发明构思在现有方法基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的方法方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种页岩气现场解析装置，其特征在于，包括解吸模块、数据分析模块、显示模块和供电模块；所述供电模块为所述解吸模块、所述数据分析模块和所述显示模块提供电力；

所述解吸模块包括可调温度的恒温箱，若干个设置在所述恒温箱内的解吸罐；所述恒温箱设置有排气口；所述恒温箱内设置有用于获取恒温箱温度信息的温度传感器；所述解吸罐设置有用于获取气体压力信息的压力传感器，每一所述解吸罐通过气管连接至所述排气口；所述解析罐与所述排气口间的气管上设置有控制阀；所述压力传感器和所述温度传感器分别连接至所述数据分析模块；

所述数据分析模块用于收集所述气体压力信息和所述恒温箱温度信息，并将所述气体压力信息和所述恒温箱温度信息以及预先测定的岩石样品的体积信息代入理想气体状态方程，计算出岩石样品的含气量；

所述显示模块连接至所述数据分析模块，用于对所述气体压力信息和所述恒温箱温度信息进行显示。

2.根据权利要求1所述的页岩气现场解析装置，其特征在于，所述解吸罐与所述排气口间的气管上设置有两个控制阀，所述两个控制阀串联。

3.根据权利要求1所述的页岩气现场解析装置，其特征在于，所述恒温箱内置有用于保持所述解吸罐的竖直稳定放置的扶正架，所述扶正架为平行于所述恒温箱底面设置的平板，所述平板上有若干个开孔，所述解吸罐嵌合设置于所述开孔内。

4.根据权利要求1所述的页岩气现场解析装置，其特征在于，所述恒温箱加热模块包括空气浴加热模块。

5.根据权利要求1所述的页岩气现场解析装置，其特征在于，所述恒温箱设置有用户控制模块，所述用户控制模块用于接收用户的指令以控制所述恒温箱。

6.根据权利要求1所述的页岩气现场解析装置，其特征在于，所述解吸罐上的罐口通过快速接头连接所述气管。

7.根据权利要求3所述的页岩气现场解析装置，其特征在于，所述恒温箱内设置有承重架，所述承重架的下方滑动连接有导轨，所述扶正架和所述解吸罐设置在所述承重架上。

8.根据权利要求1所述的页岩气现场解析装置，其特征在于，所述供电模块包括220V小型柴油发电机和稳压器，所述220V小型柴油发电机通过所述稳压器分别与所述解析模块、所述数据分析模块和所述显示模块连接。

9.一种页岩气现场解析方法，其使用如权利要求1中所述的页岩气现场解析装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将待解析的岩心样品破碎至预定颗粒直径后放入所述解吸罐；

S2、调节所述恒温箱的温度至预定的地层温度；

S3、分别通过所述压力传感器和所述温度传感器获取所述岩心样品解吸出的气体的气体压力信息和恒温箱温度信息；

S4、所述数据分析模块实时收集所述气体压力信息和所述恒温箱温度信息，并将所述气体压力信息和所述恒温箱温度信息以及预先测定的岩石样品的体积信息输入理想气体状态方程，计算出岩石样品的解吸气含量。

10.根据权利要求9所述的页岩气现场解析方法，其特征在于，在步骤S4之后，还包括：

S5、当所述气体压力信息在持续的时间阈值内保持不变时，通过调高所述恒温箱的温度使所述岩心样品解吸出残余气体；

S6、在所述压力传感器和所述温度传感器获取到所述残余气体的气体压力信息和恒温箱温度信息时，所述数据分析模块收集所述气体压力信息和所述恒温箱温度信息，并将所述残余气体的气体压力信息和恒温箱温度信息以及预先测定的岩石样品的体积信息输入理想气体状态方程，计算出岩石样品的残余气含量。