CN110095375B - 页岩含气量测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种页岩含气量测试装置及方法，其中，一种页岩含气量测试装置，包括：反应容器；所述反应容器具有反应腔和可移动的第一壁板，所述第一壁板通过移动以使所述反应腔的体积改变；所述反应容器连接有用于测量所述反应腔内压力的第一压力测量机构、用于调节所述反应腔内温度的温度调节机构、用于测量所述反应腔内温度的温度测量机构；设于所述反应腔内的置物结构；所述置物结构具有可容纳页岩样品的第一容纳腔；用于测量所述置物结构质量的质量测量机构；与所述反应容器连接的注气机构；所述注气机构用于向所述反应腔内注气。本申请所提供的页岩含气量测试装置及方法，能够快速反映压力变化，减少测试时间，提高测试效率。

Description

页岩含气量测试装置及方法

技术领域

本申请涉及油气测量技术领域，尤其涉及一种页岩含气量测试装置及方法。

背景技术

页岩气是一种新型非常规天然气能源，其勘探开发越来越受重视。页岩含气量是指每吨页岩中所含天然气在标准状态下的体积。页岩气具体由吸附气、游离气和溶解气三部分构成。其中，吸附气是指吸附在页岩颗粒表面的天然气，游离气是指储存于天然裂缝和粒间孔隙中的天然气，溶解气是指溶解在页岩有机质、液态烃和沥青等物质中的天然气。由于溶解气在页岩含气量构成中所占比例十分微小，因此在计算页岩含气量时可以忽略不计。

页岩含气量测试是对页岩气储层进行评价的重要实验。测量游离气和吸附气含量对评价页岩气的资源潜力具有重要的意义。等温吸附法是常用的测试方法，可以测量不同温度下吸附状态的页岩含气量。

然而现有的等温吸附法在实现加压时，采用注气加压的形式，需要等待一定时间，气体均匀扩散后，所测压力才能稳定。这就使得测试过程变慢，不够方便与快速。可见，现有的等温吸附法采用的加压方式不能快速反映压力变化，从而使测试时间加长，降低测试效率。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本申请的目的之一是提供一种页岩含气量测试装置及方法，以能够快速反映压力变化，减少测试时间，提高测试效率。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

一种页岩含气量测试装置，包括：

反应容器；所述反应容器具有反应腔和可移动的第一壁板，所述第一壁板通过移动以使所述反应腔的体积改变；所述反应容器连接有用于测量所述反应腔内压力的第一压力测量机构、用于调节所述反应腔内温度的温度调节机构、用于测量所述反应腔内温度的温度测量机构；

设于所述反应腔内的置物结构；所述置物结构具有可容纳页岩样品的第一容纳腔；

用于测量所述置物结构质量的质量测量机构；

与所述反应容器连接的注气机构；所述注气机构用于向所述反应腔内注气。

作为一种优选的实施方式，所述第一壁板的移动方向垂直于所述第一壁板，所述第一壁板的边缘设有将所述第一壁板和所述反应容器之间密封的密封垫。

作为一种优选的实施方式，所述第一壁板背对所述反应腔的一侧连接有可驱动所述第一壁板移动的电机，所述电机和所述第一壁板通过驱动杆连接。

作为一种优选的实施方式，所述质量测量机构设置在所述反应容器顶部，所述质量测量机构将所述置物结构吊设在所述反应腔内部。

作为一种优选的实施方式，所述温度调节机构包括发热组件，以及与所述发热组件相连接的发热组件控制器。

作为一种优选的实施方式，所述反应容器具有第二壁板，所述第二壁板设有用于容纳所述发热组件的第二容纳腔。

作为一种优选的实施方式，所述注气机构包括第一气瓶、第二气瓶、注气泵、真空泵、第三气瓶；所述第一气瓶用于容纳吸附气体，所述第二气瓶用于容纳非吸附气体，所述第三气瓶连接有用于测量所述第三气瓶内压力的第二压力测量机构。

作为一种优选的实施方式，所述注气机构还包括：用于控制所述第一气瓶的第一阀门、用于控制所述第二气瓶的第二阀门、用于控制所述注气泵的第三阀门、用于控制所述真空泵的第四阀门、用于控制所述第三气瓶的第五阀门。

作为一种优选的实施方式，所述第一气瓶用于容纳甲烷，所述第二气瓶用于容纳氦气；所述第一气瓶连接有用于测量所述第一气瓶内压力的第三压力测量机构，所述第二气瓶连接有用于测量所述第二气瓶内压力的第四压力测量机构，所述注气机构和所述反应容器之间设有流量计，用于测量所述注气机构向所述反应腔内注气的流量。

一种页岩含气量测试方法，该测试方法采用如上任一实施方式所述的页岩含气量测试装置，所述页岩含气量测试方法包括如下步骤：

将第一容纳腔填满有页岩样品的所述置物结构放入所述反应腔内，测量此时所述置物结构的第一质量；

向所述反应腔内注入非吸附气体，测量所述页岩样品体积；

向所述反应腔内注入吸附气体，移动所述反应容器的第一壁板以使所述反应腔内的压力达到预定压力，测量此时所述置物结构的第二质量；

根据所述第一质量、所述页岩样品体积和所述第二质量计算所述页岩样品吸附气的质量和游离气的质量。

作为一种优选的实施方式，所述测量所述页岩样品体积具体包括如下步骤：

在将页岩样品放入所述置物结构前，测量所述反应腔的体积V₁，测量所述置物结构的体积V₂₁、容积V₂₂；

在将所述置物结构放入所述反应腔内后，对所述反应腔进行抽真空操作；

向所述反应腔内注入氦气，所述氦气的体积V₀、压力P₀由第三气瓶测得，所述页岩样品体积V_s的计算公式为：

上式中，V_s为所述页岩样品体积，单位为m³；V₁为所述反应腔的体积，单位为m³；V₂₁为所述置物结构的体积，单位为m³；V₂₂为所述置物结构的容积，单位为m³；V₀为注入氦气的体积，即所述第三气瓶的容积，单位为m³；P₀为所述第三气瓶注入氦气后的压力，单位为Pa；P₁为所述反应腔内注入氦气后的压力，单位为Pa。

作为一种优选的实施方式，所述测量所述置物结构的第二质量具体包括如下步骤：

对所述反应腔进行抽真空操作；

向所述反应腔内注入甲烷，移动所述反应容器的第一壁板以使所述反应腔内的压力达到预定压力，测量此时所述置物结构的第二质量。

作为一种优选的实施方式，所述计算所述页岩样品吸附气的质量和游离气的质量，具体包括如下步骤：

计算所述页岩样品中吸附气的质量，吸附气的质量m_吸的计算公式为：

m_吸＝m₂-m₀

上式中，m_吸为所述吸附气的质量，单位为g；m₂为向所述反应腔内注入甲烷后所述置物结构的第二质量，单位为g；m₀为将页岩样品放入置物结构后所述置物结构的第一质量，单位为g；

计算所述页岩样品中游离气的质量，游离气的质量m_游的计算公式为：

上式中，m_游为所述游离气的质量，单位为g；V₂₂为所述置物结构的容积，单位为m³；V_s为所述页岩样品体积，单位为m³；P₂为所述反应腔内注入甲烷后的压力，单位为Pa；M为甲烷的摩尔质量，具体值为16g/mol；R为理想气体常数；T为所述反应腔内注入甲烷后的温度，单位为K。

有益效果：

本申请实施方式通过提供一种页岩含气量测试装置，利用反应容器第一壁板的移动以改变所述反应腔的体积，从而改变所述反应腔的压力，即通过机械加压减压的方式，而不是注气加压，能够快速反映压力变化，减少测试时间，提高测试效率。

此外，将置物结构和质量测量机构相连，通过质量测量机构的读数变化，能直接得出页岩吸附气的质量，方便快速，提高测试效率。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施方式中所提供的一种页岩含气量测试装置的结构示意图；

图2为本申请实施方式中所提供的一种页岩含气量测试方法的步骤流程图。

附图标记说明：

1、反应腔；11、第一壁板；12、第一压力测量机构；13、发热组件控制器；14、温度测量机构；15、密封垫；16、电机；17、驱动杆；18、第二容纳腔；19、发热组件；2、置物结构；21、第一容纳腔；22、质量测量机构；31、第一气瓶；32、第二气瓶；33、注气泵；34、真空泵；35、第三气瓶；36、第二压力测量机构；37、第三压力测量机构；38、第四压力测量机构；311、第一阀门；321、第二阀门；331、第三阀门；341、第四阀门；351、第五阀门；4、流量计。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1。本申请实施方式中提供一种页岩含气量测试装置，包括：反应容器、置物结构2、质量测量机构22和注气机构。

其中，所述反应容器具有反应腔1和可移动的第一壁板11，所述第一壁板11通过移动以使所述反应腔1的体积改变；所述反应容器连接有用于测量所述反应腔1内压力的第一压力测量机构12、用于调节所述反应腔1内温度的温度调节机构、用于测量所述反应腔1内温度的温度测量机构14。本申请实施方式对第一压力测量机构12和温度测量机构14均不做限制，优选的，所述第一压力测量机构12为第一压力表，所述温度测量机构14为温度计。

所述置物结构2设于所述反应腔1中。所述置物结构2具有可容纳页岩样品的第一容纳腔21。所述页岩样品为颗粒状，由于页岩颗粒间存在空隙，空隙也占有一定的空间体积，因此页岩颗粒的体积未知。在吸附状态下，游离气存在于页岩样品颗粒间的空隙中。本申请实施方式对置物结构2的形状不做限定，其可以是任意形状，如立方形、圆柱形等，其为敞开式结构，以保证页岩样品与气体接触。优选的，置物结构2内可设有多层筛网，以使页岩样品表面更多地暴露在气体中，从而使气体更充分地进行吸附。

所述质量测量机构22用于测量所述置物结构2的质量。本申请实施方式对质量测量机构22所处的位置不做限定。优选的，所述质量测量机构22设置在所述反应容器外部。若将质量测量机构22设置在所述反应容器内部，即将质量测量机构22设置在所述反应腔1中，会造成反应容器内部空间发生变化，例如反应腔1的体积变化，由于质量测量机构22的体积一般无法确定，从而反应腔1的体积也无法确定，从而导致最终测得的数据不准确。本申请实施方式对质量测量机构22不做限制，可以是弹簧秤、天平等。在本申请实施方式中，所述质量测量机构22为天平，天平和置物结构2连接，天平所测质量为置物结构2及其第一容纳腔21内物品的总质量。

所述注气机构和所述反应容器连接，用于向所述反应腔1内注气，以实现页岩含气量的测试。

本申请实施方式通过提供一种页岩含气量测试装置，利用反应容器第一壁板11的移动以改变所述反应腔1的体积，从而改变所述反应腔1内的压力，即通过机械加压减压的方式，而不是注气加压，能够快速反映压力变化，减少测试时间，提高测试效率。同时，本申请实施方式提供的页岩含气量测试装置不仅能对反应腔加压，也能对反应腔减压。反应腔1体积减小时，实现加压；反应腔1体积增大时，实现减压。

此外，将置物结构2和质量测量机构22相连，通过质量测量机构22的读数变化，能直接得出页岩吸附气的质量，方便快速，提高测试效率。

在使用本申请实施方式所提供的页岩含气量测试装置时，将页岩样品放入置物结构2，并将所述置物结构2的第一容纳腔21装满，将置物结构2放入反应腔1内，所述反应腔1可密闭，所述反应腔1内的压力和温度可调。利用注气机构向所述反应腔1内注入非吸附气体，测量所述页岩样品体积。利用注气机构向所述反应腔1内注入吸附气体，移动所述反应容器的第一壁板11以改变所述反应腔1内的压力，此时和反应容器相连的第一压力表能直接反映反应腔1内的压力变化。利用连接于放置所述页岩样品的置物结构2的质量测量机构22的读数变化，测出所述页岩样品吸附气的质量；根据所述页岩样品体积及所述反应腔内的气体密度计算出所述页岩样品游离气的质量。

如图1所示，所述第一壁板11的移动方向垂直于所述第一壁板11，所述第一壁板11的边缘设有将所述第一壁板11和所述反应容器之间密封的密封垫15。需要说明的是，本申请实施方式对于第一壁板11的位置不做限制，可以是反应容器的侧面、底面或顶面。优选的，反应容器沿其高度方向延伸，所述第一壁板11为反应容器的底面，其移动方向即为反应容器的高度方向。第一壁板11向上移动时，反应腔1的体积减小，反应腔1的压力增大；第一壁板11向下移动时，反应腔1的体积增大，反应腔1的压力减小。相应的，可以在反应容器侧面设有刻度线，根据刻度线实现底面位置的快速调节。第一壁板11可以是较厚的钢板，其边缘设有密封垫15，密封垫15可以是橡胶材料，使第一壁板11与其他壁板紧密贴合，并保证第一壁板11移动时不至于脱落。

在本实施方式中，所述第一壁板11背对所述反应腔1的一侧连接有可驱动所述第一壁板11移动的电机16，所述电机16和所述第一壁板11通过驱动杆17连接。具体的，所述驱动杆17位于第一壁板11的中心。驱动杆17可以做沿着第一壁板11移动方向的直线运动，也可以做旋转运动的同时沿着第一壁板11移动方向做直线运动，本申请实施方式对此不做限定。

如图1所示，电机16和驱动杆可以采用螺纹连接的方式，当然，也可采用其他可行的连接方式。电机16直接驱动驱动杆17，通过电机16的转动使驱动杆17可以沿其轴线旋转着升降。在第一壁板11和驱动杆17之间设置轴承，可将驱动杆17的旋转直线运动转化为第一壁板11的上下直线运动。

在另一种可行的实施方式中，先将电机16的旋转运动转化为直线运动，转化方式可以是通过齿轮或轴承等部件，本申请实施方式不做唯一的限定。电机16驱动所述驱动杆17，使驱动杆17直接做上下直线运动，驱动杆17固定在第一壁板11的外侧，可以采用焊接、螺纹连接等，本申请对此不做限定。通过固定连接的方式，使驱动杆17带动第一壁板11做上下直线运动。

在本申请实施方式中，为了方便测量与节约测试空间，所述质量测量机构22设置在所述反应容器顶部，所述质量测量机构22将所述置物结构2吊设在所述反应腔1内部。质量测量机构22和置物结构2可以通过承重质量较好的细线连接。在一种优选的实施方式中，所述细线的体积可以计算出，计算页岩含气量时，需将细线的体积也进行考虑。在本申请实施方式中，由于细线的体积极小，可以忽略不计，因此计算页岩含气量时，无需考虑细线的体积。

在本申请实施方式中，所述温度调节机构包括发热组件19，以及与所述发热组件19相连接的发热组件控制器13。所述发热组件19可以是电阻丝，也可以是石英加热管等，本申请不做限制。发热组件控制器13可以调节通过发热组件19的电流大小，从而使反应腔1保持预定的温度。本申请实施方式对发热组件的位置不做特别的限定。

具体的，所述反应容器具有第二壁板，所述第二壁板设有用于容纳所述发热组件19的第二容纳腔18。需要说明的是，本申请实施方式对于第二壁板的位置也不做限制，可以是反应容器的侧面、底面或顶面。在第一壁板11为反应容器的底面时，第二壁板可以是反应容器的侧面。发热组件19可以置于第二壁板内，均匀地加热反应腔1。

在本实施方式中，所述注气机构包括第一气瓶31、第二气瓶32、注气泵33、真空泵34、第三气瓶35。所述第一气瓶31用于容纳吸附气体。优选的，所述第一气瓶31用于容纳甲烷。所述第二气瓶32用于容纳非吸附气体，由于第二气瓶32内的气体不与所述页岩样品产生吸附作用，可以利用第二气瓶32内的气体测出页岩样品的体积。优选的，所述第二气瓶32用于容纳氦气。所述第三气瓶35连接有用于测量所述第三气瓶35内压力的第二压力测量机构36，第三气瓶35相当于气体中转瓶，具有已知的容积V₀。在用注气机构向反应腔1注气时，先将气体从第一气瓶31或第二气瓶32注入第三气瓶35，再将气体从第三气瓶35转入反应腔1。整个注气过程利用注气泵33提供动力。真空泵34的作用是在向反应腔1注气前，对反应腔1进行抽真空操作，使第一压力表的读数为0，即表示反应腔1内为真空状态。本申请实施方式对第二压力测量机构36不做限制，优选的，所述第二压力测量机构36为第二压力表。

具体的，所述注气机构还包括用于控制所述第一气瓶31的第一阀门311、用于控制所述第二气瓶32的第二阀门321、用于控制所述注气泵33的第三阀门331、用于控制所述真空泵34的第四阀门341、用于控制所述第三气瓶35的第五阀门351。上述各阀门可以控制各部件的通断。具体的，所述注气机构和所述反应容器通过橡胶管连接。考虑到本申请实施方式中，反应容器的底面是可移动的，反应容器的侧面设有发热组件19，橡胶管和反应容器连接的一端可以设在所述反应容器的顶面，当然，橡胶管和反应容器连接的具体位置本申请不做特别的限定，可以根据实际应用的情况设置在反应容器的不同位置。

在其他可行的实施方式中，所述注气机构可以设置一个用于控制所述注气机构的第六阀门。所述第六阀门为总阀门，只有打开第六阀门，注气机构才可以向反应腔1内注气。

更具体的，所述第一气瓶31连接用于测量所述第一气瓶31内压力的第三压力测量机构37，所述第二气瓶32连接有用于测量所述第二气瓶32内压力的第四压力测量机构38，所述注气机构和所述反应容器之间设有流量计4，用于测量所述注气机构向所述反应腔1内注气的流量。本申请实施方式对第三压力测量机构37和第四压力测量机构38均不做限制，优选的，所述第三压力测量机构37为第三压力表，所述第四压力测量机构38为第四压力表。

本申请还提供了一种页岩含气量测试方法，该测试方法采用如上任一实施方式所述的页岩含气量测试装置。如图2所示，该测试方法可以包括以下步骤：

步骤S10：将第一容纳腔填满有页岩样品的所述置物结构放入所述反应腔内，测量此时所述置物结构的第一质量；

步骤S20：向所述反应腔内注入非吸附气体，测量所述页岩样品体积；

步骤S30：向所述反应腔内注入吸附气体，移动所述反应容器的第一壁板以使所述反应腔内的压力达到预定压力，测量此时所述置物结构的第二质量；

步骤S40：根据所述第一质量、所述页岩样品体积和所述第二质量计算所述页岩样品吸附气的质量和游离气的质量。

具体的，在步骤S10中，将所述置物结构的第一容纳腔装满，是为了后续步骤测出页岩样品的体积后，用置物结构的容积减去页岩样品的体积，可以得到在吸附状态下，页岩样品中游离气的体积。

在本实施方式中，所述步骤S20具体包括如下步骤：

步骤S201：在将页岩样品放入所述置物结构前，测量所述反应腔的体积V₁，测量所述置物结构的体积V₂₁、容积V₂₂；

步骤S202：在将所述置物结构放入所述反应腔内后，对所述反应腔进行抽真空操作；

步骤S203：向所述反应腔内注入氦气，所述氦气的体积V₀、压力P₀由第三气瓶测得，所述页岩样品体积V_s的计算公式为：

上式中，V_s为所述页岩样品体积，单位为m³；V₁为所述反应腔的体积，单位为m³；V₂₁为所述置物结构的体积，单位为m³；V₂₂为所述置物结构的容积，单位为m³；V₀为注入氦气的体积，即所述第三气瓶的容积，单位为m³；P₀为所述第三气瓶注入氦气后的压力，单位为Pa；P₁为所述反应腔内注入氦气后的压力，单位为Pa。

其中，步骤S201可以在步骤S10之前进行。在执行步骤S202时，保持反应腔密闭，打开第四阀门，其余阀门保持关闭，利用真空泵对反应腔进行抽真空操作，直到第一压力表的读数为0。步骤S203中向所述反应腔内注入氦气时，首先打开第二阀门、第三阀门、第五阀门，利用注气泵使氦气进入第三气瓶；关闭第二阀门和第五阀门，记录第二压力表的读数P₀；打开第五阀门，利用注气泵使氦气进入反应腔内。V₂₁-V₂₂为置物结构的体积减去置物结构的容积，即为置物结构实体部分所占空间的体积，这是因为置物结构的体积V₂₁既包括置物结构实体部分所占空间的体积，也包括置物结构内部容积。

在本实施方式中，所述步骤S30具体包括如下步骤：

步骤S301：对所述反应腔进行抽真空操作；

步骤S302：向所述反应腔内注入甲烷，移动所述反应容器的第一壁板以使所述反应腔内的压力达到预定压力，测量此时所述置物结构的第二质量。

其中，在执行步骤S301时，和步骤S202相同，保持反应腔密闭，打开第四阀门，其余阀门保持关闭，利用真空泵对反应腔进行抽真空操作，直到第一压力表的读数为0。步骤S302中向所述反应腔内注入甲烷时，首先打开第一阀门、第三阀门、第五阀门，利用注气泵使甲烷进入第三气瓶；关闭第一阀门，利用注气泵使甲烷进入反应腔内。移动所述反应容器的第一壁板以使所述反应腔内的压力达到预定压力后，测量此时所述置物结构的第二质量。

在本实施方式中，所述步骤S40具体包括如下步骤：

步骤S401：计算所述页岩样品中吸附气的质量，吸附气的质量m_吸的计算公式为：

m_吸＝m₂-m₀

上式中，m_吸为所述吸附气的质量，单位为g；m₂为向所述反应腔内注入甲烷后所述置物结构的第二质量，单位为g；m₀为将页岩样品放入置物结构后所述置物结构的第一质量，单位为g；

步骤S402：计算所述页岩样品中游离气的质量，游离气的质量m_游的计算公式为：

上式中，m_游为所述游离气的质量，单位为g；V₂₂为所述置物结构的容积，单位为m³；V_s为所述页岩样品体积，单位为m³；P₂为所述反应腔内注入甲烷后的压力，单位为Pa；M为甲烷的摩尔质量，具体值为16g/mol；R为理想气体常数，具体值为8.314J/(mol·K)；T为所述反应腔内注入甲烷后的温度，单位为K。

其中，在步骤S401中，m₂比m₀增加的部分，就是吸附于所述页岩样品上的甲烷的质量，即吸附气的质量。步骤S402中，V₂₂-V_s为置物结构的容积减去页岩样品的体积，得到在吸附状态下页岩样品中游离气的体积；

为此刻反应腔内甲烷的密度。

在本实施方式中，该方法实施方式与装置实施方式相对应，其能够实现装置实施方式所解决的技术问题，相应的达到装置实施方式的技术效果，具体的本申请在此不再赘述。

需要说明的是，该页岩含气量测试方法可以采用但不限于上述任一实施方式或实施例中的页岩含气量测试装置进行实施，应当理解的是，在不脱离该页岩含气量测试方法所提供的精髓的情况下所作的任何改变均覆盖在本申请的保护范围之内。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (12)

1.一种页岩含气量测试方法，其特征在于，该测试方法采用一种页岩含气量测试装置，所述页岩含气量测试装置包括：

反应容器；所述反应容器具有反应腔和可移动的第一壁板，所述第一壁板通过移动以使所述反应腔的体积改变；所述反应容器连接有用于测量所述反应腔内压力的第一压力测量机构、用于调节所述反应腔内温度的温度调节机构、用于测量所述反应腔内温度的温度测量机构；

设于所述反应腔内的置物结构；所述置物结构具有可容纳页岩样品的第一容纳腔；

用于测量所述置物结构质量的质量测量机构；

与所述反应容器连接的注气机构；所述注气机构用于向所述反应腔内注气；

所述页岩含气量测试方法包括如下步骤：

将第一容纳腔填满有页岩样品的所述置物结构放入所述反应腔内，测量此时所述置物结构的第一质量；

向所述反应腔内注入非吸附气体，测量所述页岩样品体积；

向所述反应腔内注入吸附气体，移动所述反应容器的第一壁板以使所述反应腔内的压力达到预定压力，测量此时所述置物结构的第二质量；

根据所述第一质量、所述页岩样品体积和所述第二质量计算所述页岩样品吸附气的质量和游离气的质量。

2.根据权利要求1所述的页岩含气量测试方法，其特征在于，所述第一壁板的移动方向垂直于所述第一壁板，所述第一壁板的边缘设有将所述第一壁板和所述反应容器之间密封的密封垫。

3.根据权利要求1所述的页岩含气量测试方法，其特征在于，所述第一壁板背对所述反应腔的一侧连接有可驱动所述第一壁板移动的电机，所述电机和所述第一壁板通过驱动杆连接。

4.根据权利要求1所述的页岩含气量测试方法，其特征在于，所述质量测量机构设置在所述反应容器顶部，所述质量测量机构将所述置物结构吊设在所述反应腔内部。

5.根据权利要求1所述的页岩含气量测试方法，其特征在于，所述温度调节机构包括发热组件，以及与所述发热组件相连接的发热组件控制器。

6.根据权利要求5所述的页岩含气量测试方法，其特征在于，所述反应容器具有第二壁板，所述第二壁板设有用于容纳所述发热组件的第二容纳腔。

7.根据权利要求1所述的页岩含气量测试方法，其特征在于，所述注气机构包括第一气瓶、第二气瓶、注气泵、真空泵、第三气瓶；所述第一气瓶用于容纳吸附气体，所述第二气瓶用于容纳非吸附气体，所述第三气瓶连接有用于测量所述第三气瓶内压力的第二压力测量机构。

8.根据权利要求7所述的页岩含气量测试方法，其特征在于，所述注气机构还包括：用于控制所述第一气瓶的第一阀门、用于控制所述第二气瓶的第二阀门、用于控制所述注气泵的第三阀门、用于控制所述真空泵的第四阀门、用于控制所述第三气瓶的第五阀门。

9.根据权利要求7所述的页岩含气量测试方法，其特征在于，所述第一气瓶用于容纳甲烷，所述第二气瓶用于容纳氦气；所述第一气瓶连接有用于测量所述第一气瓶内压力的第三压力测量机构，所述第二气瓶连接有用于测量所述第二气瓶内压力的第四压力测量机构，所述注气机构和所述反应容器之间设有流量计，用于测量所述注气机构向所述反应腔内注气的流量。

10.根据权利要求1所述的页岩含气量测试方法，其特征在于，所述测量所述页岩样品体积具体包括如下步骤：

在将页岩样品放入所述置物结构前，测量所述反应腔的体积V₁，测量所述置物结构的体积V₂₁、容积V₂₂；

在将所述置物结构放入所述反应腔内后，对所述反应腔进行抽真空操作；

向所述反应腔内注入氦气，所述氦气的体积V₀、压力P₀由第三气瓶测得，所述页岩样品体积V_s的计算公式为：

上式中，V_s为所述页岩样品体积，单位为m³；V₁为所述反应腔的体积，单位为m³；V₂₁为所述置物结构的体积，单位为m³；V₂₂为所述置物结构的容积，单位为m³；V₀为注入氦气的体积，即所述第三气瓶的容积，单位为m³；P₀为所述第三气瓶注入氦气后的压力，单位为Pa；P₁为所述反应腔内注入氦气后的压力，单位为Pa。

11.根据权利要求10所述的页岩含气量测试方法，其特征在于，所述测量所述置物结构的第二质量具体包括如下步骤：

对所述反应腔进行抽真空操作；

向所述反应腔内注入甲烷，移动所述反应容器的第一壁板以使所述反应腔内的压力达到预定压力，测量此时所述置物结构的第二质量。

12.根据权利要求11所述的页岩含气量测试方法，其特征在于，所述计算所述页岩样品吸附气的质量和游离气的质量，具体包括如下步骤：

计算所述页岩样品中吸附气的质量，吸附气的质量m_吸的计算公式为：

m_吸＝m2-m0

上式中，m_吸为所述吸附气的质量，单位为g；m₂为向所述反应腔内注入甲烷后所述置物结构的第二质量，单位为g；m₀为将页岩样品放入置物结构后所述置物结构的第一质量，单位为g；

计算所述页岩样品中游离气的质量，游离气的质量m_游的计算公式为：

上式中，m_游为所述游离气的质量，单位为g；V₂₂为所述置物结构的容积，单位为m³；V_s为所述页岩样品体积，单位为m³；P₂为所述反应腔内注入甲烷后的压力，单位为Pa；M为甲烷的摩尔质量，具体值为16g/mol；R为理想气体常数；T为所述反应腔内注入甲烷后的温度，单位为K。

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