CN110631951B - 一种页岩解吸气的现场检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种页岩解吸气的现场检测装置和方法，装置包括：用于放置圆柱状岩心的岩心固定筒和用于岩心解吸气采集的多个解吸气采集器，岩心固定筒为上端开口的U型结构，岩心固定筒的两个侧壁在上端开口处各设有一个滑动槽，滑动槽能够限制解吸气采集器沿岩心固定筒的轴向移动。本发明的检测装置和方法，可以在现场不破坏岩心的情况下，快速探测页岩岩心不同部位解吸气及其随时间变化的特征，对于非均质性极强的页岩来说，有利于更好地开展页岩不同部位解吸气差异性研究，是现场含气量测试的重要补充，有助于进一步明确页岩气的赋存机理，为勘探开发决策提供依据。
Description
技术领域
本发明属于油气地质勘探开发领域技术领域，具体涉及一种页岩不同部位、不同时间解吸气的现场检测装置和方法。
背景技术
页岩气是以吸附态和游离态赋存于具有自身生气能力泥岩层或页岩层中的天然气，是一种潜力巨大的非常规资源。除了泥页岩本身以外，含气层段也包括部分砂(粉砂)质和灰质夹层。页岩中天然气的含量由解吸气、损失气和残留气三部分组成，页岩含气量测试方法有解吸法、等温吸附法、测井解释法等，目前一般都是通过现场解吸法来对页岩含气量进行现场定量检测。
中石油、中石化等油企和部分高校均有较为成熟的现场含气量测试仪器。页岩解吸气是页岩中直接获得的天然气，包含了页岩气的重要信息，比如天然气组成、甲烷碳同位素特征等。然而，目前的现场含气量测试装置和方法只能对整个页岩岩心的解吸气量进行较为准确的定量测定，不能全面表征页岩不同部位、同一部位不同时间解吸气的差异特征。
因此需要一种能够快速、不破坏岩心、检测页岩不同部位不同时间解吸气特征的装置和方法，更大程度获得页岩岩心不同部位、同一部位不同时间解吸气特征信息，为页岩气勘探和开发提供有效依据。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种页岩解吸气现场检测装置和方法，能够全面表征页岩岩心解吸气在不同部位、不同时间的差异特征。
根据本发明提供了一种页岩解吸气的现场检测装置，包括：用于放置圆柱状岩心的岩心固定筒和用于岩心解吸气采集的多个解吸气采集器，岩心固定筒为上端开口的U型结构，岩心固定筒的两个侧壁在上端开口处各设有一个滑动槽，滑动槽能够限制解吸气采集器沿岩心固定筒的轴向移动。
在一个实施例中，岩心固定筒的两个侧壁上各设有多个螺孔，螺孔与螺钉配合用于固定页岩岩心。
在一个实施例中，岩心固定筒上设有标注窗，标注窗内设有刻度条。
在一个实施例中，解吸气采集器包括吸气橡皮碗，吸气橡皮碗用于贴合在页岩岩心表面。
在一个实施例中，吸气橡皮碗呈半月形。
在一个实施例中，解吸气采集器还包括吸气管，吸气管一端连接真空泵，另一端插入吸气橡皮碗内，通过真空泵使吸气橡皮碗与岩心表面的空间密封并形成负压。
在一个实施例中，解吸气采集器还包括滑竿，滑竿固定在吸气管上，滑竿在滑动槽移动使解吸气采集器沿岩心固定筒的轴向移动。
在一个实施例中，还包括多个用于储存解吸气的集气瓶，天然气检测仪用于检测集气瓶内的解吸气并将废气通过废气处理装置排出。
本发明还提供一种采用上述任一项页岩解吸气的现场检测装置的现场检测方法，包括以下步骤：
步骤1：将出筒后的页岩岩心放置在岩心固定筒内，并用螺丝固定；
步骤2：清理位于观察窗处页岩岩心表面的杂质，露出岩心；
步骤3：选取多个解吸气采集器压紧贴合在相应的岩心表面上，并在刻度条上标注每个解吸气采集器的采集位置；
步骤4：开启真空泵，抽取每个解吸气采集器内的解吸气并输送到带编号的集气瓶中；
步骤5：更换不同采集位置处的集气瓶，并在同一位置处的集气瓶上记录采气时间段，直至各个采集位置采气完毕；
步骤6：将同一采集位置、不同时间段采集到的解吸气依次接入天然气现场检测仪中进行气体检测；直至各个采集位置在不同时间段采集到的解吸气全部检测完毕；
步骤7：整理各个采集位置解吸气的检测数据，比较分析岩心在轴向不同位置、不同时间段解吸气的天然气特征及其变化规律。
在一个实施例中，在所述步骤5中，同一采集位置的集气瓶，按等时间间隔进行更换。
根据本发明的检测装置和方法，可以在现场不破坏岩心的情况下，快速探测页岩岩心不同部位解吸气及其随时间变化的特征，对于非均质性极强的页岩来说，有利于更好地开展页岩不同部位解吸气差异性研究，是现场含气量测试的重要补充，有助于进一步明确页岩气的赋存机理，为勘探开发决策提供依据。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明页岩解吸气的现场检测装置中岩心固定筒的立体图；
图2为本发明页岩解吸气的现场检测装置中岩心固定筒的主视图；
图3为本发明页岩解吸气的现场检测装置中岩心固定筒的侧视图；
图4为本发明页岩解吸气的现场检测装置中解吸气采集器的立体图；
图5为本发明页岩解吸气的现场检测装置中解吸气采集器的侧视图；
图6为本发明页岩解吸气的现场检测装置中解吸气采集器的俯视图；
图7为本发明页岩解吸气的现场检测装置整体结构示意图；
图8为本发明页岩解吸气的现场检测装置集气瓶与检测装置连接示意图。
在附图中相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。借此对本发明如何应用技术手段解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不存在冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
随着对页岩认识的不断深入和分析测试手段装备的不断发展升级，我们发现页岩的非均质性极强，尽管只有毫米级的距离，在全岩矿物、粘土矿物和有机质特征等方面具有较强差异。因此我们对岩心进行现场浸水实验，从实验中可以直观看出，页岩气主体是从页岩纹层、页岩层理中溢出，呈串珠状、弥漫状等多种形式产出，页岩不同纹层、不同层理中页岩气的产出形态具有较大差异，由此可以看出，在同一块页岩岩心的解吸气在不同部位具有明显差异。而造成这种现象的原因可能主要是页岩气的吸附/解吸作用和同位素的扩散运移分馏作用有关。
此外，我们还发现，页岩岩心的解吸气量具有一定的规律性，解吸初期解吸气量较大，随着解吸时间增加解吸气量逐渐变小，解吸速率与解吸时间呈幂指数关系，由此可知，在同一块页岩岩心的解吸气在不同时间也具有明显差异。
通过以上实验和发现，为了能够全面表征页岩岩心解吸气在不同部位、不同时间的差异特征，本发明提供了一种页岩解吸气的现场检测装置，包括：岩心固定筒1和多个解吸气采集器2，岩心固定筒1用于放置第一时间获得的圆柱状岩心，多个解吸气采集器2用于在岩心的解吸气采集部位进行解吸气采集。
其中，如图1和图2所示，岩心固定筒1呈U型结构，具体地，岩心固定筒1包括两个平行的侧壁和一个半圆柱状的底壁，底壁的两端分别于两个侧壁的下端连接，底壁的形状用于与圆柱状的页岩岩心相匹配。
岩心固定筒1的上端具有开口并形成观察窗，观察窗沿轴向露出一段岩心，以供现场观察并确定解吸气采集部位，优选地，岩心固定筒1沿轴向方向贯通(如图2所示)，岩心固定筒1的两个侧壁在上端开口处各设有一个滑动槽11，由图3可知，滑动槽11呈一端开口一端封闭且沿岩心固定筒1的轴向延伸的长条状，滑动槽11能够限制解吸气采集器2沿页岩岩心的轴向方向移动。
岩心固定筒1的两个侧壁上各设有多个螺孔12，螺孔12与螺钉配合用于固定页岩岩心，具体他，螺钉旋入两个侧壁上的螺孔12内并抵压在岩心上，使岩心夹持固定在岩心固定筒1内，优选地，多个螺孔12沿岩心固定筒1轴向等间隔排布，且螺孔12位于侧壁与底壁的交接处，需要说明的是，螺孔12也可任意组合形成不同的状态，螺孔12的数量和使用数量可根据岩心长度任意选择。
岩心固定筒1上还设有刻度条13，本实施例中，每个滑动槽11的下方各设有一个刻度条13，岩心固定筒1上还设有标注窗，标注窗呈透明状态，通过标注窗可以观察位于岩心固定筒1内的岩心，刻度条13为透明状并设置在标注窗内。在解吸气采集部位确定后，可在标注窗的刻度条13上进行标注，便于更换吸气橡皮碗21时能够在同一部位准确采集，从而实现同一部位，不同时间解吸气的采集。
如图4所示，解吸气采集器2包括吸气橡皮碗21和吸气管22，吸气橡皮碗21用于贴合在裸露在观察窗处的页岩岩心表面上。吸气管22一端连接真空泵，另一端插入吸气橡皮碗21内，通过真空泵使吸气橡皮碗21与岩心的部分表面的空间密封并形成负压。优选地，吸气橡皮碗21呈半月形，目的是为了更加贴合圆柱状岩心的表面弧度，且岩心表面上可以同时设置多个半月形吸气橡皮碗21，以能够在同一时间内采集岩心不同部位的解吸气。同时在真空泵通过吸气管22向吸气橡皮碗21内施加一定压力时，半月形吸气橡皮碗21能够贴紧岩心表面并形成密封，最大程度避免岩心其他部位解吸气的混入，确保解吸气的来源单一。
解吸气采集器2还包括滑竿23，如图5所示，滑竿23固定在吸气管22上，滑竿23的两端分别卡进两个侧壁上的滑动槽11内，滑竿23在滑动槽11内移动使解吸气采集器2能够沿岩心固定筒1的轴向移动，在最短的时间内更换吸气橡皮碗21，以能够实现在同一位置不同时间采集解吸气。优选地，滑竿23为金属滑竿23，吸气管22为金属吸气管22。吸气管22与真空泵的连接端处设有软管接头24，接头由橡胶制成。如图6所示，吸气管22插在吸气橡皮碗21的中部，而再由图5所示，滑竿23与吸气管22垂直设置。
如图7所示，本发明还包括一个工作台3，工作台3主要用来固定和承载岩心固定筒1，工作台3设计为内嵌半圆柱体状的固定装置，半圆柱体尺寸参照U型岩心固定筒1大小，岩心固定筒1的底壁位于工作台3的台面下方，侧壁位于工作台3的台面上方，此外，还包括多个用于储存解吸气的集气瓶，本实施例中，包括三个解吸气采集部位，分别定义为A部位、B部位和E部位，每个采集部位分别对应一个真空泵，真空泵将从吸气橡皮碗21内吸出的解吸气泵入集气瓶内，集气瓶密封保存并记录岩心的采集部位、采集时间和采集持续时间，当所有采集位置的采集工作完毕后，如图8所示，将集气瓶连接在天然气检测仪上，天然气检测仪用于检测集气瓶内的解吸气，天然气现场检测仪主要包括组分分析仪、甲烷碳同位素分析仪等；检测后的废气则经过废气处理装置处理后排出。废气处理装置主要功能是确保对现场环境无污染。
下面，将详细说明本发明的页岩岩心现场检测方法：
步骤1：将出筒后的页岩岩心放置在岩心固定筒1内，并用螺丝固定；
步骤2：清理位于观察窗处页岩岩心表面的杂质，露出岩心；
步骤3：选取多个解吸气采集器2压紧贴合在相应的岩心表面上，并在刻度条13上标注每个解吸气采集器2的采集位置；
步骤4：开启真空泵，抽取每个解吸气采集器2内的解吸气并输送到带编号的集气瓶中；
步骤5：更换不同采集位置处的集气瓶，并在同一位置处的集气瓶上记录采气时间段，直至各个采集位置采气完毕；
步骤6：将同一采集位置、不同时间段采集到的解吸气依次接入天然气现场检测仪中进行气体检测；直至各个采集位置在不同时间段采集到的解吸气全部检测完毕；
步骤7：整理各个采集位置解吸气的检测数据，比较分析岩心在轴向不同位置、不同时间段解吸气的天然气特征及其变化规律。
其中，在步骤1中，页岩岩心出筒后，勿清洗；同时，固定在岩心固定筒1中的岩心需要表明方向，如岩心顶，岩心底；在步骤2中，露出岩心本身后，勿用清水冲洗；在步骤3中，解吸气采集器2个数的选择，根据现场的观察，优选地，选取选取3-5个解吸气采集位置，并将3-5个半月形吸气橡皮碗21压紧贴合在岩心表面上；在步骤5中，同一采集位置的集气瓶，按等时间间隔进行更换。
在本实施例中，共在岩心上设有三个解吸气采集部位，A部位、B部位和E部位，由于同一位置的一个时间段内采集的解吸气各对应一个集气瓶，因此，在对A部位、B部位和E部位分别进行四个时间段的采集后，如图8所示，A部位的四个集气瓶上分别记录为At1、At2、At3、At4；同理，B部位的四个集气瓶上分别记录为Bt1、Bt2、Bt3、Bt4；E部位的四个集气瓶上分别记录为Et1、Et2、Et3、Et4。
通过以上内容可知，本发明相对于现有技术而言，优点在于：可以在现场不破坏岩心的情况下，快速探测页岩岩心不同部位解吸气及其随时间变化的特征，对于非均质性极强的页岩来说，有利于更好地开展页岩不同部位解吸气差异性研究，是现场含气量测试的重要补充，有助于进一步明确页岩气的赋存机理，为勘探开发决策提供依据；能够不破坏岩心、快速检测岩心不同部位、不同时间解吸气的天然气特征，明确不同部位、不同时间段解吸气特征差异。
虽然已经参考如上优选实施例对本发明进行了描述，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种页岩解吸气的现场检测装置，其特征在于，包括：用于放置圆柱状岩心的岩心固定筒和用于岩心解吸气采集的多个解吸气采集器，岩心固定筒为上端开口的U型结构，岩心固定筒的两个侧壁在上端开口处各设有一个滑动槽，滑动槽能够限制解吸气采集器沿岩心固定筒的轴向移动，所述解吸气采集器包括吸气橡皮碗和吸气管，所述吸气橡皮碗用于贴合在裸露在观察窗处的页岩岩心表面上；所述吸气管一端连接真空泵，另一端插入所述吸气橡皮碗内，通过真空泵使所述吸气橡皮碗与岩心的部分表面的空间密封并形成负压。
2.根据权利要求1所述的页岩解吸气的现场检测装置，其特征在于，岩心固定筒的两个侧壁上各设有多个螺孔，螺孔与螺钉配合用于固定页岩岩心。
3.根据权利要求1所述的页岩解吸气的现场检测装置，其特征在于，岩心固定筒上设有标注窗，标注窗内设有刻度条。
4.根据权利要求1所述的页岩解吸气的现场检测装置，其特征在于，解吸气采集器包括吸气橡皮碗，吸气橡皮碗用于贴合在页岩岩心表面。
5.根据权利要求4所述的页岩解吸气的现场检测装置，其特征在于，吸气橡皮碗呈半月形。
6.根据权利要求4所述的页岩解吸气的现场检测装置，其特征在于，解吸气采集器还包括吸气管，吸气管一端连接真空泵，另一端插入吸气橡皮碗内，通过真空泵使吸气橡皮碗与岩心表面的空间密封并形成负压。
7.根据权利要求4所述的页岩解吸气的现场检测装置，其特征在于，解吸气采集器还包括滑竿，滑竿固定在吸气管上，滑竿在滑动槽移动使解吸气采集器沿岩心固定筒的轴向移动。
8.根据权利要求1所述的页岩解吸气的现场检测装置，其特征在于，还包括多个用于储存解吸气的集气瓶，天然气检测仪用于检测集气瓶内的解吸气并将废气通过废气处理装置排出。
9.一种采用权利要求1-8任一项所述的页岩解吸气的现场检测装置的现场检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将出筒后的页岩岩心放置在岩心固定筒内，并用螺丝固定；
步骤2：清理位于观察窗处页岩岩心表面的杂质，露出岩心；
步骤3：选取多个解吸气采集器压紧贴合在相应的岩心表面上，并在刻度条上标注每个解吸气采集器的采集位置；
步骤4：开启真空泵，抽取每个解吸气采集器内的解吸气并输送到带编号的集气瓶中；
步骤5：更换不同采集位置处的集气瓶，并在同一位置处的集气瓶上记录采气时间段，直至各个采集位置采气完毕；
步骤6：将同一采集位置、不同时间段采集到的解吸气依次接入天然气现场检测仪中进行气体检测；直至各个采集位置在不同时间段采集到的解吸气全部检测完毕；
步骤7：整理各个采集位置解吸气的检测数据，比较分析岩心在轴向不同位置、不同时间段解吸气的天然气特征及其变化规律。
10.根据权利要求9所述的页岩解吸气的现场检测装置的现场检测方法，其特征在于，在所述步骤5中，同一采集位置的集气瓶，按等时间间隔进行更换。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Deng Mo Inventor after: Zhao Guowei Inventor after: Cao Qinggu Inventor after: Bao Yunjie Inventor after: Yang Jun Inventor after: Luo Kaiping Inventor after: Yang Fan Inventor after: Zeng Huasheng Inventor before: Deng Mo Inventor before: Bao Yunjie Inventor before: Cao Qinggu Inventor before: Zhao Guowei Inventor before: Yang Jun Inventor before: Luo Kaiping Inventor before: Yang Fan Inventor before: Zeng Huasheng |
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| CB03 | Change of inventor or designer information |