CN115219380A - 一种页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法，涉及页岩气勘探开放领域，该页岩密闭粉碎现场含气量测量装置包括：粉碎罐体，具有开口向上容置腔，容置腔内设置有多个研磨球；罐盖，能拆卸地安装在粉碎罐体上，罐盖用于封闭容置腔；在粉碎罐体或罐盖上开设有排气口，排气口处设置有排气阀门。本发明提出的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法，能够将页岩样品取至地面后现场进行密闭粉碎并进行含气量测量，大大加快了气体的解析速率，节约了现场测量时间。

Description

一种页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法

技术领域

本发明涉及页岩气勘探开发领域，特别涉及一种页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法。

背景技术

页岩气是天然气产量增长的重要领域，对满足持续快速增长的能源需求和能源的清洁高效利用具有重要意义。在页岩气的勘探开发中，页岩含气量的确定对于页岩气储层评价和储量计算具有重要意义。

由于页岩气主要以吸附态和游离态两种状态赋存于页岩的孔隙和裂缝中，计算页岩含气量时，一般均需分别测量吸附气量和游离气量，然后将两者相加即为页岩的总含气量。因此，确定页岩的吸附气含量和游离气含量是计算总含气量和地质储量的基础。

对于页岩气井，采用常规取心技术，将样品取至地面后进行现场含气量测量，已是目前页岩气地质勘探中的重要评价方法和手段。目前，通过现有的现场含气量测量仪可以进行页岩解析气量测量，但持续时间较长，一般需进行2～3天的解析才能达到解析完全。这主要是因为：首先，页岩中吸附气赋存比例较高，吸附气的逸出较慢，需加热后增加气体解吸速率；其次，页岩中纳米孔隙发育，气体流动困难，导致气体无法快速逸出。正是由于上述两方面的原因，导致现场含气量测量时，所需时间较长。在钻井取心速度较快时，会导致上一筒岩心未测完，下一筒岩心已出筒的问题，致使工作效率降低、数据出现偏差。

有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，经过反复实验设计出一种页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法，以期解决现有技术存在的问题。

发明内容

本发明提出一种页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法，将页岩样品取至地面后现场进行密闭粉碎并进行含气量测量，这样大大加快了气体的解析速率，节约了现场测量时间。

为达到上述目的，本发明提出一种页岩密闭粉碎现场含气量测量装置，其中，所述页岩密闭粉碎现场含气量测量装置包括：

粉碎罐体，具有开口向上容置腔，所述容置腔内设置有多个研磨球；

罐盖，能拆卸地安装在所述粉碎罐体上，所述罐盖用于封闭所述容置腔；

在所述粉碎罐体或所述罐盖上开设有排气口，所述排气口处设置有排气阀门。

如上所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置，其中，所述页岩密闭粉碎现场含气量测量装置还包括气体流量计，所述气体流量计与所述排气阀门能拆卸地连接。

如上所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置，其中，所述粉碎罐体和所述罐盖通过多个连接组件能拆卸地连接，各所述连接组件包括第一安装座、第二安装座、连接螺杆和连接螺母，所述第一安装座固设在所述罐盖上，所述第二安装座固设在所述粉碎罐体的外壁上设，所述连接螺杆依次贯穿所述第一安装座、所述第二安装座和所述连接螺母将所述第一安装座和所述第二安装座固定连接在一起。

如上所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置，其中，多个所述连接组件沿所述粉碎罐体的周向均布。

如上所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置，其中，所述罐盖和所述粉碎罐体之间设置有密封圈，所述罐盖上开设有密封圈槽，所述密封圈嵌设在所述密封圈槽内。

如上所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置，其中，所述排气口开设在所述罐盖上。

本发明还提出一种页岩密闭粉碎现场含气量测量方法，其中，所述页岩密闭粉碎现场含气量测量方法包括：

步骤1，将页岩样品和多个研磨球放入如上所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置的所述容置腔中，再将所述罐盖安装在所述粉碎罐体上并密封所述容置腔；

步骤2，将所述页岩密闭粉碎现场含气量测量装置放入行星球磨仪内进行研磨，待所述页岩样品粉碎后将所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置从行星球磨仪中取出；

步骤3，通过排气管连接所述排气阀门和测量仪器，打开所述排气阀门，使所述容置腔内的气体进入对应的所述测量仪器中，利用所述测量仪器测量所述气体。

如上所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量方法，其中，使用两个所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置，将两份所述页岩样品分别装入两个所述页岩密闭粉碎现场含气量测量装置中，在所述页岩样品粉碎后，分别测量两个所述页岩密闭粉碎现场含气量测量装置中的气体。

如上所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量方法，其中，两份所述页岩样品的质量相差不能超过0.5kg。

如上所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量方法，其中，在所述步骤3中，所述测量仪器为气体流量计，所述页岩样品的含气量计算公式如下：

Gc＝V1/m1

上式中，Gc为所述页岩样品的含气量；V1为所述气体流量计所计量的累积气体体积；m1为所述页岩样品的质量。

本发明提出的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法具有如下特点和优点：

本发明提出的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法，能够在页岩样品从井下取出至地面后，立刻对页岩样品进行粉碎和测量分析，不但加快了气体解析速率，使得解析更完全，使得含气量测量更准确。

本发明提出的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法，通过对页岩样品进行粉碎的方式加快气体的解析速率，简化测量步骤，节约了大量测量时间和劳动力。

本发明提出的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法，通过对页岩样品进行粉碎的方式加快气体的解析速率，能将纳米孔隙内的气体释放出来，使得含气量测量结果更加准确。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明提出的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置的结构示意图；

图2为本发明中罐盖的结构示意图；

图3为本发明中粉碎罐体的结构示意图；

图4为本发明中将页岩密闭粉碎现场含气量测量装置放入行星球磨仪的结构示意图；

图5为本发明中连接有气体流量计的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置的结构示意图。

附图标记说明：

100、页岩密闭粉碎现场含气量测量装置； 10、粉碎罐体；

11、容置腔； 20、罐盖；

30、排气阀门； 40、排气口；

50、排气管； 60、气体流量计；

70、连接组件； 71、第一安装座；

72、第二安装座； 73、连接螺杆；

74、连接螺母； 200、行星球磨仪；

300、页岩样品。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中元件。

请参考图1至图5，本发明提出一种页岩密闭粉碎现场含气量测量装置100，该页岩密闭粉碎现场含气量测量装置100包括粉碎罐体10、罐盖20和排气阀门30，粉碎罐体10具有开口向上容置腔11，容置腔11内设置有多个研磨球(图中未示出)；罐盖20能拆卸地安装在粉碎罐体10上，罐盖20用于封闭容置腔11的开口；在粉碎罐体10或罐盖20上开设有排气口40，排气口40处设置有排气阀门30。

本发明还提出一种页岩密闭粉碎现场含气量测量方法，该页岩密闭粉碎现场含气量测量方法包括：

步骤1，将页岩样品和多个研磨球放入页岩密闭粉碎现场含气量测量装置100的容置腔11中，再将罐盖20安装在粉碎罐体10上并密封容置腔11的开口；

步骤2，将页岩密闭粉碎现场含气量测量装置100放入行星球磨仪200内进行研磨，待页岩样品粉碎后将页岩密闭粉碎现场含气量测量装置100从行星球磨仪200中取出；

步骤3，通过排气管50连接排气阀门30和测量仪器，打开排气阀门30，使容置腔11内的气体进入对应的测量仪器中，并利用测量仪器测量气体。

本发明提出的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法，能够在页岩样品从井下取出至地面后，立刻对页岩样品进行粉碎和测量分析，不但加快了气体解析速率，使得解析更完全，使得含气量测量更准确。

本发明提出的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法，通过对页岩样品进行粉碎的方式加快气体的解析速率，简化测量步骤，节约了大量测量时间和劳动力。

本发明提出的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法，通过对页岩样品进行粉碎的方式加快气体的解析速率，能将纳米孔隙内的气体释放出来，使得含气量测量结果更加准确。

在本发明一个可选实施方式中，使用两个页岩密闭粉碎现场含气量测量装置100，将两份页岩样品300分别装入两个页岩密闭粉碎现场含气量测量装置100中，在页岩样品300粉碎后，分别测量两个页岩密闭粉碎现场含气量测量装置100中的气体。

在该实施方式一个可选的例子中，两份页岩样品300的质量相差不能超过0.5kg。

在本发明一个可选的实施方式中，在步骤3中，测量仪器为气体流量计60，即页岩密闭粉碎现场含气量测量装置100还包括气体流量计60，气体流量计60与排气阀门30能拆卸地连接。

在一个可选的例子中，气体流量计60通过排气管50与排气阀门30相连接。

在一个可选的例子中，页岩样品的含气量计算公式如下：

Gc＝V1/m1 (1)

上式中，Gc为所述页岩样品的含气量，m³/t；V1为所述气体流量计所计量的累积气体体积，cm³；m1为所述页岩样品的质量，g。

在本发明一个可选的实施方式中，粉碎罐体10和罐盖20通过多个连接组件70能拆卸地连接，各连接组件70包括第一安装座71、第二安装座72、连接螺杆73和连接螺母74，第一安装座71固设在罐盖20上，第二安装座72固设在粉碎罐体10的外壁上，连接螺杆73依次贯穿第一安装座71、第二安装座72和连接螺母74将第一安装座71和第二安装座72固定连接在一起。

在该实施方式一个可选的例子中，多个连接组件70沿粉碎罐体10的周向均布。

在本发明一个可选的实施方式中，罐盖20和粉碎罐体10之间设置有密封圈(图中未示出)，以进一步保证粉碎罐体10和罐盖20之间的密封性，罐盖20上开设有密封圈槽，密封圈嵌设在密封圈槽内。

在本发明一个可选的实施方式中，排气口40开设在罐盖20上。

请参考图1至图3，现结合一实施例，详细本发明提出的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法：

步骤1，岩心出筒后，立即敲取一段全直径页岩岩心(页岩样品)放入粉碎罐体10的容置腔11中，具体的，

在钻井取心筒到达地面后，立即打开取心筒；

将整段岩心放置、洗净，根据层位和深度要求，敲取长约25cm、直径为10cm的一段全直径页岩岩心，称量所取岩心重量m1；

将敲取的岩心(页岩样品)尽快放入一个粉碎罐体10的容置腔11中，粉碎罐体10直径约15cm，高约40cm。

之后，在粉碎罐体10的容置腔11中加入不锈钢研磨球，通过罐盖20封闭锁紧粉碎罐体10，关闭排气阀门30，具体的，

为了进行页岩样品的粉碎，在粉碎罐体10的容置腔11中加入5颗左右直径为20mm的不锈钢研磨球。

盖上带有密封圈的罐盖20，用连接螺母74和连接螺杆73锁紧罐盖20与粉碎罐体10，并关闭排气阀门30。

然后，在另一个粉碎罐体10采用同样步骤，放入另一份页岩样品，两份页岩样品的重量相差不超过0.5kg，具体的，

在第一个粉碎罐体放置位置的对称处放置另一个粉碎罐体。

为了保持旋转时的平衡，两个装有样品的粉碎罐体总质量相差不能超过0.5kg。

步骤2，通过行星球磨的方式，旋转页岩密闭粉碎现场含气量测量装置100，罐内的页岩样品与研磨球充分接触，页岩样品粉碎为颗粒，具体的，

将两个页岩密闭粉碎现场含气量测量装置100稳定放置于行星球磨仪200中，行星球磨仪200属于现有成熟实验装备，在此不进行赘述；

设置行星球磨仪200转速达到100转/分，研磨球与页岩样品充分碰撞接触，页岩样品开始破碎；

持续粉碎10分钟左右，关闭行星球磨仪200。

步骤3，连接气体流量计60，缓慢打开排气阀门30，读取气体流量计60所计量的气体体积，计算页岩含气量，具体的，

通过标准快速接头和排气管50将排气阀门30与气体流量计60连接；

缓慢打开排气阀门30，观测气体流量计60读数，当读数较大时，可关小排气阀门30；当读数较小时，可开大排气阀门30；

持续至气体流量在6小时内变化不超过0.1ml时，表明页岩中的气体已解析完全，可停止测量；

记录气体流量计所显示的累计流量V1，计算页岩样品中的气体含量Gc，计算公式如下：

Gc＝V1/m1 (1)

上式中，Gc为所取页岩样品的含气量，m3/t；V1为气体流量计所计量的累积气体体积，cm3；m1为所取页岩样品的质量，g。

使用本发明提出的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置及方法可以直接快速页岩中的含气量，并适用于钻井现场测量。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (10)

1.一种页岩密闭粉碎现场含气量测量装置，其特征在于，所述页岩密闭粉碎现场含气量测量装置包括：

粉碎罐体，具有开口向上容置腔，所述容置腔内设置有多个研磨球；

罐盖，能拆卸地安装在所述粉碎罐体上，所述罐盖用于封闭所述容置腔；

在所述粉碎罐体或所述罐盖上开设有排气口，所述排气口处设置有排气阀门。

2.如权利要求1所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置，其特征在于，所述页岩密闭粉碎现场含气量测量装置还包括气体流量计，所述气体流量计与所述排气阀门能拆卸地连接。

3.如权利要求1所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置，其特征在于，所述粉碎罐体和所述罐盖通过多个连接组件能拆卸地连接，各所述连接组件包括第一安装座、第二安装座、连接螺杆和连接螺母，所述第一安装座固设在所述罐盖上，所述第二安装座固设在所述粉碎罐体的外壁上设，所述连接螺杆依次贯穿所述第一安装座、所述第二安装座和所述连接螺母将所述第一安装座和所述第二安装座固定连接在一起。

4.如权利要求3所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置，其特征在于，多个所述连接组件沿所述粉碎罐体的周向均布。

5.如权利要求3所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置，其特征在于，所述罐盖和所述粉碎罐体之间设置有密封圈，所述罐盖上开设有密封圈槽，所述密封圈嵌设在所述密封圈槽内。

6.如权利要求1所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置，其特征在于，所述排气口开设在所述罐盖上。

7.一种页岩密闭粉碎现场含气量测量方法，其特征在于，所述页岩密闭粉碎现场含气量测量方法包括：

步骤1，将页岩样品和多个研磨球放入如权利要求1至6中任意一项所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置的所述容置腔中，再将所述罐盖安装在所述粉碎罐体上并密封所述容置腔；

步骤2，将所述页岩密闭粉碎现场含气量测量装置放入行星球磨仪内进行研磨，待所述页岩样品粉碎后将所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置从行星球磨仪中取出；

步骤3，通过排气管连接所述排气阀门和测量仪器，打开所述排气阀门，使所述容置腔内的气体进入对应的所述测量仪器中，利用所述测量仪器测量所述气体。

8.如权利要求7所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量方法，其特征在于，使用两个所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量装置，将两份所述页岩样品分别装入两个所述页岩密闭粉碎现场含气量测量装置中，在所述页岩样品粉碎后，分别测量两个所述页岩密闭粉碎现场含气量测量装置中的气体。

9.如权利要求8所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量方法，其特征在于，两份所述页岩样品的质量相差不能超过0.5kg。

10.如权利要求7所述的页岩密闭粉碎现场含气量测量方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述测量仪器为气体流量计，所述页岩样品的含气量计算公式如下：

Gc＝V1/m1

上式中，Gc为所述页岩样品的含气量；V1为所述气体流量计所计量的累积气体体积；m1为所述页岩样品的质量。

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