CN117269384A - 页岩气测试用多功能解析仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种页岩气测试用多功能解析仪，包括解析罐、密封件、第一真空泵、第二真空泵、量筒、色谱仪以及模拟地层测试单元。其中，解析罐具有罐腔，解析罐的侧壁上设有加热结构。密封件能够密封存放待解吸的岩心。第一真空泵能够对罐腔进行抽真空。第二真空泵能够在罐腔被第一真空泵抽真空且解析罐上设置的破碎结构解除密封件的密封后，将罐腔内加热前后所解吸出的气体吸出。量筒能够收集来自罐腔内的解吸气并测定解吸气的体积。色谱仪能够对量筒内收集到的解吸气进行检测。模拟地层测试单元能够对地层环境的模拟，以测定损失气量。本发明提供的页岩气测试用多功能解析仪能够同时对解吸气及损失气的测定，保证测试精度及效果，实用性强。

Description

页岩气测试用多功能解析仪

技术领域

本发明属于非常规天然气勘探开发技术领域，具体涉及一种页岩气测试用多功能解析仪。

背景技术

勘探开发煤层气、页岩气等非常规天然气依旧是应对能源危机的重要方向。此类非常规天然气其赋存状态通常为吸附气、游离气和溶解气。而其中页岩气的吸附气比例更是达到了20％-80％。页岩的含气量是进行页岩气资源评价的重要参数，需要得到准确的吸附气量数据，进而确定样品的总含气量，从而进行具体地区的非常规天然气的资源量评价，保证非常规天然气资源量评价结果的可信度。而想要准确地对吸附气量进行解析、得到吸附气量数据，就需要能够对页岩气等非常规天然气进行解析的设备。页岩气按其钻井取芯过程分为损失气、解析气、残余气。这三部分组成了页岩气的总含气量，其中损失气是指地下岩心从地层被钻取破坏到被装入密闭解析装置的过程当中逸散到附近地层、钻井液和空气当中的天然气。

现有技术中，解吸气的数据通常通过解析设备进行解析实验得到。而对于损失气，通常采用反向拟合法间接计算，通过模拟地层温压条件的同时检测岩心反吸附量。残余气通过图解法和粉碎得到具体的残余气数据。但是，因岩心样品中的含气量较少，而且解吸过程出现解吸气的流失或者出现空气的混入，因此所采用的解析设备因无法适用少、低、微、小含气量测试而导致无法满足对页岩结构影响解析作用和总含气量研究，而且对于损失气的测试通常与解吸设备分体，需独立进行，即解吸后的岩心还要挪动到另一解析设备上，涉及到空气的混入，也无法进行损失气的精确计算，最终得到的测试数据精确度较低，测试效果较差，实用性差。

发明内容

本发明实施例提供一种页岩气测试用多功能解析仪，旨在能够解决现有的解析设备因对页岩气测试效果差而导致的实用性差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种页岩气测试用多功能解析仪，包括解析罐、密封件、第一真空泵、第二真空泵、量筒、色谱仪以及模拟地层测试单元；其中，

所述解析罐，具有罐腔，所述解析罐的侧壁上设有加热结构；

所述密封件，设置在所述罐腔中，用于密封存放待解吸的岩心；

所述第一真空泵，与所述罐腔相连，用于在所述密封件放置于所述罐腔后，对所述罐腔进行抽真空；

所述第二真空泵，与所述罐腔相连，用于在所述罐腔被所述第一真空泵抽真空，且所述解析罐上设置的破碎结构解除所述密封件的密封后，将所述罐腔内加热前后所解吸出的气体吸出；

所述量筒，与所述第二真空泵相连，用于通过排水法收集来自所述罐腔内的解吸气，以测定解吸气的体积；

所述色谱仪，与所述量筒相连，用于对所述量筒内收集到的解吸气进行检测；

模拟地层测试单元，与所述罐腔相连，所述模拟地层测试单元用于与所述加热结构共同模拟地层的环境，以测定损失气量。

在一种可能的实现方式中，所述加热结构为设置在所述解析罐中的多个电加热片，各所述加热片绕着所述罐腔环形间隔设置。

在一种可能的实现方式中，所述解析罐包括罐体以及顶盖；其中，

所述罐体，具有敞口腔，所述敞口腔的底部设有供所述密封件放置的载物台；

所述顶盖，与所述罐体可拆卸连接，用于对所述敞口腔的进行密封，所述顶盖与所述罐体围合形成所述罐腔。

在一种可能的实现方式中，所述密封件包括柱形框架以及胶套；其中，

所述柱形框架，具有供待解吸岩心存放的容置空间；

所述胶套，包覆在所述柱形框架外部，以对所述容置空间内的待解吸岩心进行密封。

在一种可能的实现方式中，所述破碎结构包括滑柱以及限位件；

所述滑柱，密封滑动设置在所述罐体的侧壁上，所述滑柱的一端具有尖角部，且伸入至所述罐腔中，并与所述胶套对应设置，所述滑柱的另一端设有限位部；

所述限位件，位于所述罐体的外部，且与所述滑柱可拆卸连接，用于对所述滑柱的滑动位置进行固定；

其中，所述第一真空泵对所述罐腔进行抽真空后，所述限位件解除对所述滑柱的限位，所述滑柱滑入所述罐腔，所述尖角部刺破膨胀后的所述胶套。

在一种可能的实现方式中，所述顶盖与所述罐体为螺栓连接。

在一种可能的实现方式中，所述模拟地层测试单元包括甲烷供应结构、氮气供应结构、压力计以及激光光谱检测仪；其中，

所述氮气供应结构，与所述罐腔相连，用于在岩心解吸且解吸气导出后，通入氮气；

所述甲烷供应结构，与所述罐腔相连，用于在岩心解吸且解吸气导出后，通入甲烷气体；

所述压力计，设置在所述解析罐上，用于对所述罐腔内的压力进行监测；

所述激光光谱检测仪，设置在所述解析罐上，具有伸入至所述罐腔中的探头，所述激光光谱检测仪用于在所述罐腔内通入氮气及甲烷气后的压力及温度与地层的压力和温度保持一致后，对所述罐腔内的甲烷气浓度进行检测。

在一种可能的实现方式中，所述氮气供应结构包括氮气储罐、第一流量调节阀以及第一压力泵；其中，

所述氮气储罐，通过连接管路与所述罐腔连通；

所述第一流量调节阀，设置在所述氮气储罐与所述解析罐之间的连接管路上；

所述第一压力泵，设置在所述氮气储罐与所述解析罐之间的连接管路上。

在一种可能的实现方式中，所述甲烷供应结构包括甲烷储罐、第二流量调节阀以及第二压力泵；其中，

所述甲烷储罐，通过连接管路与所述罐腔连通；

所述第二流量调节阀，设置在所述甲烷储罐与所述解析罐之间的连接管路上；

所述第二压力泵，设置在所述甲烷储罐与所述解析罐之间的连接管路上。

本实现方式中，设置的密封件可保证对岩心的密封，同时储罐连接第一真空泵，可保证罐腔的真空，配合密封件，能够避免空气的混入，还能够避免解吸气的流失，进而能够保证对解吸气含量的测试精度。而设置的破碎结构可保证在罐腔的真空状态下对密封件的作用。第二真空泵可保证罐腔内的解吸气全部排出，进而保证对解吸气的全部收集，并且保证对解吸气量的测定，可保证测试精度。另外，设置的模拟地层测试单元可保证在解吸完成后在罐体内模拟地层的环境，进而保证对损失气的测试。本实现方式提供的页岩气测试用多功能解析仪能够同时实现对解吸气及损失气的测定，同时能够避免空气的混入，且能够避免解吸气的流失，可适应岩心少、低、微、小含气量测试，保证测试精度，进而保证测试效果，实用性强。

附图说明

图1为本发明实施例提供的页岩气测试用多功能解析仪的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的页岩气测试用多功能解析仪的密封件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的页岩气测试用多功能解析仪的破碎结构的结构示意图；

附图标记说明：

10、解析罐；11、罐体；12、顶盖；13、罐腔；14、载物台；

20、密封件；21、柱形框架；22、胶套；

30、第一真空泵；

40、第二真空泵；

50、量筒；

60、色谱仪；

70、破碎结构；71、滑柱；72、限位件；

80、加热结构；

90、模拟地层测试单元；91、氮气供应结构；911、氮气储罐；912、第一流量调节阀；913、第一压力泵；92、甲烷供应结构；921、甲烷储罐；922、第二流量调节阀；923、第二压力泵；93、激光光谱检测仪。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的页岩气测试用多功能解析仪进行说明。所述页岩气测试用多功能解析仪，包括解析罐10、密封件20、第一真空泵30、第二真空泵40、量筒50、色谱仪60以及模拟地层测试单元90。其中，解析罐10具有罐腔13，解析罐10的侧壁上设有加热结构80。密封件20设置在罐腔13中，能够密封存放待解吸的岩心。第一真空泵30与罐腔13相连，能够在密封件20放置于罐腔13后，对罐腔13进行抽真空。第二真空泵40与罐腔13相连，能够在罐腔13被第一真空泵30抽真空，且解析罐10上设置的破碎结构70解除密封件20的密封后，将罐腔13内加热前后所解吸出的气体吸出。量筒50与第二真空泵40相连，能够通过排水法收集来自罐腔13内的解吸气，以测定解吸气的体积。色谱仪60与量筒50相连，能够对量筒50内收集到的解吸气进行检测。模拟地层测试单元90与罐腔13相连，模拟地层测试单元90能够与加热结构80共同模拟地层的环境，以测定损失气量。

本实施例提供的页岩气测试用多功能解析仪，工作流程为：

首先，将待测岩心放置在密封件20中，并且将密封件20放置在罐腔13中，随后启动第一真空泵30，通过第一真空泵30将罐腔13进行抽真空，以排出掉罐腔13内的空气。通过破碎结构70作用密封件20，使密封件20解除密封作用，此时受到真空的负压作用，岩心内吸附气被吸出，再启动第二真空泵40，继续负压，使岩心内的吸附气继续被吸出，同时将解吸处的气体导入至量筒50中，通过排水法对解吸气进行收集，直至量筒50中的液位不再发生变化，此时解吸气全部排出，记录解吸气的体积。随后使量筒50内的解吸气通入色谱仪60，通过色谱仪60解析解吸气的组成。

在此过程中，加热结构80开始并不工作，直至常温环境中量筒50内的液位不再变化后，启动加热结构80，以将罐腔13内的温度提升至指定温度(地层温度)，继续解吸过程。

当解吸完成后，关闭第二真空泵40与罐腔13的连通，随后开启模拟地层测试单元90，通过模拟地层测试单元90将罐腔13的压力提升，且加热结构80保持地层温度，在此过程中岩心一直在吸附甲烷气体，直至压力达到地层压力后，对罐腔13内的甲烷气浓度进行监测，并根据上述步骤所得到的甲烷气数据进行对比，以测定出损失气的含量。

关于本过程中，量筒50内的解吸气通入色谱仪60的过程，可通过量筒50上设置的排水口向内注水，以将解吸气导入，该技术为现有技术。

本实施例提供的页岩气测试用多功能解析仪，与现有技术相比，设置的密封件20可保证对岩心的密封，同时储罐连接第一真空泵30，可保证罐腔13的真空，配合密封件20，能够避免空气的混入，还能够避免解吸气的流失，进而能够保证对解吸气含量的测试精度。而设置的破碎结构70可保证在罐腔13的真空状态下对密封件20的作用。第二真空泵40可保证罐腔13内的解吸气全部排出，进而保证对解吸气的全部收集，并且保证对解吸气量的测定，可保证测试精度。另外，设置的模拟地层测试单元90可保证在解吸完成后在罐体11内模拟地层的环境，进而保证对损失气的测试。本实施例提供的页岩气测试用多功能解析仪能够同时实现对解吸气及损失气的测定，同时能够避免空气的混入，且能够避免解吸气的流失，可适应岩心少、低、微、小含气量测试，保证测试精度，进而保证测试效果，实用性强。

在一些实施例中，上述加热结构80可以采用如图1所示结构。参见图1，加热结构80为设置在解析罐10中的多个电加热片，各加热片绕着罐腔13环形间隔设置。

电加热片的设置可保证温度的调节范围，能够保证对地层温度的准确模拟，进而保证解析的测试精度。

在一些实施例中，上述解析罐10可以采用如图1所示结构。参见图1，解析罐10包括罐体11以及顶盖12。其中，罐体11具有敞口腔，敞口腔的底部设有供密封件20放置的载物台14。顶盖12与罐体11可拆卸连接，能够对敞口腔的进行密封，顶盖12与罐体11围合形成罐腔13。

通过罐体11与顶盖12的可拆卸连接，可保证对密封件20及岩心的取放。

在顶盖12与罐体11之间可设置密封垫，以保证密封效果。

另外，关于第二真空泵40可设置在顶盖12上，而模拟地层测试单元90可与罐体11相连，该种结构可避免各连接管路之间的干涉。

本实施例中，关于载物台14可为多孔板，可保证气体的流通。

在一些实施例中，上述密封件20可以采用如图2所示结构。参见图2，密封件20包括柱形框架21以及胶套22。其中，柱形框架21具有供待解吸岩心存放的容置空间。胶套22包覆在柱形框架21外部，以对容置空间内的待解吸岩心进行密封。

关于柱形框架21可保证为胶套22提供一个载体，保证对胶套22的支撑。因为胶套22主要为了防止抽真空的过程中，岩心内的解吸气随着第一真空泵30导入，造成解吸气的流失。对应的，当胶套22破碎后，其破碎并不确定，可能直接脱离岩心，但是也可能仅出现一个开口，当仅出现一个开口时，胶套22的大部分会直接包覆在岩心上，仅留有一个开口，此时受到胶套22与岩心的贴合作用，岩心中吸附的气体无法被吸出，进而导致测试结果不准确。而设置的柱形框架21能够在胶套22包覆后，且仅有一个开口的情况下，依然能够保证岩心的的表面露设在罐腔13中，避免胶套22与岩心的直接接触，进而保证解吸气收集的精度。

关于柱状框架可保证多个平行间隔设置的环形圈及多个将各环形圈连接的连接杆，每个环形圈上环形间隔设置多个过孔。

关于胶套22可为乳胶材质的气球，可在其包覆在柱形框架21上后，对其进行压缩并封口。

在一些实施例中，上述破碎结构70可以采用如图3所示结构。参见图3，破碎结构70包括滑柱71以及限位件72。滑柱71密封滑动设置在罐体11的侧壁上，滑柱71的一端具有尖角部，且伸入至罐腔13中，并与胶套22对应设置，滑柱71的另一端设有限位部。限位件72位于罐体11的外部，且与滑柱71可拆卸连接，能够对滑柱71的滑动位置进行固定。

其中，第一真空泵30对罐腔13进行抽真空后，限位件72解除对滑柱71的限位，滑柱71滑入罐腔13，尖角部刺破膨胀后的胶套22。

滑柱71可保证对膨胀的胶套22进行刺破，进而保证解除密封件20的密封作用，同时为了避免滑柱71在第一真空泵30抽真空的过程中移动，可通过限位件72对滑柱71的位置进行固定，优选的，在滑柱71位于罐体11外部的部分上可设置沿着其径向设置的插孔，并且将限位件72插入其中，限位件72与罐体11外壁的抵接，可保证对滑柱71位置的固定。当第一真空泵30抽真空工作完成后，取下限位件72，手动或者通过负压作用，滑柱71向罐腔13内移动，并刺破胶套22。

关于滑柱71另一端设置的限位部可避免滑柱71脱离与罐体11。

需要进行说明的是，在罐体11的侧壁上可设置供滑柱71滑动连接的滑腔，而且在滑柱71与滑腔之间需要设置密封环，以避免空气的混入。

对应的滑柱71可设置在任意两个相邻的电加热片之间。

在一些实施例中，上述解析罐10可以采用如图1所示结构。参见图1，顶盖12与罐体11为螺栓连接，该种连接方式的结构简单，便于操作，且密封效果好，可保证测试的准确，保证测试效果。

在一些实施例中，上述模拟地层测试单元90可以采用如图1所示结构。参见图1，模拟地层测试单元90包括甲烷供应结构92、氮气供应结构91、压力计以及激光光谱检测仪93。其中，氮气供应结构91与罐腔13相连，能够在岩心解吸且解吸气导出后，通入氮气。甲烷供应结构92与罐腔13相连，能够在岩心解吸且解吸气导出后，通入甲烷气体。压力计设置在解析罐10上，能够对罐腔13内的压力进行监测。激光光谱检测仪93设置在解析罐10上，具有伸入至罐腔13中的探头，激光光谱检测仪93能够在罐腔13内通入氮气及甲烷气后的压力及温度与地层的压力和温度保持一致后，对罐腔13内的甲烷气浓度进行检测。

通过甲烷供应结构92和氮气供应结构91分别向罐腔13内充入氮气和甲烷，可保证罐腔13内压力的提升，同时随着氮气和甲烷的通入，可保证将罐腔13内的压力值提升至地层的压力，该种结构可保证对地层压力的模拟，因在此过程中岩芯会吸附甲烷，因此在罐腔13达到地层压力及地层温度后，可通过激光光谱检测仪93对罐腔13内的甲烷气浓度进行测定，并且根据甲烷气的注入量，解吸过程得到的甲烷气量进行计算，以得到损失气量。该种方式可保证在岩心解吸后，直接进行测试，可避免空气的混入，保证测试的准确性，进而保证测试的效果。

在一些实施例中，上述氮气供应结构91可以采用如图1所示结构。参见图1，氮气供应结构91包括氮气储罐911、第一流量调节阀912以及第一压力泵913。其中，氮气储罐911通过连接管路与罐腔13连通。第一流量调节阀912设置在氮气储罐911与解析罐10之间的连接管路上。第一压力泵913设置在氮气储罐911与解析罐10之间的连接管路上。

关于第一流量调节阀912的设置主要为了控制氮气含量，进而保证对地层环境的模拟。

在一些实施例中，上述甲烷供应结构92可以采用如图1所示结构。参见图1，甲烷供应结构92包括甲烷储罐921、第二流量调节阀922以及第二压力泵923。其中，甲烷储罐921通过连接管路与罐腔13连通。第二流量调节阀922设置在甲烷储罐921与解析罐10之间的连接管路上。第二压力泵923设置在甲烷储罐921与解析罐10之间的连接管路上。

关于第二流量调节阀922的设置主要为了控制甲烷气含量，进而保证对地层环境的模拟。

本实施例提供的，主要是对岩心中的解吸气及损失气进行测试，其残余气可通过后续对岩心的破碎进行，该技术为现有技术，在此不再赘述。另外，关于色谱仪60和激光光谱检测仪93均为现有技术，可通过电性连接的方式与外接的终端设备连接，例如计算机，通过计算机中所安装的对应软件进行分析，该技术为现有技术，在此不再赘述。

另外，在关于解析罐10、密封件20、第一真空泵30、第二真空泵40、量筒50、色谱仪60、甲烷供应结构92、氮气供应结构91、压力计以及激光光谱检测仪93的连接中涉及到的连接管路，可根据实际的使用情况，在连接管路上设置开闭阀门，该技术为本领域技术人员的常规设置，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.页岩气测试用多功能解析仪，其特征在于，包括解析罐、密封件、第一真空泵、第二真空泵、量筒、色谱仪以及模拟地层测试单元；其中，

所述解析罐，具有罐腔，所述解析罐的侧壁上设有加热结构；

所述密封件，设置在所述罐腔中，用于密封存放待解吸的岩心；

所述第一真空泵，与所述罐腔相连，用于在所述密封件放置于所述罐腔后，对所述罐腔进行抽真空；

所述第二真空泵，与所述罐腔相连，用于在所述罐腔被所述第一真空泵抽真空，且所述解析罐上设置的破碎结构解除所述密封件的密封后，将所述罐腔内加热前后所解吸出的气体吸出；

所述量筒，与所述第二真空泵相连，用于通过排水法收集来自所述罐腔内的解吸气，以测定解吸气的体积；

所述色谱仪，与所述量筒相连，用于对所述量筒内收集到的解吸气进行检测；

模拟地层测试单元，与所述罐腔相连，所述模拟地层测试单元用于与所述加热结构共同模拟地层的环境，以测定损失气量。

2.如权利要求1所述的页岩气测试用多功能解析仪，其特征在于，所述加热结构为设置在所述解析罐中的多个电加热片，各所述加热片绕着所述罐腔环形间隔设置。

3.如权利要求1所述的页岩气测试用多功能解析仪，其特征在于，所述解析罐包括罐体以及顶盖；其中，

所述罐体，具有敞口腔，所述敞口腔的底部设有供所述密封件放置的载物台；

所述顶盖，与所述罐体可拆卸连接，用于对所述敞口腔的进行密封，所述顶盖与所述罐体围合形成所述罐腔。

4.如权利要求3所述的页岩气测试用多功能解析仪，其特征在于，所述密封件包括柱形框架以及胶套；其中，

所述柱形框架，具有供待解吸岩心存放的容置空间；

所述胶套，包覆在所述柱形框架外部，以对所述容置空间内的待解吸岩心进行密封。

5.如权利要求4所述的页岩气测试用多功能解析仪，其特征在于，所述破碎结构包括滑柱以及限位件；

所述滑柱，密封滑动设置在所述罐体的侧壁上，所述滑柱的一端具有尖角部，且伸入至所述罐腔中，并与所述胶套对应设置，所述滑柱的另一端设有限位部；

所述限位件，位于所述罐体的外部，且与所述滑柱可拆卸连接，用于对所述滑柱的滑动位置进行固定；

其中，所述第一真空泵对所述罐腔进行抽真空后，所述限位件解除对所述滑柱的限位，所述滑柱滑入所述罐腔，所述尖角部刺破膨胀后的所述胶套。

6.如权利要求3所述的页岩气测试用多功能解析仪，其特征在于，所述顶盖与所述罐体为螺栓连接。

7.如权利要求1所述的页岩气测试用多功能解析仪，其特征在于，所述模拟地层测试单元包括甲烷供应结构、氮气供应结构、压力计以及激光光谱检测仪；其中，

所述氮气供应结构，与所述罐腔相连，用于在岩心解吸且解吸气导出后，通入氮气；

所述甲烷供应结构，与所述罐腔相连，用于在岩心解吸且解吸气导出后，通入甲烷气体；

所述压力计，设置在所述解析罐上，用于对所述罐腔内的压力进行监测；

所述激光光谱检测仪，设置在所述解析罐上，具有伸入至所述罐腔中的探头，所述激光光谱检测仪用于在所述罐腔内通入氮气及甲烷气后的压力及温度与地层的压力和温度保持一致后，对所述罐腔内的甲烷气浓度进行检测。

8.如权利要求7所述的页岩气测试用多功能解析仪，其特征在于，所述氮气供应结构包括氮气储罐、第一流量调节阀以及第一压力泵；其中，

所述氮气储罐，通过连接管路与所述罐腔连通；

所述第一流量调节阀，设置在所述氮气储罐与所述解析罐之间的连接管路上；

所述第一压力泵，设置在所述氮气储罐与所述解析罐之间的连接管路上。

9.如权利要求7所述的页岩气测试用多功能解析仪，其特征在于，所述甲烷供应结构包括甲烷储罐、第二流量调节阀以及第二压力泵；其中，

所述甲烷储罐，通过连接管路与所述罐腔连通；

所述第二流量调节阀，设置在所述甲烷储罐与所述解析罐之间的连接管路上；

所述第二压力泵，设置在所述甲烷储罐与所述解析罐之间的连接管路上。