CN202256096U - 一种煤储层中甲烷逸散气量测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种煤储层中甲烷逸散气量测试装置，其封闭试验缸内用于放置煤样，封闭试验缸上设置有进气口、出气口以及排气口，所述进气口上分别连接有甲烷气源与加压气源，甲烷气源与进气口之间依次设置有甲烷压力调节阀和甲烷压力指示计，加压气源与进气口之间依次设置有加压压力调节阀和加压压力指示计，所述出气口通过出气压力调节阀连接有气体膜分离器，气体膜分离器具有甲烷出气口与加压气体出口，气体膜分离器的甲烷出气口上连接有测试压力调节阀与测试流量计，所述排气口上连接有排气压力调节阀，所述封闭试验缸的侧壁上设置有加热装置，加热装置上控制连接有温度控制器，封闭试验缸上还设置有测试封闭试验缸内的压力的试验压力指示计。

Description

一种煤储层中甲烷逸散气量测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种测试煤样由煤储层中采集出来后甲烷的自然逸散量的气量测试装置。

背景技术

煤层中的甲烷气体主要以吸附状态赋存在煤储层中。查明煤储层中的瓦斯含量是进行瓦斯涌出量准确预测、煤与瓦斯突出准确预测预报、井下瓦斯抽采方案优化、地面煤层气井网布置与优化、地面煤层气产能准确预测等的基础。目前，不管是井下还是地面进行瓦斯含量测试，测试步骤一般是通过向煤层中打钻孔，然后采用特制的设备对煤层进行取样，把取的样品装入到解吸罐，在实验室模拟煤储层温度，通过排水集气法以不同的时间间隔对产出的气量进行记录，第一次测定时间为5min，以后分别以10min、15min、30min、60min为间隔各测定1h，然后120min测定2次，直至累计满8h。当连续7天每天平均解吸量小于或等于10立方厘米，停止测试，得出解吸气量；然后在球磨机上进行粉碎，进行残余气测试，得出残余气量。在取样过程中，从煤储层暴露中到取样开始再到装入解吸罐的过程中，由于甲烷赋存条件的变化，在这一过程中会有大量甲烷气体的损失。目前，损失气量主要是通过解吸初期解吸量与时间平方根的正比关系来确定。这样，瓦斯含量就等于解吸气量、残余气量和损失气量之和。而在现实生活中，由于煤储层原始压力、煤孔、裂隙结构特征、煤层含气饱和度、含气量等的差异性，导致仅仅通过解吸初期解吸量与时间平方根的正比关系在进行损失气量的计算，最终得出煤层瓦斯含量，以此来进行煤与瓦斯突出预测、煤层瓦斯涌出量预测、煤层气地面井产能预测等与煤层气体含量有关的预测与实际结论之间可能存在较大的出入，可能直接导致工程的保守或冒进，造成了很多不必要的投入。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能准确测出煤储层中甲烷逸散气量的煤储层中甲烷逸散气量测试装置，以准确测出煤储层中的甲烷含量。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种煤储层中甲烷逸散气量测试装置，包括封闭试验缸，封闭试验缸内用于放置煤样，封闭试验缸上设置有进气口、出气口以及排气口，所述进气口上分别连接有甲烷气源与加压气源，甲烷气源与进气口之间依次设置有甲烷压力调节阀和甲烷压力指示计，加压气源与进气口之间依次设置有加压压力调节阀和加压压力指示计，所述出气口通过出气压力调节阀连接有气体膜分离器，气体膜分离器具有甲烷出气口与加压气体出口，气体膜分离器的甲烷出气口上连接有测试压力调节阀与测试流量计，所述排气口上连接有排气压力调节阀，所述封闭试验缸的侧壁上设置有加热装置，加热装置上控制连接有温度控制器，封闭试验缸上还设置有测试封闭试验缸内的压力的试验压力指示计。

所述的甲烷气源与甲烷压力调节阀之间设置有甲烷气泵。

所述加压气源与加压压力调节阀之间设置有加压气泵。

所述的甲烷气源为甲烷气瓶，甲烷气瓶的出口通过其出口处依次设置的甲烷出口压力调节阀以及甲烷出口压力指示计与甲烷气泵相连。

所述的加压气源为氦气瓶，氦气瓶的出口通过其出口处依次设置的氦出口压力调节阀以及氦出口压力指示计与加压气泵相连。

所述气体膜分离器的气体分离膜为聚4-甲基戊烯-1微孔膜，气体分离膜上涂布有PM-MA。

所述的试验压力指示计处于所述排气口与排气压力调节阀之间。

所述的测试流量计的出口与一甲烷回收瓶连通，甲烷回收瓶通过测试流量计以及测试压力调节阀和气体膜分离器的甲烷出气口连通。

所述气体膜分离器的加压气体出口上连接有氦回收瓶。

所述出气压力调节阀与气体膜分离器之间设置有出气流量计。

在本实用新型的封闭试验缸中放上煤样，通过甲烷气源向封闭试验缸内充甲烷气体，同时通过排气压力调节阀将排气口打开，用甲烷气体将封闭试验缸内的空气挤出，然后关闭排气口。通过调节甲烷压力调节阀向封闭试验缸中充入甲烷直至试验压力指示计所显示的结果与煤储层中的压力状态相等，同时，通过加热装置对封闭试验缸加热，并用温度控制器来控制温度，还原煤体储层温度，然后等待煤样内的甲烷达到吸附平衡；关闭甲烷气源，通过加压压力调节阀打开加压气源，同时打开排气口，用加压气体将游离的甲烷挤出，然后关闭排气口，开始通过加压压力调节阀与温度控制器调节温度与压力来模拟煤样取样过程中的甲烷赋存条件的变化，同时打开出气口测试煤样逸散气量。由出气口中的出来的甲烷与加压气体的混合气经过气体膜分离器后，甲烷被分离出来，通过测试流量计可以得出准确的甲烷逸散量。在准确的得到含有甲烷的煤样后，再准确的模拟煤样取样过程中的甲烷赋存条件的变化，本实用新型就可以得到甲烷的精确逸散量，可以为实际工程提供科学的指导。

本实用新型的甲烷气源与甲烷压力调节阀之间设置有甲烷气泵，甲烷气泵可为来自甲烷气源的甲烷气体增压，使得封闭试验缸可以得到高于甲烷气源的压力。

本实用新型加压气源与加压压力调节阀之间设置有加压气泵，加压气泵可为来自加压气源的加压气体增压，使得封闭试验缸可以得到高于加压气源的压力。

本实用新型的测试流量计的出口与一甲烷回收瓶连通，甲烷回收瓶可以将使用后的甲烷回收，以便重复利用，节省原料。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构原理图。

具体实施方式

一种煤储层中甲烷逸散气量测试装置的实施例，在图1中，煤储层中甲烷逸散气量测试装置的封闭试验缸8具有一个封闭空腔，该封闭空腔内在测试时用于设置有煤样，这里的煤样为在需测试甲烷含量的煤层中取得的煤试样，封闭试验缸8上设置有两个进气口，一个进口为甲烷进气口7，另一个为加压气体进气口20，封闭试验缸8上还设置有出气口27与排气口28。甲烷进气口7上通过甲烷气泵4连通设置有甲烷气瓶1，甲烷气泵4与甲烷进气口7之间依次设置有甲烷压力调节阀5和甲烷压力指示计6，甲烷压力调节阀5和甲烷压力指示计6依次设置在甲烷气泵4与甲烷进气口7之间，也就是说：甲烷压力调节阀5靠近甲烷气泵4，甲烷压力指示计6靠近甲烷进气口7；甲烷气瓶1与甲烷气泵之间依次设置有甲烷出口压力调节阀2和甲烷出口压力指示计3，甲烷气瓶1的出口依次通过甲烷出口压力调节阀2以及甲烷出口压力指示计3与甲烷气泵4相连。

加压气体进气口20上通过加压气泵23连通设置有氦气瓶26，加压气泵23与加压气体进气口20之间依次设置有加压压力调节阀22和加压压力指示计21，加压压力调节阀22和加压压力指示计21依次设置在加压气泵23与加压气体进气口20之间，氦气瓶26与加压气泵23之间依次设置有氦出口压力调节阀25和氦出口压力指示计24，氦气瓶26的出口依次通过氦出口压力调节阀25以及氦出口压力指示计24与加压气泵23相连。

排气口28上连通设置有排气压力调节阀17，排气压力调节阀17与排气口28之间设置有试验压力指示计19，试验压力指示计19用于测试封闭试验缸8内的压力。

封闭试验缸8的侧壁上设置有加热装置10，加热装置10与温度控制器18控制相连，温度控制器18控制加热装置10为封闭试验缸8加热，使得封闭试验缸8保持需要的温度。在这里，常用的加热装置和温度控制器即可使用。

出气口27与气体膜分离器12相连，出气口27 与气体膜分离器12之间设置有出气压力调节阀9，出气压力调节阀9与气体膜分离器12之间设置有出气流量计11。这里的气体膜分离器12是一种能将两种混合气体分离出来的仪器，本实施例中的气体膜分离器的气体分离膜通过包裹法制作，为聚4-甲基戊烯-1微孔膜，并在膜上涂布PM-MA，分离膜对氦气与甲烷的渗透系数比是：                                                380，能较好的分离氦气与甲烷，使氦气通过膜而甲烷不通过，从而将氦气与甲烷分离。气体膜分离器12具有两个出口，一个是甲烷出口，另一个是加压气体出口，甲烷出口连接有测试压力调节阀13与测试流量计14，测试流量计14的出口与甲烷回收瓶15连通，甲烷回收瓶15依次通过测试流量计14以及测试压力调节阀13和气体膜分离器12的甲烷出气口连通。气体膜分离器12的加压气体出口与氦回收瓶16连通。

上述实施例中的装置能精确测试煤储层中甲烷逸散气量，准确测试采煤区的瓦斯含量是安全生产的前提，现在通常的测试方式即如背景技术中介绍的那样，先从煤层中采集一块煤样，然后得出煤样中甲烷的含量，在煤样由煤层中移至实验室中的过程中煤样所在的外部环境发生了很大的变化，煤样所处环境的压力和温度即出现了变化，在这种变化下，煤样中的甲烷会逸散出来，出现了甲烷逸散后的煤样中所含的甲烷量能准确测试，因此，能否准确得出煤层中甲烷的含量即取决于甲烷逸散量的测试。

本实施例在工作时，需要先在封闭试验缸中放上需要测的采煤区的煤样。然后通过甲烷气瓶向封闭试验缸内充甲烷气体，这时要将排气压力调节阀打开使得排气口与外界连通，甲烷气体将充满封闭试验缸，封闭试验缸内的空气将被甲烷气体通过排气口赶出，当空气排干净之后，通过排气压力调节阀将排气口关闭。通过调节甲烷出口压力调节阀及甲烷压力调节阀向封闭试验缸中充入甲烷直至试验压力指示计所显示的结果与煤储层中的压力状态相等，在向封闭试验缸内充甲烷气体的同时，通过加热装置对封闭试验缸加热，并用温度控制器来控制温度，还原煤体储层温度，这时，煤样所处的外界环境与其在煤层中所处的环境就相同了。然后，保持这种状态，直至煤样内的甲烷达到吸附平衡，这时，煤样中所含的甲烷量与其在煤层中时的甲烷含量是一样的；关闭甲烷气源，通过加压压力调节阀与氦出口压力调节阀将氦气瓶与封闭试验缸连通，同时打开排气口，用加压气体将游离的甲烷挤出，然后关闭排气口，开始通过加压压力调节阀与氦出口压力调节阀并结合加压气泵共同调节封闭试验缸内的压力，同时通过温度控制器调节封闭试验缸内的温度，模拟煤样取样过程中的甲烷赋存条件的变化，同时打开出口气测试煤样逸散气量。由出气口中的出来的甲烷与氦气的混合气经过气体膜分离器后，甲烷被分离出来，通过测试流量计可以得出准确的甲烷逸散量。

在上述实施例中使用氦气作为加压气体，实际上，可以做加压气体的气体种类很多并不仅仅局限于氦气这一种气体，其余的惰性气体以及与煤没有吸附作用的气体都可以。在改变加压气体时，要相应的改变气体膜分离器的气体分离膜，使得气体膜分离器适应加压气体与甲烷的分离。

上实施例中使用了甲烷气泵与加压气泵，两个气泵可增加充入封闭试验缸内的气压力，使得封闭试验缸内的压力高于氦气瓶和甲烷气瓶内的压力，如氦气瓶与甲烷气瓶内的压力足够高，也可以将甲烷气泵与加压气泵去掉。

上述实施例中设置在封闭试验缸上的进气口为两个，事实上，甲烷与氦气也可以共用一个进气口。

上述实施例中的试验压力指示计处于所述排气口与排气压力调节阀之间，也可以将试验压力指示计设置在封闭试验缸的其他位置。因为，在需要准确控制压力时，排气口都是处于关闭状态的，没有动压存在，这样，试验压力指示计所测得的压力就是封闭试验缸内的压力，并且试验压力指示计设置在这个位置，安装方便。

上述实施例中的气源为气瓶，也可以是其他气源。

上述实施例中设置了甲烷回收瓶与氦回收瓶，可以将甲烷与氦气回收再利用，也可以不进行回收，直接将氦气与甲烷排入大气中。

Claims (10)

1.一种煤储层中甲烷逸散气量测试装置，其特征在于：包括封闭试验缸，封闭试验缸内用于放置煤样，封闭试验缸上设置有进气口、出气口以及排气口，所述进气口上分别连接有甲烷气源与加压气源，甲烷气源与进气口之间依次设置有甲烷压力调节阀和甲烷压力指示计，加压气源与进气口之间依次设置有加压压力调节阀和加压压力指示计，所述出气口通过出气压力调节阀连接有气体膜分离器，气体膜分离器具有甲烷出气口与加压气体出口，气体膜分离器的甲烷出气口上连接有测试压力调节阀与测试流量计，所述排气口上连接有排气压力调节阀，所述封闭试验缸的侧壁上设置有加热装置，加热装置上控制连接有温度控制器，封闭试验缸上还设置有测试封闭试验缸内的压力的试验压力指示计。

2.根据权利要求1所述的煤储层中甲烷逸散气量测试装置，其特征在于：所述的甲烷气源与甲烷压力调节阀之间设置有甲烷气泵。

3.根据权利要求1或2所述的煤储层中甲烷逸散气量测试装置，其特征在于：所述加压气源与加压压力调节阀之间设置有加压气泵。

4.根据权利要求3所述的煤储层中甲烷逸散气量测试装置，其特征在于：所述的甲烷气源为甲烷气瓶，甲烷气瓶的出口通过其出口处依次设置的甲烷出口压力调节阀以及甲烷出口压力指示计与甲烷气泵相连。

5.根据权利要求4所述的煤储层中甲烷逸散气量测试装置，其特征在于：所述的加压气源为氦气瓶，氦气瓶的出口通过其出口处依次设置的氦出口压力调节阀以及氦出口压力指示计与加压气泵相连。

6.根据权利要求5所述的煤储层中甲烷逸散气量测试装置，其特征在于：所述气体膜分离器的气体分离膜为聚4-甲基戊烯-1微孔膜，气体分离膜上涂布有PM-MA。

7.根据权利要求1所述的煤储层中甲烷逸散气量测试装置，其特征在于：所述的试验压力指示计处于所述排气口与排气压力调节阀之间。

8.根据权利要求1所述的煤储层中甲烷逸散气量测试装置，其特征在于：所述的测试流量计的出口与一甲烷回收瓶连通，甲烷回收瓶通过测试流量计以及测试压力调节阀和气体膜分离器的甲烷出气口连通。

9.根据权利要求8所述的煤储层中甲烷逸散气量测试装置，其特征在于：所述气体膜分离器的加压气体出口上连接有氦回收瓶。

10.根据权利要求1所述的煤储层中甲烷逸散气量测试装置，其特征在于：所述出气压力调节阀与气体膜分离器之间设置有出气流量计。

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