CN203688394U

CN203688394U - 一种吸附气解析仪

Info

Publication number: CN203688394U
Application number: CN201420050440.3U
Authority: CN
Inventors: 姜振学; 宋岩; 李卓; 纪文明; 郝进; 邢金艳
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2014-01-26
Filing date: 2014-01-26
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2024-01-26

Abstract

本实用新型公开了一种吸附气解析仪，包括：解析炉、解析罐、解析盖；进行解析实验时，解析罐放置于解析炉上，待测样品放置于解析罐内，解析盖盖在解析罐上，解析盖底部设置有压力传感器、接触式温度传感器及红外线温度传感器，连接于解析盖内设置的一A/D转换器；解析盖顶部设置有气体压力显示屏、气体温度显示屏及岩石温度显示屏，连接于A/D转换器；压力传感器用于测量解析罐内的气体压力；接触式温度传感器用于测量解析罐内的气体温度；红外线温度传感器，用于测量解析罐内的待测样品温度，气体压力显示屏、气体温度显示屏及岩石温度显示屏用于显示解析罐内的气体压力、气体温度、待测样品温度。

Description

一种吸附气解析仪

技术领域

本实用新型涉及一种气体解析实验设备，尤指一种吸附气解析仪，应用于测量地下岩石中吸附气的含量。

背景技术

吸附气是气体在页岩储层中一种重要的赋存形式，其含量占总含气量的20%至85%，主要是以吸附状态存在于储层微纳米孔隙和微裂缝表面。吸附气含量是页岩气资源评价和目标区优选的关键性参数，也是评价页岩是否具有开采价值的一个重要标准。因此，准确获得页岩储层中吸附气的含量是页岩气勘探开发的一个重要环节。

目前还没有用于吸附气含量精确测量的专用实验设备。普遍采用等温吸附和现场解吸两种实验方法获取吸附气含量。通过等温吸附实验研究压力和温度对泥页岩吸附性能影响时，对这两个因素分开进行讨论，没有一个整体研究思路，而泥页岩随着埋深的变化，其储层温度和压力常常一起变化，所以等温吸附实验结果很难准确反映真实的页岩吸附气量。现场解吸是需要将含气样品放置在密封罐中进行解吸反应，导气管一端与密封罐内部连通，另一端伸入量管开口，量管开口朝下并置于水槽液面以下，通过读取量筒刻度获得吸附气含量。

利用上述实验室常规设备组装而成的实验系统，可基本满足天然气解析反应、收集以及含量测定的要求，但是，在实际使用中我们发现，上述实验系统存在如下缺陷：

1、实验中需用不同量度的玻璃量筒利用倒置排水法测量解析出的吸附气的体积，倒置量筒的过程中容易混入少量的空气，且读数时量筒内外气体压强不同，导致读数存在误差；

2、实验中需用多段不同长度的导气管，导气管在实验准备过程中必定混入空气，量筒中的导气管容易脱出量筒，且较高温度的气体可使导气管产生热胀冷缩作用，上述原因导致测试结果与实际结果偏差较大；

3、实验中需用大容量水槽采集气体，且需用水浴装置进行加热，实验过程耗水大，但钻井现场水资源紧张；

4、水浴装置能够加热的最高温度为100℃，温度范围跨度窄，不能模拟深层高温地质环境；

5、实验装置体积大、重量大、携带不便，玻璃仪器多且易碎，安全性低、稳定性差；

6、实验时间长，操作复杂，实验需要多人同时完成，不便于多个测试同时进行，不能较好地满足实际需要；

由此可见，上述现有的吸附气含量测量设备及其实验方法，在结构与操作上仍存在缺陷与不便，有待进一步改进。

实用新型内容

本实用新型针对上述问题，设计出一种结构紧凑、体积小、耗水少、加热温度范围广、数据自动采集、操作方便、简单快捷、测量精确、便于移动和携带、适合野外现场使用的新型吸附气解析仪。

为达到上述目的，本实用新型提出了一种吸附气解析仪，包括：解析炉、解析罐、解析盖；进行解析实验时，所述解析罐放置于所述解析炉上，待测样品放置于所述解析罐内，所述解析盖盖在所述解析罐上，所述解析盖底部设置有压力传感器、接触式温度传感器及红外线温度传感器，连接于所述解析盖内设置的一A/D转换器；所述解析盖顶部设置有气体压力显示屏、气体温度显示屏及岩石温度显示屏，连接于所述A/D转换器；其中，所述压力传感器，用于测量所述解析罐内的气体压力，生成气体压力信号，所述A/D转换器将气体压力信号转换后发送至所述气体压力显示屏显示；所述接触式温度传感器，用于测量所述解析罐内的气体温度，生成气体温度信号，所述A/D转换器将气体温度信号转换后发送至所述气体温度显示屏显示；所述红外线温度传感器，用于测量所述解析罐内的待测样品温度，生成待测样品温度信号，所述A/D转换器将待测样品温度信号转换后发送至所述岩石温度显示屏显示。

进一步的，所述解析炉上设置有加热炉面板，用于对所述待测样品进行加热；所述解析罐的底部设置有与所述加热炉面板配套的受热铁片。

进一步的，所述解析罐的罐体设置有真空绝热层，上方开口处设置有外螺纹；

相应的，所述解析盖的底部设置有真空绝热层，底部内壁设置有与所述外螺纹匹配的内螺纹。

进一步的，所述解析盖上还设置有数据读取接口，连接所述A/D转换器，用于接入外部设备读取所述气体压力信号、气体温度信号、待测样品温度信号。

进一步的，所述解析盖还包括：出气孔、卡柄及阀口；其中，所述出气孔穿过所述解析盖，设置在所述解析盖的中心位置；所述卡柄外部设置有凹槽，固定安装于所述出气孔顶部；所述阀口设置于所述卡柄顶部，用于控制出气孔排出解析气体。

进一步的，所述解析罐的罐体由具有真空绝热层的不锈钢材料制成；所述解析盖底部由具有真空绝热层的不锈钢材料制成。

本实用新型的吸附气解析仪，专用于天然气勘探开发中吸附气含量的解析测量，特别是页岩气、煤层气等非常规天然气吸附气含量的解析测量，可迅速评价研究区储层的资源潜力和勘探前景，研究不同地区的含气性特征，含气量分布规律和储层的储气能力。仪器结构紧凑、体积小、耗水少、加热温度范围广、数据自动采集、操作方便、简单快捷、测量精确、便于移动和携带、适合野外现场使用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1A为本实用新型吸附气解析仪中的解析盖结构示意图。

图1B为本实用新型吸附气解析仪中的解析盖切面结构示意图。

图2为本实用新型吸附气解析仪中的解析罐结构示意图。

图3为本实用新型吸附气解析仪中的解析炉结构示意图。

具体实施方式

以下配合图式及本实用新型的较佳实施例，进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段。

本实用新型还提出了一种吸附气解析仪，结合图1A、图1B、图2及图3所示，包括：解析盖1、解析罐2、解析炉3；进行解析实验时，解析罐2放置于解析炉3上，待测样品放置于解析罐2内，解析盖1盖在解析罐2上。

结合图1A及图1B所示，解析盖1底部设置有压力传感器101、接触式温度传感器102及红外线温度传感器103，连接于解析盖1内设置的A/D转换器104。

解析盖1顶部设置有气体压力显示屏105、气体温度显示屏106及岩石温度显示屏107，连接于A/D转换器104。其中，

压力传感器101，用于测量解析罐2内的气体压力，生成气体压力信号，A/D转换器104将气体压力信号转换后发送至气体压力显示屏105显示。

接触式温度传感器102，用于测量解析罐2内的气体温度，生成气体温度信号，A/D转换器104将气体温度信号转换后发送至气体温度显示屏106显示。

红外线温度传感器103，用于测量解析罐2内的待测样品温度，生成待测样品温度信号，A/D转换器104将待测样品温度信号转换后发送至岩石温度显示屏107显示；该传感器在工作时，具有响应时间快、测量准确、非接触及使用寿命长等优点。

在本实施例中，A/D转换器104还可用于存储气体压力信号、气体温度信号、待测样品温度信号。

在解析盖1上还设置有数据读取接口108，连接所述A/D转换器104，可用于接入外部设备（如U盘、笔记本电脑）读取气体压力信号、气体温度信号、待测样品温度信号。

在本实施例中，解析盖1还设置有：出气孔109、卡柄110、阀口111、开关112；其中，

出气孔109穿过解析盖1，设置在解析盖1的中心位置；

卡柄110外部设置有凹槽，固定安装于出气孔109顶部，使用者可以通过扳手卡在卡柄110的凹槽上拧紧解析盖1；

阀口111设置于卡柄110顶部，用于控制出气孔109排出解析气体；可选用美国Colder Products Company生产的快速连接头的公扣。当公扣与母扣分开时，能够阻止流体通过，并具有较好的工业气密性。

开关112连接A/D转换器104，用于控制解析盖1电源。

在本实施例中，结合图3所示，解析炉3上设置有加热炉面板31，用于对待测样品进行加热。如图3所示，解析炉3上还设置有开关32、温度调节按钮33、温度显示屏34、卡座35、电源线36。该解析炉采用电子炉的磁场感应涡流加热原理，其优点是加热温度快、精确控温、使用方便、节能环保、安全性高。

结合图2所示，解析罐2的底部设置有与加热炉面板31配套的受热铁片21。解析罐2的罐体设置有真空绝热层22，下方设置有卡槽23，可与卡座35卡合使解析罐2固定，上方开口处设置有外螺纹（未绘示）。

相应的，结合图1B所示，解析盖1的底部设置有真空绝热层113，底部内壁设置有与外螺纹匹配的内螺纹（未绘示）。

进一步的，解析罐2的罐体及解析盖1底部都是由具有真空绝热层的不锈钢材料制成。

为了对上述吸附气解析仪进行更为清楚的解释，下面结合一个具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本实用新型，并不构成对本实用新型不当的限定。

在一具体实施例中，使用本实用新型吸附气解析仪进行吸附气含量，包括以下步骤：

1、测量未放岩石样品时解析罐2中的温度和压力。首先，从装置箱中取出解析盖1、解析罐2及解析炉3，将解析罐2底部的卡槽23固定于解析炉3的卡座35上，用扳手卡在解析盖1的卡柄110凹槽上，拧紧解析盖1，在数据读取接口108插入数据存储卡，打开解析盖1上的电源，此时，气体温度显示屏106显示为T₀，气体压力显示屏105显示为P₀，关闭解析盖1上电源。

2、取下解析盖1，将从钻井中刚提取的岩石样品擦净后迅速放入解析罐2中，迅速拧紧解析盖1。

3、打开解析盖1电源，进行数据采集。按照一定的时间间隔t_i，自动记录岩石样品温度T’_i，罐内的气体温度T_i及罐内的气体压力P_i(i=1，2，3…)。

4、打开解析炉3的电源，设定一定的解析温度（地下储层温度）进行加热。具体来说，解析罐2底部的受热铁片21与解析炉3上的加热炉面板31紧密接触在一起，插上解析炉3上的电源插头36，打开电源，通过温度调节按钮33将加热温度调节到岩石样品所处的地层温度，显示在岩石温度显示屏107上。

5、观测解析盖1上的显示屏，当气体温度、气体压力、岩石样品温度保持不变时，再次调节解析炉3的解析温度使岩石样品到某一目标温度（例如：目标温度为T’_n）。

6、继续观察解析盖1上的显示屏，当气体压力显示屏105上压力数值保持不变时，关闭解析盖1和解析炉3的电源，进行集气。此时，气体压力显示屏105显示为P_n，气体温度显示屏106显示为T_n，岩石温度显示屏107显示温度为T’_n(达到前述目标温度)，将一气体采集装置的母扣与本实用新型的阀口111（公扣）对接，解析罐2罐体即与气体收集装置连通，从而得以通过快速连接扣的内部管道采集气样。

7、打开解析盖1，取出岩石样品，测量岩石体积。具体来说，将岩石样品放入装满水的容器，测量溢出水体积，即为岩石样品的体积V₀。

8、读取数据存储卡上的解析数据（气体压力、气体温度、岩石样品温度），计算解析气量。将上述测量数据带入以下公式，可求得某一时刻岩石样品解析出的累积气体体积。

V_{i} = \frac{22400 (V_{c} - V_{0})}{R} (\frac{P_{i}}{Z_{i} T_{i}} - \frac{P_{0}}{Z_{0} T_{0}});

式中，V_i为某一时刻岩石样品解析出的累积气体体积，ml；

V_c为解析罐的容积，ml；

V₀为解析后的岩石样品体积，ml；

R为通用气体常数，8.3145×10⁶Pa·ml/mol·K；

Z₀为未放岩石样品时解析罐内气体压缩系数；

Z_i为放入岩石样品后解析罐内某一时刻罐内气体压缩系数；

P₀为未放岩石样品时解析罐内气体压力，Pa；

P_i为放入岩石样品后解析罐内某一时刻罐内气体压力，Pa；

T₀为未放岩石样品时解析罐内气体温度，K；

T_i为放入岩石样品后解析罐内某一时刻罐内气体温度，K。

通过以上步骤，即可测量岩石样品中吸附气的含量。在实际计算时，Z₀和Z_i可以近似的取值为1，当岩石样品温度达到目标温度T’_n时，P_i取值为目标温度时解析罐内的气体压力P_n；T_i取值为目标温度时解析罐内的气体温度T_n。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种吸附气解析仪，包括：解析炉、解析罐、解析盖；进行解析实验时，所述解析罐放置于所述解析炉上，待测样品放置于所述解析罐内，所述解析盖盖在所述解析罐上，其特征在于，

所述解析盖底部设置有压力传感器、接触式温度传感器及红外线温度传感器，连接于所述解析盖内设置的一A/D转换器；

所述解析盖顶部设置有气体压力显示屏、气体温度显示屏及岩石温度显示屏，连接于所述A/D转换器；其中，

所述压力传感器，用于测量所述解析罐内的气体压力，生成气体压力信号，所述A/D转换器将气体压力信号转换后发送至所述气体压力显示屏显示；

所述接触式温度传感器，用于测量所述解析罐内的气体温度，生成气体温度信号，所述A/D转换器将气体温度信号转换后发送至所述气体温度显示屏显示；

所述红外线温度传感器，用于测量所述解析罐内的待测样品温度，生成待测样品温度信号，所述A/D转换器将待测样品温度信号转换后发送至所述岩石温度显示屏显示。

2.根据权利要求1所述的吸附气解析仪，其特征在于，所述解析炉上设置有加热炉面板，用于对所述待测样品进行加热；

所述解析罐的底部设置有与所述加热炉面板配套的受热铁片。

3.根据权利要求2所述的吸附气解析仪，其特征在于，所述解析罐的罐体设置有真空绝热层，上方开口处设置有外螺纹；

4.根据权利要求1所述的吸附气解析仪，其特征在于，所述解析盖上还设置有数据读取接口，连接所述A/D转换器，用于接入外部设备读取所述气体压力信号、气体温度信号、待测样品温度信号。

5.根据权利要求1所述的吸附气解析仪，其特征在于，所述解析盖还包括：出气孔、卡柄及阀口；其中，

所述出气孔穿过所述解析盖，设置在所述解析盖的中心位置；

所述卡柄外部设置有凹槽，固定安装于所述出气孔顶部；

所述阀口设置于所述卡柄顶部，用于控制出气孔排出解析气体。

6.根据权利要求3所述的吸附气解析仪，其特征在于，所述解析罐的罐体由具有真空绝热层的不锈钢材料制成；

所述解析盖底部由具有真空绝热层的不锈钢材料制成。