CN205080022U

CN205080022U - 低煤阶煤层游离气含量测定装置

Info

Publication number: CN205080022U
Application number: CN201520886690.5U
Authority: CN
Inventors: 贾炳; 倪小明; 吉小峰
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2015-11-09
Filing date: 2015-11-09
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2025-11-09

Abstract

本实用新型公开了一种低煤阶煤层游离气含量测定装置，包括密封系统、控制系统、测试系统和对密封系统、控制系统进行充气的动力系统，动力系统上的高压管线与密封系统、控制系统相连接。本实用新型可以对低煤阶煤层游离气含量进行测试，提高了低煤阶煤层含气量测试的准确性。该装置测试方法简单、操作简便、成本低、准确度高，为煤层气开发提供指导，具有较好的应用前景。

Description

低煤阶煤层游离气含量测定装置

技术领域

本实用新型属于煤层气开发技术领域，尤其涉及一种低煤阶煤层游离气含量测定装置。

背景技术

煤层气作为一种新型能源，其有效开发不仅可以弥补常规能源的不足；而且作为一种清洁能源，可以减少常规能源燃烧对大气造成的污染；同时，煤层气的开发，可以有效减少煤矿安全事故的发生，实现煤矿安全、高效生产。因此，进行煤层气的开发是一项一举三得的事情，加强煤层气的开发变得及其重要。

煤层气资源在我国的赋存资源量极其丰富，有以沁水盆地为代表的中、高煤阶的煤层气资源，也包括以新疆东部为代表的低煤阶煤层气资源。我国煤层气勘探、开发研究虽然起步相对较晚，但是以沁水盆地为代表的中、高煤阶区域已经形成了商业性开发，显示出较好的开采潜力和利用前景。而作为资源丰富的新疆东部区域由于煤层变质程度低，煤层气含量组成中游离气量占了较大比例。因此，常规含气量测试中不考虑游离气的测试方法，难以满足低变质程度煤层煤层气含量测试的目的。而含气量测试是对一个地区的煤层气开发潜力进行评价的重要参数。同时，含气量参数也是开发工艺选型、后期排采制度优化的基础。因此，准确进行低煤阶煤层含气量的测试变得极其重要。而目前对于低煤阶煤层中游离气含量测试缺乏行之有效的方法。因此，迫切需要一种装置或工艺能对低煤阶煤层煤层气含量进行测试。这对促进低煤阶煤层气资源勘探与开发具有重要意义。

发明内容

本实用新型针对目前低煤阶煤层中游离气含量测试缺乏行之有效的方法、难以进行测试的问题。提出了一种低煤阶煤层游离气含量测定装置。通过该装置可以实现对低煤阶煤层游离气含量的测试，对促进煤层气的开发具有重要的意义。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：低煤阶煤层游离气含量测定装置包括密封系统、控制系统、测试系统和对密封系统、控制系统进行充气的动力系统，动力系统上的高压管线与密封系统、控制系统相连接。

所述的密封系统包括固定在钢管11外围的相邻的第三膨胀体28、第二膨胀体30、第一膨胀体31和固定在多级外控制体25外围的第四膨胀体19，在膨胀体上部、下部固定有环形控制板13。

所述第三膨胀体28、第二膨胀体30、第一膨胀体31、第四膨胀体19通过螺丝15固定在钢管11上，并通过导管36连接到高压管线10上。

所述导管36上安装有阀门14、16、17、20，这些阀门通过电缆5与计算机3连接。

所述控制系统包括与钢管11连接的多级外控制体25以及多级外控制体25内部的多级内控制体23、第五膨胀体21，连接上部密封板32和下部密封板34的弹簧33。

所述多级外控制体25、多级内控制体23均采用多级可伸缩结构组成，在其两端焊接固定有多级外挡体24和多级内挡体22。

采用上述技术方案，动力系统主要是提供密封系统进行密封、控制系统进行控制所需要的动力。该装置通过高压泵对从气瓶中流出的气体进行加压，并通过压力表对其压力大小进行测试，并采用计算机通过系统程序软件根据测试参数变化实现对高压泵开启/关闭的控制。

密封系统主要是实现对测试空间内的液体进行驱除，对测试空间进行密封。该系统是通过环形膨胀体的膨胀实现对测试空间内液体的驱除与测试空间的密封。在将测试装置下放到合适位置以后，通过膨胀体由下向上依次膨胀，对测试段内钢管与孔壁之间的液体进行驱赶。当向膨胀体内注入高压气体时，引起膨体的膨胀，实现与井壁的紧密接触。为了避免环形膨胀体在纵向上过度膨胀在膨胀体上部和下部安装有同样形状的控制板，可以有效避免膨胀体在纵向上过度膨胀。膨胀体与高压管线之间通过高压连接管进行连接，为了实现对各个膨胀体的单独控制，在各个高压连接管上安装有电子阀门，可以通过计算机实现对电子阀门的控制。

测试系统主要是实现对封闭空间内游离气量进行测试。通过密封系统对煤层段进行密封以后，采用压力探头对封闭空间内的压力进行测试，将测试结果通过电缆传到计算机进行记录。在煤层中游离气和水共同占据着煤层的孔裂隙空间，通过对孔隙度、含水饱和度进行测试，可以得出煤层中游离气所占的体积，进而根据理想气体方程可以得出游离气的含量。在钻进过程中煤层段的压力会丧失，但是随着煤层段封闭时间的增加，煤层内部的游离气会逐渐达到平衡，近似恢复到初始赋存状态。

控制系统主要是实现对测试空间的控制。通过一个轴向膨胀体的膨胀实现对多级控制体伸缩的控制。在密封系统进行适当充气以后，将密封体外围的液体进行驱赶。然后，通过轴向膨胀体充气膨胀，带动多级控制体伸开，推动最下边的密封体向下运动，为压力传感器的测试提供空间。随后密封系统再次充气，进行密封。测试就形成了一个相对密封的空间，在多级外挡体上有多个内外贯通的连接缝，这样压力传感器和煤层就处于同一个封闭空间内，进而可以实现对其压力的测试。

本实用新型可以对低变质煤层游离气含量进行测试，该装置的合理设计具有一下优点。

（1）通过多级密封系统实现了对空间的密闭以及流体的驱赶，为测试进行提供了密闭空间。

（2）控制系统的合理设计实现了对测试空间的伸缩、扩展的控制。

（3）有效解决了低变质程度煤层游离气含量难以测试问题。

附图说明。

图1低煤阶煤层游离气含量测定装置。

图2未开启时装置图。

图3为图1中的A-A截面图。

图4控制系统局部放大图。

具体实施方式

如图1~图4所示，本实用新型低煤阶煤层游离气含量测定装置包括密封系统、控制系统、测试系统和对密封系统、控制系统进行充气的动力系统，动力系统上的高压管线与密封系统、控制系统相连接。

密封系统包括固定在钢管11外围的相邻的第三膨胀体28、第二膨胀体30第一膨胀体31和固定在多级外控制体25外围的第四膨胀体19，在膨胀体上部、下部固定有环形控制板13。

第三膨胀体28、第二膨胀体30、第一膨胀体31、第四膨胀体19通过螺丝15固定在钢管11上，并通过导管36连接到高压管线10上。

导管36上安装有阀门14、16、17、20，这些阀门通过电缆5与计算机3连接。

控制系统包括与钢管11连接的多级外控制体25以及多级外控制体25内部的多级内控制体23、第五膨胀体21，连接上部密封板32和下部密封板34的弹簧33。

多级外控制体25、多级内控制体23均采用多级可伸缩结构组成，在其两端焊接固定有多级外挡体24和多级内挡体22。

动力系统主要是提供密封系统进行密封、控制系统进行控制所需要的动力。加压泵4通过连接管2与气瓶1连接，气体由气瓶1流出经过加压泵4加压以后，通过高压管线10流进各个膨胀体中，实现对膨胀体的充气。为了实现加压过程中对压力、流量的控制，在高压管线10上安装有流量计8、压力表9，计算机3通过内置程序根据压力表9、流量计8参数的变化，实现对加压泵4的控制。其中计算机3与压力表9、流量计8、加压泵4之间通过电缆进行连接。

密封系统主要是实现对测试空间内的液体进行驱除，对测试空间进行密封。环形膨胀体28、29、30、31是有橡胶材料组成，其强度可以满足本装置的需要，为了避免其纵向膨胀过度，在其上下部有控制板13，其通过焊接固定在钢管11上。为了避免膨胀体28、29、30、31活动，通过螺丝15将其固定在钢管11上。环形膨胀体28、29、30、31与高压管线之间通过连接管进行连接，为了实现对单个膨胀体的控制，在连接关系上安装有电子阀门14、16、17、20，这些阀门与计算机3之间通过电缆5进行连接，实现对电子阀门开启/闭合的控制。

测试系统主要是实现对封闭空间内游离气量进行测试。压力传感器26通过电缆5与计算机3相连接，将测试数据实时传输到计算机3进行记录与保存。当电缆通过密封板32时，为了保证测试空间的密闭性，在通过处安装硬质电缆连接头27。在连接头27与电缆、上部密封板32之间缝隙内充填膨胀剂，实现较好的密封。

控制系统主要是实现对测试空间的控制。第五膨胀体21为橡胶材料制成，为了实现其在垂直方向的上下运动，在其外围安装有可以上下移动的多级内控制体23，并且控制体的直径由上向下逐渐增大，便于多级控制体的伸开与收缩。为了控制第五膨胀体21的活动范围，将其通过螺丝固定在下部密封挡板上。而多级内控制体23和多级外控制体25都是通过焊接固定在下部密封板34和上部密封板32上。为了实现压力传感器26与煤层密封段在同一个空间内，在多级外控制体25设计了多个内外贯通的连接缝，确保具有良好的联通。在上部密封板32和下部密封板34之间连接有弹簧33，弹簧33一直处于拉伸状态。在不进行测试时，在弹簧自身作用力下测试空间收缩、闭合。当需要测试时，在第五膨胀体21作用下，使测试空间伸开。

本实用新型具体操作步骤为。

（1）在钻井钻过煤层段一下3m左右以后，提出钻杆，快速下入连接好的该装置，并下至指定位置。

（2）启动计算机、高压泵，打开总阀门、第四阀门，开始进行气体冲入，根据压力表读数，当其压力达到预定压力时，通过计算机关闭第四阀门，打开第三阀门，继续进行充气。如此重复，直到第一、二、三、四膨胀体都完成充气。

（3）打开总阀门和第五阀门继续对第五膨胀体进行充气，此时控制体逐渐伸展开，形成测试空间，在充气完成后关闭第五阀门。

（4）同时打开第一、二、三、四阀门对第一、二、三、四膨胀体继续进行充气，直到压力达到预定密封压力。关闭所有阀门、高压泵。只有当压力有所降低时才再次进行加压。

（5）启动压力传感器进行压力的实时记录，并将测试数据在计算机上以压力-时间曲线的形式进行表征。当压力长时间不再变化时，对参数进行保存，停止记录。

（6）打开第一、二、三、四、五阀门以及放气阀门，对系统中气体进行排出。

（7）对装置进行清理、回收。

据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims

1.低煤阶煤层游离气含量测定装置，其特征在于：包括密封系统、控制系统、测试系统和对密封系统、控制系统进行充气的动力系统，动力系统上的高压管线与密封系统、控制系统相连接。

2.根据权利要求1所述的低煤阶煤层游离气含量测定装置，其特征在于，所述的密封系统包括固定在钢管（11）外围的相邻的第三膨胀体（28）、第二膨胀体（30）第一膨胀体（31）和固定在多级外控制体（25）外围的第四膨胀体（19），在膨胀体上部、下部固定有环形控制板（13）。

3.根据权利要求2所述的低煤阶煤层游离气含量测定装置，其特征在于，所述第三膨胀体（28）、第二膨胀体（30）、第一膨胀体（31）、第四膨胀体（19）通过螺丝（15）固定在钢管（11）上，并通过导管（36）连接到高压管线（10）上。

4.根据权利要求3所述的低煤阶煤层游离气含量测定装置，其特征在于，所述导管（36）上安装有阀门（14）、（16）、（17）、（20），这些阀门通过电缆（5）与计算机（3）连接。

5.根据权利要求1所述的低煤阶煤层游离气含量测定装置，其特征在于，所述控制系统包括与钢管（11）连接的多级外控制体（25）以及多级外控制体（25）内部的多级内控制体（23）、第五膨胀体（21），连接上部密封板（32）和下部密封板（34）的弹簧（33）。

6.根据权利要求4所述的低煤阶煤层游离气含量测定装置，其特征在于，所述多级外控制体（25）、多级内控制体（23）均采用多级可伸缩结构组成，在其两端焊接固定有多级外挡体（24）和多级内挡体（22）。