CN219328704U - 一种岩石样品残余气测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种岩石样品残余气测试仪，包括破碎研磨模块、密封盖模块、密封罐主体、进气出气模块和样品夹持模块；破碎研磨模块在密封罐主体的顶部，采用旋转研磨的方式，对位于密封罐主体内的岩石样品进行破碎研磨；样品夹持模块安装在密封罐主体的底部，用于夹持固定待研磨的岩石样品；进气出气模块安装在密封罐主体侧壁上，用于测量岩石样品经破碎研磨后的残余气含量。与现有技术相比，本实用新型岩石样品破碎研磨方式更有优势。现有技术岩石样品破碎通常采用冲击破碎方式，本实用新型采用旋转破碎研磨，具有噪音小、粉尘小、体积小、效率高的特点，更适合在实验室和封闭空间里的安装使用。

Description

一种岩石样品残余气测试仪

技术领域

本实用新型属于油气勘探与开发技术领域，具体涉及一种岩石样品残余气测试仪及测试方法。

背景技术

在页岩气和煤层气等油气资源勘探过程中，无论是理论认识方面还是实际生产方面中，对资源量的评价都是一个非常重要的问题，其中对残余气量的准确计量一直以来是困扰资源量评价的一个难题。

在页岩气和煤层气的勘探中，地层中页岩气和煤层气的含气量是评价一个地区天然气资源量的重要参数，地质工作者一直希望能够得到地层中含气量的准确数据，来计算地层中天然气的储量，为勘探工作提供可靠的依据。含气量数据主要包括损失气、解吸气和残余气三个部分，为了获得准确的含气量数据，一个不能忽视的数据是地层中残余气含量。目前已有发明专利对损失气(ZL201310338001.2)和解吸气(ZL201120465348.X)参数获取进行了阐述，目前还缺少准确获取残余气参数相关技术。本项发明专门针对残余气的收集和计量而设计，能够补齐页岩含气量测量的不足，实现对页岩损失气、解吸气和残余气全过程各个环节的测量。

随着近几年国内页岩气勘探的快速发展，关于页岩气资源量评价的新技术也在逐渐出现，含气量参数中的损失气和解吸气量的专利技术已经出现并应用于页岩气评价中。目前国内残余气的适用标准是2021年颁布实行的标准《煤层气含量测定方法-GB/T19559-2021》，此标准是在2004年颁布实行的国标基础之上，经过2008年和2021年两次修订，并于2021年正式颁布使用。在最新版国标中，残余气的采集方法是，将做完解吸气实验的煤炭样品先放入球磨机进行破碎，然后将破碎好的样品放入进行测量的容器进行测量。国标中的这种方法分为两个步骤，第一步是在球磨机中破碎研磨，第二步是将破碎好的样品取出，再放入进行测量的容器中进行残余气测量。在第二步取样放进测量容器的过程中，破碎研磨过程中散逸出来的气体就会散失掉，导致测量数据低于实际含气量。

现有常用的岩石破碎方式是用球磨机将岩石样品破碎，或者是用击打的方式将岩石样品破碎，虽然能够实现将岩石样品破碎的目的，但是，存在的缺陷也很明显，比如噪音大、粉尘大、效率低等不足，因此需要进一步创新改进岩石样品破碎方式，使之更适合实验测试的要求，提高测量精度和测量效率。

(1)岩石样品破碎方式的不足

目前的岩石破碎方式主要是球磨机破碎或者击打方式进行破碎，本质上都是通过外力冲击岩石迫使岩石破碎的方式，这种方式能够实现破碎岩石样品目的，但是存在振动大、测试环节不连续、难以保证密封的缺陷，同时存在噪音大、粉尘大、人机工作环境差的问题。

球磨机广泛应用于选矿、化工和建材等行业，是对大型块状矿石进行破碎的重要装备，在矿物产品加工业也得到了大量的应用。简单的讲，球磨机中的研磨介质随着筒体的旋转而被带到一定的高度后，研磨介质由于自重而下落，装在筒体内的矿石就受到介质猛烈的冲击力；另一方面由于研磨介质在筒体内沿筒体轴心的公转与自转，在研磨介质之间及其与筒体接触区又产生对矿石的挤压和磨剥力，从而将矿石磨碎^[1]。简要分析研磨机破碎机理，在磨机筒体内岩石样品主要是受磨剥力、冲击力及挤压力的作用而被磨碎的。这种岩石破碎的方式决定了，破碎过程中无法保证罐体的密封，同时难以避免的会出现噪音和粉尘，从而导致人机工作环境差而难以解决，是这种破碎方式存在的一个痛点，亟需出现一种新的破碎方式改善岩石破碎时引起的噪音、粉尘等不足。在工矿工作现场，由于工作环境相对较为空旷，这种破碎方式产生的噪音、粉尘等不足还不是特别突出，但是如果需要放在实验室等封闭空间中来完成连续测量，从而获取更准确数据的实验，那么球磨机的不足所带来的影响是无法满足实验要求的。

(2)测量方式的不足

在球磨机将岩石样品破碎后，为进一步对样品进行残余气测试，需要将样品从球磨机中取出，然后放进测试仪器进行残余气测试，在这个过程中，破碎时从样品中散逸出来的残余气就会散失掉，造成测量的数据低于实际含气量，导致无法获取准确的含气量数据。如何将岩石样品破碎环节和残余气测量环节融合为一体，从而形成一个连续的测量过程，是解决这个不足的关键方法。

(3)测量效率较低

用球磨机破碎之后，再取出样品进行残余气测量的方式，首先样品破碎时间较长，其次，破碎之后重新收集样品放进残余气测量装置，然后再重新升温至地层温度，静置一段时间后才能测试一个样品的残余气含量。这个过程步骤多、时间长，虽然可以测试出样品的残余气含量，但是，所用时间较长，不利于快速测试样品残余气含量。

(4)与其他仪器组合匹配性不足

由于破碎方式是采用击打破碎的方式，破碎过程震动大、噪音大、粉尘大，在破碎过程中可能会对其他的测试设备造成影响，所以不适合与其他测试设备组成一个设备组进行测试。如果在破碎岩石样品的基础上，噪音和震动能够降低到足够低，满足其他仪器设备的运行条件，那么就容易与其他仪器组成一个测试组，提高测试效率和测试精度，从而实现提高测试效率、增加实验精度的目的。

参考文献：

[1]尹自信，王楠.不同转速率下球磨机介质运动状态分布行为研究[J].有色金属(选矿部分),2022；3(19):118～123.

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种测试精度高，更为高效的岩石样品残余气测试仪。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种岩石样品残余气测试仪，包括破碎研磨模块、密封盖模块、密封罐主体、进气出气模块和样品夹持模块；

所述破碎研磨模块安装在密封罐主体的顶部，采用旋转研磨的方式，对位于密封罐主体内的岩石样品进行破碎研磨；

所述密封盖模块盖合在密封罐主体的顶部；

所述样品夹持模块安装在密封罐主体的底部，用于夹持固定待研磨的岩石样品；

所述进气出气模块安装在密封罐主体侧壁上，用于测量岩石样品经破碎研磨后的残余气含量。

具体地，所述破碎研磨模块包括破碎研磨动力部件、旋转升降杆和破碎研磨头；所述旋转升降杆纵向贯穿密封盖模块，旋转升降杆位于密封盖模块上部的外端与破碎研磨动力部件连接，旋转升降杆位于密封罐主体的内端与破碎研磨头连接，通过破碎研磨动力部件驱动旋转升降杆带动破碎研磨头转动，并能够上下升降，实现对固定在样品夹持模块中的岩石样品破碎研磨。

作为选择地，所述的破碎研磨动力部件包括转动电机和升降动力组件；所述转动电机的输出轴与旋转升降杆连接，通过转动电机驱动旋转升降杆进行转动；所述升降动力组件包括升降滑轨和升降动力件，通过升降动力件驱动旋转升降杆上下移动。

作为另一选择地，所述的破碎研磨动力部件为与旋转升降杆相互配合的旋转扳手，通过手动转动旋转扳手来驱动旋转升降杆同时进行转动和升降。

具体地，所述密封盖模块包括密封盖、旋转轴动密封件和密封圈；所述密封盖盖合在密封罐主体的顶部；所述旋转轴动密封件用于对破碎研磨模块的旋转轴进行动态密封，旋转轴动密封件在密封盖中心位置，设有用于填充润滑密封油的V型凹槽；

所述密封圈设置在密封盖内侧的密封槽内，实现对罐体与密封盖结合部的静态密封。

具体地，所述密封罐主体包括罐体、加热条、支撑脚架和密封盖紧固卡扣；

所述罐体为一圆形金属容器，通过顶部设置的密封盖紧固卡扣与密封盖模块盖合密封；

所述加热条内置于罐体的底部，且呈环形分布；

所述支撑脚架安装在罐体底部，支撑脚架上设有用于将罐体固定于平面上的固定螺孔。

所述密封盖紧固卡扣分为上下两部分卡口，两部分卡口由螺栓进行紧固，上半部分卡口在密封盖外壁，下半部分卡口在密封罐外壁；

所述罐体的外壁预设绝缘保温层。

具体地，所述进气出气模块包括进气管和出气管；所述进气管端部与罐体外部的载气储瓶连接，进气管上设有进气控制阀和进气计量阀，通过进气管向密封罐主体注入实验载气；选取的载气密度要大于待测试气体密度，并且成分与待测气体能明显区分；

所述出气管端部与罐体外部的气体检测设备连接，出气管上设有出气控制阀、压力表和出气计量阀，通过出气管将载气和残余气排出密封罐。

具体地，所述样品夹持模块包括液压进油管线、进油控制液压阀、卡爪连通管线和卡爪进油管线、卡爪伸缩部件和样品夹持卡爪；

所述样品夹持卡爪为一组，用于夹紧岩石样品；每个样品夹持卡爪设置在对应的卡爪伸缩部件上，通过卡爪伸缩部件的伸缩移动，实现夹紧和释放动作；

所述卡爪伸缩部件通过各自的卡爪进油管线连接在卡爪连通管线上，每个卡爪进油管线上分别设有液压控制阀，通过各液压控制阀分别控制对应的卡爪伸缩部件独立伸缩移动；

所述卡爪连通管线与连接外部的液压进油管线连接，通过液压进油管线向卡爪连通管线注入液压油；所述液压进油管线上设有进油控制液压阀。

有益效果：

(1)与现有技术相比，本实用新型涉及的岩石样品破碎研磨方式更有优势。现有技术岩石样品破碎通常采用冲击破碎方式，测试过程不连续、密封性难以保证；本实用新型采用旋转破碎研磨，具有密封性好、噪音小、粉尘小、体积小、效率高、连续性好的特点，更适合在实验室和封闭空间里的安装使用。

(2)残余气收集计量更为准确。本实用新型从输送载气、研磨样品、排出残余气、收集计量残余气，实现了整个流程连续不间断，减少了实验中间环节残余气因密封罐打开环节出现残余气散逸无法计量的可能，使测量的数据更为精确。

(3)残余气收集计量更为便捷。本实用新型从输送载气、研磨样品、升温至地层温度、保温、排出残余气到最终收集计量残余气，可以实现整个流程的自动化计量，提高了实验的自动计量，降低了劳动强度，提高了效率。

(4)本实用新型与其他现有仪器设备的适配性、兼容性更好。本实用新型具有噪音小、震动小、粉尘小、体积小、效率高的优点，进排气均可由小直径管线与其他现有仪器设备相链接，并且由于噪音和震动都比较小，对现有设备几乎没有明显影响，可以与现有设备很好的兼容，实现连续测量的要求。

(5)本实用新型装置可以实现在纵向上分段计量残余气含量，从而观察页岩非均质性含气量的特征。页岩含气量具有非均质性的特征，通过分段破碎研磨、分段计量的方法可以对每段残余气含量进行计量(研磨一段，计量一段，然后再研磨第二段、计量第二段)，从而观察每段含气量的变化，对含气量的非均质性进行评价。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是该岩石样品残余气测试仪的多面视图。

图2是该岩石样品残余气测试仪的外观右视图。

图3是该岩石样品残余气测试仪的正面透视图(主视图)。

图4是该岩石样品残余气测试仪的左视图及B-B′剖面图。

图5是该岩石样品残余气测试仪密封盖模块结构示意图及C-C′剖视图。

图6是该岩石样品残余气测试仪俯视图。

图7是该岩石样品残余气测试仪内部样品夹持模块结构示意图(A-A′剖视图)。

其中，各附图标记分别代表：

1破碎研磨模块；1-1破碎研磨动力部件；1-2旋转升降杆；1-3破碎研磨头；

2密封盖模块；2-1旋转轴动密封件；2-2密封圈；2-3密封盖；

3密封罐主体；3-1罐体；3-2加热条；3-3支撑脚架；3-4密封盖紧固卡扣；3-5绝缘保温层；

4进气出气模块；4-1进气管；4-2进气控制阀；4-3出气控制阀；4-4出气管；4-5压力表

5样品夹持模块；5-1液压进油管线；5-2进油控制液压阀；5-3卡爪连通管线；5-4卡爪进油管线；5-5卡爪伸缩部件；5-6样品夹持卡爪。

6岩石样品。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。

如图1至图4所示，本实用新型岩石样品残余气测试仪，主要由5个大的模块，共计约20个部件组成，分别是破碎研磨模块1、密封盖模块2、密封罐主体3、进气出气模块4和样品夹持模块5。

其中，破碎研磨模块1安装在密封罐主体3的顶部，采用旋转研磨的方式，对位于密封罐主体3内的岩石样品6进行破碎研磨。

样品夹持模块5安装在密封罐主体3的底部，用于夹持固定待研磨的岩石样品6；

进气出气模块4安装在密封罐主体3侧壁上，用于测量岩石样品6经破碎研磨后的残余气含量。

结合图3与图4，破碎研磨模块1由三个部件组成，包括破碎研磨动力部件1-1、旋转升降杆1-2、破碎研磨头1-3，三部分配合完成研磨动作。主要功能是由电动机提供动力，形成旋转切割力，通过破碎研磨头1-3反复研磨，将岩石样品6破碎研磨成满足试验要求的粉末。

具体来说，旋转升降杆1-2纵向贯穿密封盖模块2，旋转升降杆1-2位于密封盖模块2上部的外端与破碎研磨动力部件1-1连接，旋转升降杆1-2位于密封罐主体3的内端与破碎研磨头1-3连接，通过破碎研磨动力部件1-1驱动旋转升降杆1-2带动破碎研磨头1-3转动，并能够上下升降，实现对固定在样品夹持模块5中的岩石样品6破碎研磨。

作为选择地，所述的破碎研磨动力部件1-1包括转动电机和升降动力组件；所述转动电机的输出轴与旋转升降杆1-2连接，通过转动电机驱动旋转升降杆1-2进行转动；所述升降动力组件包括升降滑轨和升降动力件，通过升降动力件驱动旋转升降杆1-2上下移动。该选择方案中，旋转动力由电动机提供，为破碎研磨提供动力。其次设计有另外一个电机为破碎研磨部件的升降提供动力，升降的速度根据岩样硬度差异来设定，升降距离依据岩石样品的长度大小来设定，研磨动力部件内部设有滑轨，破碎研磨部件沿着滑轨升降。由一台电脑来控制两台电动机的转速和升降动作。对于两部电动机的转速通过电脑来分别设置，对升降的速度和距离通过电脑来分别设置。设置好相关程序后，破碎研磨部件可以按照预设程序自动上升和下降，可以减轻实验员劳动强度。

作为另一选择地，所述的破碎研磨动力部件1-1为与旋转升降杆1-2相互配合的旋转扳手，通过手动转动旋转扳手来驱动旋转升降杆1-2同时进行转动和升降。该选择方案中，旋转升降杆1-2顶部设计为四方或六方螺帽设计，使四方或六方扳手可以套住螺帽，再配套一把力矩合理的专用四方或者六方扳手，通过旋转专用扳手为研磨提供动力，将岩石样品研磨成符合残余气散逸出来的粉末，以便完成后续的实验工作。

本实用新型中，旋转升降杆1-2表面经过处理，表面光滑，升降杆的硬度强度必须满足破碎研磨岩石样品的要求。

本实用新型中，破碎研磨头1-3的硬度强度必须满足破碎研磨岩石样品的要求，其直径略小于需要研磨的岩石样品6直径。破碎研磨头1-3研磨出的岩石样品粉末必须满足游离态和吸附态天然气能散逸出岩石样品粉末的要求。为确保岩石样品粉末颗粒足够小，动力装置的转速应与研磨后岩石样品粉末颗粒须达到的要求相匹配，应在慢速均匀转动和短暂快速转动之间形成一个合理的配置，确保研磨后的岩石样品粉末满足实验要求。破碎研磨头1-3选用细粒金刚石研磨钻头，钻头采用圆柱形设计，圆柱直径与目前钻井常用取芯直径相匹配，并略低于岩样直径，保证研磨颗粒能够满足气体能够散逸出来。

结合图5，密封盖模块2包括密封盖2-3、旋转轴动密封件2-1和密封圈2-2；所述密封盖2-3盖合在密封罐主体3的顶部；所述旋转轴动密封件2-1用于对破碎研磨模块1的旋转轴进行动态密封。旋转轴动密封是密封罐的重要密封措施，目前行业内的成熟旋转轴动密封能够实现0.5兆帕以上的动密封要求，能够满足本实用新型的实验要求，旋转动密封是密封罐顶部的主要密封方式。

旋转轴动密封件2-1安装在密封盖中心的位置，设有用于填充润滑密封油的V型凹槽，工作时凹槽内需要加入润滑密封油。润滑密封油起到三个作用，一个是对旋转轴进行润滑，使之表面保持在一个光滑的状态，二是在升降杆与密封圈之间形成一层油膜，对密封罐也起到密封的作用，三是如果动密封出现气体泄漏的话，油面上会有气泡出现，便于观测气体泄漏情况。

密封圈2-2设置在密封盖内侧的密封槽内，实现对罐体与密封盖结合部的静态密封。密封盖2-3内侧的设置O型圈密封槽，此处采用O型密封圈对罐体与密封盖结合部进行静态密封。密封盖是打开或者封闭密封罐的主要部件，对密封罐形成一个完全封闭环境起到一个关键作用，密封盖与罐体接口处设置有卡扣，其与密封罐上的卡扣相匹配，将密封盖与密封罐主体对接好后，用卡口将其锁紧，起到密封的作用，此时密封罐主体和密封盖是一个相对静止状态，静密封可以满足封堵气体散逸的要求。

结合图3，密封罐主体3包括罐体3-1、加热条3-2、支撑脚架3-3和密封盖紧固卡扣3-4。

其中，罐体3-1为一圆形金属容器，其高度要能满足测量岩石样品的要求，底部是完全密封的罐体，能对气体起到密封作用。罐体与密封盖接口处设置有卡扣，与密封盖上的卡扣相匹配，通过顶部设置的密封盖紧固卡扣3-4与密封盖模块2盖合密封。

所述加热条3-2内置于罐体3-1的底部，且呈环形分布；主要作用是对密封罐加热。当岩石样品研磨成粉末后，将罐内温度加热至地层温度，使吸附态和游离态页岩气散逸出来。加热条是通过电力转换成热能，对密封罐进行加热。

所述支撑脚架3-3位于罐体3-1底部，支撑脚架3-3上设有用于将罐体3-1固定于平面上的固定螺孔；支撑脚架3-3主要对罐体起到支撑、稳固作用，脚架上有固定螺孔，可以用螺栓将罐体固定于平面之上起到固定密封罐的作用。

密封盖紧固卡扣3-4分为上下两部分卡口，两部分卡口由螺栓进行紧固，上半部分卡口在密封盖外壁，下半部分卡口在密封罐外壁；当密封盖与罐体扣紧后，用螺栓将密封盖紧固卡扣卡紧，达到固定密封的作用。

罐体3-1的外壁预设绝缘保温层3-5。绝缘保温层3-5有两个基本作用，一是对漏电起到绝缘作用，罐体底部有加热条，虽然安装的加热条会有绝缘层，但是，存在漏电的可能，因此加装一层绝缘保温层可以起到保护操作员的作用。二是对罐内温度起到一个保温的作用。当罐内温度升到地层温度后，停止加热，因为保温层的存在，可以使罐内温度在较长的时间内保持在地层温度，从而实现在保证实验条件的前提下，节约能源消耗的作用。

结合图6，进气出气模块4包括进气管4-1和出气管4-4；所述进气管4-1端部与罐体外部的载气储瓶连接，进气管4-1上设有进气控制阀4-2和进气计量阀，通过进气管4-1向密封罐主体3通入实验载气。选取的载气密度要大于待测试气体密度，并且成分与待测气体能明显区分。

出气管4-4端部与罐体外部的气体检测设备连接，将载气和残余气接入其他测量仪。出气管4-4上设有出气控制阀4-3、压力表4-5和出气计量阀，通过出气管4-4将载气和残余气排出密封罐。

结合图3与图7，样品夹持模块5包括液压进油管线5-1、进油控制液压阀5-2、卡爪连通管线5-3和卡爪进油管线5-4、卡爪伸缩部件5-5和样品夹持卡爪5-6；主要功能是夹持住岩石样品，把岩石样品固定在密封罐底部，为岩石样品破碎研磨做好准备。

样品夹持卡爪5-6为一组(3-6个)，用于夹紧岩石样品6；每个样品夹持卡爪5-6设置在对应的卡爪伸缩部件5-5上，通过卡爪伸缩部件5-5的伸缩移动，实现夹紧和松开动作；卡爪伸缩部件5-5通过各自的卡爪进油管线5-4连接在卡爪连通管线5-3上，每个卡爪进油管线5-4上分别设有液压控制阀，通过各液压控制阀分别控制对应的卡爪伸缩部件5-5独立伸缩移动；卡爪连通管线5-3与连接外部的液压进油管线5-1连接，通过液压进油管线5-1向卡爪连通管线5-3注入液压油；所述液压进油管线5-1上设有进油控制液压阀5-2。

其中，液压进油管线5-1主要用来传导液压动力，从而推动卡爪能够实现前后位移，并实现夹持住岩石样品的目的。进油管一端连接液压泵，一端连接卡爪连通管线5-3，由液压泵为卡爪夹紧提供总动力。

进油控制液压阀5-2有打开和关闭进油管线的作用。当需要卡爪前后位移时，打开进油控制阀，使卡爪根据工作需要做前后位移，当卡爪夹持住岩石样品后，便关闭进油管线，使卡爪保持加持状态，从而起到固定岩石样品的作用。

卡爪连通管线5-3连接每个卡爪的进油管线，将各个卡爪连通，从而实现对各个卡爪均提供动力的要求，最终实现多个卡爪前后位移、夹持住岩石样品的目的。

卡爪进油管线5-4将液压动力传导给每个卡爪，使每个卡爪都能紧紧夹持住样品，实现在密封罐底部固定住样品的目的。卡爪进油管线在卡爪内部分成上、中、下3个着力点，这样设计，可以避免加持力不均匀的缺点，使加持力能够均匀的分布在卡爪的上、中、下三个部位，更能稳定、持续的夹持住岩石样品。

卡爪伸缩部件5-5是实现卡爪前后位移的一个部件，并用于实现夹紧、松开岩石样品的作用。每个伸缩部件都有一个液压控制阀进行独立控制，这样设计可以避免单一液压阀损坏，导致影响整体破碎研磨工作的情况。这个部件可以用成熟产品完成。

样品夹持卡爪5-6是夹紧岩石样品的一个部件，根据工作需要，设置3-6个卡爪，每个卡爪最外层有防滑设计，以便卡爪能牢固的抱紧、加持住岩石样品。

采用上述测试仪进行岩石样品残余气测定的方法，具体包括如下步骤：

(1)对需测量的岩石样品进行称重，并记录重量数据，调整好加持机构，将整理好的岩石样品在加持机构中夹紧。

(2)调整好研磨机构，为岩石样品破碎研磨做好准备

(3)准备好测试载气，保证载气进出通道保持畅通。

(4)为保证测试的准确性，选取的载气密度要大于待测试气体密度，并且成分与待测气体能明显区分。

(5)封闭密封保压罐，做好测试准备。

(6)封闭好实验测试罐后，测试实验罐中的压力值。

(7)保持实验测试罐中压力稳定，通过进气管注入载气，同时记录注入的载气数量参数V₁和罐内压力值P₁。

(8)注入载气后，通过出气管上的测量仪，测试并记录出气管排出的气体数据，直到出气管中测试的气体含量全部为载气时，停止载气的输入并关闭出气口。

(9)开始岩石样品破碎研磨工序，使用罐内的研磨设施将岩石样品研磨至粉末状，使样品孔隙中残留的游离气和吸附在样品上的吸附气逸散出来，进入罐内；

(10)当岩石样品破碎研磨完毕后，对密封罐进行加热，将温度加热至岩石样品所在层位的地层温度，静置一段时间，等待粉末中残留的游离气和吸附气全部散逸到密封保压罐中，此时罐内的压力会有变化。

(11)残余气的收集与计量

残余气的收集与计量分为两步，第一步是当岩石样品中残留的游离气和吸附气完全逸散到密封保压罐中之后，打开出气阀，并记录出气口的出气数据，同时测量排出的残余气的数量和成分，由于载气密度大于残余气密度，散逸出的残余气集中在密封罐的顶部，此时打开出气阀，最先出来的是残余气，这一步测量的出气量数据是第一部分残余气数量C₁。

当排出的气体成分完全是载气、并且罐内压力与破碎研磨前密封保压罐中的压力P₁一致时，说明第一部分残余气已经排出了密封罐，然后关闭出气阀，在这个过程中从出气口测试到的气体数据是岩石样品中的第一部分残余气。

第二步是，当第一步做完后，再次打开出气阀，然后打开进气阀注入载气，注入和研磨步骤前注气量V₁相同的载气后关闭进气阀。在注入载气的过程中，同时收集并观察从出气口排出的气体，记录出气量的变化，等出气口的出气稳定，不再有气体排出时，关闭出气阀，此时记录的数据是第二部分残余气和载气合计数量C₂，用此数据减去注入载气的数量是第二部分残余气的数量。

(12)将第一部分残余气和第二部分残余气相加，合计数量就是所测样品的含气量数据。

岩石样品中残余气通过以下计算公式得到：

C＝C₁+(C₂-V₁)

其中，C是残余气含量；

C₁是第一步从出气口测得的第一部分残余气数量；

C₂是第二步从出气口测得的第二部分残余气和载气总数量；

V₁是第一步注入的载气数量。

采用本实用新型岩石样品残余气测试仪可以实现岩石样品中残余气含量沿深度的非均质性分布测量，具体为：

①在残余气测量时，按照研究目的，可以将测量过程分成多个轮次，每一轮次研磨深度可以按照研究精度设置为1-3cm(每次研磨深度可以根据研究精度增加或减少)。

②研磨完第一轮次的岩石样品后，按残余气测定的方法步骤的第(7)—(12)步对第一轮次的残余气进行测量。

③第一轮次测量完成后，按照研究目的进行第二轮次的样品破碎研磨，并进行第二轮残余气测量，重复残余气测定的方法步骤的第(7)—(12)步对第二轮次的残余气进行测量。

如此进行多轮次破碎研磨、残余气测量可以实现对岩石样品中残余气含量沿深度的非均质性分布特征进行评价的目的。

本实用新型提供了一种岩石样品残余气测试仪的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种岩石样品残余气测试仪，其特征在于，包括破碎研磨模块(1)、密封盖模块(2)、密封罐主体(3)、进气出气模块(4)和样品夹持模块(5)；

所述破碎研磨模块(1)安装在密封罐主体(3)的顶部，采用旋转研磨的方式，对位于密封罐主体(3)内的岩石样品(6)进行破碎研磨；

所述密封盖模块(2)盖合在密封罐主体(3)的顶部；

所述样品夹持模块(5)安装在密封罐主体(3)的底部，用于夹持固定待研磨的岩石样品(6)；

所述进气出气模块(4)安装在密封罐主体(3)侧壁上，用于测量岩石样品(6)经破碎研磨后的残余气含量。

2.根据权利要求1所述的岩石样品残余气测试仪，其特征在于，所述破碎研磨模块(1)包括破碎研磨动力部件(1-1)、旋转升降杆(1-2)和破碎研磨头(1-3)；所述旋转升降杆(1-2)纵向贯穿密封盖模块(2)，旋转升降杆(1-2)位于密封盖模块(2)上部的外端与破碎研磨动力部件(1-1)连接，旋转升降杆(1-2)位于密封罐主体(3)的内端与破碎研磨头(1-3)连接，通过破碎研磨动力部件(1-1)驱动旋转升降杆(1-2)带动破碎研磨头(1-3)转动，并能够上下升降，实现对固定在样品夹持模块(5)中的岩石样品(6)破碎研磨。

3.根据权利要求2所述的岩石样品残余气测试仪，其特征在于，所述的破碎研磨动力部件(1-1)包括转动电机和升降动力组件；所述转动电机的输出轴与旋转升降杆(1-2)连接，通过转动电机驱动旋转升降杆(1-2)进行转动；所述升降动力组件包括升降滑轨和升降动力件，通过升降动力件驱动旋转升降杆(1-2)上下移动。

4.根据权利要求2所述的岩石样品残余气测试仪，其特征在于，所述的破碎研磨动力部件(1-1)为与旋转升降杆(1-2)相互配合的旋转扳手，通过手动转动旋转扳手来驱动旋转升降杆(1-2)同时进行转动和升降。

5.根据权利要求1所述的岩石样品残余气测试仪，其特征在于，所述密封盖模块(2)包括密封盖(2-3)、旋转轴动密封件(2-1)和密封圈(2-2)；所述密封盖(2-3)盖合在密封罐主体(3)的顶部；所述旋转轴动密封件(2-1)用于对破碎研磨模块(1)的旋转轴进行动态密封，旋转轴动密封件(2-1)在密封盖中心位置，设有用于填充润滑密封油的V型凹槽；

所述密封圈(2-2)设置在密封盖内侧的密封槽内，实现对罐体与密封盖结合部的静态密封。

6.根据权利要求1所述的岩石样品残余气测试仪，其特征在于，所述密封罐主体(3)包括罐体(3-1)、加热条(3-2)、支撑脚架(3-3)和密封盖紧固卡扣(3-4)；

所述罐体(3-1)为一圆形金属容器，通过顶部设置的密封盖紧固卡扣(3-4)与密封盖模块(2)盖合密封；

所述加热条(3-2)内置于罐体(3-1)的底部，且呈环形分布；

所述支撑脚架(3-3)安装在罐体(3-1)底部，支撑脚架(3-3)上设有用于将罐体(3-1)固定于平面上的固定螺孔；

所述密封盖紧固卡扣(3-4)分为上下两部分卡口，两部分卡口由螺栓进行紧固，上半部分卡口在密封盖外壁，下半部分卡口在密封罐外壁；

所述罐体(3-1)的外壁预设绝缘保温层(3-5)。

7.根据权利要求1所述的岩石样品残余气测试仪，其特征在于，所述进气出气模块(4)包括进气管(4-1)和出气管(4-4)；所述进气管(4-1)端部与罐体外部的载气储瓶连接，进气管(4-1)上设有进气控制阀(4-2)和进气计量阀，通过进气管(4-1)向密封罐主体(3)注入实验载气；

所述出气管(4-4)端部与罐体外部的气体检测设备连接，出气管(4-4)上设有出气控制阀(4-3)、压力表(4-5)和出气计量阀，通过出气管(4-4)将载气和残余气排出密封罐。

8.根据权利要求1所述的岩石样品残余气测试仪，其特征在于，所述样品夹持模块(5)包括液压进油管线(5-1)、进油控制液压阀(5-2)、卡爪连通管线(5-3)和卡爪进油管线(5-4)、卡爪伸缩部件(5-5)和样品夹持卡爪(5-6)；

所述样品夹持卡爪(5-6)为一组，用于夹紧岩石样品(6)；每个样品夹持卡爪(5-6)设置在对应的卡爪伸缩部件(5-5)上，通过卡爪伸缩部件(5-5)的伸缩移动，实现夹紧和释放动作；

所述卡爪伸缩部件(5-5)通过各自的卡爪进油管线(5-4)连接在卡爪连通管线(5-3)上，每个卡爪进油管线(5-4)上分别设有液压控制阀，通过各液压控制阀分别控制对应的卡爪伸缩部件(5-5)独立伸缩移动；

所述卡爪连通管线(5-3)与连接外部的液压进油管线(5-1)连接，通过液压进油管线(5-1)向卡爪连通管线(5-3)注入液压油；所述液压进油管线(5-1)上设有进油控制液压阀(5-2)。

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