頁巖含氣量測試裝置及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油氣勘探與開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種頁巖含氣量測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]頁巖含氣量分析的實驗技術(shù)方法主要有直接測試法、解吸測試法、等溫吸附模擬法。其中，解吸測試法是頁巖含氣量測量最普遍采用的實驗方法。但目前國內(nèi)外尚沒有專門的方法技術(shù)行業(yè)標準，主要還是參照煤層氣行業(yè)中提出的測量方法，再結(jié)合頁巖的特性對實驗方法及參數(shù)做修改后應(yīng)用于頁巖含氣量測試。同時，相應(yīng)的測試儀器也是由各研究單位根據(jù)需要研制，沒有成熟的市場化的儀器。
[0003]國內(nèi)煤層氣的解吸參照原煤炭工業(yè)部1994年頒布實施的《煤層氣測定方法(解吸法)》(MT/T77-94)以及2004年國家標準委員會頒布實施的《煤層氣含量測定方法》(GB/T19559-2004),其核心都是參照美國礦務(wù)局(USBM)提出的直接解吸法，這些都是頁巖氣含氣量儀器制造和分析測定重要的參考。
[0004]現(xiàn)有頁巖含氣量解吸法包括兩個部分:一是對頁巖進行現(xiàn)場解吸實驗獲取其解吸氣量，通過頁巖解吸氣量與解吸時間的關(guān)系恢復(fù)其損失氣量；二是對頁巖解吸實驗結(jié)束后的巖芯進行破碎分析其殘余含氣量。由頁巖解吸氣量、頁巖殘余氣量與頁巖損失氣量之和來最終確定頁巖含氣量。根據(jù)現(xiàn)有標準和方法，頁巖含氣量解吸法測試周期較長，頁巖進行現(xiàn)場解吸實驗至少需要8小時，因此，要想了解頁巖的含氣量情況必須等待至少8小時以上。
[0005]在勘探實踐過程中，勘探?jīng)Q策者希望在頁巖氣勘探現(xiàn)場，當(dāng)巖芯出井后立刻就能了解巖芯中頁巖氣含量情況，并根據(jù)巖芯含氣量大小做出進一步的現(xiàn)場勘探?jīng)Q策。另外，對于密閉取芯巖石樣品，由于不存在損失氣，沒有必要做費時費力的直接解吸法實驗和殘余氣解吸實驗。這就需要研制開發(fā)一種頁巖含氣量測試裝置，在盡可能短的時間內(nèi)比較準確地為勘探者提供頁巖含氣量的數(shù)據(jù)。
[0006]目前市場上還沒有應(yīng)用于頁巖含氣量的測試設(shè)備裝置或儀器，有多家石油公司根據(jù)頁巖氣勘探開發(fā)需要正在研制各自的設(shè)備，有些公司使用了煤層氣含氣量的測試設(shè)備。煤層氣含氣量的測試設(shè)備包括頁巖氣現(xiàn)場解吸儀和頁巖殘余氣測試儀。工作原理是，先取定量的整段巖芯樣品放入頁巖氣現(xiàn)場解吸儀的解吸罐中，在儲層溫度下進行解吸實驗，并按實驗要求及時記錄解吸時間與對應(yīng)的解吸量。解吸實驗結(jié)束后再取若干解吸后的巖芯樣品進行粗碎，然后再將粗碎好的顆粒巖石樣品放入頁巖殘余含氣量測試儀的密封罐中進行粉碎。密封罐上有個放氣口，一段時間后將釋放出的氣體由軟管導(dǎo)入計量管中從而獲取頁巖殘余氣含量。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點是:現(xiàn)有設(shè)備都不能滿足快速獲取頁巖含氣量的需要。進行頁巖氣現(xiàn)場解吸測試的裝置雖然采用整段巖芯樣品，但由于在解吸過程中不破壞巖芯，因此解吸周期長，不能滿足現(xiàn)場快速檢測需求。而進行頁巖殘余氣測試的裝置必須先對巖芯樣品進行粗碎后再放入碎樣密封罐中進行粉碎脫氣，在對巖芯進行粗碎的過程中必然會使巖芯中的大量氣體逸散，這就會使頁巖氣含量的實際測試結(jié)果不準確。因此，現(xiàn)有技術(shù)裝置不能滿足頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)場需要快速和準確的測試需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的一個技術(shù)問題是，提供一種在勘探現(xiàn)場或?qū)嶒炇夷軐φ麎K巖心或巖石樣品進行密封粉碎脫氣從而快速與準確獲取樣品含氣量的頁巖含氣量測試裝置。
[0009]針對以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的頁巖含氣量測試裝置，包括:
[0010]固定底座，
[0011]驅(qū)動機構(gòu)，連接在固定底座上；
[0012]密封碎樣筒，其筒體與固定底座連接，且內(nèi)設(shè)有與驅(qū)動機構(gòu)連接的攪拌軸，攪拌軸在驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動；
[0013]破碎組合刀具，連接在密封碎樣筒的攪拌軸上，配合用于對樣品進行粗碎和細碎；和
[0014]密封蓋，密封蓋設(shè)在破碎組合刀具上方的密封碎樣筒筒口，密封蓋與密封碎樣筒密封連接。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的頁巖含氣量測試裝置具有以下優(yōu)點:在驅(qū)動機構(gòu)帶動攪拌軸轉(zhuǎn)動，攪拌軸帶動破碎組合刀具轉(zhuǎn)動對樣品進行多次破碎，使得樣品中的氣體釋放出來。由于是對整塊巖心樣品或巖石樣品直接進行密封破碎脫氣，不僅能較快速地得到樣品的含氣量，而且能最大限度地降低樣品的氣體損失，使得測試結(jié)果比較精確。
[0016]在一個實施例中，所述破碎組合刀具包括攪拌套、粗碎刀、細碎刀和攪拌刀，攪拌套連接在攪拌軸上，粗碎刀、設(shè)在攪拌套上，細碎刀設(shè)在粗碎刀下方，攪拌刀設(shè)在細碎刀下方，位于密封碎樣筒的底部。粗碎刀先對樣品進行粗碎，粗碎后的巖石顆粒掉落到密封碎樣筒的底部被攪拌刀攪拌揚起碰撞到細碎刀，攪拌刀和細碎刀配合對巖石顆粒進行多次破碎。
[0017]在一個優(yōu)選的實施例中，所述粗碎刀、細碎刀及攪拌刀均焊接在攪拌套上成一整體。保證破碎組合刀具的強度，以及確保破碎效果。
[0018]在一個優(yōu)選的實施例中，攪拌套包括設(shè)有若干通孔的圓盤，圓盤位在攪拌套的頂端上，若干把粗碎刀均勻分布安裝在圓盤上。攪拌過程中直徑較小的巖石顆粒從通孔掉落。
[0019]在一個實施例中，所述密封碎樣筒連接有機械密封組件。連接有機械密封組件保證傳動軸高速轉(zhuǎn)動過程中氣體不會從碎樣筒底部泄露。
[0020]在一個優(yōu)選的實施例中，所述密封蓋位于密封碎樣筒內(nèi)的端面上設(shè)有端面刀。端面刀起到輔助破碎作用。
[0021 ] 在一個優(yōu)選的實施例中，所述密封蓋上連接有壓進機構(gòu)。所述壓緊機構(gòu)壓著密封蓋向密封碎樣筒內(nèi)移動，從而使得使得樣品始終與破碎組合刀具接觸。
[0022]在進一步優(yōu)選的實施例中，所述壓進機構(gòu)包括固定支架和連接在固定支架上的絲桿與彈簧組件，所述絲桿與彈簧組件中的絲桿的一端連接在固定支架上，另一端抵在彈簧上，彈簧抵在密封蓋上端的凹槽內(nèi)。通過絲桿與彈簧組件推動密封蓋向密封碎樣筒內(nèi)移動移動。
[0023]在一個實施例中，所述固定支架包括分別連接在固定底座兩側(cè)上的兩固定桿和連接兩固定桿的固定桿橫梁，所述絲桿連接在固定桿橫梁上。
[0024]在一個優(yōu)選的實施例中，所述密封蓋上設(shè)有兩個密封氣口。所述兩個密封氣口用于后續(xù)的取樣和測試工序。
[0025]在一個實施例中，所述驅(qū)動機構(gòu)包括電機和聯(lián)軸器，電機的輸出軸經(jīng)聯(lián)軸器與攪拌軸密封連接。攪拌軸在轉(zhuǎn)動過程中密封，氣體不容易泄漏，保證測試結(jié)果準確。
[0026]本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是，提供一種能快速、準確測試整塊巖心或巖石樣品的含氣量的頁巖含氣量測試方法。
[0027]針對該技術(shù)問題提供的技術(shù)解決方案是，提供一種頁巖含氣量測試方法，其采用本發(fā)明的頁巖含氣量測試裝置，并包括以下步驟:
[0028]取整塊巖心樣品或巖石樣品放入密封碎樣筒內(nèi)，蓋好密封蓋；
[0029]啟動驅(qū)動機構(gòu)中的電機，電機帶動破碎組合刀具轉(zhuǎn)動對巖心樣品或巖石樣品進行破碎；
[0030]破碎完成后，等待粉塵沉淀后，取樣進行測試。
[0031]通過將整塊巖心樣品或巖石樣品放入密封碎樣筒內(nèi)進行破碎脫氣，能快速得到樣品的含氣量，而且粗碎和細碎均在一個密封碎樣筒內(nèi)完成，能最大限度地減少氣體損失，從而保證測試結(jié)果更精確。
[0032]在優(yōu)選的實施例中，在破碎過程中，通過壓進機構(gòu)使巖心樣品或巖石樣品始終與破碎組合刀具接觸。提高破碎效率。
[0033]經(jīng)粗碎刀粗碎后的顆粒樣品從固定在攪拌套頂端的圓盤的通孔掉下，經(jīng)攪拌刀攪拌揚起碰撞到細碎刀進行進一步破碎。在經(jīng)過多次破碎后，能將樣品快速粉碎到100目以上，使得樣品中的氣體最大限度地散發(fā)出，提高測試結(jié)果的準確性。
【附圖說明】
[0034]圖1所示是本發(fā)明的頁巖含氣量測試裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖2所示是圖1中橫向放置后的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0037]如圖1所示為本發(fā)明的頁巖含氣量測試裝置的一種具體實施例。在該實施例中，該測試裝置包括固定座218、電機102、聯(lián)軸器219、中間套105、和密封碎樣筒110，其中固定座218固定在儀器支架101上，用于固定電機102和碎樣筒支撐座104，電機102的輸出軸承通過聯(lián)軸器219和密封碎樣筒110內(nèi)的攪拌軸225連接，攪拌軸225在電機102的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動；密封碎樣筒110，其筒體與固定底座中的碎樣筒支撐座104連接。中間套105的一端用于固定碎樣筒支承座104,中間套105的另一端與固定座218配合并經(jīng)緊固螺栓106連接。該測試裝置還包括破碎組合刀具和密封蓋200，破碎組合刀具連接在密封碎樣筒110的攪拌軸225上，配合用于對巖石樣品243進行粗碎和細碎；密封蓋200設(shè)在破碎組合刀具上方的密封碎樣筒110的筒口，密封蓋200與密封碎樣筒110密封連接。在密封碎樣筒110上設(shè)有冷卻水通道，密封碎樣筒110的外部設(shè)有包括冷卻水接口 211和254的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，用于在碎樣過程中冷卻降溫。
[0038]所述密封蓋200上連接有壓進機構(gòu)。所述壓進機構(gòu)包括固定支架和連接在固定支架上的絲桿與彈簧組件。固定座218兩邊安裝有兩根對稱的固定桿217，橫梁248通過螺母分別與兩根固定桿217的上端連接成固定支架。密封蓋200有兩個氣口，一個是隔墊密封抽氣栓口 242，另一個是錐形閥氣口 258。密封蓋200的上端面上有一個圓形凹槽，橫梁248連接絲桿247的一端，絲桿247的另一端套接有彈簧244，彈簧244的一端抵在絲桿247的臺肩上，彈簧244的另一端抵在密封蓋200的圓形凹槽內(nèi)。絲桿247是帶有螺旋絲口的螺桿，螺桿上連接有絲桿螺母246，通過旋轉(zhuǎn)絲桿247給彈簧244施壓從而驅(qū)動密封蓋200不斷地向密封筒體202內(nèi)推進，直至巖石樣品243完全粗碎掉。錐形閥氣口 258包括軸用擋圈249、閥桿壓帽250、閥桿251、并帽252和O型圈253，并帽252壓在密封蓋200上，閥桿壓帽250的下端插入并帽252中的通孔、上端壓在并帽252上，閥桿251的上端突出并帽252上表面、下端穿過閥桿壓帽250內(nèi)孔，閥桿251上下移動以實現(xiàn)對密封蓋200上的氣口的連通或關(guān)閉。閥桿壓帽250與閥桿251上端連接有軸用擋圈249，閥桿251下端與密封蓋200上的氣口內(nèi)壁之間設(shè)有密封的O型圈253。
[0039]密封蓋200的下端外周面上設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)安有密封O型圈201，在壓緊機構(gòu)壓著密封蓋200向密封筒體202內(nèi)推進對巖石樣品243進行粗碎過程中，O型圈201實現(xiàn)密封蓋2