巖心氣體原位吸附測試裝置及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供了一種巖心氣體原位吸附測試裝置及其工作方法，其中，該裝置包括：恒溫箱體，用于提供測試所需的溫度，恒溫箱體內(nèi)設(shè)有樣品罐、第一壓力變送器和壓力加載器，恒溫箱體外設(shè)有氣體增加裝置和應(yīng)力加載裝置，樣品罐用于放置待測試的巖心樣品；氣體增加裝置用于向樣品罐內(nèi)注入測試氣體，達到預(yù)設(shè)測試壓力值；第一壓力變送器用于采集樣品罐的壓力和溫度數(shù)據(jù)；應(yīng)力加載裝置用于向壓力加載器提供壓力；壓力加載器用于將應(yīng)力加載裝置提供的壓力轉(zhuǎn)換為向樣品罐中的巖心樣品提供的圍壓和軸壓。本發(fā)明實施例的測試條件在考慮溫度、氣體壓力的同時，增加圍壓和軸壓，符合煤巖頁巖原位吸附狀態(tài)，提高了吸附測試測量結(jié)果的準確性。
【專利說明】巖心氣體原位吸附測試裝置及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤層氣原位吸附儀【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種巖心氣體原位吸附測試裝置及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層氣和頁巖氣是賦存在煤層和頁巖中的一種呈吸附態(tài)、游離態(tài)和溶解態(tài)的非常規(guī)天然氣。其中吸附氣是最重要的存儲狀態(tài)，機理是物理吸附。物理吸附是以顆粒表面的范德瓦爾斯力吸附周圍的氣體分子，是一種在固體表面進行的物理吸附過程，符合Langmuir等溫方程。在等溫吸附過程中，壓力對吸附作用有明顯影響，隨壓力的增加吸附量逐漸增大。準確的測試煤巖和頁巖吸附能力對儲層評價、開發(fā)方案設(shè)計以及經(jīng)濟評價均具有重要意義。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，等溫吸附測試裝置具有如下幾種功能:具備測量低壓多孔滲透性固體中的氣體吸附等溫線的功能；能夠測定多孔粉末狀固體表面水蒸氣的吸附和脫附等溫線；能測量不規(guī)則固體表面混合氣體的吸附和脫附等溫線。但是，上述等溫吸附測試裝置存在以下缺陷:測試壓力和溫度較小，不能滿足煤層氣和頁巖氣高溫高壓的需要。
[0004]此外，在現(xiàn)有技術(shù)中，還提供了 一種“高溫高壓巖心氣體吸附測試裝置”，主要由恒溫箱體、置于恒溫箱體內(nèi)的控溫系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、壓力測試系統(tǒng)、氣體儲存系統(tǒng)、吸附系統(tǒng)組成，該裝置有高、中、低三套壓力測試儀和多個儲氣室，吸附系統(tǒng)的巖心樣品室還包括多個已知體積標準塊。該裝置能在較大的溫度、壓力范圍內(nèi)，精確測量不同特征的固結(jié)態(tài)巖心樣品對各類單、多組分氣體的吸附/脫附等溫線。還提供了一種“高溫高壓吸附測試儀”，該高溫高壓吸附測試儀包括氣體增壓裝置、吸附裝置、溫度控制裝置、升降裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于煤層氣、頁巖氣在不同壓力條件下等溫吸附量、解吸量測試。雖然上述兩種裝置可以滿足煤層氣和頁巖氣高溫高壓的等溫吸附量、解吸量測試，但是上述兩種裝置提供的測試條件均不能代表煤層氣和頁巖氣在儲層中的真實吸附狀態(tài)，因此，使得測量結(jié)果不準確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例提供了一種巖心氣體原位吸附測試裝置及其工作方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中測量結(jié)果不準確的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明實施例提供了一種巖心氣體原位吸附測試裝置，該裝置包括:恒溫箱體，用于提供測試所需的溫度，所述恒溫箱體內(nèi)設(shè)有樣品罐、第一壓力變送器和壓力加載器，所述恒溫箱體外設(shè)有氣體增加裝置和應(yīng)力加載裝置，其中，所述樣品罐，用于放置待測試的巖心樣品；所述氣體增加裝置的氣體出口與所述樣品罐連接，所述氣體增加裝置用于向所述樣品罐內(nèi)注入測試氣體，并達到預(yù)設(shè)測試壓力值；所述第一壓力變送器連接在所述氣體增加裝置的氣體出口與所述樣品罐之間的管道上，所述第一壓力變送器用于采集所述樣品罐的壓力和溫度數(shù)據(jù)；所述應(yīng)力加載裝置的氣體出口與所述壓力加載器連接，所述應(yīng)力加載裝置用于向所述壓力加載器提供壓力；所述壓力加載器用于將所述應(yīng)力加載裝置提供的壓力轉(zhuǎn)換為向所述樣品罐中的巖心樣品提供的圍壓和軸壓，所述壓力加載器為柱狀的腔體，所述樣品罐套裝在所述壓力加載器內(nèi)。
[0007]在一個實施例中，所述應(yīng)力加載裝置包括:硅油瓶；增壓泵，所述增壓泵的入口與所述硅油瓶連接；第一閥門，所述第一閥門的一端與所述增壓泵的出口連接，另一端為所述應(yīng)力加載裝置的氣體出口，與所述壓力加載器連接。
[0008]在一個實施例中，所述恒溫箱體內(nèi)還包括:三通切換閥、第二壓力變送器、參考罐、校準罐和第二閥門，其中，所述三通切換閥的氣體入口與所述氣體增加裝置的氣體出口連接，所述三通切換閥的氣體出口與所述樣品罐連接，所述第一壓力變送器連接在所述三通切換閥的氣體出口與所述樣品罐之間的管道上，所述三通切換閥的常開出口與所述參考罐的氣體入口連接，所述參考罐的氣體出口與第二閥門的一端連接，所述第二閥門的另一端與校準罐的氣體入口連接，所述第二壓力變送器連接在所述三通切換閥的常開出口與所述參考罐的氣體入口之間的管道上；所述第二壓力變送器用于，采集所述參考罐的壓力和溫度數(shù)據(jù)；所述參考罐和所述校準罐用于注入預(yù)設(shè)壓力值的氣體，為計算所述參考罐的體積、所述校準罐的體積和所述樣品罐在所述預(yù)設(shè)測試壓力值下的內(nèi)部空間體積提供數(shù)據(jù)。
[0009]在一個實施例中，所述恒溫箱體內(nèi)還包括:多個所述壓力加載器、多個所述樣品罐、多個所述第一壓力變送器、多個所述第二壓力變送器、多個所述三通切換閥、多個所述參考罐、多個所述校準罐以及多個所述第二閥門，其中，每個所述樣品罐套裝在一個所述壓力加載器內(nèi)，每個所述壓力加載器與所述應(yīng)力加載裝置的氣體出口連接，每個所述樣品罐與一個所述三通切換閥的氣體出口連接，該一個所述三通切換閥的氣體入口與所述氣體增加裝置的氣體出口連接，該一個所述三通切換閥的常開出口與一個所述參考罐的氣體入口連接，該一個所述參考罐的氣體出口與一個所述第二閥門的一端連接，該一個所述第二閥門的另一端與一個所述校準罐的氣體入口連接，每個所述第一壓力變送器連接在一個所述三通切換閥的氣體出口與一個所述樣品罐之間的管道上，每個所述第二壓力變送器連接在一個所述三通切換閥的氣體常開出口與一個所述參考罐之間的管道上。
[0010]在一個實施例中，還包括:升降臺，與所述三通切換閥的氣體入口端連接，所述升降臺用于提升或降低所述三通切換閥，連帶將所述樣品罐提升出所述恒溫箱體或降低至所述恒溫箱體內(nèi)。
[0011 ] 在一個實施例中，還包括:第三閥門，所述第四閥門的一端與所述三通切換閥的氣體入口連接；真空泵，與所述第三閥門的另一端連接，所述真空泵用于排除所述樣品罐、所述參考罐以及所述校準罐內(nèi)的空氣。
[0012]在一個實施例中，還包括:計算機，與所述第一壓力變送器和所述第二壓力變送器連接，用于獲取所述第一壓力變送器和所述第二壓力變送器采集的壓力和溫度數(shù)據(jù)；并與所述氣體增加裝置和所述應(yīng)力加載裝置連接，用于控制所述氣體增加裝置和所述應(yīng)力加載裝置的開啟和關(guān)閉。
[0013]在一個實施例中，所述樣品罐為兩端封閉的、柱狀的腔體。
[0014]在一個實施例中，所述樣品罐的直徑為3.8厘米、長度為10厘米。
[0015]本發(fā)明實施例還提供了一種巖心氣體原位吸附測試裝置的工作方法，該方法包括:將所述巖心樣品放置到所述樣品罐內(nèi)；將所述樣品罐置于所述恒溫箱體內(nèi)的所述壓力加載器內(nèi)，其中，所述壓力加載器用于將所述應(yīng)力加載裝置提供的壓力轉(zhuǎn)換為向所述樣品罐中的巖心樣品提供的圍壓和軸壓；采用所述氣體增加裝置向所述樣品罐內(nèi)注入所述測試氣體，并達到預(yù)設(shè)測試壓力值；獲取所述第一壓力變送器采集的所述樣品罐的壓力和溫度數(shù)據(jù)，所述樣品罐的壓力和溫度數(shù)據(jù)，為計算所述巖心樣品對所述測試氣體的等溫吸附量提供依據(jù)。
[0016]在一個實施例中，所述恒溫箱體內(nèi)還包括:三通切換閥、第二壓力變送器、參考罐、校準罐和第二閥門，其中，所述三通切換閥的氣體入口與所述氣體增加裝置的氣體出口連接，所述三通切換閥的氣體出口與所述樣品罐連接，所述第一壓力變送器連接在所述三通切換閥的氣體出口與所述樣品罐之間的管道上，所述三通切換閥的常開出口與所述參考罐的氣體入口連接，所述參考罐的氣體出口與第二閥門的一端連接，所述第二閥門的另一端與校準罐的氣體入口連接，所述第二壓力變送器連接在所述三通切換閥的常開出口與所述參考罐的氣體入口之間的管道上，所述工作方法還包括:連續(xù)兩次向所述參考罐和所述校準罐中注入預(yù)設(shè)壓力值的氦氣，其中，在第二次注入氦氣時，所述校準罐內(nèi)放置有已知體積的鋼球，根據(jù)所述第二壓力變送器采集的、兩次注入氣體后所述參考罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)，計算所述參考罐的體積、所述校準罐的體積；向所述參考罐內(nèi)注入初始壓力值的惰性氣體，所述初始壓力值大于所述預(yù)設(shè)測試壓力值，如果所述參考罐和所述樣品罐連通時，所述參考罐和所述樣品罐內(nèi)氣壓穩(wěn)定的壓力值為所述預(yù)設(shè)測試壓力值，則根據(jù)所述預(yù)設(shè)測試壓力值、所述初始壓力值和所述參考罐的體積，計算所述樣品罐在所述預(yù)設(shè)測試壓力值下的內(nèi)部空間體積；采用所述氣體增加裝置向所述參考罐內(nèi)注入所述測試氣體，并達到預(yù)設(shè)測試壓力值，所述第二壓力變送器采集所述參考罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)，連通所述參考罐和所述樣品罐，所述第一壓力變送器采集所述樣品罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)；根據(jù)所述第二壓力變送器采集所述參考罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)、所述第一壓力變送器采集所述樣品罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)、所述樣品罐在所述預(yù)設(shè)測試壓力值下的內(nèi)部空間體積以及所述參考罐的體積，計算所述巖心樣品對所述測試氣體的等溫吸附量
[0017]在本發(fā)明實施中，通過在樣品罐中放置測試的巖心樣品，并將樣品罐放置于恒溫箱體內(nèi)，為樣品罐提供測試所需的溫度，恒溫箱體可以提供不同范圍的測試溫度，通過氣體增加裝置將測試氣體注入樣品罐內(nèi)，并達到預(yù)設(shè)測試壓力值，可達到不同范圍的測試壓力要求，同時，壓力加載器將應(yīng)力加載裝置提供的壓力轉(zhuǎn)換為向樣品罐中的巖心樣品提的供圍壓和軸壓。由于發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中，測試條件只考慮溫度、氣體壓力，該測試條件不能代表巖心氣體(例如，煤層氣和頁巖氣等)在儲層中的真實吸附狀態(tài)，因此，通過壓力加載器將應(yīng)力加載裝置提供的壓力轉(zhuǎn)換為向樣品罐中的巖心樣品提供的圍壓和軸壓，實現(xiàn)了測試條件在考慮溫度、氣體壓力的同時，添加圍壓和軸壓，使得測試條件更接近巖心氣體在儲層中的真實吸附狀態(tài)；同時，采用的壓力加載器為柱狀的腔體，可以通過壓力加載器內(nèi)的空腔均勻地為巖心樣品同時提供圍壓和軸壓，避免了直接對樣品罐壁施加壓力來提供圍壓和軸壓而導(dǎo)致的壓力不均勻的問題，從而提高了巖心氣體原位吸附測試的測量結(jié)果的準確性，可以為資源評價、單井排采、數(shù)值模擬等提供更可靠的等溫吸附曲線和數(shù)據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中:[0019]圖1是本發(fā)明實施例提供的一種巖心氣體原位吸附測試裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實施例提供的一種巖心氣體原位吸附測試裝置的具體實例圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實施例提供的一種三通切換閥的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明實施例提供的一種巖心氣體原位吸附測試裝置的工作方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0023]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施方式和附圖，對本發(fā)明做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0024]在本發(fā)明實施例中，提供了一種巖心氣體原位吸附測試裝置，如圖1所示，該裝置包括:
[0025]恒溫箱體27，用于提供測試所需的溫度，所述恒溫箱體27內(nèi)設(shè)有樣品罐21、第一壓力變送器23和壓力加載器22，所述恒溫箱體27外設(shè)有氣體增加裝置101和應(yīng)力加載裝置102，其中，
[0026]所述樣品罐21，用于放置待測試的巖心樣品；
[0027]所述氣體增加裝置101的氣體出口與所述樣品罐21連接，所述氣體增加裝置101用于向所述樣品罐21內(nèi)注入測試氣體，并達到預(yù)設(shè)測試壓力值；
[0028]所述第一壓力變送器23連接在所述氣體增加裝置101的氣體出口與所述樣品罐21之間的管道上，所述第一壓力變送器23用于采集所述樣品罐21的壓力和溫度數(shù)據(jù)(例如，在所述氣體增加裝置101向所述樣品罐21注入所述測試氣體后，采集所述樣品罐21的壓力和溫度數(shù)據(jù))；
[0029]所述應(yīng)力加載裝置102的氣體出口與所述壓力加載器22連接，所述應(yīng)力加載裝置102用于向所述壓力加載器22提供壓力；
[0030]所述壓力加載器22用于將所述應(yīng)力加載裝置102提供的壓力轉(zhuǎn)換為向所述樣品罐21中的巖心樣品提供的圍壓和軸壓，所述壓力加載器22為柱狀的腔體，所述樣品罐21套裝在所述壓力加載器22內(nèi)。
[0031]由圖1所示可知，在本發(fā)明實施例中，通過在樣品罐中放置測試的巖心樣品，并將樣品罐放置于恒溫箱體內(nèi)，為樣品罐提供測試所需的溫度，恒溫箱體可以提供不同范圍的測試溫度，通過氣體增加裝置將測試氣體(例如，CH4、C02等吸附性氣體)注入樣品罐內(nèi)，并達到預(yù)設(shè)測試壓力值，可達到不同范圍的測試壓力要求，同時，壓力加載器將應(yīng)力加載裝置提供的壓力轉(zhuǎn)換為向樣品罐中的巖心樣品提的供圍壓和軸壓。由于發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中，測試條件只考慮溫度、氣體壓力，該測試條件不能代表巖心氣體(例如，煤層氣和頁巖氣等)在儲層中的真實吸附狀態(tài)，因此，通過壓力加載器將應(yīng)力加載裝置提供的壓力轉(zhuǎn)換為向樣品罐中的巖心樣品提的供圍壓和軸壓，實現(xiàn)了測試條件在考慮溫度、氣體壓力的同時，添加圍壓和軸壓，使得測試條件更接近巖心氣體(例如，煤層氣和頁巖氣等)在儲層中的真實吸附狀態(tài)；同時，采用的壓力加載器為柱狀的腔體，可以通過壓力加載器內(nèi)的空腔均勻地為巖心樣品同時提供圍壓和軸壓，避免了直接對樣品罐壁施加壓力來提供圍壓和軸壓而導(dǎo)致的壓力不均勻的問題，從而提高了巖心氣體原位吸附測試的測量結(jié)果的準確性，可以為資源評價、單井排采、數(shù)值模擬等提供更可靠的等溫吸附曲線和數(shù)據(jù)。
[0032]通過圖1所示的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)樣品罐21的體積和第一壓力變送器23采集的注入測試氣體后的所述樣品罐的壓力和溫度數(shù)據(jù)，計算所述巖心樣品對所述測試氣體的等溫吸附量。
[0033]具體實施時，如圖2所示，上述氣體增加裝置101可以由氣瓶1、第一增壓泵2和閥門3實現(xiàn)，氣瓶I與第一增壓泵2連接，第一增壓泵2與閥門3的一端連接，閥門3的另一端作為氣體增加裝置101的氣體出口，與第一壓力變送器23的一端連接，進而向所述樣品罐21內(nèi)注入氣體。
[0034]具體實施時，如圖2所示，上述應(yīng)力加載裝置102可以由硅油瓶26、增壓泵25以及第一閥門24組成，所述增壓泵25的入口與所述硅油瓶連接，所述第一閥門24的一端與所述增壓泵25的出口連接，另一端為所述應(yīng)力加載裝置102的氣體出口，與所述壓力加載器22連接，通過所述壓力加載器22為向所述樣品罐中的巖心樣品提供圍壓和軸壓。
[0035]為了可以計算不同壓力測試過程中樣品罐的自由空間體積變化，進而得到真實的吸附參數(shù)，如圖2、3所示，在本實施例中，所述恒溫箱體內(nèi)還包括:三通切換閥20、第二壓力變送器17、參考罐18、校準罐19和第二閥門28，其中，其中，所述三通切換閥20的氣體入口 201與所述氣體增加裝置101的氣體出口連接，所述三通切換閥20的氣體出口 202與所述樣品罐21連接，所述第一壓力變送器23連接在所述三通切換閥20的氣體出口 202與所述樣品罐21之間的管道上，所述三通切換閥20的常開出口 203與所述參考罐18的氣體入口連接，所述參考罐18的氣體出口與第二閥門28的一端連接，所述第二閥門28的另一端與校準罐19的氣體入口連接，所述第二壓力變送器17連接在所述三通切換閥20的常開出口 203與所述參考罐18的氣體入口之間的管道上，所述第二壓力變送器17用于采集所述參考罐18的壓力和溫度數(shù)據(jù)(例如，所述氣體增加裝置101向所述參考罐18注入氣體后，采集所述參考罐18的壓力和溫度數(shù)據(jù))，所述參考罐18和所述校準罐19用于注入預(yù)設(shè)壓力值的氣體，為計算所述參考罐的體積、所述校準罐的體積和所述樣品罐在所述預(yù)設(shè)測試壓力值下的內(nèi)部空間體積提供數(shù)據(jù)。
[0036]例如，通過以下步驟來計算所述參考罐的體積、所述校準罐的體積，打開所述三通切換閥20的氣體入口 201的第一堵卡204，采用所述氣體增加裝置101向所述參考罐18內(nèi)注入預(yù)設(shè)壓力值(例如，2兆帕)的氦氣，關(guān)閉所述三通切換閥20的氣體入口 201的第一堵卡204，所述參考罐18內(nèi)氣體壓力穩(wěn)定后，所述第二壓力變送器17采集所述參考罐18的溫度和壓力數(shù)據(jù)，打開所述第二閥門28，所述參考罐18和所述校準罐19連通，所述參考罐18和所述校準罐19內(nèi)氣體壓力穩(wěn)定后，所述第二壓力變送器17采集所述參考罐18的溫度和壓力數(shù)據(jù)，再次重復(fù)向所述參考罐18和所述校準罐19內(nèi)注入氦氣的過程，該過程中，所述校準罐19內(nèi)放置有已知體積的鋼球，所述第二壓力變送器17采集所述參考罐18的溫度和壓力數(shù)據(jù)，根據(jù)所述第二壓力變送器17在兩次注入氦氣的過程中采集的所述參考罐18的溫度和壓力數(shù)據(jù)，建立方程組，計算所述參考罐18的體積和所述校準罐19的體積；
[0037]然后，打開所述三通切換閥20的氣體入口 201的第一堵卡204，向所述參考罐18內(nèi)注入初始壓力值的惰性氣體，所述初始壓力值大于所述預(yù)設(shè)測試壓力值(例如，所述初始壓力值為所述預(yù)設(shè)測試壓力值的1.2倍左右)，所述參考罐18內(nèi)氣壓穩(wěn)定后，打開所述三通切換閥20的氣體出口 202的第二堵卡205，連通所述參考罐18和所述樣品罐21，如果所述參考罐18和所述樣品罐21內(nèi)氣壓穩(wěn)定時的壓力值為所述預(yù)設(shè)測試壓力值(或者氣壓穩(wěn)定時的壓力值與所述預(yù)設(shè)測試壓力值的差值的絕對值不大于0.1兆帕)，則根據(jù)所述預(yù)設(shè)測試壓力值、所述初始壓力值和所述參考罐的體積，建立方程組，計算所述樣品罐在所述預(yù)設(shè)測試壓力值下的內(nèi)部空間體積；
[0038]最后，打開所述三通切換閥20的氣體入口 201的第一堵卡204，采用所述氣體增加裝置101向所述參考罐18內(nèi)注入所述測試氣體，并達到所述預(yù)設(shè)測試壓力值，所述參考罐18內(nèi)氣壓穩(wěn)定后，所述第二壓力變送器17采集所述參考罐18的溫度和壓力數(shù)據(jù)，打開所述三通切換閥20的氣體出口 202的第二堵卡205，連通所述參考罐18和所述樣品罐21，所述參考罐18和所述樣品罐21內(nèi)氣壓穩(wěn)定后，所述第一壓力變送器23采集所述樣品罐21的溫度和壓力數(shù)據(jù)，所述第二壓力變送器17采集所述參考罐18的溫度和壓力數(shù)據(jù)；
[0039]根據(jù)所述第一壓力變送器23采集的向所述樣品罐21注入所述測試氣體時的溫度和壓力數(shù)據(jù)、所述第二壓力變送器17采集向所述參考罐18注入所述測試氣體時的溫度和壓力數(shù)據(jù)、所述樣品罐21在所述預(yù)設(shè)測試壓力值下的內(nèi)部空間體積以及所述參考罐18的體積，計算所述巖心樣品對所述測試氣體的等溫吸附量。
[0040]為了滿足不同的測試需求，在本發(fā)明實施例中，巖心氣體原位吸附測試裝置的所述恒溫箱體內(nèi)還包括:多個所述壓力加載器、多個所述樣品罐、多個所述第一壓力變送器、多個所述第二壓力變送器、多個所述三通切換閥、多個所述參考罐、多個所述校準罐以及多個所述第二閥門，其中，每個所述樣品罐套裝在一個所述壓力加載器內(nèi)，每個所述壓力加載器與所述應(yīng)力加載裝置的氣體出口連接，每個所述樣品罐與一個所述三通切換閥的氣體出口連接，該一個所述三通切換閥的氣體入口與所述氣體增加裝置的氣體出口連接，該一個所述三通切換閥的常開出口與一個所述參考罐的氣體入口連接，該一個所述參考罐的氣體出口與一個所述第二閥門的一端連接，該一個所述第二閥門的另一端與一個所述校準罐的氣體入口連接，每個所述第一壓力變送器連接在一個所述三通切換閥的氣體出口與一個所述樣品罐之間的管道上，每個所述第二壓力變送器連接在一個所述三通切換閥的氣體常開出口與一個所述參考罐之間的管道上。
[0041]例如，如圖2所示，多個所述壓力加載器、多個所述樣品罐、多個所述第一壓力變送器、多個所述第二壓力變送器、多個所述三通切換閥、多個所述參考罐、多個所述校準罐以及多個所述第二閥門中以第i個為例，來詳細描述連接方式，第i個樣品罐15置于所述恒溫箱體27內(nèi)，第i個樣品罐15套裝在第i個壓力加載器16內(nèi)，第i個壓力加載器16與所述應(yīng)力加載裝置的氣體出口連接，第i個樣品罐15與第i個三通切換閥14的氣體出口連接，該第i個三通切換閥14的氣體入口與所述氣體增加裝置101的氣體出口連接，該第i個三通切換閥14的常開出口與第i個參考罐12的氣體入口連接，該第i個參考罐12的氣體出口與第i個第二閥門29的一端連接，該第i個第二閥門29的另一端與第i個校準罐13的氣體入口連接，第i個第一壓力變送器30連接在第i個樣品罐15與第i個三通切換閥14的氣體出口之間的管道上，第i個第二壓力變送器11連接在第i個三通切換閥14的常開出口與第i個參考罐12的氣體入口之間的管道上。
[0042]為了方便將樣品罐提升出所述恒溫箱體進行裝卸樣品或降低至所述恒溫箱體內(nèi)進行實驗，在本實施例中，如圖2所示，還包括:升降臺4(或5)，與所述三通切換閥20 (或14)的氣體入口端連接，所述升降臺用于提升或降低所述三通切換閥20 (或14)，連帶將所述樣品罐21 (或15)提升出所述恒溫箱體或降低至所述恒溫箱體內(nèi)。
[0043]為提高測量數(shù)據(jù)的準確性，在本實施例中，如圖2所示，還包括:第三閥門6，所述第三閥門6的一端與所述三通切換閥20 (或14)的氣體入口連接；真空泵7，與所述第三閥門6的另一端連接，所述真空泵7用于排除所述樣品罐21 (或15)、所述參考罐18 (或12)以及所述校準罐19 (或13)內(nèi)的空氣。
[0044]為了提高實驗效率和控制精度，減少人為操作可能導(dǎo)致的誤差，在本實施例中，如圖2所示,還包括:
[0045]計算機10，通過數(shù)據(jù)線9與所述第一壓力變送器23 (或30)和所述第二壓力變送器17(或11)連接，用于獲取所述第一壓力變送器和所述第二壓力變送器采集的壓力和溫度數(shù)據(jù)；并與所述氣體增加裝置101 (例如，與所述氣體增加裝置101中的第一增壓泵2和閥門3連接)和所述應(yīng)力加載裝置102 (例如，與所述應(yīng)力加載裝置102中的增壓泵25和第一閥門24連接)連接，用于控制所述氣體增加裝置和所述應(yīng)力加載裝置的開啟和關(guān)閉。
[0046]為了更好地向樣品罐中的巖心樣品提供圍壓和軸壓，該樣品罐可以設(shè)置為兩端封閉的、柱狀的腔體。同時，為了提供足夠的巖心樣品量，避免樣品中的水分對測試影響較大，提高樣品的代表性，所述樣品罐的直徑為可以3.8厘米、長度可以為10厘米。
[0047]本發(fā)明實施例還提供了一種上述巖心氣體原位吸附測試裝置的工作方法，如圖4所示，該方法包括:
[0048]步驟401:將所述巖心樣品放置到所述樣品罐內(nèi)；
[0049]步驟402:將所述樣品罐置于所述恒溫箱體內(nèi)的所述壓力加載器內(nèi)，其中，所述壓力加載器用于將所述應(yīng)力加載裝置提供的壓力轉(zhuǎn)換為向所述樣品罐中的巖心樣品提供的圍壓和軸壓；
[0050]步驟403:采用所述氣體增加裝置向所述樣品罐內(nèi)注入所述測試氣體，并達到預(yù)設(shè)測試壓力值；
[0051]步驟404:獲取所述第一壓力變送器采集的所述樣品罐的壓力和溫度數(shù)據(jù)，所述樣品罐的壓力和溫度數(shù)據(jù)，為計算所述巖心樣品對所述測試氣體的等溫吸附量提供依據(jù)。
[0052]為了進一步提高測量數(shù)據(jù)的準確性，在本實施例中，所述恒溫箱體內(nèi)還包括:三通切換閥、第二壓力變送器、參考罐、校準罐和第二閥門，其中，所述三通切換閥的氣體入口與所述氣體增加裝置的氣體出口連接，所述三通切換閥的氣體出口與所述樣品罐連接，所述第一壓力變送器連接在所述三通切換閥的氣體出口與所述樣品罐之間，所述三通切換閥的常開出口與所述參考罐的氣體入口連接，所述參考罐的氣體出口與第二閥門的一端連接，所述第二閥門的另一端與校準罐的氣體入口連接，所述第二壓力變送器連接在所述三通切換閥的常開出口與所述參考罐的氣體入口之間的管道上，所述工作方法還包括:連續(xù)兩次向所述參考罐和所述校準罐中注入預(yù)設(shè)壓力值的氦氣，其中，在第二次注入氦氣時，所述校準罐內(nèi)放置有已知體積的鋼球，根據(jù)所述第二壓力變送器采集的、兩次注入氣體后所述參考罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)，計算所述參考罐的體積、所述校準罐的體積；
[0053]向所述參考罐內(nèi)注入初始壓力值的惰性氣體，所述初始壓力值大于所述預(yù)設(shè)測試壓力值，如果所述參考罐和所述樣品罐連通時，所述參考罐和所述樣品罐內(nèi)氣壓穩(wěn)定的壓力值為所述預(yù)設(shè)測試壓力值，則根據(jù)所述預(yù)設(shè)測試壓力值、所述初始壓力值和所述參考罐的體積，計算所述樣品罐在所述預(yù)設(shè)測試壓力值下的內(nèi)部空間體積；[0054]采用所述氣體增加裝置向所述參考罐內(nèi)注入所述測試氣體，并達到預(yù)設(shè)測試壓力值，所述第二壓力變送器采集所述參考罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)，連通所述參考罐和所述樣品罐，所述第一壓力變送器采集所述樣品罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)；
[0055]根據(jù)所述第二壓力變送器采集所述參考罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)、所述第一壓力變送器采集所述樣品罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)、所述樣品罐在所述預(yù)設(shè)測試壓力值下的內(nèi)部空間體積以及所述參考罐的體積，計算所述巖心樣品對所述測試氣體的等溫吸附量。
[0056]以下結(jié)合具體實施例來詳細描述上述巖心氣體原位吸附測試裝置的工作方法，該方法包括:
[0057]步驟1:樣品準備。準備柱狀煤巖或頁巖樣品，一般樣品的直徑2.5cm,長度5cm左右，裝入樣品罐21(或15)中，同時應(yīng)力加載裝置通過壓力加載器22(或16)為樣品罐21(或15)中的樣品提供圍壓和軸壓。
[0058]步驟2:抽真空。關(guān)閉閥門3，第四閥門8，第一閥門24 ;控制三通切換閥20 (或14)氣體入口 201的第一堵卡204打開，即連通氣體入口 201 ;控制三通切換閥20 (或14)氣體出口 202的第二堵卡205處于關(guān)閉，即切斷樣品罐21 (或15)。
[0059]步驟3:參考罐和校準罐體積測算:控制三通切換閥20 (或14)，注入2MPa左右的氦氣至參考罐18 (或12)，穩(wěn)定數(shù)分鐘后，第二壓力變送器17 (或11)記錄溫度和壓力數(shù)據(jù)，打開第二閥門28 (或29)，聯(lián)通參考罐18 (或12)和校準罐19 (或13)，穩(wěn)定數(shù)分鐘后，第二壓力變送器17 (或11)記錄溫度和壓力數(shù)據(jù)；打開校準罐19 (或13)放入已知體積的鋼球后，注入2MPa左右的氦氣至參考罐18 (或12)，穩(wěn)定數(shù)分鐘后，第二壓力變送器17 (或11)記錄溫度和壓力數(shù)據(jù)，打開第二閥門28 (或29)，聯(lián)通參考罐18 (或12)和校準罐19 (或13)，穩(wěn)定數(shù)分鐘后，第二壓力變送器17(或11)記錄溫度和壓力數(shù)據(jù)，根據(jù)所述第二壓力變送器采集的、兩次注入氣體后所述參考罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)，計算所述參考罐的體積、所述校準罐的體積。
[0060]步驟4:CH4、C02等吸附性氣體(即所述測試氣體)的等溫吸附實驗。電腦控制第一增壓泵2向參考罐18 (或12)注吸附性氣體至吸附目標壓力(即所述預(yù)設(shè)測試壓力值)，穩(wěn)定數(shù)分鐘后，斷開第一堵卡204，并打開第二堵卡205，接通參考罐參考罐18 (或12)與樣品罐21 (或15)，直到吸附達到平衡，并第一壓力變送器23 (或30)采集溫度和壓力數(shù)據(jù)。重復(fù)步驟4繼續(xù)進行下一個壓力點吸附實驗。
[0061]步驟5:He等惰性氣體的擬等溫吸附測試。
[0062]A:電腦控制第一增壓泵2向參考罐81 (或12)注惰性氣體至校正初始壓力(設(shè)定為對應(yīng)吸附點壓力PO的1.2倍左右)，穩(wěn)定數(shù)分鐘后，第二壓力變送器17 (或11)采集溫度和壓力數(shù)據(jù)，斷開第一堵卡204，并打開第二堵卡205，接通參考罐18 (或12)與樣品罐21 (或15)，穩(wěn)定數(shù)一定時間后，第一壓力變送器23 (或30)采集溫度和壓力數(shù)據(jù)采集校正平衡壓力。若最終校正平衡壓力與PO的差值不大于0.1MPa，擬等溫吸附測試結(jié)束，否則:
[0063]打開閥門第三6和真空泵7，對參考罐18 (或12)和樣品罐18 (或15)抽真空，然后循環(huán)A步驟，其中新的校正初始壓力Ρ1'= P0*P1/P2，PO為常數(shù)，Pl上次循環(huán)的校正初始壓力，P2為上次循環(huán)的校正平衡壓力。
[0064]步驟6:由步驟3、4采集的壓力、溫度，結(jié)合步驟5最終校正平衡壓力，計算各壓力點的吸附量。[0065]在本發(fā)明實施中，通過在樣品罐中放置測試的巖心樣品，并將樣品罐放置于恒溫箱體內(nèi)，為樣品罐提供測試所需的溫度，恒溫箱體可以提供不同范圍的測試溫度，通過氣體增加裝置將測試氣體注入樣品罐內(nèi)，并達到預(yù)設(shè)測試壓力值，可達到不同范圍的測試壓力要求，同時，壓力加載器將應(yīng)力加載裝置提供的壓力轉(zhuǎn)換為向樣品罐中的巖心樣品提的供圍壓和軸壓。由于發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中，測試條件只考慮溫度、氣體壓力，該測試條件不能代表巖心氣體(例如，煤層氣和頁巖氣等)在儲層中的真實吸附狀態(tài)，因此，通過壓力加載器將應(yīng)力加載裝置提供的壓力轉(zhuǎn)換為向樣品罐中的巖心樣品提的供圍壓和軸壓，實現(xiàn)了測試條件在考慮溫度、氣體壓力的同時，增加圍壓和軸壓，使得測試條件更接近巖心氣體(例如，煤層氣和頁巖氣等)在儲層中的真實吸附狀態(tài)；同時，采用的壓力加載器為柱狀的腔體，可以通過壓力加載器內(nèi)的空腔均勻地為巖心樣品同時提供圍壓和軸壓，避免了直接對樣品罐壁施加壓力來提供圍壓和軸壓而導(dǎo)致的壓力不均勻的問題，從而提高了巖心氣體原位吸附測試的測量結(jié)果的準確性，可以為資源評價、單井排采、數(shù)值模擬等提供更可靠的等溫吸附曲線和數(shù)據(jù)。
[0066]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明實施例的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現(xiàn)，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實現(xiàn)，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執(zhí)行，并且在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明實施例不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。
[0067]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明實施例可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種巖心氣體原位吸附測試裝置，其特征在于，包括: 恒溫箱體，用于提供測試所需的溫度，所述恒溫箱體內(nèi)設(shè)有樣品罐、第一壓力變送器和壓力加載器，所述恒溫箱體外設(shè)有氣體增加裝置和應(yīng)力加載裝置，其中， 所述樣品罐，用于放置待測試的巖心樣品； 所述氣體增加裝置的氣體出口與所述樣品罐連接，所述氣體增加裝置用于向所述樣品罐內(nèi)注入測試氣體，并達到預(yù)設(shè)測試壓力值； 所述第一壓力變送器連接在所述氣體增加裝置的氣體出口與所述樣品罐之間的管道上，所述第一壓力變送器用于采集所述樣品罐的壓力和溫度數(shù)據(jù)； 所述應(yīng)力加載裝置的氣體出口與所述壓力 加載器連接，所述應(yīng)力加載裝置用于向所述壓力加載器提供壓力； 所述壓力加載器用于將所述應(yīng)力加載裝置提供的壓力轉(zhuǎn)換為向所述樣品罐中的巖心樣品提供的圍壓和軸壓，所述壓力加載器為柱狀的腔體，所述樣品罐套裝在所述壓力加載器內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述巖心氣體原位吸附測試裝置，其特征在于，所述應(yīng)力加載裝置包括: 硅油瓶； 增壓泵，所述增壓泵的入口與所述硅油瓶連接； 第一閥門，所述第一閥門的一端與所述增壓泵的出口連接，另一端為所述應(yīng)力加載裝置的氣體出口，與所述壓力加載器連接。
3.如權(quán)利要求1所述巖心氣體原位吸附測試裝置，其特征在于，所述恒溫箱體內(nèi)還包括: 三通切換閥、第二壓力變送器、參考罐、校準罐和第二閥門， 其中，所述三通切換閥的氣體入口與所述氣體增加裝置的氣體出口連接，所述三通切換閥的氣體出口與所述樣品罐連接，所述第一壓力變送器連接在所述三通切換閥的氣體出口與所述樣品罐之間的管道上，所述三通切換閥的常開出口與所述參考罐的氣體入口連接，所述參考罐的氣體出口與第二閥門的一端連接，所述第二閥門的另一端與校準罐的氣體入口連接，所述第二壓力變送器連接在所述三通切換閥的常開出口與所述參考罐的氣體入口之間的管道上； 所述第二壓力變送器用于，采集所述參考罐的壓力和溫度數(shù)據(jù)； 所述參考罐和所述校準罐用于注入預(yù)設(shè)壓力值的氣體，為計算所述參考罐的體積、所述校準罐的體積和所述樣品罐在所述預(yù)設(shè)測試壓力值下的內(nèi)部空間體積提供數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求3所述巖心氣體原位吸附測試裝置，其特征在于，所述恒溫箱體內(nèi)還包括: 多個所述壓力加載器、多個所述樣品罐、多個所述第一壓力變送器、多個所述第二壓力變送器、多個所述三通切換閥、多個所述參考罐、多個所述校準罐以及多個所述第二閥門，其中， 每個所述樣品罐套裝在一個所述壓力加載器內(nèi)，每個所述壓力加載器與所述應(yīng)力加載裝置的氣體出口連接，每個所述樣品罐與一個所述三通切換閥的氣體出口連接，該一個所述三通切換閥的氣體入口與所述氣體增加裝置的氣體出口連接，該一個所述三通切換閥的常開出口與一個所述參考罐的氣體入口連接，該一個所述參考罐的氣體出口與一個所述第二閥門的一端連接，該一個所述第二閥門的另一端與一個所述校準罐的氣體入口連接，每個所述第一壓力變送器連接在一個所述三通切換閥的氣體出口與一個所述樣品罐之間的管道上，每個所述第二壓力變送器連接在一個所述三通切換閥的氣體常開出口與一個所述參考罐的氣體入口之間的管道上。
5.如權(quán)利要求3所述巖心氣體原位吸附測試裝置，其特征在于，還包括: 升降臺，與所述三通切換閥的氣體入口端連接，所述升降臺用于提升或降低所述三通切換閥，連帶將所述樣品罐提升出所述恒溫箱體或降低至所述恒溫箱體內(nèi)。
6.如權(quán)利要求3所述巖心氣體原位吸附測試裝置，其特征在于，還包括: 第三閥門，所述第三閥門的一端與所述三通切換閥的氣體入口連接； 真空泵，與所述第三閥門的另一端連接，所述真空泵用于排除所述樣品罐、所述參考罐以及所述校準罐內(nèi)的空氣。
7.如權(quán)利要求3所述巖心氣體原位吸附測試裝置，其特征在于，還包括: 計算機，與所述第一壓力變送器和所述第二壓力變送器連接，用于獲取所述第一壓力變送器和所述第二壓力變送器采集的壓力和溫度數(shù)據(jù)；并與所述氣體增加裝置和所述應(yīng)力加載裝置連接，用于控制所述氣體增加裝置和所述應(yīng)力加載裝置的開啟和關(guān)閉。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述巖心氣體原位吸附測試裝置，其特征在于，所述樣品罐為兩端封閉的、柱狀的 腔體。
9.如權(quán)利要求8所述巖心氣體原位吸附測試裝置，其特征在于，所述樣品罐的直徑為3.8厘米、長度為10厘米。
10.一種權(quán)利要求1至9中任一項所述巖心氣體原位吸附測試裝置的工作方法，其特征在于，包括: 將所述巖心樣品放置到所述樣品罐內(nèi)； 將所述樣品罐置于所述恒溫箱體內(nèi)的所述壓力加載器內(nèi)，其中，所述壓力加載器用于將所述應(yīng)力加載裝置提供的壓力轉(zhuǎn)換為向所述樣品罐中的巖心樣品提供的圍壓和軸壓； 采用所述氣體增加裝置向所述樣品罐內(nèi)注入所述測試氣體，并達到預(yù)設(shè)測試壓力值； 獲取所述第一壓力變送器采集的所述樣品罐的壓力和溫度數(shù)據(jù)，所述樣品罐的壓力和溫度數(shù)據(jù)，為計算所述巖心樣品對所述測試氣體的等溫吸附量提供依據(jù)。
11.如權(quán)利要求10所述巖心氣體原位吸附測試裝置的工作方法，其特征在于，所述恒溫箱體內(nèi)還包括: 三通切換閥、第二壓力變送器、參考罐、校準罐和第二閥門，其中，所述三通切換閥的氣體入口與所述氣體增加裝置的氣體出口連接，所述三通切換閥的氣體出口與所述樣品罐連接，所述第一壓力變送器連接在所述三通切換閥的氣體出口與所述樣品罐之間的管道上，所述三通切換閥的常開出口與所述參考罐的氣體入口連接，所述參考罐的氣體出口與第二閥門的一端連接，所述第二閥門的另一端與校準罐的氣體入口連接，所述第二壓力變送器連接在所述三通切換閥的常開出口與所述參考罐的氣體入口之間的管道上，所述工作方法還包括: 連續(xù)兩次向所述參考罐和所述校準罐中注入預(yù)設(shè)壓力值的氦氣，其中，在第二次注入氦氣時，所述校準罐內(nèi)放置有已知體積的鋼球，根據(jù)所述第二壓力變送器采集的、兩次注入氣體后所述參考罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)，計算所述參考罐的體積、所述校準罐的體積； 向所述參考罐內(nèi)注入初始壓力值的惰性氣體，所述初始壓力值大于所述預(yù)設(shè)測試壓力值，如果所述參考罐和所述樣品罐連通時，所述參考罐和所述樣品罐內(nèi)氣壓穩(wěn)定的壓力值為所述預(yù)設(shè)測試壓力值，則根據(jù)所述預(yù)設(shè)測試壓力值、所述初始壓力值和所述參考罐的體積，計算所述樣品罐在所述預(yù)設(shè)測試壓力值下的內(nèi)部空間體積； 采用所述氣體增加裝置向所述參考罐內(nèi)注入所述測試氣體，并達到預(yù)設(shè)測試壓力值，所述第二壓力變送器采集所述參考罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)，連通所述參考罐和所述樣品罐，所述第一壓力變 送器采集所述樣品罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述第二壓力變送器采集所述參考罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)、所述第一壓力變送器采集所述樣品罐的溫度和壓力數(shù)據(jù)、所述樣品罐在所述預(yù)設(shè)測試壓力值下的內(nèi)部空間體積以及所述參考罐的體積，計算所述巖心樣品對所述測試氣體的等溫吸附量。
【文檔編號】G01N15/08GK103983552SQ201410228830
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】鄧澤, 陳振宏, 孫粉錦, 李貴中, 李五忠, 孫斌, 田文廣, 庚勐, 陳浩, 陳剛, 孫欽平 申請人:中國石油天然氣股份有限公司