本發(fā)明涉及石油天然氣和勘探開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種頁巖含氣量測試裝置及測試方法。

背景技術(shù)：

頁巖氣是一種存在于頁巖中，自生自儲的非常規(guī)天然氣資源。評價頁巖是否具有工業(yè)化儲量，含氣量是一個非常重要的參數(shù)。要有效地評價某地區(qū)的是否具有工業(yè)化的前景，必須建立準(zhǔn)確的含氣量評價數(shù)據(jù)，這些含氣量數(shù)據(jù)用于儲層評價、資源評價和生產(chǎn)預(yù)測。為此必須了解頁巖含氣量，要準(zhǔn)確測試含氣量，必須提供一種能夠?qū)?zhǔn)確測試頁巖含氣量的方法和裝置設(shè)備。由于中國頁巖儲層埋藏深度大，地層壓力高，3％～5％的孔隙度條件下，頁巖氣中孔隙中的游離氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于吸附在孔隙表面的氣量，在鉆井取心過程中，由于巖心外圍壓力下降，巖心中的高壓氣體會自動從巖心中逃逸出來，孔隙壓力隨之降低。此過程與煤巖取心完全不一樣，煤巖的孔隙很少，游離氣少，而且煤層氣井較淺，取心時間短，因此損失氣較少。常規(guī)的頁巖氣含氣量分析方法和儀器都是基于煤層氣含氣量測試方法，不符合頁巖特殊的情況，得到的結(jié)果可信度較低，飽受質(zhì)疑。因此，如何準(zhǔn)確測試頁巖的真實含氣量在勘探開發(fā)中就顯得非常重要。

目前，國內(nèi)外頁巖氣含氣量測定方法是與煤層氣含氣量測試方法一樣的現(xiàn)場解吸方法。其理論依據(jù)和實驗證據(jù)是，煤巖中的氣體在早期解吸過程中的釋放速度與時間的平方根成正比，巖心在井筒中提升過程所損失的氣體可以據(jù)此計算，總含氣量則是早期的損失氣加上解吸氣和殘余氣量之和。

至今為止，國內(nèi)外含氣量測試實驗裝置主要有全自動含氣量測定儀美國Terratek公司制造和國產(chǎn)現(xiàn)場含氣量測定設(shè)備。國內(nèi)外的含氣量測試儀器都是在巖心從地下鉆取，提升到地面開始測試的。由于頁巖埋藏深，地下鉆取巖心后提升時間長，游離氣散失量大。解決這個問題的辦法是USBM方法通過線性段擬合，根據(jù)提升時間估算一個損失時間，將線性段延長到估算的損失時間，獲得一個損失氣量。由于解吸曲線的線性段不通過原點，線性段的外推會得到一個不合理的結(jié)果，即損失氣量可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實際測試到的解吸氣量。目前所有含氣量測試單位的現(xiàn)場含氣量測試結(jié)果都表明頁巖含氣量的80％甚至更多都是損失氣量，實際測試到的解吸氣量只占總含氣量的20％以下，而且測試結(jié)果普遍偏低，不能合理反映地下的真實含氣量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服常規(guī)含氣量測方法和過程中巖心壓力大幅度下降，損失氣難以確定的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種頁巖含氣量測試裝置及測試方法，將井口獲取的頁巖巖心裝入高壓解吸罐，利用增壓泵將甲烷泵入巖心，使得逃逸的天然氣重新回到巖心中，壓力達(dá)到地層壓力，在高壓下開始解吸，解析裝置能夠適應(yīng)高壓解吸初期流量高，壓力高的特點，利用氣體體積排除的水體積和水的重量相等的原理，將含氣量的測試轉(zhuǎn)換為對水的累計重量的測試，可以獲得可靠的測試數(shù)據(jù)，提高頁巖氣區(qū)域評價、儲氣能力評價的準(zhǔn)確性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種頁巖含氣量測試裝置，包括通過管線6依次連接的甲烷氣瓶1、氣體增壓泵2和六通閥3，六通閥3的另外兩個接口分別經(jīng)閥門A、閥門D連通高壓解析罐5的K51口和高壓水罐7的K71口，高壓解析罐5的K54口和高壓水罐7的K72口通過管線6相連通，且連通的管線上設(shè)置有閥門C，六通閥3的第四口設(shè)置有壓力表4，高壓解析罐5的K53口設(shè)置有閥門B，高壓解析罐5的K52出口端經(jīng)管線連通并伸入高壓儲水罐8的底部，且連通的管線上設(shè)置有閥門E，高壓儲水罐8的頂部出口連通水收集器9的入口，水收集器9設(shè)置在電子天平10上，電子天平10的信號輸出點連接計算機12。

所述的甲烷氣瓶1內(nèi)的氣體壓力為15MPa。

所述的高壓解析罐5的額定耐壓極限為60MPa。。

所述的高壓水罐7的額定耐壓極限為60MPa。

所述的高壓儲水罐8的額定耐壓極限為5MPa。

所述的電子天平10的精度0.1g，電壓24V，功率12W。

所述的計算機12具有自動采集和保存數(shù)據(jù)、按照設(shè)定的時間序列采集的功能

基于上述一種頁巖含氣量測試裝置的測試方法，包括以下步驟：

1增壓階段：先將巖心裝入高壓解析罐5，打開閥門A和閥門D，關(guān)閉閥門B、閥門C和閥門E，設(shè)置增壓泵的壓力，啟動增壓泵2，打開甲烷氣瓶1，向高壓解析罐5和高壓水罐7內(nèi)充注天然氣，使得高壓水罐5和7內(nèi)水的壓力達(dá)到設(shè)定壓力；然后打開閥門C，關(guān)閉閥門A，打開閥門B，高壓水罐7內(nèi)的水進(jìn)入高壓解析罐內(nèi)，驅(qū)動巖心和解析罐之間環(huán)空內(nèi)的天然氣通過閥門B流出，直至水完全替換出環(huán)空內(nèi)的氣體，關(guān)閉閥門B、閥門C；

2解析階段：解吸時打開閥門E，解析出的天然氣進(jìn)入高壓儲水罐內(nèi)8，推動水進(jìn)入水收集器9,重量變化后電子天平10感應(yīng)到壓力，將數(shù)據(jù)傳輸至計算機和軟件，記錄解吸數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的有益效果是：

1、能夠提供一種頁巖含氣量高精度測試方法，獲得可靠的測試數(shù)據(jù)，提高頁巖儲層評價、開發(fā)潛力評價的準(zhǔn)確性。

2、能夠?qū)r心壓力恢復(fù)到地層壓力，使得測試時刻的巖心狀態(tài)與地下一致，獲得真實的含氣量數(shù)據(jù)。

3、可同時開展5-10快樣品的測試，效率高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

參照圖1，一種頁巖含氣量測試裝置，包括通過輸氣管線依次連接的甲烷氣瓶1、氣體增壓泵2和六通閥3，六通閥3的另外兩個接口分別經(jīng)閥門A和閥門D連通高壓解析罐5的K51口和高壓水罐7的K71口，高壓解析罐5的K53口和高壓水罐7的K72口通過管線6相連通，且連通的管線上設(shè)置有閥門C，六通閥3的第四口設(shè)置有壓力表4，高壓解析罐5的K52出口設(shè)置有閥門B，高壓解析罐5的K52出口端口經(jīng)管線連通并伸入高壓儲水罐8的底部，且連通的管線上設(shè)置有閥門E，高壓儲水罐8的頂部出口連通水收集器9的入口，水收集器9設(shè)置在電子天平10上，電子天平10的信號輸出點連接計算機12。

本發(fā)明的工作原理為：

打開閥門A和閥門D，關(guān)閉閥門B、閥門C和閥門E。氣體增壓泵2能夠?qū)⒓淄闅馄?中的氣體加壓后輸送至高壓解析罐5和高壓水罐7。當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)定壓力時，打開閥門C，關(guān)閉閥門A,然后緩慢打開閥門B，當(dāng)只出水不出氣時，關(guān)閉閥門B和C。解吸時打開閥門E，解析出的天然氣進(jìn)入高壓儲水罐內(nèi)8，推動水進(jìn)入水收集器9,重量變化后電子天平10感應(yīng)到壓力，將數(shù)據(jù)傳輸至計算機和軟件，記錄解吸數(shù)據(jù)。

所述的甲烷氣瓶1內(nèi)的氣體壓力為15MPa。

氣體增壓泵能夠?qū)鈮涸龃笾?0MPa。

壓力表的壓強指示范圍為0MPa～80MPa。

所述的高壓解析罐5的直徑為12cm，高壓解析罐5的長度為20cm，高壓解析罐5的額定耐壓極限為60MPa。

所述的高壓水罐7的直徑為14cm，高壓水罐7的高度為45cm，高壓水罐7的額定耐壓極限為60MPa。

所述的高壓儲水罐8的直徑為20cm，高壓儲水罐8的高度為30cm，高壓儲水罐8的額定耐壓極限為5MPa。

所述的水收集器9的直徑15cm，高度20cm。體積3500毫升。

所述的電子天平10的最大稱重量程3000g，精度0.1g，電壓24V，功率12W。

所述的計算機12具有自動采集和保存數(shù)據(jù)、按照設(shè)定的時間序列采集的功能

基于上述一種頁巖含氣量測試裝置的測試方法，包括以下步驟：

1增壓階段：先將巖心裝入高壓解析罐5，打開閥門A和閥門D，關(guān)閉閥門B、閥門C和閥門E，設(shè)置增壓泵的壓力，啟動增壓泵2，打開甲烷氣瓶1，向高壓解析罐5和高壓水罐7內(nèi)充注天然氣，使得高壓水罐5和7內(nèi)水的壓力達(dá)到設(shè)定壓力；然后打開閥門C，關(guān)閉閥門A，打開閥門B，高壓水罐7內(nèi)的水進(jìn)入高壓解析罐內(nèi)，驅(qū)動巖心和解析罐之間環(huán)空內(nèi)的天然氣通過閥門B流出，直至水完全替換出環(huán)空內(nèi)的氣體，關(guān)閉閥門B、閥門C；

2解析階段：解吸時打開閥門E，解析出的天然氣進(jìn)入高壓儲水罐內(nèi)8，推動水進(jìn)入水收集器9,重量變化后電子天平10感應(yīng)到壓力，將數(shù)據(jù)傳輸至計算機和軟件，記錄解吸數(shù)據(jù)。

本發(fā)明克服了目前氣量測試方法巖心孔隙壓力下降，游離氣大量損失，無可靠的方法計算損失氣的缺點，能夠開展頁巖巖心出井后將巖心放入高壓解析罐進(jìn)行壓力恢復(fù)，使得解析時刻的巖心孔隙壓力與儲層壓力一致。獲得的含氣量數(shù)據(jù)較為真實。本發(fā)明提高含氣量測試的精度，為頁巖氣區(qū)域評價、開發(fā)潛力評價提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，能夠同時對5-10個頁巖氣樣品同時加壓和解析，提高了測試效率。

依據(jù)上述原理，成功開展了現(xiàn)場頁巖巖心孔隙壓力恢復(fù)工作以及環(huán)空氣體置換，然后接入含氣量測試裝置，開展解吸實驗。在某頁巖氣含氣量項目中與其他測試單位的利用煤層氣含氣量測試方法及儀器得到的結(jié)果進(jìn)行比對，對比結(jié)果表明，該方法和裝置不但能夠順利完成現(xiàn)場5-10個樣品，同時壓力恢復(fù)、解吸工作，所獲得的解吸實驗數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確可信，可以簡潔、方便地測定含氣量，比常規(guī)含氣量解吸方法得到的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，含氣量的測試方法操作性更強。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施例，不能以其限定發(fā)明實施的范圍，所以其等同組件的置換，或依本發(fā)明保護(hù)范圍所作的等同變化與修飾，都應(yīng)仍屬于本發(fā)明權(quán)利要求涵蓋的范疇。另外，本發(fā)明中的技術(shù)特征與技術(shù)特征之間、技術(shù)特征與技術(shù)方案之間、技術(shù)方案與技術(shù)方案之間均可以自由組合使用。