[发明专利]一种新型页岩含气量测试仪和页岩含气量测定方法

权利要求书

1.一种新型页岩含气量测试仪，其特征在于：它包括用于将样品恒温解吸的装置、样品解吸过程中的压力和温度的实时测试系统、测定样品解吸空间体积的系统和计算机采集与处理系统，其中所述的样品恒温解吸的装置通过管道与样品解吸过程中的压力和温度的实时测试系统相连接，样品解吸过程中的压力和温度的实时测试系统通过管道与测定样品解吸空间体积的系统相连接，样品解吸过程中的压力和温度的实时测试系统和测定样品解吸空间体积的系统通过数据线与计算机采集与处理系统相连接。

2.如权利要求1所述的新型页岩含气量测试仪，其特征在于：所述的用于将样品恒温解吸的装置包括恒温水浴槽和解吸罐，解吸罐置于恒温水浴槽内部。

3.如权利要求1所述的新型页岩含气量测试仪，其特征在于：所述的样品解吸过程中的压力和温度的实时测试系统包括温度变送器A、压力变送器A、电动阀A、电动阀B、电动阀C、四通阀和温度控制箱，其中所述的四通阀的进口通过管道与样品恒温解吸的装置相连接，在它们之间的管道上依次设置有温度变送器A和压力变送器A；四通阀的三个出口分别安装有电动阀A、电动阀B和电动阀C，电动阀A通过管道和测定样品解吸空间体积的系统相连接；温度变送器、压力变送器A、电动阀A、电动阀B、电动阀C和四通阀都安装于温度控制箱内。

4.如权利要求3所述的新型页岩含气量测试仪，其特征在于：所述的样品解吸过程中的压力和温度的实时测试系统还包括气体采样器，所述的气体采样器通过管道和电动阀C相连接，所述的气体采样器安装于温度控制箱外。

5.如权利要求1所述的新型页岩含气量测试仪，其特征在于：所述的测定样品解吸空间自由体积的系统包括参考罐、氦气瓶、温度变送器B、压力变送器B和温度控制箱，参考罐通过管道和测量样品解吸过程中的压力和温度实时测试系统相连接，在参考罐上依次设置有温度变送器B和压力变送器B，氦气瓶通过管道与参考罐相连接，参考罐、温度变送器B和压力变送器B安装于温度控制箱内。

6.一种新型页岩含气量的测定方法，其特征在于：它采用权利要求1-5任一项所述的新型页岩含气量测试仪，它包括以下步骤：

第一、连接管路并初始化：设定温度控制箱和恒温水浴槽为解吸温度，将装有样品的密封解吸罐放置到恒温水浴槽中，解吸罐的出口与四通阀相连接，保持电磁阀A、电磁阀C关闭，保持电磁阀B开启1～3秒后迅速关闭，记录管路中的温度T₀和压力P₀，该时刻为实验的0时刻点；

第二、一次记录解吸参数：在一定间隔时间之后，记录记录管路中的温度T₁和压力P₁；

第三,一次导流：打开电磁阀B，保持2～5秒钟并关闭，用以排出管路气体，并记录此时关闭后的管路温度T₂和压力P₂；

第四,采样：如有采样需要，在第三步的同时连接好气体采样器，打开电磁阀C，进行采气；否则直接进入下一步；

一次导流对应的解吸气体V_s1计算公式为：

Vs1=22.4141×(P1×VfT1×R-P2×VfT2×R)]]>………………①，

V_s1：一次导流体积，ml；

P₁：一次记录压力，kPa；

P₂：二次记录压力，kPa；

T₁：一次导流绝对温度，K；

T₂：二次导流绝对温度，K；

R：比例常数，8.31441J/(mol·K）；

第五,重复上述步骤二，三和四，得到V_s2、V_s3……V_sn，直至解吸参数的压力读数与前一次压力读数接近即差值小于用户设定值，认为无解吸气产生，自然解吸结束，停止试验；

得到总解吸气体积V_st：

Vst=Σi=1nVsi]]>………………②；

V_st：总解吸气体积，ml；

V_si：第i次导流对应的解吸气体；

计算含气量Q：

Q=Vstm]]>………………③；

Q：含气量，ml/g即m³/t；

m:样品质量，g；

第六，样品解吸空间自由体积V_f的测定：自然解吸结束，保持电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C关闭，用氦气瓶向参考罐注气至0.5MPa左右，断开气瓶，稳定10秒左右之后，记录压力变送器B的压力值P_X1和温度变送器B的温度值T_X1，打开电磁阀A，稳定20秒左右之后再次记录压力变送器B的压力值P_X2和温度变送器B的温度值T_X2；打开参考罐放入已知体积的钢球V_b，保持电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C关闭，用氦气瓶向参考罐注气至0.5MPa左右，断开氦气瓶，稳定10秒左右之后记录压力变送器B的压力值P_X1’和温度变送器B的温度值T_X1’，打开电磁阀A，稳定20秒左右之后再次记录压力变送器B的压力值P_X2’和温度变送器B的温度值T_X2’，两次测量结果可得到样品解吸空间自由体积V_f；

解吸空间自由体积V_f的计算公式为：

Vr×Px1Tx1=(Vr+Vf)×Px2Tx2]]>………………④；

(Vr-Vb)×Px1′Tx1′=(Vr+Vf)×Px2′Tx2′]]>………………⑤；

④⑤联立求解，得到V_f；

V_r：参考罐体积，ml；

V_b:球体积，ml；

P_X1:未放球平衡前压力，KPa；

T_X1:未放球平衡前绝对温度，K；

P_X2：未放球平衡后压力，KPa；

T_X2:未放球平衡后绝对温度，K；

P_X1’:放球后平衡前压力，KPa；

T_X1’:放球后平衡前绝对温度，K；

P_X2’:放球后平衡后压力，KPa；

T_X2’:放球后平衡后绝对温度，K；

第七、将得到的V_f带入公式①，得到V_S1、V_s2、V_s3……V_sn，然后根据公式②和③，得到含气量Q。