[发明专利]一种页岩残余气含量测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种页岩残余气含量测试系统，由岩样密闭破碎装置、残余气含量测量机构和安装有自编制软件的计算机组成，属于地质勘探领域。

背景技术

残余气是指页岩岩样正常解析实验工作终止后仍然残留在岩芯中的天然气或经过更长的时间才能获得的天然气，通常情况下，自然解析时，它很难从样品中解析出来，或者即使通过一些手段，也可能解析不彻底而导致仍有部分残余气残留于样品中。

根据市场产品调查结果来看，目前国内还没有一套完整的能够实现从岩样破碎到测量对页岩残余气进行测量的仪器设备或系统,我国的相关技术仍停留在测量方法研究上，比较常见的测量方法有：

(1)延时法:延时法是在快速解吸实验后，延长解吸时间，以使页岩得到充分的解吸。延长时间至六个月，或在连续20天内每天平均解吸量不大于0.1cm³时结束。

(2)破碎法:破碎法主要是借助煤层气的残余气含量测定方法(2008年，由国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会颁布实施，编号为GB/T19559-2008的国标)来进行测量的。其方法如下：

·慢速解吸时残余气量的测定方法

自然解吸结束后，将样品捣碎至2～3cm大小，取300～500g，装入球磨罐密封进行残余气量测定。将用于残余气测定的球磨罐固定在球磨机上，破碎2～4h，放入恒温装置，待恢复储层温度后观测读数并记录相关数据，之后，按每24h间隔进行解吸测定。解吸持续到连续7天平均每天解吸量不大于10cm³，残余气量测定终止。残余气测定结束后，开罐，用0.2464mm(60目)标准筛筛分样品，称量筛下煤样的质量，进行残余气量计算。

·快速气含量测定时残余气量的测定

快速解吸结束之后，将样品球磨破碎15～30min(灰分较高或高煤级的煤破碎60min)，放入恒温装置自然解吸；以后重复破碎、解吸。直到连续两次破碎、解吸的气量均小于10cm³时，残余气量测定结束。

计算公式为：G_CR＝V_R/m_R                   (1-1)

其中：G_CR—残余气含量，单位为(cm³/g)；V_R—残余气体积，单位为(cm³)；m_R—残余气样品质量，单位为(g)。

(3)曲线拟合法:曲线拟合法类似于朗格缪尔公式的数值计算方法。朗格缪尔公式是根据汽化和凝聚动力学平衡建立的，其方程简单实用，已被广泛应用于煤和其他吸附剂对气体的吸附，同时，根据其动态平衡的假设，该方程同样可以描述煤层气解吸过程。因此变化朗格缪尔公式的字母意义得到：

G＝G_L T/(T+T_L)               (1-2)

式中：G—实测解吸气含量，m³/t；T—实测解吸时间，h；G_L—极限解吸气含量，m³/t。

变换公式(1-2)得到：

T＝G_L T/G-T_L               (1-3)

根据实测解吸数据，参照公式(1-3)得到T/G与T的对应关系图，拟合即可得到G_L即极限解吸气含量。又因为

G_L＝Q₁+Q₂               (1-4)

式中:Q₁—实测解吸气含量，m³/t；Q₂—残余气含量，m³/t。

因此Q₂＝G_L-Q₁               (1-5)

朗格缪尔曲线拟合法残余气主要依据现场解吸数据，因此其结果的可靠性主要受限于解吸时间的长短，解吸时间越长，解吸曲线越平缓，其计算结果越可靠。