[发明专利]天然气水合物钻芯轻烃气体含量解析测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气水合物钻芯轻烃气体含量解析测试系统及基于该系统实现的天然气水合物钻芯轻烃气体含量解析测试方法，属于油气勘探与开发天然气水合物钻芯甲烷解析与含量测定技术领域。

背景技术

天然气水合物俗称“可燃冰”，是地球上储量最大的油气资源，如何有效、安全地对其进行勘探、开发和利用是当前急切需要研究解决的问题。

天然气水合物的可燃成分基本上是甲烷，还有少量其它轻烃类气体。因此，准确测定天然气水合物储层中甲烷的含量及其分布是进行天然气水合物勘探、开发和利用的强烈技术需求。目前，对天然气水合物储层进行钻孔取芯，通过对钻芯进行分析测试是获得储层甲烷含量的现实途径。

截止目前，测定天然气水合物储层钻芯中甲烷含量的方法主要有两种：一是通过拉曼光谱获得钻芯中天然气水合物甲烷笼占有率，并计算得到水合物指数，这是一种间接获得甲烷丰度的方法，测量结果存在较大误差。二是通过测定天然气水合物分解前后的钻芯重量差来计算其含气量，这属于直接测量方法，这种测量方式过于粗犷，误差较大，且存在安全风险。

由上可知，对天然气水合物储层钻芯进行控制性气体分解，直接测定所分解出的甲烷量，无疑是获得钻芯甲烷含量数据的最佳方式，但是，目前还没有可用于这种测试的专业仪器及相关技术。

固态地质样品中的含气量测量一般采用解析仪，目前出现了如下几种含气量测量仪：页岩气现场解吸附分析仪(参见公开号为CN104655522A的中国发明专利申请公开文献)、全程可视化含气量测试仪(参见公开号为CN202362222U的中国实用新型专利文献)、含气量测量及气体采集装置(参见公开号为CN103245588A的中国发明专利文献)、含气量测量装置(参见公开号为CN103308634A的中国发明专利文献)，等等。这些仪器的叫法虽然各不相同，但测试原理是相同的，即在受控条件下进行气体解析，测量解析出的气体体积，并且它们的装置构成相似，都包括解析罐和气体测量部件两个基本结构单元。但是，这些仪器大多是针对页岩气和煤层气钻孔取芯而量身定制的，并不适用于对气体分解温度低、速度快、释放体积大的天然气水合物钻孔岩芯的含气量进行测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然气水合物钻芯轻烃气体含量解析测试系统及基于轻烃气体含量解析测试系统实现的轻烃气体含量解析测试方法，其针对天然气水合物的独特性质，借鉴现有页岩气钻孔岩芯含气量测试方法的经验，加强了对分解室的密封、抗压安全保障，增加了钻芯样品计重功能和分解温度低温控温功能，增加了通过重力平衡实现气体压力缓冲功能的集气室，克服了因天然气水合物分解温度低、速度快、释放气体体积大所带来的技术困难和安全风险，安全实用，检测灵敏度高，测量精度高，操作简单安全，解决了天然气水合物勘探、开发和利用对于准确测定天然气水合物储层中甲烷含量及其分布的强烈技术需求问题。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种天然气水合物钻芯轻烃气体含量解析测试系统，其特征在于：它包括控温腔，控温腔内设有计重部件，计重部件上放置密封式分解室，分解室的进气口、出气口上分别安装有进气口单向阀、出气口气路开关，分解室上还安装有压力计、安全阀，空气源通过第一快速气路接头与进气口单向阀连接，出气口气路开关通过第二快速气路接头与集气室的进气口连接，集气室的出气口、空气源、氢气源分别与氢火焰离子化检测器的相应进气口连接，集气室上还设有取气口。

在所述空气源与所述分解室的进气口之间的气路上安装有第一空气流量控制阀；在所述空气源与所述氢火焰离子化检测器的相应进气口之间的气路上安装有第二空气流量控制阀；在所述氢气源与所述氢火焰离子化检测器的相应进气口之间的气路上安装有氢气流量控制阀；在所述集气室的出气口与所述氢火焰离子化检测器的相应进气口之间的气路上安装有分解气体流量控制阀。

一种基于所述的天然气水合物钻芯轻烃气体含量解析测试系统实现的天然气水合物钻芯轻烃气体含量解析测试方法，其特征在于，它包括步骤：

1)关闭所述第一空气流量控制阀、所述分解气体流量控制阀，开启所述第二空气流量控制阀、所述氢气流量控制阀，对气路内流经气体流量进行监测与控制；

2)点火启动所述氢火焰离子化检测器，使其达到稳定工作状态；

3)让所述进气口单向阀、所述出气口气路开关处于关闭状态；

4)将所述分解室置于所述控温腔内的所述计重部件上，计量其空载质量；

5)打开所述分解室，将天然气水合物钻芯快速置于所述分解室内后立即扣合，使所述分解室呈密封状态；