专利名称：全自动多功能等温线吸附解吸作用及污染评价实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种全自动多功能等温线吸附解吸作用及污染评价实验仪，属煤 层气钻井勘探开发测试仪器技术领域。
技术背景煤岩作为储气层与常规储层不同，保留于煤层中的气体主要储集于煤岩的微孔隙 中，在压力的作用下，呈吸附状态而不是以游离状态赋存，这是煤层气与常规天然气储集形 式的主要区别之处。煤岩具有极具发育的微孔隙，有很大的比表面积，因此煤岩具有很高的 储气能力。煤岩吸附等温曲线在煤层气储层模拟评价中具有重要作用，在吸附等温线上，可 以直观地反映煤岩的吸附解吸特征，通过吸附等温线可以准确了解吸附解吸能力与储层压 力的对应关系，与煤储层含气量、储层压力参数结合可以确定煤储层的饱和含气程度、煤层 气的临界解吸压力、实际可采资源量及采收率等。在国内，关于煤岩解吸等温线的测试方法早有研究。目前，吸附等温线测试方法主 要有两种，即体积法和重量法。在煤岩等温吸附测试中，体积法比较常用，其原理是根据波 义耳定律求取定压定差下样品吸附的气体量，并换算成标准状态下单位重量煤的吸附量， 根据兰氏方程求取兰氏常数并绘制等温曲线。由于目前的测试不是用于储层评价，因此测试条件不可能满足储层吸附解吸测试 的技术要求，但煤储层保护工作贯穿煤储层勘探开发的各个生产过程，是一项涉及多学科 的综合配套技术，上述仪器装置远不能满足实际生产的需要。因此，研制出一种用于煤层气 勘探开发所需要的吸附解烃等温曲线的测定，同时评价煤储层受外部条件如储层温度、煤 岩水分、被吸附气体的成分、钻井液或压裂液对煤储层的评价实验仪是煤储层保护工作实 际生产需要的当务之急。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种用于煤层气勘探开发评价实验所需要的吸附解 烃等温曲线的测定，同时评价煤储层受储层温度、煤岩水分、被吸附气体的成分、钻井液或 压裂液对煤储层的外部条件影响的全自动多功能等温线吸附解吸作用及污染评价实验仪。本实用新型是通过如下技术方案来实现上述目的的该全自动多功能等温线吸附解吸作用及污染评价实验仪由氦气自动截止阀、氦气 手动调压阀、增压泵手动调压阀、电子自动调压阀、增压泵、电子自动调压泄压阀、主线压力 传感器、甲烷自动截止阀、甲烷手动调压阀、双向止回阀、加压计量泵、活塞容器、样品罐、气 动换向阀、样品罐压力传感器、标准罐、标准罐压力传感器和恒温油池组成，其特征在于氦 气自动截止阀与氦气手动调压阀相连、甲烷自动截止阀与甲烷手动调压阀相连后分别与双 向止回阀连接；双向止回阀连接增加泵的左进气口，增压泵的右出气口与电子自动调压泄 压阀连接，电子自动调压泄压阀通过供气主管道与主线压力传感器连接；增压泵上装有电子自动调压阀和增压泵手动调压阀；所述的供气主管道上制作有出气口，出气口连接有测 试单元。所述的测试单元由样品罐、气动换向阀、样品罐压力传感器、标准罐、标准罐压力 传感器组成；气动换向阀的进气口与供气主管道连接，气动换向阀的中间接口连接标准罐， 标准罐通过管线与标准罐压力传感器连接；气动换向阀的出气口与样品罐连接，样品罐通 过管线与样品罐压力传感器连接。所述的样品罐通过一个针形截止阀与由加压计量泵和活塞容器组成的钻井液污 染单元连接，加压计量泵通过快速接头与活塞容器的底部相连接。本实用新型与现有技术相比的有益效果在于该全自动多功能等温线吸附解吸作用及污染评价实验仪结构合理，性能先进，自 动化程度高，压力和温度均由高精度的传感器监控。此实验仪不但可以测定单组分气体的 吸附解吸等温曲线，还可以测定多组分气体的吸附等温曲线，并能求取煤中气体的扩散系 数。同时该实验仪能进行钻井液污染前后煤储层解吸能力恢复值测试，综合评价钻井液或 压裂液对煤储层的影响。解决了目前煤层气吸附解吸实验的单一性、自动化程度及准确度 不高等缺点，具有流程清晰，操作方便、实验软件模块化、实验数据标准化等特点。
附图为全自动多功能等温线吸咐解吸作用及污染评价实验仪。图中1、氦气自动截止阀，2、氦气手动调压阀，3、增压泵手动调压阀，4、电子自动 调压阀，5、增压泵，6、电子自动调压泄压阀，7、主线压力传感器，8、甲烷自动截止阀，9、甲烷 手动调压阀，10、双向止回阀，11、加压计量泵，12、活塞容器，13、样品罐，14、气动换向阀， 15、样品罐压力传感器，16、标准罐，17、标准罐压力传感器，18、恒温油池，19、供气主管道， 20、针形截止阀。
具体实施方式
该全自动多功能等温线吸附解吸作用及污染评价实验仪由氦气自动截止阀1、氦 气手动调压阀2、增压泵手动调压阀3、电子自动调压阀4、增压泵5、电子自动调压泄压阀6、 主线压力传感器7、甲烷自动截止阀8、甲烷手动调压阀9、双向止回阀10、加压计量泵11、 活塞容器12、样品罐13、气动换向阀14、样品罐压力传感器15、标准罐16、标准罐压力传感 器17、恒温油池18、供气主管道19、针形截止阀20组成。氦气通过氦气自动截止阀1与氦 气手动调压阀2相连，氦气手动调压阀2与双向止回阀10的进口相连。甲烷自动截止阀8 与甲烷手动调压阀9相连，甲烷手动调压阀9与双向止回阀10的进口相连。双向止回阀10 的出口连接到增压泵5的左进气口，增压泵5的右出气口与电子自动调压泄压阀6的进口 相连，电子自动调压泄压阀6的一个出口通大气，另一个出口与供气主管道19相连接，供气 主管道19上装有一个主线压力传感器7。增压泵5的运行由电子自动调压阀4控制，电子 自动调压阀4与增压泵手动调压阀3的出口相连接，增压泵手动调压阀3的进口与压缩空 气源或氮气源相连接。供气主管道19开有四个出气口，可以与四个测试单元连接，四个测 试单元可同时测试，也可以单独测试，四个测试单元同时放在恒温油池18内加温恒温，恒 温油池18的温度可以控制在室温至100°C 士0. 2°C的范围内，恒温油池18的温度由操作软件与计算机控制(参见附图)。上述的测试单元由样品罐13、气动换向阀14、样品罐压力传感器15、标准罐16、标 准罐压力传感器17组成，气动换向阀14的进气口与供气主管道19相连接，气动换向阀14 的中间接口与标准罐16相连接，标准罐16通过管线与标准罐压力传感器17相连接，气动 换向阀14的出气口与样品罐13相连接，样品罐13通过管线与样品压力传感器15相连接。样品罐13通过一个针形截止阀20与由加压计量泵11和活塞容器12组成的钻井 液污染单元相连接，加压计量泵11通过快速接头与活塞容器12的底部相连接，活塞容器12 的中间装有浮动活塞，活塞容器12的上部盛装钻井液，加压计量泵11可以在样品罐13带 压的条件下把钻井液注入到样品罐13中对煤样进行污染。所述的双向止回阀10是一个自复位的双工位单向阀，其上有两个进气口分别与 两组气源的手动调压阀相连接，出气口与增压泵5的进气口相连接，工作时两相气源不会 相串通，只能从出气口流出且能单向保压。所述的气动换向阀14与电磁流量阀通过软管连 接，通过计算机及软件控制，气动换向阀14采用双阀针结构设计，通过电磁流量阀供气控 制，可以依次完成供气主管道19向标准罐16充气、标准罐16向样品罐13充气、样品罐13 向标准罐16泄气、标准罐16向供气主管道19泄气的整体吸附解吸过程中的气体循环过 程，以及标准罐16的容积标定和样品罐13的自由体积标定全过程。所述的氦气自动截止阀1、甲烷自动截止阀8、电子自动调压阀4、电子自动调压泄 压阀6、标准罐压力传感器17、样品罐压力传感器15通过电线与数据采集板(图中未画出) 连接，所述的气动换向阀14通过管道与电磁流量阀相连接，电磁流量阀通过电线与数据采 集板相连接，数据采集板通过R232接口与计算机(图中未画出)连接。实验前，先把体积已知的钢坯放进样品罐13内，之后根据波义耳定律，用氦气确 定标准罐16和样品罐13的总容积。在实验室温度下重复三次作初始校准，以便把实验误 差降至最低。总容积测量的精度一般是士 0. 03cm。仪器检漏和自由体积标定。把经过工业分析的煤样密封在样品罐13中，首先启动 氦气手动调压阀2充氦气，打开增压泵5控制管线上的的增压泵手动调压阀3，调节电子自 动调压阀4，使增压泵5的工作压力加至最高试验压力2MPa以上，检查有无渗漏现象，无渗 漏后放出气体。用氦清洗罐体，用氦标定的过程要重复进行四次，以确定样品罐13的自由 体积和煤的密度，自由体积测量误差一般在士0. 03cm以内。等温吸附实验实验过程中首先用高纯甲烷清洗标准罐16，调节增压泵5的电子 自动调压阀4充甲烷气，使标准罐16的压力大于这个阶段估算的稳定压力。打开两个罐之 间的气动换向阀14，使其压力相等。软件自动记录整个阶段内不同时间的压力。直到30min 内压力变化小于0. 7kPa为止。逐渐加压直至最终压力，以确定从一个大气压到大于储层压 力范围内的吸附等温线。钻井液污染实验将加压计量泵11吸满驱替液，并使柱塞退到指针为0的位置， 将活塞容器12中间的浮动活塞压到底部，将配制的钻井液装入活塞容器12，盖上外盖连接 好快速接头，顺时针转动加压计量泵11的手柄加压，当压力表显示值等于样品罐13的压力 后，打开针形截止阀20，继续加压并记录此时注入到样品罐13的钻井液的体积，当注入到 一定体积后关闭针形截止阀20，让钻井液污染煤样12小时。等温解吸实验按设定的解吸实验压力，软件自动启动电子自动调压泄压阀6和气动换向阀14泄压，并在每一个压力点平衡状态下记录等温解吸的温度、时间和压力参 数。当压力泄为0时(绝对压力为1个大气压)，等温解吸实验完成。
结果计算与评价。实验完成后软件根据记录的实验参数，自动计算实验温度条件 下甲烷的气体体积系数、实验缸中煤的密度、阶段压力下气体吸附容量的变化、朗格缪尔吸 附常数和压力常数，自动绘制等温条件下吸附量与压力的关系曲线；自动绘制该阶段气体 含量变化和相对于持续时间的气体含量变化导数的诊断曲线图，估算一个压力阶段的有效 扩散系数；比较评价相同实验条件下同种煤样受钻井液污染前后的吸附量与压力关系曲线 的变化规律及煤储层解吸能力恢复值，综合评价钻井液或压裂液对煤储层的影响。
权利要求1 一种全自动多功能等温线吸附解吸作用及污染评价实验仪，它由氦气自动截止阀 (1)、氦气手动调压阀(2)、增压泵手动调压阀(3)、电子自动调压阀(4)、增压泵(5)、电子自 动调压泄压阀(6)、主线压力传感器(7)、甲烷自动截止阀(8)、甲烷手动调压阀(9)、双向止 回阀(10)、加压计量泵(11)、活塞容器(12)、样品罐(13)、气动换向阀(14)、样品罐压力传 感器(15)、标准罐(16)、标准罐压力传感器(17)和恒温油池(18)组成，其特征在于氦气 自动截止阀(1)与氦气手动调压阀(2)相连、甲烷自动截止阀(8)与甲烷手动调压阀(9) 相连后分别与双向止回阀(10)连接；双向止回阀(10)连接增加泵(5)的左进气口，增压泵 (5)的右出气口与电子自动调压泄压阀(6)连接，电子自动调压泄压阀(6)通过供气主管道 (19)与主线压力传感器(7)连接；增压泵(5)上装有电子自动调压阀(4)和增压泵手动调 压阀(3)；所述的供气主管道(19)上制作有出气口，出气口连接有测试单元。
2.根据权利要求1所述的全自动多功能等温线吸附解吸作用及污染评价实验仪，其特 征在于所述的测试单元由样品罐(13)、气动换向阀(14)、样品罐压力传感器(15)、标准罐(16)、标准罐压力传感器(17)组成；气动换向阀(14)的进气口与供气主管道(19)连接， 气动换向阀(14)的中间接口连接标准罐(16)，标准罐(16)通过管线与标准罐压力传感器(17)连接；气动换向阀(14)的出气口与样品罐(13)连接，样品罐(13)通过管线与样品罐 压力传感器(15)连接。
3.根据权利要求2所述的全自动多功能等温线吸附解吸作用及污染评价实验仪，其特 征在于所述的样品罐(13)通过一个针形截止阀(20)与由加压计量泵(11)和活塞容器 (12)组成的钻井液污染单元连接，加压计量泵(11)通过快速接头与活塞容器(12)的底部 相连接。
专利摘要本实用新型涉及一种全自动多功能等温线吸附解吸作用及污染评价实验仪。属煤层气钻井勘探开发测试仪器技术领域。它由由氦气自动截止阀、氦气手动调压阀、增压泵、电子自动调压泄压阀、甲烷自动截止阀、甲烷手动调压阀、双向止回阀、加压计量泵、活塞容器、样品罐、气动换向阀、标准罐和恒温油池等组成。该实验仪不但可以测定单组分气体的吸附解吸等温曲线，还可以测定多组分气体的吸附等温曲线，并能求取煤中气体的扩散系数，综合评价钻井液或压裂液对煤储层的影响。解决了目前煤层气吸附解吸实验的单一性、自动化程度及准确度不高的问题。该实验仪的压力和温度均由传感器监控，具有操作方便，结构合理，自动化程度高，实验数据标准化等特点。
文档编号E21B47/00GK201778806SQ20102027453
公开日2011年3月30日 申请日期2010年7月26日 优先权日2010年7月26日
发明者余维初, 李贵中, 赖晓芹 申请人:长江大学