一种煤层气及页岩气吸附/解吸自动测定方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种煤层气及页岩气吸附/解吸自动测定方法和装置，包括吸附/解吸模拟子系统、气路子系统、气体解吸动态监测子系统、控制及数据采集板、数据采集及分析子系统等5个子系统。吸附/解吸模拟子系统通过控制煤层气或页岩气赋存状态下的地应力和温度模拟自然赋存条件下烃类气体的吸附和解吸过程，气路子系统用于切换气体导通路径，气体解吸速度动态监测子系统采用重复排水和充水方法测量解吸气体的体积和速度，控制及数据采集板用于控制各子系统和采集数据，并将数据上传至上位机，由上位机自动记录、分析煤层气或页岩气吸附/解吸规律，集气量筒用于收集解吸气体用于人工校检自动记录数据的准确性和集中处理解吸气体。

【技术实现步骤摘要】
一种煤层气及页岩气吸附/解吸自动测定方法和装置
本方法和装置涉及测定煤层及页岩气吸附/解吸特征。具体而言，页岩、煤岩等矿物岩石样品存在吸附气的情况下，能够自动准确测定煤页岩、煤岩表面吸附/解吸气体含量及速度的一种方法和装置。
技术介绍
煤层气和页岩气的开采过程，其实质是煤岩和页岩对吸附在其表面的烃类气体的解吸过程，煤层气或页岩气的吸附/解吸特征决定了开采方法和开采工艺。因此，能够准确的测定煤岩或页岩对于烃类气体的吸附/解吸特征，对煤层气或页岩气的合理开发具有重要的指导作用。另外，煤层吸附的烃类气体也是危害煤炭安全开采的重要因素之一，准确测定煤岩样品的解吸瓦斯含量是预测和治理煤与瓦斯突出的重要依据和基础参数。目前测定气体在煤页岩中吸附/解吸特征曲线的实验方法主要有压力法、容积法、重力法和排水法。压力法实验装置主要包括气瓶、真空泵、参照缸、样品缸、压力计以及恒温油浴（或恒温箱）组成，但其操作过程复杂，且对压力计的精度要求较高，如专利“一种新型页岩含气量测试仪和页岩含气量测定方法”（专利号CN103063545A）。容积法原理与压力法相似，装置主要包括真空泵、活塞泵、参照缸、样品缸、压力计、恒温油浴（或恒温箱），容积法与压力法不同之处是充入气体的体积是通过活塞泵的体积变化测得，但操作过程复杂，活塞泵的压力精度要求极高。重力法采用的实验装置及原理与上述二者存在较大差异，其主要装置由电磁悬挂天平、高压密闭缸以及恒温箱组成，其中密闭缸被分隔为两个密闭室，待测煤（岩）样和高压气体分别置于两个密闭室内，但所用实验装置造价相对昂贵，目前应用极少。排水法是将煤样罐采集煤层或页岩样品解吸出来的甲烷气体引到装有液体的量管，直接根据量管里气体体积变化的读数取得甲烷气体的解吸量，由于煤和页岩解吸时间往往需要48小时甚至几周，并每间隔一定时间连续24h或更长时间记录量管读数，测定过程需要有专门人员读取相应时间对应量管上的刻度，并作记录；如专利“高精度含气量测试仪”（专利号CN201120464973），专利“吸附气含量测量仪及其实验方法”（专利号为2010101372751），专利“一种新型页岩含气量测试仪和页岩含气量测定方法”（专利号为201210592194X）等主要通过采用集气量筒测量解吸气量；由于一次吸附/解吸过程往往需要24个小时以上，数据的读取和记录过程都要求实验人员来完成，不仅需要人员多、繁琐，而且可能造成时间和读数误差，往往多次测量的结果差别较大，浪费大量时间和精力等不足之处。为此，一些学者研发能自动获得煤（页岩）的解吸过程和含气量数据的含气量测试装置。如专利“煤层含气量数据采集系统”（专利号CN200820122855）公布了一种煤层含气量数据采集系统，是由上位机、数据采集控制系统、温度传感器、压力传感器、高精度气体流量计、高速超声波仪、打印机组成，核心是通过流量计自动获取解吸数据；如专利“一种煤页岩等温吸附/解吸曲线的测定方法”（专利号CN103115844B），由气路入口端高精度气体质量流量计测量气体解吸速度等。但煤（页岩）气体解吸初速度或超过高精度气体流量计的量程范围，而后期微弱的气体解吸速度无法被传感器响应等问题。专利“含气量测试装置号”（专利号CN202362222U）公开了一种由样品存放装置、气体体积测量装置及上位机组成，通过自动化控制两个量筒液面（下部有直径较细的导管连接）实现体积测量，但这种方法仅能测量少量煤（页岩）样品或解吸气体量较小的情况，且实施困难。因此，需要一种煤层气及页岩气吸附/解吸自动测定方法和装置解决上述的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一套模拟煤层或页岩在不同地应力、不同温度等地质条件下气体吸附/解吸过程，由上位机实时控制、自动记录、分析煤层气及页岩气吸附/解吸特征规律。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：由吸附/解吸模拟子系统、气路子系统、气体解吸动态监测子系统、控制及数据采集板、数据采集及分析子系统等5个子系统组成。吸附/解吸模拟子系统通过控制煤层气或页岩气赋存状态下的地应力和温度模拟自然赋存条件下烃类气体的吸附和解吸过程，包括恒温装置、三轴岩心夹持装置、温度传感器、压力传感器、氦气瓶、待测气瓶、岩样罐和真空泵等。气路子系统用于连接吸附/解吸模拟子系统、气体解吸动态监测子系统的气体流通路经等，采用两位两通电磁阀门、两位三通电磁阀门等部件切换气体导通路径。气体解吸动态监测子系统包括超声波或红外测距传感器、大气压力和温度传感器、真空吸水泵、饱和盐水仓、量筒等组成；采用重复排水和充水方法测量解吸气体的体积和速度。控制及数据采集板是以单片机为核心的外围电路板，用于控制各子系统的两位两通阀门、两位三通阀门、真空泵开关、恒温装置、三轴压力等状态；采集系统中的测距传感器、温度传感器、压力传感器等数据，并将采集的数据通过USB或RS232标准通讯接口发送至上位机。集气量筒用于收集解吸气体和人工校正等。数据采集及分析子系统主要由上位机来完成，实现数据实时采集和可视化等。上述组合装置中，将样品放置吸附/解吸模拟子系统的岩样罐中，模拟煤层气或页岩气赋存条件下的吸附/解吸动态过程，并将自动控制和记录的各种参数传输至上位机。本专利技术还提供了一种利用煤层气及页岩气吸附/解吸自动测定装置测量煤和页岩样品的吸附/解吸气体的实验方法，其特征在于测量记录自动完成，可以根据最终总流量效验测量结果。本专利技术的有益效果是：（1）实现了煤层（或页岩）气体吸附/解吸数据的自动采集和记录，降低人为因素影响，提高测量的准确性，并能实时反映瓦斯或页岩气吸附/解吸的动态过程；（2）设计吸附/解吸模拟系统三轴压力夹持及恒温装置，模拟煤层气或页岩气赋存环境的实际状况，反映吸附/解吸过程随压力变化的动态过程，更具生产指导价值；（3）采用排水法计量结果数据可靠，集气量筒可人工随时校检测量结果，也可集中处理解吸气体，达到保护环境和消除安全隐患等目的。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1煤层气及页岩气吸附/解吸自动测定方法和装置的总体结构示意图。图2煤层气及页岩气吸附/解吸模拟子系统结构示意图。图3煤层气及页岩气解吸动态测量子系统结构示意图。图4集气量筒。图5数据采集子系统模块示意图。其中图2中：201—岩（煤）样罐，202—三轴岩心夹持装置，203—恒温控制装置，204—气压监测表，205—两位三通程控阀门，206—两位两通程控阀门，207—氦气瓶，208—甲烷气瓶，209—真空泵，210—真空度计，211—减压阀，212-气体过滤器、213—出口阀门。其中图3中：301—气路，302—两位三通程控阀门，303—进气孔，304—测距、大气压力和温度测量模块，305—水管，306—水仓，307—饱和盐水，308—小量筒，309—真空抽水泵。其中图4中：401—气管，402—进气孔，403—出水孔，404—大量筒。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进一步说明和描述。如图1所示，本实施例中所提供的煤层气及页岩气吸附/解吸自动测定方法和装置的总体结构示意图，包括由导气管连接的煤层气及页岩气生烃、吸附/解吸模拟子系统、解吸速度和含量自动测量子系统和集气量筒。由数据采集板控制系统的两位两通本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术公开了一种煤层气及页岩气吸附/解吸自动测定方法和装置，包括吸附/解吸模拟子系统、气路子系统、气体解析动态监测子系统、控制及数据采集板、数据采集及分析子系统等5个子系统，其特征在于：可以模拟煤层或页岩在不同地应力、不同温度等条件下气体吸附/解吸过程，由计算机实时控制、自动记录、分析煤层气及页岩气吸附/解吸规律。

【技术特征摘要】
1.本发明公开了一种煤层气及页岩气吸附/解吸自动测定方法和装置，包括吸附/解吸模拟子系统、气路子系统、气体解析动态监测子系统、控制及数据采集板、数据采集及分析子系统等5个子系统，其特征在于：可以模拟煤层或页岩在不同地应力、不同温度等条件下气体吸附/解吸过程，由计算机实时控制、自动记录、分析煤层气及页岩气吸附/解吸规律。2.根据权利要求1所述的煤层气及页岩气吸附/解吸自动测定方法和装置，吸附/解吸模拟子系统模拟自然赋存条件下烃类气体的吸附和解吸过程，气路子系统用于切换...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓斌，王恩营，周航，张璐路，邵佳，陈占营，杜嘉婧，黄斌，吴东，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41