一種煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置的製作方法
2023-09-22 05:24:05
專利名稱：一種煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測試煤樣由煤儲層中採集出來後甲烷的自然逸散量的氣量測試裝置。
背景技術：
煤層中的甲烷氣體主要以吸附狀態賦存在煤儲層中。查明煤儲層中的瓦斯含量是進行瓦斯湧出量準確預測、煤與瓦斯突出準確預測預報、井下瓦斯抽採方案優化、地面煤層氣井網布置與優化、地面煤層氣產能準確預測等的基礎。目前，不管是井下還是地面進行瓦斯含量測試，測試步驟一般是通過向煤層中打鑽孔，然後採用特製的設備對煤層進行取樣， 把取的樣品裝入到解吸罐，在實驗室模擬煤儲層溫度，通過排水集氣法以不同的時間間隔對產出的氣量進行記錄，第一次測定時間為5min，以後分別以10min、15min、30min、60min 為間隔各測定lh，然後120min測定2次，直至累計滿他。當連續7天每天平均解吸量小於或等於10立方釐米，停止測試，得出解吸氣量；然後在球磨機上進行粉碎，進行殘餘氣測試，得出殘餘氣量。在取樣過程中，從煤儲層暴露中到取樣開始再到裝入解吸罐的過程中， 由於甲烷賦存條件的變化，在這一過程中會有大量甲烷氣體的損失。目前，損失氣量主要是通過解吸初期解吸量與時間平方根的正比關係來確定。這樣，瓦斯含量就等於解吸氣量、殘餘氣量和損失氣量之和。而在現實生活中，由於煤儲層原始壓力、煤孔、裂隙結構特徵、煤層含氣飽和度、含氣量等的差異性，導致僅僅通過解吸初期解吸量與時間平方根的正比關係在進行損失氣量的計算，最終得出煤層瓦斯含量，以此來進行煤與瓦斯突出預測、煤層瓦斯湧出量預測、煤層氣地面井產能預測等與煤層氣體含量有關的預測與實際結論之間可能存在較大的出入，可能直接導致工程的保守或冒進，造成了很多不必要的投入。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種能準確測出煤儲層中甲烷逸散氣量的煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置，以準確測出煤儲層中的甲烷含量。為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案一種煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置，包括封閉試驗缸，封閉試驗缸內用於放置煤樣，封閉試驗缸上設置有進氣口、出氣口以及排氣口，所述進氣口上分別連接有甲烷氣源與加壓氣源，甲烷氣源與進氣口之間依次設置有甲烷壓力調節閥和甲烷壓力指示計，加壓氣源與進氣口之間依次設置有加壓壓力調節閥和加壓壓力指示計，所述出氣口通過出氣壓力調節閥連接有氣體膜分離器，氣體膜分離器具有甲烷出氣口與加壓氣體出口，氣體膜分離器的甲烷出氣口上連接有測試壓力調節閥與測試流量計，所述排氣口上連接有排氣壓力調節閥，所述封閉試驗缸的側壁上設置有加熱裝置，加熱裝置上控制連接有溫度控制器，封閉試驗缸上還設置有測試封閉試驗缸內的壓力的試驗壓力指示計。所述的甲烷氣源與甲烷壓力調節閥之間設置有甲烷氣泵。所述加壓氣源與加壓壓力調節閥之間設置有加壓氣泵。[0007]所述的甲烷氣源為甲烷氣瓶，甲烷氣瓶的出口通過其出口處依次設置的甲烷出口壓力調節閥以及甲烷出口壓力指示計與甲烷氣泵相連。所述的加壓氣源為氦氣瓶，氦氣瓶的出口通過其出口處依次設置的氦出口壓力調節閥以及氦出口壓力指示計與加壓氣泵相連。所述氣體膜分離器的氣體分離膜為聚4-甲基戊烯-1微孔膜，氣體分離膜上塗布有 PM-MA。所述的試驗壓力指示計處於所述排氣口與排氣壓力調節閥之間。所述的測試流量計的出口與一甲烷回收瓶連通，甲烷回收瓶通過測試流量計以及測試壓力調節閥和氣體膜分離器的甲烷出氣口連通。所述氣體膜分離器的加壓氣體出口上連接有氦回收瓶。所述出氣壓力調節閥與氣體膜分離器之間設置有出氣流量計。在本實用新型的封閉試驗缸中放上煤樣，通過甲烷氣源向封閉試驗缸內充甲烷氣體，同時通過排氣壓力調節閥將排氣口打開，用甲烷氣體將封閉試驗缸內的空氣擠出，然後關閉排氣口。通過調節甲烷壓力調節閥向封閉試驗缸中充入甲烷直至試驗壓力指示計所顯示的結果與煤儲層中的壓力狀態相等，同時，通過加熱裝置對封閉試驗缸加熱，並用溫度控制器來控制溫度，還原煤體儲層溫度，然後等待煤樣內的甲烷達到吸附平衡；關閉甲烷氣源，通過加壓壓力調節閥打開加壓氣源，同時打開排氣口，用加壓氣體將游離的甲烷擠出， 然後關閉排氣口，開始通過加壓壓力調節閥與溫度控制器調節溫度與壓力來模擬煤樣取樣過程中的甲烷賦存條件的變化，同時打開出氣口測試煤樣逸散氣量。由出氣口中的出來的甲烷與加壓氣體的混合氣經過氣體膜分離器後，甲烷被分離出來，通過測試流量計可以得出準確的甲烷逸散量。在準確的得到含有甲烷的煤樣後，再準確的模擬煤樣取樣過程中的甲烷賦存條件的變化，本實用新型就可以得到甲烷的精確逸散量，可以為實際工程提供科學的指導。本實用新型的甲烷氣源與甲烷壓力調節閥之間設置有甲烷氣泵，甲烷氣泵可為來自甲烷氣源的甲烷氣體增壓，使得封閉試驗缸可以得到高於甲烷氣源的壓力。本實用新型加壓氣源與加壓壓力調節閥之間設置有加壓氣泵，加壓氣泵可為來自加壓氣源的加壓氣體增壓，使得封閉試驗缸可以得到高於加壓氣源的壓力。本實用新型的測試流量計的出口與一甲烷回收瓶連通，甲烷回收瓶可以將使用後的甲烷回收，以便重複利用，節省原料。
圖1是本實用新型實施例的結構原理圖。
具體實施方式
一種煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置的實施例，在圖1中，煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置的封閉試驗缸8具有一個封閉空腔，該封閉空腔內在測試時用於設置有煤樣， 這裡的煤樣為在需測試甲烷含量的煤層中取得的煤試樣，封閉試驗缸8上設置有兩個進氣口，一個進口為甲烷進氣口 7，另一個為加壓氣體進氣口 20，封閉試驗缸8上還設置有出氣口 27與排氣口 28。甲烷進氣口 7上通過甲烷氣泵4連通設置有甲烷氣瓶1，甲烷氣泵4與烷壓力指示計6，甲烷壓力調節閥5和甲烷壓力指示計6依次設置在甲烷氣泵4與甲烷進氣口 7之間，也就是說甲烷壓力調節閥 5靠近甲烷氣泵4，甲烷壓力指示計6靠近甲烷進氣口 7 ；甲烷氣瓶1與甲烷氣泵之間依次設置有甲烷出口壓力調節閥2和甲烷出口壓力指示計3，甲烷氣瓶1的出口依次通過甲烷出口壓力調節閥2以及甲烷出口壓力指示計3與甲烷氣泵4相連。加壓氣體進氣口 20上通過加壓氣泵23連通設置有氦氣瓶沈，加壓氣泵23與加壓氣體進氣口 20之間依次設置有加壓壓力調節閥22和加壓壓力指示計21，加壓壓力調節閥 22和加壓壓力指示計21依次設置在加壓氣泵23與加壓氣體進氣口 20之間，氦氣瓶沈與加壓氣泵23之間依次設置有氦出口壓力調節閥25和氦出口壓力指示計對，氦氣瓶沈的出口依次通過氦出口壓力調節閥25以及氦出口壓力指示計M與加壓氣泵23相連。排氣口觀上連通設置有排氣壓力調節閥17，排氣壓力調節閥17與排氣口觀之間設置有試驗壓力指示計19，試驗壓力指示計19用於測試封閉試驗缸8內的壓力。封閉試驗缸8的側壁上設置有加熱裝置10，加熱裝置10與溫度控制器18控制相連，溫度控制器18控制加熱裝置10為封閉試驗缸8加熱，使得封閉試驗缸8保持需要的溫度。在這裡，常用的加熱裝置和溫度控制器即可使用。出氣口 27與氣體膜分離器12相連，出氣口 27與氣體膜分離器12之間設置有出氣壓力調節閥9，出氣壓力調節閥9與氣體膜分離器12之間設置有出氣流量計11。這裡的氣體膜分離器12是一種能將兩種混合氣體分離出來的儀器，本實施例中的氣體膜分離器的氣體分離膜通過包裹法製作，為聚4-甲基戊烯-1微孔膜，並在膜上塗布PM-MA，分離膜
對氦氣與甲烷的滲透係數比是 ,/ 380，能較好的分離氦氣與甲烷，使氦氣通過膜而
甲烷不通過，從而將氦氣與甲烷分離。氣體膜分離器12具有兩個出口，一個是甲烷出口，另一個是加壓氣體出口，甲烷出口連接有測試壓力調節閥13與測試流量計14，測試流量計14 的出口與甲烷回收瓶15連通，甲烷回收瓶15依次通過測試流量計14以及測試壓力調節閥 13和氣體膜分離器12的甲烷出氣口連通。氣體膜分離器12的加壓氣體出口與氦回收瓶 16連通。上述實施例中的裝置能精確測試煤儲層中甲烷逸散氣量，準確測試採煤區的瓦斯含量是安全生產的前提，現在通常的測試方式即如背景技術中介紹的那樣，先從煤層中採集一塊煤樣，然後得出煤樣中甲烷的含量，在煤樣由煤層中移至實驗室中的過程中煤樣所在的外部環境發生了很大的變化，煤樣所處環境的壓力和溫度即出現了變化，在這種變化下，煤樣中的甲烷會逸散出來，出現了甲烷逸散後的煤樣中所含的甲烷量能準確測試，因此，能否準確得出煤層中甲烷的含量即取決於甲烷逸散量的測試。本實施例在工作時，需要先在封閉試驗缸中放上需要測的採煤區的煤樣。然後通過甲烷氣瓶向封閉試驗缸內充甲烷氣體，這時要將排氣壓力調節閥打開使得排氣口與外界連通，甲烷氣體將充滿封閉試驗缸，封閉試驗缸內的空氣將被甲烷氣體通過排氣口趕出，當空氣排乾淨之後，通過排氣壓力調節閥將排氣口關閉。通過調節甲烷出口壓力調節閥及甲烷壓力調節閥向封閉試驗缸中充入甲烷直至試驗壓力指示計所顯示的結果與煤儲層中的壓力狀態相等，在向封閉試驗缸內充甲烷氣體的同時，通過加熱裝置對封閉試驗缸加熱，並用溫度控制器來控制溫度，還原煤體儲層溫度，這時，煤樣所處的外界環境與其在煤層中所
5處的環境就相同了。然後，保持這種狀態，直至煤樣內的甲烷達到吸附平衡，這時，煤樣中所含的甲烷量與其在煤層中時的甲烷含量是一樣的；關閉甲烷氣源，通過加壓壓力調節閥與氦出口壓力調節閥將氦氣瓶與封閉試驗缸連通，同時打開排氣口，用加壓氣體將游離的甲烷擠出，然後關閉排氣口，開始通過加壓壓力調節閥與氦出口壓力調節閥並結合加壓氣泵共同調節封閉試驗缸內的壓力，同時通過溫度控制器調節封閉試驗缸內的溫度，模擬煤樣取樣過程中的甲烷賦存條件的變化，同時打開出口氣測試煤樣逸散氣量。由出氣口中的出來的甲烷與氦氣的混合氣經過氣體膜分離器後，甲烷被分離出來，通過測試流量計可以得出準確的甲烷逸散量。在上述實施例中使用氦氣作為加壓氣體，實際上，可以做加壓氣體的氣體種類很多並不僅僅局限於氦氣這一種氣體，其餘的惰性氣體以及與煤沒有吸附作用的氣體都可以。在改變加壓氣體時，要相應的改變氣體膜分離器的氣體分離膜，使得氣體膜分離器適應加壓氣體與甲烷的分離。上實施例中使用了甲烷氣泵與加壓氣泵，兩個氣泵可增加充入封閉試驗缸內的氣壓力，使得封閉試驗缸內的壓力高於氦氣瓶和甲烷氣瓶內的壓力，如氦氣瓶與甲烷氣瓶內的壓力足夠高，也可以將甲烷氣泵與加壓氣泵去掉。上述實施例中設置在封閉試驗缸上的進氣口為兩個，事實上，甲烷與氦氣也可以共用一個進氣口。上述實施例中的試驗壓力指示計處於所述排氣口與排氣壓力調節閥之間，也可以將試驗壓力指示計設置在封閉試驗缸的其他位置。因為，在需要準確控制壓力時，排氣口都是處於關閉狀態的，沒有動壓存在，這樣，試驗壓力指示計所測得的壓力就是封閉試驗缸內的壓力，並且試驗壓力指示計設置在這個位置，安裝方便。上述實施例中的氣源為氣瓶，也可以是其他氣源。上述實施例中設置了甲烷回收瓶與氦回收瓶，可以將甲烷與氦氣回收再利用，也可以不進行回收，直接將氦氣與甲烷排入大氣中。
權利要求1.一種煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置，其特徵在於包括封閉試驗缸，封閉試驗缸內用於放置煤樣，封閉試驗缸上設置有進氣口、出氣口以及排氣口，所述進氣口上分別連接有甲烷氣源與加壓氣源，甲烷氣源與進氣口之間依次設置有甲烷壓力調節閥和甲烷壓力指示計，加壓氣源與進氣口之間依次設置有加壓壓力調節閥和加壓壓力指示計，所述出氣口通過出氣壓力調節閥連接有氣體膜分離器，氣體膜分離器具有甲烷出氣口與加壓氣體出口，氣體膜分離器的甲烷出氣口上連接有測試壓力調節閥與測試流量計，所述排氣口上連接有排氣壓力調節閥，所述封閉試驗缸的側壁上設置有加熱裝置，加熱裝置上控制連接有溫度控制器，封閉試驗缸上還設置有測試封閉試驗缸內的壓力的試驗壓力指示計。
2.根據權利要求1所述的煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置，其特徵在於所述的甲烷氣源與甲烷壓力調節閥之間設置有甲烷氣泵。
3.根據權利要求1或2所述的煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置，其特徵在於所述加壓氣源與加壓壓力調節閥之間設置有加壓氣泵。
4.根據權利要求3所述的煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置，其特徵在於所述的甲烷氣源為甲烷氣瓶，甲烷氣瓶的出口通過其出口處依次設置的甲烷出口壓力調節閥以及甲烷出口壓力指示計與甲烷氣泵相連。
5.根據權利要求4所述的煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置，其特徵在於所述的加壓氣源為氦氣瓶，氦氣瓶的出口通過其出口處依次設置的氦出口壓力調節閥以及氦出口壓力指示計與加壓氣泵相連。
6.根據權利要求5所述的煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置，其特徵在於所述氣體膜分離器的氣體分離膜為聚4-甲基戊烯-1微孔膜，氣體分離膜上塗布有PM-MA。
7.根據權利要求1所述的煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置，其特徵在於所述的試驗壓力指示計處於所述排氣口與排氣壓力調節閥之間。
8.根據權利要求1所述的煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置，其特徵在於所述的測試流量計的出口與一甲烷回收瓶連通，甲烷回收瓶通過測試流量計以及測試壓力調節閥和氣體膜分離器的甲烷出氣口連通。
9.根據權利要求8所述的煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置，其特徵在於所述氣體膜分離器的加壓氣體出口上連接有氦回收瓶。
10.根據權利要求1所述的煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置，其特徵在於所述出氣壓力調節閥與氣體膜分離器之間設置有出氣流量計。
專利摘要本實用新型涉及一種煤儲層中甲烷逸散氣量測試裝置，其封閉試驗缸內用於放置煤樣，封閉試驗缸上設置有進氣口、出氣口以及排氣口，所述進氣口上分別連接有甲烷氣源與加壓氣源，甲烷氣源與進氣口之間依次設置有甲烷壓力調節閥和甲烷壓力指示計，加壓氣源與進氣口之間依次設置有加壓壓力調節閥和加壓壓力指示計，所述出氣口通過出氣壓力調節閥連接有氣體膜分離器，氣體膜分離器具有甲烷出氣口與加壓氣體出口，氣體膜分離器的甲烷出氣口上連接有測試壓力調節閥與測試流量計，所述排氣口上連接有排氣壓力調節閥，所述封閉試驗缸的側壁上設置有加熱裝置，加熱裝置上控制連接有溫度控制器，封閉試驗缸上還設置有測試封閉試驗缸內的壓力的試驗壓力指示計。
文檔編號G01N7/14GK202256096SQ20112041069
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月25日 優先權日2011年10月25日
發明者倪小明, 張崇崇, 李全中, 林然, 賈炳 申請人:河南理工大學