一種非常規(guī)氣的現(xiàn)場自動解析儀系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種非常規(guī)氣的現(xiàn)場自動解析系統(tǒng)和測試方法,包括:氣體收集分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)、系統(tǒng)控制分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng);氣體收集分系統(tǒng),用于獲取氣體流量數(shù)據(jù)和并且控制流量器的啟用;數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng),用于獲取空氣溫度數(shù)據(jù)、空氣壓力數(shù)據(jù)和氣體溫度數(shù)據(jù);系統(tǒng)控制分系統(tǒng),用于接收氣體收集分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)的數(shù)據(jù),并且發(fā)送給數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng);數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng),獲取待測試樣品的數(shù)據(jù),設(shè)定測量方法,對每個樣品進行自動化測試。
【專利說明】一種非常規(guī)氣的現(xiàn)場自動解析儀系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能源勘探自動計算技術(shù),更具體地,涉及一種非常規(guī)氣的現(xiàn)場自動解析儀系統(tǒng)和測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]非常規(guī)氣作為一種新興的能源,已經(jīng)作為國家能源發(fā)展的戰(zhàn)略發(fā)展方向,如何來評估它的開發(fā)潛力、非常規(guī)氣的總體儲量,是指導(dǎo)未來發(fā)展戰(zhàn)略的重要指標。
[0003]從傳統(tǒng)角度來講,目前使用較廣泛的測量方法有兩種:人工水平衡法或者人工容器法。該測量法的普遍缺點是人工采集,使得數(shù)據(jù)采集量不足。同時,因為環(huán)境中溫度和壓力的變化,導(dǎo)致氣體的膨脹或者收縮,直接影響了最終的數(shù)據(jù)結(jié)果。另外,也沒法來計算目的層巖心從被鉆遇、巖心到地面以及直至巖心裝進解析罐之前這個過程中吸附氣的損失,而此部分往往是總含氣量的重要部分之一。
[0004]由于人工測量導(dǎo)致無法準確記錄各個步驟中氣體的損失,往往會導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)偏低或誤差較大,從而影響最后的回歸分析出現(xiàn)較大偏差,準確度較低。
[0005]在中國發(fā)明專利CN100429529C中披露了一種利用全波列、偶極橫波測井資料確定氣層的方法,該方法利用巖石物理特征,根據(jù)聲波資料來確定儲層的含氣量,但沒有考慮溫度和壓力的影響,而且對于特殊環(huán)境,設(shè)備應(yīng)用率較低。
[0006]現(xiàn)有測量過程中,還存在的另外一種技術(shù)是密閉取芯,從技術(shù)角度來講,該技術(shù)并不成熟,從成本來講也非常高昂,從實現(xiàn)角度上也沒法對現(xiàn)有資源做到全面的普查。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為克服現(xiàn)有的缺陷,本發(fā)明提出一種非常規(guī)氣的現(xiàn)場自動解析儀系統(tǒng)和處理方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面,提出了一種非常規(guī)氣的現(xiàn)場自動解析系統(tǒng),包括:氣體收集分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)、系統(tǒng)控制分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng);
[0009]其中,氣體收集分系統(tǒng),用于獲取氣體流量數(shù)據(jù)和并且控制流量器的啟用;數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng),用于獲取空氣溫度數(shù)據(jù)、空氣壓力數(shù)據(jù)和氣體溫度數(shù)據(jù);系統(tǒng)控制分系統(tǒng),用于接收氣體收集分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)的數(shù)據(jù),并且發(fā)送給數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng);數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng),獲取待測試樣品的數(shù)據(jù),設(shè)定測量方法,對每個樣品進行自動化測試。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提出了一種基于上述非常規(guī)氣的現(xiàn)場自動解析系統(tǒng)的測試方法,包括:步驟1,現(xiàn)場測試準備,鉆井取心,快速選取樣品;步驟2,基于上述的自動解析系統(tǒng)進行解析;步驟3,進行氣量測試和計算,通過數(shù)據(jù)處理和匯總出具測試報告。
[0011]本發(fā)明的系統(tǒng)能夠支持無限多的樣品的連續(xù)測量,考慮到野外作業(yè)的復(fù)雜環(huán)境,為了保證本設(shè)備的便攜型和外圍設(shè)備的簡化,設(shè)計了 6個樣品測試的管道。即同時支持6個樣品的解析數(shù)據(jù)采集。但是,考慮到解析過程的非連續(xù)性和整個樣品解析氣體的衰減過程,本系統(tǒng)支持在A樣品未解析完全的情況下,在同一管道下更換B樣品進行解析。所有操作沒有任何約束條件,用戶可以隨時隨地停止,本系統(tǒng)會自動記錄各樣品的解析狀態(tài)和進展情況,并且隨時可以繼續(xù)測量。所以,用戶可以根據(jù)現(xiàn)場的實際情況,連續(xù)的進行多樣品測量,可以極大的提高工作效率,便攜而且高效。
[0012]相較于以往的人工手動解析的過程,手動操作流程復(fù)雜,測試時間周期較長,手動測量誤差較大等弊端,本發(fā)明的系統(tǒng)實現(xiàn)了完全無人之手的全自動解析。并且可根據(jù)樣品的不同種類和特性,自主設(shè)定不同的測試方法和流程。用戶可以根據(jù)當前樣品,設(shè)置不同的測試時間,以及測試頻率和測試周期等參數(shù),制定一個當前樣品的測試方案。同時,不同的樣品,可設(shè)置不同的方案,相互獨立,互不干擾。當開始測試后,整個測試過程,無需人工干預(yù),自動控制,自動結(jié)束,自動生成結(jié)果。當然,用戶可以隨時暫停測試,更換其他樣品。大大的降低了人工成本,并避免了人工測試誤差大,測試不完全等弊端。
[0013]本發(fā)明的系統(tǒng)可以實時自動生成測試結(jié)果。在自動化測試過程中,系統(tǒng)可以整合測試時產(chǎn)生的記錄,實時生成結(jié)果表格和結(jié)果曲線,并且用戶可以自主控制記錄產(chǎn)生的額頻率和方式,以來滿足不同樣品氣量不同的差異性,現(xiàn)場工作人員還可以實時的從結(jié)果表格,特別是結(jié)果曲線,監(jiān)測和判斷當前樣品的氣體采集狀況,隨時調(diào)整或結(jié)束解析過程,以實現(xiàn)每次解析最優(yōu)化。同時,本次解析的所有記錄會自動保存,以供用戶回到實驗室進行進一步計算和分析。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是根據(jù)本發(fā)明的自動解析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖;
[0015]圖2是根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)解析子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖;
[0016]圖3是根據(jù)本發(fā)明的解析系統(tǒng)的測試流程圖。
[0017]如圖所示,為了能明確實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的結(jié)構(gòu)或者方法,在圖中標注了特定的標記符號,但這僅為示意需要,并非意圖將本發(fā)明限定在該特定設(shè)備和環(huán)境中,根據(jù)具體需要,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以將這些元件、標號、環(huán)境進行調(diào)整、修改,所進行的調(diào)整和修改仍然包括在后附的權(quán)利要求的范圍中。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的一種非常規(guī)氣的現(xiàn)場自動解析儀系統(tǒng)和處理方法進行詳細描述。
[0019]在以下的描述中,將描述本發(fā)明的多個不同的方面,然而,對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言,可以僅僅利用本發(fā)明的一些或者全部結(jié)構(gòu)來實施本發(fā)明。為了解釋的明確性而言,闡述了特定的數(shù)目、配置和順序,但是很明顯,在沒有這些特定細節(jié)的情況下也可以實施本發(fā)明。在其他情況下,為了不混淆本發(fā)明,對于一些眾所周知的特征將不再進行詳細闡述。
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種非常規(guī)氣的現(xiàn)場自動解析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖,如圖1所示,該自動解析系統(tǒng)包括氣體收集分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)、系統(tǒng)控制分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng)。其中,氣體收集分系統(tǒng),用于獲取氣體流量數(shù)據(jù)和并且控制流量器的啟用,包括氣體流量計和與其相連的數(shù)據(jù)采集器;數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng),用于獲取空氣溫度數(shù)據(jù)、空氣壓力數(shù)據(jù)和氣體溫度數(shù)據(jù),包括空氣溫度傳感器、空氣壓力傳感器和解析氣體溫度傳感器;系統(tǒng)控制分系統(tǒng),用于接收氣體收集分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)的數(shù)據(jù),并且發(fā)送給數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng),包括數(shù)據(jù)控制器和電控開關(guān),數(shù)據(jù)控制器分別連接到空氣溫度傳感器、空氣壓力傳感器、解析氣體溫度傳感器和數(shù)據(jù)采集器。系統(tǒng)控制分系統(tǒng)根據(jù)每個樣品測試前的步驟和參數(shù)設(shè)定,根據(jù)當前的樣品氣量,通過數(shù)據(jù)控制器輸出0/1高低電位來控制電控開關(guān),以達到開關(guān)流量計的功能。其中每個輸出接口控制一路流量計,從而保證了各個測試相互獨立,不受干擾。
[0021]其中,數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng),獲取待測試樣品的數(shù)據(jù),設(shè)定測量方法,對每個樣品進行自動化測試。
[0022]圖2是數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖,如圖2所示,數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)、測量控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和文件存儲子系統(tǒng)。
[0023]其中,數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負責數(shù)據(jù)讀入,包括樣品建立模塊和數(shù)據(jù)收集模塊。其中,樣品建立模塊用于輸入待測試樣品的各種相關(guān)參數(shù),設(shè)定該樣品的測量方法,包括測試時長和測試步驟,以及每一步數(shù)據(jù)采集的時間間隔。
[0024]其中,數(shù)據(jù)收集模塊用于將流量計的流量讀數(shù)轉(zhuǎn)化為直流電壓(0-10V)值,供其他模塊處理。該模塊可以根據(jù)樣品的實際情況,設(shè)定不同的采集頻率和數(shù)據(jù)處理方法。
[0025]其中,文件存儲子系統(tǒng)負責與數(shù)據(jù)存儲相關(guān)的工作,用于將各個樣品的參數(shù)、測量數(shù)據(jù)和測試進行實時狀況的存入文件;并且提供數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論導(dǎo)出、測量異常中斷恢復(fù)等功能。其中,文件存儲子系統(tǒng)以單獨的線程一直運行于系統(tǒng)后臺,與其他各個模塊交互。
[0026]其中,測量控制子系統(tǒng)負責每個樣品的自動化測試,根據(jù)樣品建立模塊的參數(shù)設(shè)定,按照設(shè)定的測量方法,進行自動化測試。其中需要設(shè)定的三個參數(shù)包括每個階段的時長、每個階段的數(shù)據(jù)采集頻率以及每個階段的終止條件。該子系統(tǒng)可以根據(jù)不同樣品,進行自主設(shè)置參數(shù),也可以在測試進行中根據(jù)實際測試情況,改變或者更新參數(shù),實時有效。
[0027]其中,數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)是用來完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計和結(jié)果分析的工作。該子系統(tǒng)并不用等待當前樣品測試完成,該子系統(tǒng)可實時反映當前的解析數(shù)據(jù),并生成相應(yīng)曲線,以供用戶更好地分析。
[0028]對于與本系統(tǒng)主要相關(guān)術(shù)語和關(guān)鍵參數(shù)定義:
[0029]含氣總量gas content:指單位質(zhì)量頁巖中所含氣量折算到0°C, 101.325kPa時的體積,根據(jù)賦存狀態(tài),頁巖氣包括吸附氣、游離氣和溶解氣;按測量過程分為解析氣、殘余氣、損失氣。
[0030]解析氣量desorbed gas:指一定質(zhì)量測試樣品裝入樣品解析罐中密封后,在一定溫度、壓力、時間條件下從樣品中解析出來的氣體體積。
[0031]殘余氣量residual gas:指一定質(zhì)量樣品經(jīng)解析后粉碎釋放出的氣體體積。
[0032]損失氣量lost gas:指一定質(zhì)量樣品從井底開始解析到封罐之前所解析出的氣體體積,利用本系統(tǒng)的回歸計算,算出的未參與測試的損失的氣體體積。
[0033]圖3是根據(jù)本發(fā)明的現(xiàn)場自動解析系統(tǒng)的測試流程圖,也就是上述系統(tǒng)提及的所設(shè)定的方法的流程圖。如圖3所示,該測試方法包括:步驟1,現(xiàn)場測試準備,鉆井取心,快速選取樣品;步驟2,基于上述的自動解析系統(tǒng)進行解析;步驟3,進行氣量測試和計算,通過數(shù)據(jù)處理和匯總出具測試報告。
[0034]返回圖1,在一個具體例子中,最多可以對六個樣品同時進行解析數(shù)據(jù)采集,根據(jù)樣品釋放氣量的大小,可以隨時調(diào)整數(shù)據(jù)采集的時間間隔,能最大限度的保證數(shù)據(jù)的采集量和數(shù)據(jù)的準確性。
[0035]在數(shù)據(jù)采集的過程中,可以同時會記錄下每次采集過程中的環(huán)境溫度和壓力,在最終的含氣量計算上,會自動轉(zhuǎn)換成標準壓力和溫度下的氣體體積。
[0036]通常的數(shù)據(jù)計算,往往忽略掉樣品從外界裝入樣品罐(Canister),直至水浴箱(temperature control bath)這個過程中因為溫度的變化而造成的氣體體積的變化,導(dǎo)致初始數(shù)據(jù)的不準確。在本系統(tǒng)的設(shè)計中,包含著樣品罐和樣品空腔體積(headspace)的計算,溫度變化導(dǎo)致氣體體積變化量的變化,這些因素對測量值的影響,從而解決了無法準確獲取解析初始值的問題。
[0037]其中步驟2中,使用本系統(tǒng)進行解析進一步包括:確定解析測量開始條件,測定時間間隔和確定解析測量終止條件。
[0038]其中,解析測量開始條件,是指將裝有樣品并密封好的解析罐迅速置于已達設(shè)定溫度的恒溫裝置中,用軟管將解析罐與氣體計量檢測裝置連接,開始進行解析并定時進行氣體體積數(shù)據(jù)采集,記錄環(huán)境溫度和大氣壓力數(shù)據(jù)。
[0039]其中,測定時間間隔,是指樣品裝罐后,以間隔不大于5min測滿lh,然后以不大于IOmin間隔測滿lh,以不大于15min間隔測滿lh,以不大于30min間隔測滿5h,累計測滿Sh0連續(xù)解析8h后,每間隔一定時間采集相關(guān)數(shù)據(jù),直至解析終止限。但應(yīng)用中,本系統(tǒng)可根據(jù)樣品的實際氣量和當時的測試環(huán)境,靈活的設(shè)置測試時間和測試間隔。
[0040]其中,解析測量終止條件是指持續(xù)自然解析到連續(xù)3天每天解析量不大于5cm3,結(jié)束解析氣體測定。
[0041]其中,步驟3中,進行氣量測試和計算,數(shù)據(jù)處理和匯總,最后出具測試報告。包括:
[0042]步驟31,測定殘余氣量;
[0043]取解析后的樣品3份,每份大于100g,分別裝入殘余氣量測試儀的密封樣品罐中進行粉碎,粉碎后靜置5min以上。
[0044]將氣體計量檢測裝置與殘余氣量測試儀密封樣品罐的管路連接,每間隔Ih進行一次氣體體積數(shù)據(jù)采集,連續(xù)采集4h,記錄氣體體積、環(huán)境溫度、大氣壓力數(shù)據(jù)。殘余氣含量取3份樣品測量結(jié)果的平均值。
[0045]步驟32,計算樣品氣體氣量;
[0046]首先換算氣體體積,自然解析和殘余氣測定所得的氣體體積應(yīng)換算到溫度0°C、壓力 101.325kPa 下。
[0047]換算公式見式(I):
【權(quán)利要求】
1.一種非常規(guī)氣的現(xiàn)場自動解析系統(tǒng),包括:氣體收集分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)、系統(tǒng)控制分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng); 其中,氣體收集分系統(tǒng),用于獲取氣體流量數(shù)據(jù)和并且控制流量器的啟用;數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng),用于獲取空氣溫度數(shù)據(jù)、空氣壓力數(shù)據(jù)和氣體溫度數(shù)據(jù);系統(tǒng)控制分系統(tǒng),用于接收氣體收集分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)的數(shù)據(jù),并且發(fā)送給數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng);數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng),獲取待測試樣品的數(shù)據(jù),設(shè)定測量方法,對每個樣品進行自動化測試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中,氣體收集分系統(tǒng)包括氣體流量計和與其相連的數(shù)據(jù)采集器;數(shù)據(jù)采集分系統(tǒng)包括空氣溫度傳感器、空氣壓力傳感器和解析氣體溫度傳感器;系統(tǒng)控制分系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)控制器和電控開關(guān),數(shù)據(jù)控制器分別連接到空氣溫度傳感器、空氣壓力傳感器、解析氣體溫度傳感器和數(shù)據(jù)采集器,數(shù)據(jù)控制器輸出高低電位來控制電控開關(guān),以控制開關(guān)流量計。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其中,數(shù)據(jù)解析分系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)、測量控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和文件存儲子系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng),其中,數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負責數(shù)據(jù)讀入,包括樣品建立模塊和數(shù)據(jù)收集模塊; 其中,樣品建立模塊用于輸入待測試樣品的各種相關(guān)參數(shù),設(shè)定該樣品的測量方法; 數(shù)據(jù)收集模塊用于將流量計的流量讀數(shù)轉(zhuǎn)化為直流電壓值,供其他模塊處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng),其中,文件存儲子系統(tǒng)用于將各個樣品的參數(shù)、測量數(shù)據(jù)和測試進行實時狀況的存入文件;并且提供數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)分析、結(jié)論導(dǎo)出、測量異常中斷恢復(fù)的功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng),其中,測量控制子系統(tǒng)負責每個樣品的自動化測試,根據(jù)樣品建立模塊的參數(shù)設(shè)定,按照設(shè)定的測量方法,進行自動化測試;其中設(shè)定的三個參數(shù)包括每個階段的時長、每個階段的數(shù)據(jù)采集頻率以及每個階段的終止條件。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng),其中,數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)是用來完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計和結(jié)果分析的工作。
8.一種基于權(quán)利要求1-7的其中一個非常規(guī)氣的現(xiàn)場自動解析系統(tǒng)的測試方法,包括: 步驟I,現(xiàn)場測試準備,鉆井取心,快速選取樣品; 步驟2,基于上述的自動解析系統(tǒng)進行解析; 步驟3,進行氣量測試和計算,通過數(shù)據(jù)處理和匯總出具測試報告。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其中,步驟2進一步包括: 步驟21,測定解析測量開始條件; 步驟22,測定測試時間和時間間隔; 步驟23,測定解析測量終止條件。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法,其中,步驟3進一步包括: 步驟31,測定殘余氣量; 步驟32,計算樣品氣體氣量; 步驟33,計算解析氣含量、殘余氣含量和損失氣量; 步驟34,計算樣品總體含氣量。
【文檔編號】G01N7/14GK103822849SQ201310596699
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】劉成林, 李宗星, 馬寅生, 王志高, 唐俊杰, 鄭策, 代昆 申請人:中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所