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一種非常規氣的現場自動解析儀系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種非常規氣的現場自動解析系統和測試方法，包括：氣體收集分系統、數據采集分系統、系統控制分系統和數據解析分系統；氣體收集分系統，用于獲取氣體流量數據和并且控制流量器的啟用；數據采集分系統，用于獲取空氣溫度數據、空氣壓力數據和氣體溫度數據；系統控制分系統，用于接收氣體收集分系統和數據采集分系統的數據，并且發送給數據解析分系統；數據解析分系統，獲取待測試樣品的數據，設定測量方法，對每個樣品進行自動化測試。
【專利說明】一種非常規氣的現場自動解析儀系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及能源勘探自動計算技術，更具體地，涉及一種非常規氣的現場自動解析儀系統和測試方法。
【背景技術】
[0002]非常規氣作為一種新興的能源，已經作為國家能源發展的戰略發展方向，如何來評估它的開發潛力、非常規氣的總體儲量，是指導未來發展戰略的重要指標。
[0003]從傳統角度來講，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，使得數據采集量不足。同時，因為環境中溫度和壓力的變化，導致氣體的膨脹或者收縮，直接影響了最終的數據結果。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]由于人工測量導致無法準確記錄各個步驟中氣體的損失，往往會導致測量數據偏低或誤差較大，從而影響最后的回歸分析出現較大偏差，準確度較低。
[0005]在中國發明專利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，而且對于特殊環境，設備應用率較低。
[0006]現有測量過程中，還存在的另外一種技術是密閉取芯，從技術角度來講，該技術并不成熟，從成本來講也非常高昂，從實現角度上也沒法對現有資源做到全面的普查。

【發明內容】

[0007]為克服現有的缺陷，本發明提出一種非常規氣的現場自動解析儀系統和處理方法。
[0008]根據本發明的一個方面，提出了一種非常規氣的現場自動解析系統，包括:氣體收集分系統、數據采集分系統、系統控制分系統和數據解析分系統；
[0009]其中，氣體收集分系統，用于獲取氣體流量數據和并且控制流量器的啟用；數據采集分系統，用于獲取空氣溫度數據、空氣壓力數據和氣體溫度數據；系統控制分系統，用于接收氣體收集分系統和數據采集分系統的數據，并且發送給數據解析分系統；數據解析分系統，獲取待測試樣品的數據，設定測量方法，對每個樣品進行自動化測試。
[0010]根據本發明的另一方面，提出了一種基于上述非常規氣的現場自動解析系統的測試方法，包括:步驟1，現場測試準備，鉆井取心，快速選取樣品；步驟2，基于上述的自動解析系統進行解析；步驟3，進行氣量測試和計算，通過數據處理和匯總出具測試報告。
[0011]本發明的系統能夠支持無限多的樣品的連續測量，考慮到野外作業的復雜環境，為了保證本設備的便攜型和外圍設備的簡化，設計了 6個樣品測試的管道。即同時支持6個樣品的解析數據采集。但是，考慮到解析過程的非連續性和整個樣品解析氣體的衰減過程，本系統支持在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，本系統會自動記錄各樣品的解析狀態和進展情況，并且隨時可以繼續測量。所以，用戶可以根據現場的實際情況，連續的進行多樣品測量，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，手動操作流程復雜，測試時間周期較長，手動測量誤差較大等弊端，本發明的系統實現了完全無人之手的全自動解析。并且可根據樣品的不同種類和特性，自主設定不同的測試方法和流程。用戶可以根據當前樣品，設置不同的測試時間，以及測試頻率和測試周期等參數，制定一個當前樣品的測試方案。同時，不同的樣品，可設置不同的方案，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，自動控制，自動結束，自動生成結果。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]本發明的系統可以實時自動生成測試結果。在自動化測試過程中，系統可以整合測試時產生的記錄，實時生成結果表格和結果曲線，并且用戶可以自主控制記錄產生的額頻率和方式，以來滿足不同樣品氣量不同的差異性，現場工作人員還可以實時的從結果表格，特別是結果曲線，監測和判斷當前樣品的氣體采集狀況，隨時調整或結束解析過程，以實現每次解析最優化。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是根據本發明的自動解析系統的結構圖；
[0015]圖2是根據本發明的數據解析子系統的結構框圖；
[0016]圖3是根據本發明的解析系統的測試流程圖。
[0017]如圖所示，為了能明確實現本發明的實施例的結構或者方法，在圖中標注了特定的標記符號，但這僅為示意需要，并非意圖將本發明限定在該特定設備和環境中，根據具體需要，本領域的普通技術人員可以將這些元件、標號、環境進行調整、修改，所進行的調整和修改仍然包括在后附的權利要求的范圍中。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和具體實施例對本發明提供的一種非常規氣的現場自動解析儀系統和處理方法進行詳細描述。
[0019]在以下的描述中，將描述本發明的多個不同的方面，然而，對于本領域內的普通技術人員而言，可以僅僅利用本發明的一些或者全部結構來實施本發明。為了解釋的明確性而言，闡述了特定的數目、配置和順序，但是很明顯，在沒有這些特定細節的情況下也可以實施本發明。在其他情況下，為了不混淆本發明，對于一些眾所周知的特征將不再進行詳細闡述。
[0020]圖1是根據本發明的一種非常規氣的現場自動解析系統的結構圖，如圖1所示，該自動解析系統包括氣體收集分系統、數據采集分系統、系統控制分系統和數據解析分系統。其中，氣體收集分系統，用于獲取氣體流量數據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據采集器；數據采集分系統，用于獲取空氣溫度數據、空氣壓力數據和氣體溫度數據，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；系統控制分系統，用于接收氣體收集分系統和數據采集分系統的數據，并且發送給數據解析分系統，包括數據控制器和電控開關，數據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據采集器。系統控制分系統根據每個樣品測試前的步驟和參數設定，根據當前的樣品氣量，通過數據控制器輸出0/1高低電位來控制電控開關，以達到開關流量計的功能。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，數據解析分系統，獲取待測試樣品的數據，設定測量方法，對每個樣品進行自動化測試。
[0022]圖2是數據解析分系統的結構框圖，如圖2所示，數據解析分系統包括數據分析子系統、測量控制子系統、數據采集子系統和文件存儲子系統。
[0023]其中，數據采集子系統負責數據讀入，包括樣品建立模塊和數據收集模塊。其中，樣品建立模塊用于輸入待測試樣品的各種相關參數，設定該樣品的測量方法，包括測試時長和測試步驟，以及每一步數據采集的時間間隔。
[0024]其中，數據收集模塊用于將流量計的流量讀數轉化為直流電壓(0-10V)值，供其他模塊處理。該模塊可以根據樣品的實際情況，設定不同的采集頻率和數據處理方法。
[0025]其中，文件存儲子系統負責與數據存儲相關的工作，用于將各個樣品的參數、測量數據和測試進行實時狀況的存入文件；并且提供數據保存、數據分析、結論導出、測量異常中斷恢復等功能。其中，文件存儲子系統以單獨的線程一直運行于系統后臺，與其他各個模塊交互。
[0026]其中，測量控制子系統負責每個樣品的自動化測試，根據樣品建立模塊的參數設定，按照設定的測量方法，進行自動化測試。其中需要設定的三個參數包括每個階段的時長、每個階段的數據采集頻率以及每個階段的終止條件。該子系統可以根據不同樣品，進行自主設置參數，也可以在測試進行中根據實際測試情況，改變或者更新參數，實時有效。
[0027]其中，數據分析子系統是用來完成數據統計和結果分析的工作。該子系統并不用等待當前樣品測試完成，該子系統可實時反映當前的解析數據，并生成相應曲線，以供用戶更好地分析。
[0028]對于與本系統主要相關術語和關鍵參數定義:
[0029]含氣總量gas content:指單位質量頁巖中所含氣量折算到0°C, 101.325kPa時的體積，根據賦存狀態，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:指一定質量樣品經解析后粉碎釋放出的氣體體積。
[0032]損失氣量lost gas:指一定質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是根據本發明的現場自動解析系統的測試流程圖，也就是上述系統提及的所設定的方法的流程圖。如圖3所示，該測試方法包括:步驟1，現場測試準備，鉆井取心，快速選取樣品；步驟2，基于上述的自動解析系統進行解析；步驟3，進行氣量測試和計算，通過數據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據采集，根據樣品釋放氣量的大小，可以隨時調整數據采集的時間間隔，能最大限度的保證數據的采集量和數據的準確性。
[0035]在數據采集的過程中，可以同時會記錄下每次采集過程中的環境溫度和壓力，在最終的含氣量計算上，會自動轉換成標準壓力和溫度下的氣體體積。
[0036]通常的數據計算，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,導致初始數據的不準確。在本系統的設計中，包含著樣品罐和樣品空腔體積(headspace)的計算，溫度變化導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據采集，記錄環境溫度和大氣壓力數據。
[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連續解析8h后，每間隔一定時間采集相關數據，直至解析終止限。但應用中，本系統可根據樣品的實際氣量和當時的測試環境，靈活的設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自然解析到連續3天每天解析量不大于5cm3，結束解析氣體測定。
[0041]其中，步驟3中，進行氣量測試和計算，數據處理和匯總，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據采集，連續采集4h，記錄氣體體積、環境溫度、大氣壓力數據。殘余氣含量取3份樣品測量結果的平均值。
[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換算到溫度0°C、壓力 101.325kPa 下。
[0047]換算公式見式(I):
【權利要求】
1.一種非常規氣的現場自動解析系統，包括:氣體收集分系統、數據采集分系統、系統控制分系統和數據解析分系統； 其中，氣體收集分系統，用于獲取氣體流量數據和并且控制流量器的啟用；數據采集分系統，用于獲取空氣溫度數據、空氣壓力數據和氣體溫度數據；系統控制分系統，用于接收氣體收集分系統和數據采集分系統的數據，并且發送給數據解析分系統；數據解析分系統，獲取待測試樣品的數據，設定測量方法，對每個樣品進行自動化測試。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，氣體收集分系統包括氣體流量計和與其相連的數據采集器；數據采集分系統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；系統控制分系統包括數據控制器和電控開關，數據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據采集器，數據控制器輸出高低電位來控制電控開關，以控制開關流量計。
3.根據權利要求1所述的系統，其中，數據解析分系統包括數據分析子系統、測量控制子系統、數據采集子系統和文件存儲子系統。
4.根據權利要求3所述的系統，其中，數據采集子系統負責數據讀入，包括樣品建立模塊和數據收集模塊； 其中，樣品建立模塊用于輸入待測試樣品的各種相關參數，設定該樣品的測量方法； 數據收集模塊用于將流量計的流量讀數轉化為直流電壓值，供其他模塊處理。
5.根據權利要求3所述的系統，其中，文件存儲子系統用于將各個樣品的參數、測量數據和測試進行實時狀況的存入文件；并且提供數據保存、數據分析、結論導出、測量異常中斷恢復的功能。
6.根據權利要求3所述的系統，其中，測量控制子系統負責每個樣品的自動化測試，根據樣品建立模塊的參數設定，按照設定的測量方法，進行自動化測試；其中設定的三個參數包括每個階段的時長、每個階段的數據采集頻率以及每個階段的終止條件。
7.根據權利要求3所述的系統，其中，數據分析子系統是用來完成數據統計和結果分析的工作。
8.一種基于權利要求1-7的其中一個非常規氣的現場自動解析系統的測試方法，包括: 步驟I，現場測試準備，鉆井取心，快速選取樣品； 步驟2，基于上述的自動解析系統進行解析； 步驟3，進行氣量測試和計算，通過數據處理和匯總出具測試報告。
9.根據權利要求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.根據權利要求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 優先權日:2013年11月22日
【發明者】劉成林, 李宗星, 馬寅生, 王志高, 唐俊杰, 鄭策, 代昆 申請人:中國地質科學院地質力學研究所