页岩含气量测量装置

1.本技术属于页岩气开采技术领域，具体涉及一种页岩含气量测量装置。


背景技术：

2.页岩气是蕴藏在页岩层中可供开采的天然气资源，属于一种常规能源的重要补充，其开发和利用有利于缓解油气资源短缺，增加清洁能源供应。
3.页岩气常赋存于富有机质的泥页岩及其夹层中，是一种以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，其成分以甲烷为主，属于一种清洁、高效的能源资源和化工原料，主要用于居民燃气、城市供热、发电、汽车燃料和化工生产等领域内。
4.页岩含气量是页岩气资源潜力调查评价和优选出有利目标区的关键参数，对确定页岩气是否有开采价值、资源储量预测具有重要意义，因此在开采之前需对页岩基质的含气量进行评价，具体是对吸附状态的页岩气含量进行测量。
5.目前比较常用的页岩含气量的测定方法是解吸法，其基本流程包括：
6.对页岩进行取样，经过打磨后形成圆柱状的页岩样品；将页岩样品装入解吸罐中，并使用细粒石英砂填满解吸罐空隙后密封，然后置入模拟地层温度的恒温设备中，让页岩样品自然解吸。
7.发明人发现，细粒石英砂的填充无法有效模拟页岩处在地层之中的环境，导致页岩含气量测量结果的准确度降低。


技术实现要素：

8.本技术实施例提供一种页岩含气量测量装置，旨在解决现有测量设备无法准确模拟不同的地层环境，导致页岩含气量测量结果准确度降低的技术问题。
9.为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：
10.提供一种页岩含气量测量装置，包括：
11.箱体，具有开口朝上的内腔，可拆卸连接有用于封闭所述内腔的封盖；
12.定位夹具，设置在所述箱体内，用于沿所述页岩样品的径向夹持所述页岩样品，以使所述页岩样品的轴向平行于所述箱体的前后方向；所述定位夹具包括沿上下方向布置的上夹具和下夹具，所述下夹具和所述上夹具适于相互抵接，抵接面均采用铝材料制成，并具有能够适配所述页岩样品的弧形槽；
13.预紧组件，用于与所述上夹具和所述下夹具相连，以驱动所述上夹具和所述下夹具相向移动或背向移动，从而沿径向夹紧或放松所述页岩样品；
14.轴压加载组件，设置在所述箱体内，用于沿轴向夹紧或放松所述页岩样品；
15.恒温组件，设置在所述箱体上，用于向外散发温度，以保证所述内腔中的温度恒定；以及
16.抽真空组件，设置在所述箱体上并与所述内腔连通，用于抽出所述内腔的气体，以使所述内腔处于真空状态。
17.在一种可能的实现方式中，所述上夹具和下夹具均采用竖截面为三角形的结构；所述上夹具和所述下夹具相互抵接时，竖截面为矩形；所述预紧组件包括：
18.两个滑动件，沿所述箱体的左右方向间隔设置，且每个所述滑动件均沿所述箱体的左右方向滑动连接在所述内腔的内底壁上；两个所述滑动件的相邻侧面均具有夹紧槽，所述夹紧槽适于供所述上夹具和所述下夹具嵌入；
19.两个驱动杆，分别连接在两个所述滑动件上；每个所述驱动杆的轴向均沿左右方向设置，且均贯穿所述箱体并伸出；所述驱动杆的伸出部分具有沿径向向外延伸的连接板；以及
20.双头螺杆，转动连接在所述箱体的下表面，转动轴向平行于所述箱体的左右方向；所述双头螺杆具有两个螺纹方向相反的螺纹部，两个所述螺纹部分别与两个所述连接板螺纹连接，用于带动两个所述连接板相向移动或背向移动，以通过所述驱动杆带动两个所述滑动件相向移动或背向移动。
21.在一种可能的实现方式中，所述箱体的底面具有转动电机，所述转动电机的动力输出轴向与所述双头螺杆的轴向平行；所述转动电机和所述双头螺杆之间具有传动带，所述传动带包绕在所述转动电机的动力输出轴和所述双头螺杆的外周；
22.在所述转动电机启动时，所述转动电机的动力输出轴通过所述传动带带动所述双头螺杆转动。
23.在一种可能的实现方式中，所述下夹具固定连接在所述内腔的内底壁上，且所述下夹具的上表面具有插槽；所述上夹具上具有自上至下延伸的插接件，所述插接件适于插入所述插槽内，以导向所述上夹具的升降方向，并限制所述上夹具相对于所述下夹具移动。
24.在一种可能的实现方式中，所述轴压加载组件包括：
25.两个升降座，分别滑动设置在所述内腔前后两侧内壁上，滑动方向沿上下方向设置；以及
26.两个直线气缸，分别固定连接在两个所述升降座的相邻侧面，动力输出轴向均和所述箱体的前后方向平行；所述直线气缸的动力输出端具有用于包绕在所述页岩样品端部的连接环。
27.在一种可能的实现方式中，所述恒温组件包括：
28.保温管，处于所述内腔中，管身通过连接元件固定在所述内腔的前侧面，两端贯穿所述内腔的后侧面伸出所述箱体；
29.恒温器，固定连接在所述箱体的后侧面，与所述保温管的其中一端相连，用于加热液体；以及
30.循环泵，固定连接在所述箱体的后侧面，与所述恒温器的输出端、所述保温管的另一端相连。
31.在一种可能的实现方式中，所述连接元件包括：
32.两个竖杆，设置在所述内腔中，用于与所述保温管形成环体的内环壁抵接，以绷紧所述保温管；以及
33.四个横杆，分别设置在两个所述竖杆上，以使每个所述竖杆上具有两个所述横杆；每个所述竖杆上的两个所述横杆沿上下方向分布，用于与所述保温管抵接，以限制所述保温管沿上下方向移动；
34.其中，所述横杆沿所述箱体的前后方向贯穿所述竖杆设置，且所述横杆的其中一端具有适于与所述横杆抵接的法兰盘，另一端具有沿径向向外延伸的弯折部，所述弯折部上具有沿所述横杆轴向贯穿的通孔；
35.所述内腔的前侧面具有沿所述箱体左右方向间隔设置、适于与所述通孔连通的多个螺纹槽，所述内腔前侧面和每个所述横杆之间均具有连接螺栓，所述连接螺栓适于穿过所述通孔并与其中任一个所述螺纹槽连通。
36.在一种可能的实现方式中，所述抽真空组件包括：
37.真空泵，固定连接在所述箱体上；以及
38.抽气管，其中一端与所述真空泵连通，另一端贯穿所述箱体的底面伸入所述内腔中。
39.在一种可能的实现方式中，所述页岩含气量测量装置还包括：
40.充气元件，固定连接在所述箱体的前侧面并与所述内腔连通，用于向所述内腔之中充入气体；
41.以及，所述充气元件连接有用于容纳氦气的第一储气罐和用于容纳甲烷的第二储气罐。
42.本技术实施例中，上夹具和下夹具配合，能够实现页岩样品沿自身径向的限位。
43.在进行页岩含气量测量时，通过预紧组件夹紧上夹具和下夹具，使页岩样品受到径向压力；利用轴压加载组件夹紧页岩样品，使页岩样品受到轴向压力；利用恒温组件控制内腔之中的温度，实现页岩于地下的温度环境模拟；利用抽真空组件抽出内腔之中的气体，实现页岩于地下的气态模拟，且确保页岩表面无吸附气体。
44.通过调整上述径向压力的大小、轴向压力的大小和温度的高低，能够实现不同地层环境的模拟。
45.本实施例提供的页岩含气量测量装置，与现有技术相比，能够有效模拟不同地层环境，确保了页岩含气量测量结果的准确度，提高了本装置所取得实验结果的可靠性。
附图说明
46.图1为本技术实施例提供的页岩含气量测量装置的立体结构示意图之一；
47.图2为本技术实施例提供的页岩含气量测量装置的立体结构示意图之二(为了便于显示内腔之中的结构，隐藏了封盖)；
48.图3为图2上圆a处的局部放大示意图；
49.图4为图2的仰视图；
50.图5为本技术实施例所采用的恒温组件的立体结构示意图；
51.图6为本技术实施例所采用的连接元件的爆炸结构示意图；
52.图7为本技术实施例所采用的定位夹具、预紧组件和轴压加载组件的爆炸结构示意图；
53.图8为图7上圆b处的局部放大示意图；
54.图9为本技术实施例所采用的定位夹具的爆炸结构示意图；
55.附图标记说明：
56.1、箱体；11、内腔；111、螺纹槽；12、封盖；13、转动电机；131、传动带；2、定位夹具；
21、上夹具；211、插接件；22、下夹具；221、插槽；23、弧形槽；3、预紧组件；31、滑动件；311、夹紧槽；32、驱动杆；321、连接板；33、双头螺杆；4、轴压加载组件；41、升降座；42、直线气缸；421、连接环；5、恒温组件；51、保温管；52、恒温器；53、循环泵；6、抽真空组件；61、真空泵；62、抽气管；7、连接元件；71、竖杆；72、横杆；721、法兰盘；722、弯折部；7221、通孔；8、连接螺栓；9、充气元件；91、第一储气罐；92、第二储气罐；100、页岩样品。
具体实施方式
57.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
58.请一并参阅图1至图9，现对本技术提供的页岩含气量测量装置进行说明。所述页岩含气量测量装置，用于测定圆柱状的页岩样品100的含气量，其结构包括箱体1、定位夹具2、预紧组件3、轴压加载组件4、恒温组件5和抽真空组件6。
59.箱体1具有开口朝上的内腔11，且在此箱体1的顶部可拆卸连接有用于封闭内腔11的封盖12。
60.定位夹具2设置在箱体1内，用于沿页岩样品100的径向夹持页岩样品100，以使页岩样品100的轴向平行于箱体1的前后方向。
61.定位夹具2包括上夹具21和下夹具22。
62.其中，上夹具21和下夹具22沿上下方向布置于内腔11之中，并且下夹具22和上夹具21适于相互抵接，抵接面均采用铝材料制成，并在铝层表面具有能够适配页岩样品100的弧形槽23。
63.需要说明的是，铝材料制成的表面具有较佳的适配能力，可适配页岩样品100打磨误差，确保径向压力能够稳定的给到页岩样品100，加强稳定性。
64.预紧组件3用于与上夹具21和下夹具22相连，以驱动上夹具21和下夹具22相向移动或背向移动，从而沿径向夹紧或放松页岩样品100，使页岩样品100接收到稳定的径向压力。
65.轴压加载组件4设置在箱体1内，用于沿轴向夹紧或放松页岩样品100，使页岩样品100接收到稳定的轴向压力。
66.恒温组件5设置在箱体1上，用于向外散发温度，以保证内腔11中的温度恒定，从而模拟更加全面的地下环境。
67.抽真空组件6设置在箱体1上并与内腔11连通，用于抽出内腔11的气体，以使内腔11处于真空状态；处于真空状态的内腔11同样属于环境模拟的一部分，且其作用还包括形成一种初始环境，确保页岩样品100无吸附其他，避免误差产生。
68.本技术实施例中，上夹具21和下夹具22配合，能够实现页岩样品100沿自身径向的限位。
69.在进行页岩含气量测量时，通过预紧组件3夹紧上夹具21和下夹具22，使页岩样品100受到径向压力；利用轴压加载组件4夹紧页岩样品100，使页岩样品100受到轴向压力；利用恒温组件5控制内腔11之中的温度，实现页岩于地下的稳定环境模拟；利用抽真空组件6抽出内腔11之中的气体，实现页岩于地下的气态模拟，且确保页岩表面无吸附气体。
70.通过调整上述径向压力的大小、轴向压力的大小和温度的高低，能够实现不同地层环境的模拟。
71.随后利用现有技术向内腔11充气(如甲烷)，并测定页岩样品100含气量，即可得到准确的页岩样品100含气量测量结果。
72.本实施例提供的页岩含气量测量装置，与现有技术相比，能够有效模拟不同地层环境，确保了页岩含气量测量结果的准确度，提高了本装置所取得实验结果的可靠性。
73.在一些实施例中，上述特征上夹具21、下夹具22和预紧组件3可以采用如图7所示结构。参见图7，上夹具21和下夹具22均采用竖截面为三角形的结构，并且上夹具21和下夹具22相互抵接时，竖截面为矩形。
74.预紧组件3包括两个滑动件31、两个驱动杆32和双头螺杆33。
75.两个滑动件31沿箱体1的左右方向间隔设置，且每个滑动件31均沿箱体1的左右方向滑动连接在内腔11的内底壁上。
76.两个滑动件31的相邻侧面均具有夹紧槽311，夹紧槽311适于供上夹具21和下夹具22嵌入。
77.两个驱动杆32分别连接在两个滑动件31上；每个驱动杆32的轴向均沿左右方向设置，且均贯穿箱体1并伸出；驱动杆32的伸出部分具有沿径向向外延伸的连接板321。
78.双头螺杆33转动连接在箱体1的下表面，转动轴向平行于箱体1的左右方向；双头螺杆33具有两个螺纹方向相反的螺纹部，两个螺纹部分别与两个连接板321螺纹连接，用于带动两个连接板321相向移动或背向移动，以通过驱动杆32带动两个滑动件31相向移动或背向移动。
79.通过采用上述技术方案，实现对页岩样品100加载径向压力的过程，且此过程仅需转动双头螺杆33实现，便于实际操作，提高了本装置的可靠性。
80.在一些实施例中，上述特征箱体1和双头螺杆33之间可以采用如图4所示结构。参见图4，箱体1的底面具有转动电机13，转动电机13的动力输出轴向与双头螺杆33的轴向平行。
81.转动电机13和双头螺杆33之间具有传动带131，传动带131包绕在转动电机13的动力输出轴和双头螺杆33的外周。
82.在转动电机13启动时，转动电机13的动力输出轴通过传动带131带动双头螺杆33转动。
83.通过采用上述技术方案，转动电机13启动时，其动力输出轴通过传动带131带动双头螺杆33转动，实现上述两个滑动件31背向移动或相向移动的自动化驱动，提高了本装置在实际使用时的可靠性和执行效率；同时，转动电机13具有自锁功能，在上夹具21和下夹具22组合结构夹紧页岩样品100，使得页岩样品100受到预计的径向压力时，可通过转动电机13的自锁功能将此位置限定，避免两个滑动件31背向移动而放松上夹具21和下夹具22，提高了本装置在进行检测过程中的可靠性。
84.在一些实施例中，上述特征下夹具22和上夹具21之间可以采用如图8和图9所示结构。参见图8和图9，下夹具22固定连接在内腔11的内底壁上，且下夹具22的上表面具有插槽221。
85.上夹具21上具有自上至下延伸的插接件211，插接件211适于插入插槽221内，以导
向上夹具21的升降方向，并限制上夹具21相对于下夹具22移动。
86.通过采用上述技术方案，插槽221和插接件211的组合结构能够限定上夹具21的移动方向，同时避免上夹具21水平位移造成错位布置，确保上夹具21和下夹具22能够稳定夹持页岩样品100，提高了本装置在实际使用时的可靠性。
87.在一些实施例中，上述特征轴压加载组件4可以采用如图7所示结构。参见图7，轴压加载组件4包括两个升降座41和两个直线气缸42。
88.两个升降座41分别滑动设置在内腔11前后两侧内壁上，滑动方向沿上下方向设置。
89.两个直线气缸42分别固定连接在两个升降座41的相邻侧面，动力输出轴向均和箱体1的前后方向平行。
90.直线气缸42的动力输出端具有用于包绕在页岩样品100端部的连接环421。
91.实际使用时，首先移动升降座41，使连接环421对准页岩样品100；随后将连接环421套置于页岩样品100的端部；最后同时启动两个直线气缸42，使得页岩样品100受到沿轴向的挤压力。
92.通过采用上述技术方案，实现对页岩样品100沿轴向的自动化挤压，且通过调整直线气缸42的驱动力，能够有效模拟不同的轴压环境，提高了本装置在对环境进行模拟时的可靠性。
93.需要补充说明的是，同时启动两个直线气缸42可通过plc系统实现，并且此plc系统还能够接入上述转动电机13，确保同时启动的可靠性。
94.在一些实施例中，上述特征恒温组件5可以采用如图2和图5所示结构。参见图2和图5，恒温组件5包括保温管51、恒温器52和循环泵53。
95.保温管51处于内腔11中，管身通过连接元件7固定在内腔11的前侧面，两端贯穿内腔11的后侧面伸出箱体1。
96.恒温器52固定连接在箱体1的后侧面，与保温管51的其中一端相连，用于加热液体，具有测温模块和加热模块，其使用原理与现有技术中的恒温器52相同。
97.循环泵53固定连接在箱体1的后侧面，与恒温器52的输出端、保温管51的另一端相连。
98.通过采用上述技术方案，热水沿保温管51的内部循环，确保内腔11的内部温度处于一个恒定值，提高了通过本装置进行地下环境模拟的可靠性；相较于其他的加热方式，采用本装置具有更佳的稳定性，而且避免对箱体1外侧加热，降低了对环境温度的影响。
99.在一些实施例中，上述特征连接元件7可以采用如图3和图6所示结构。参见图3和图6，连接元件7包括两个竖杆71和四个横杆72。
100.其中，两个竖杆71均设置在内腔11中，用于与保温管51所形成环体的内环壁抵接，以绷紧保温管51，使得保温管51的横截面呈u字型；并且，竖杆71的上下两端分别处于保温管51的上方和下方。
101.四个横杆72分别设置在两个竖杆71上，以使每个竖杆71上具有两个横杆72，且两个横杆72分别连接在竖杆71的上下两端。
102.每个竖杆71均用于与保温管51抵接，以限制保温管51沿上下方向移动。
103.竖杆71、横杆72和箱体1的连接方式包括：
104.横杆72沿箱体1的前后方向贯穿竖杆71设置，且横杆72的其中一端具有适于与横杆72抵接的法兰盘721，另一端具有沿径向向外延伸的弯折部722，弯折部722上具有沿横杆72轴向贯穿的通孔7221。
105.内腔11的前侧面具有沿箱体1左右方向间隔设置、适于与通孔7221连通的多个螺纹槽111，内腔11前侧面和每个横杆72之间均具有连接螺栓8，连接螺栓8适于穿过通孔7221并与其中任一个螺纹槽111连通。
106.其中，上下分布的两个横杆72处于同一铅锤面上，并且左右分布的两个横杆72间距可通过令通孔7221与不同螺纹槽111相接调整。
107.通过采用上述技术方案，令通过与其中一个螺纹槽111连通，将连接螺栓8穿过通孔7221并对准螺纹槽111；随后，拧动连接螺栓8，使得弯折部722贴合于内腔11内侧壁，完成保温管51的固定，并且保证保温管51的横截面不会发生变化，提高了本装置的结构稳定性。
108.在一些实施例中，上述特征抽真空组件6可以采用如图4所示结构。参见图4，抽真空组件6包括真空泵61和抽气管62。
109.真空泵61的机身固定连接在箱体1上，具体是连接在箱体1的底面，其中的真空泵61为现有技术中常见的泵体，其使用原理在此不再叙述。
110.抽气管62的其中一端与真空泵61连通，另一端贯穿箱体1的底面伸入内腔11中。
111.通过采用上述技术方案，开启真空泵61，使其通过抽气管62将内腔11之中的气体吸出，从而形成真空环境，提高了本装置在实际使用时的可靠性。
112.需要补充说明的是，在本实施例中，抽气管62之中具有用于吸附灰尘杂质的过滤物，从而避免真空泵61内堆积过量杂质。
113.在一些实施例中，上述特征箱体1的侧部可以采用如图2所示结构。参见图2，在箱体1的前侧面固定连接有充气元件9，该充气元件9与内腔11连通，用于向内腔11之中充入气体。
114.并且，充气元件9连接有用于容纳氦气的第一储气罐91和用于容纳甲烷的第二储气罐92。
115.在测量页岩样品100的吸附量时，需要先利用抽真空组件6抽真空，并通过充气元件9和第一储气罐91向内腔11之中充氦气(因为氦气不吸附，只进入自由空间)，再抽真空；随后，利用充气元件9和第二储气罐92向内腔11之中充甲烷，在内腔11之中的部分甲烷被吸附，通过两者相减得到吸附气量。
116.通过采用上述技术方案，实现氦气和甲烷的充入，确保吸附气量能够有效得出，提高了本装置在实际使用时的稳定性，以及取得结果的可靠性。
117.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。