页岩气含气试验装置应用探讨

摘 要： 在页岩气井的勘探开发中，地质工作者除了要对钻遇的岩性进行逐包分析外，还要对可疑或者说有希望的地层岩石进行取心证实。岩心取出到地面后，首先要对岩心进行简单的排列整理，同时要做的一项重点工作就是进行含气实验。含气实验就是将一段岩心放到水里，然后观察是否有气泡从岩心中冒出，从而判断岩石中是否含有气体（烃类）。目前，地质录井工作现场进行含气实验还没有特定的专业设施，所用含气实验工具无非是普通水桶或脸盆，无法满足含气实验的精细条件和要求。本文探讨的是，如何创新设计一种能在现场高效应用的页岩气含气试验设施，以解决含气试验的问题。

关键词： 页岩气；含气试验；设施

【中图分类号】 TE112.221 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）04-0190-01

引言

页岩气勘探中，从地下取至地面的岩石岩心样品初步排列好后，就要立即用清水轻轻擦洗粘附岩心表面上的钻井液，使其暴露出岩石本色，同时，在擦洗的过程中要仔细观察是否在岩石表面出现气泡，如果发现某块岩石岩心样品出现气泡就需要立即对该块样品进行含气试验，有时，对可疑样品也要进行含气试验。目前，勘探现场的含气试验条件是简陋的，专业含气试验公司的人员会将岩心样品封存到一个密闭容器中，然后转运到特定实验室进行试验，现场等待分析结果。但是，这种方式已不能适应高效勘探的需求，高效勘探需要将一切工作践行在现场，以井口为“源点”集中各方工作，这就要求现场必须有一种即时的高效采集装置，利用现场色谱分析即时拿出结果。

1 含气试验的常规方法

通常情况下，现场的含气试验室初步的大致分析。进行含气试验时，首先需要准备清水，常用水桶提水倒入到预先准备好的脸盆或另一个水桶中，有时条件具备的话可能会找到一个鱼缸进行试验。将初步怀疑可能含气的岩石岩心浸泡到水中，如果岩石中有气体（烃类或非烃类），则在压差的作用下气体就从岩石中渗出，在水中形成气泡，然后沿水面上浮，肉眼即可观察。气泡有大小区分，在水中的扩散有快慢区别，这些都可表明岩石岩心中有气体存在。一块岩石试验完后，再取另一块放入继续观察，水脏了后如看不出气泡就要立即更换，如此反复，直到把所有有待验证的岩心都试验完，这就是基本的现场含气试验程序。对有明显气泡的岩石岩心样品要立即封存，以便后期采取其中的气体注入到色谱分析仪中进行组份分析。整个含气试验过程中需要众多的人员参与，有的提水、有的倒水、有的更换脏水等，整个工作场面凸显忙碌。尽管如此，这种固有的方法确存在诸多方面的问题：

（1）清水用量大，倾倒的脏水污染了周围环境；

（2）频繁更换清水，拖延了含气试验时间；

（3）脸盆或水桶中观察气泡，观察效果的局限性大；

（4）普通玻璃鱼缸观察，换水过程繁琐；

（5）氣体从岩石逸散到水中然后扩散到空气中，无法判断岩石中气体的真实含量和具体成分；

（6）现场无有效的气体采集设施，影响了气体分析的时效；

（7）一体化的现场工作无法实现，发挥不出相关作业部门的整体职能作用。

2 勘探现场的实时条件分析

录井的一项重要职能作用就是通过色谱分析发现油气显示。录井的色谱分析即可在钻进中随钻连续分析也可取样进行间断样品分析。连续分析依靠样品泵连续抽吸钻井液中搅拌出的气体介质，间断分析是对人工注入的样品气进行分析，无论是连续分析还是间断分析，都是借助于色谱的检测功能。综上所述，含气试验中产生的气体都可采取连续抽吸或人工采集注样的方式在现场录井色谱上进行分析，而无需再转运到特定的实验室中进行，因为实验室的色谱分析和现场录井的色谱分析是一样的，没有本质区别。但是，要实现现场色谱分析，关键要解决的问题就是气体的采集。在水桶或其它容器中形成的气体无法进行有效收集，而要在现场完成这项工作就必须具备一种能收集气体的装置。

3 含气试验气体采集装置的设计和应用

如图1所示，在设计上，含气试验装置应包括实验舱、补水箱、接水器。

3.1 试验舱。试验舱整体为透明钢化玻璃质，圆筒型。试验舱的底部中心位置设放水阀，球形开关控制，阀体和试验舱用酸性玻璃胶密封连接。试验舱上缘设补水口一个，用来从补水箱中补水，和试验舱一体，需要补水时用软管和补水箱连接。试验舱上缘设手提手两个，对面分开。试验舱的上缘设四个卡扣，平均分布，用来和密封盖实现密封；上缘铺设一个胶质密封圈，起到密封试验舱和密封盖间的密封，密封圈和试验舱用酸性玻璃胶粘连固定。

3.2 密封盖。密封盖，透明钢化玻璃质，中间居中位置设提手一个。密封盖上设取气阀和平衡泄气阀各一个，球形开关控制开闭。

3.2.1 取气阀为转阀，打开后可用注射器来抽取积聚的气体，关闭则封存试验舱内的气体，取气时用胶管和注射器连接。

3.2.2平衡泄气阀。平衡泄气阀为转阀，用来泄出试验舱内残余的气体，以便打开密封盖。

3.2.3 试验舱支架。支架腿为三脚开立，支架盘为圆形平面。支架底部空间用来放置接水器，倒换从试验舱内放出的废水。

3.2.4 补水箱。补水箱内存放清水，不锈钢制或铁质，长方体型，补水箱箱体下部居中处开阀门一个，用来放水到试验舱的补水口。补水箱的整个上盖可开启，以便补充清水。补水箱的底部设置四腿支架，可拆卸。

经过上述设计，在页岩气勘探现场进行科学有效的含气试验成为可能。页岩气含气试验台的通体设计符合页岩气勘探开发中的岩石岩心样品含气试验的要求，具备了采气功能于分析一体化设计，试验舱透明圆柱型的设计符合周边各角度的观察，选择性的放水量节约了水资源，保护了施工环境。

4 结束语

创新设计的页岩气含气试验装置创造了多方面的功能和优点。该设计降低了野外施工清水用量，集中了脏水处理，保护了工作环境；不需要频繁更换全部清水，保障了含气试验时间；在立体透明环境中观察气泡冒出，提升了观察效果；脏水废水可从底部部分换出，缩减了换水过程；通过注射器收集气体，及时采集到真实气体含量；规范了气体采集设施，确保了气体分析的时效；形成了一体化的工作现场，积极发挥了相关作业专业职能作用。

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