煤層氣含氣量測定儀的研制

王玉杰，徐喜慶，鄒昊辰，何　山

（1.中國石油大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712；2.中國石油大慶油田采油六廠，黑龍江大慶163114；3.山東省特種設備檢驗研究院，山東濟南250101）

·石油與鉆掘工程·

煤層氣含氣量測定儀的研制

王玉杰*1，徐喜慶1，鄒昊辰2，何山3

（1.中國石油大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶163712；2.中國石油大慶油田采油六廠，黑龍江大慶163114；3.山東省特種設備檢驗研究院，山東濟南250101）

煤層氣含氣量測定儀主要由3部分組成，包括氣體體積檢測系統(tǒng)、數(shù)據采集系統(tǒng)、數(shù)據處理系統(tǒng)，有磁致伸縮液位傳感器檢測液位變化，具有檢測精度高、檢測線性范圍寬、檢測數(shù)據自動記錄、計算和存儲等功能，提高了煤層氣含氣量檢測工作的效率和質量。

煤層氣；氣含量；磁致伸縮液位計；液位檢測

煤層氣含氣量分析是評價煤層氣儲層的重要參數(shù)，目前，國內的煤層氣含氣量測定方法主要執(zhí)行《GB/T 19559-2008煤層氣含氣量測定方法》，該方法測定的煤層氣含氣量數(shù)據由3部分組成，即損失氣量、自然解吸氣量、殘余氣量。自然解吸氣量和殘余氣量可以通過實驗直接測得，殘余氣量通過自然解吸數(shù)據模擬計算求得，因此，自然解吸氣量的檢測精度直接且較大地影響煤層氣含氣量的檢測精度。

目前，煤層氣氣含量計量裝置多為精度為5mL或10mL的1000mL以上容量的量管，該量管的好處在于，煤層氣含氣量較大時，可以降低勞動強度，累計誤差小，但同時也存在量管精度低造成的檢測精度低、誤差大等缺點，特別是在檢測殘余氣量和低煤階煤層氣含氣量時，由于含氣量可能較少，檢測誤差較大，國內現(xiàn)行的改進措施往往是改用精度高、量程小的量管，但是人工讀數(shù)產生的誤差仍然稍大。

采用量管計量煤層氣含氣量體積的方法，需要人工讀數(shù)、記錄，再錄入計算機，擬合計算損失氣量，勞動強度大，過程繁瑣，容易發(fā)生錯誤讀數(shù)、錯誤記錄等問題，且不容易溯源糾正。

因此，亟需一種檢測精度高，系統(tǒng)誤差小，檢測線性范圍寬，并且具備一定自動化程度的煤層氣含氣量檢測裝置。

1　煤層氣含量測定儀設計

1.1工作原理與結構

煤層氣含氣量測定儀的主要工作原理是基于U形管原理的排水取氣計量法，通過精確測量氣體采集前后的液位高差，計算得出氣體體積。煤層氣含氣量測定儀主要由3部分組成，包括氣體體積檢測系統(tǒng)、數(shù)據采集系統(tǒng)、數(shù)據處理系統(tǒng)，具體包括：量管、液位管、儲水箱、液位傳感器、帶嵌入式組態(tài)軟件的觸屏顯示屏及其他附屬部件等，如圖1所示。

圖1　煤層氣含氣量測定儀結構

1.1.1體積測量與數(shù)據采集系統(tǒng)

煤層氣含氣量測定儀的體積測量系統(tǒng)是由量管、液位管和儲水箱組成，三者通過連接管路在底部連接。使用時，先將量管內注滿水，使量管和液位管內的液位高差為零，數(shù)據采集系統(tǒng)記錄此時的液位讀數(shù)；采集一定量的煤層氣氣體后，再通過調節(jié)儲水箱內的水量，使量管和液位管的液位高差為零，數(shù)據采集系統(tǒng)再次記錄此時的液位讀數(shù)。

圖2　磁致伸縮液位傳感器結構

數(shù)據采集系統(tǒng)主要部件為磁致伸縮液位傳感器，其由測桿、磁致伸縮線、可移動浮子等組成，如圖2所示。傳感器工作時，電路部分將在波導絲上激勵出脈沖電流，該電流沿波導絲傳播時會在波導絲的周圍產生脈沖電磁場。在傳感器測桿外配有一浮子，此浮子可沿測桿隨液位的變化而上下浮動。在浮子內部有一組永久磁環(huán)。當脈沖電流磁場與浮子產生的磁環(huán)磁場相遇時，浮子周圍的磁場發(fā)生改變從而使得由磁致伸縮材料做成的波導絲在浮子所在的位置產生一個扭轉波脈沖，這個脈沖以固定的速度沿波導絲傳回由檢出機構檢出。通過測量脈沖電流和扭轉波的時間差可以精確地確定浮子所在的位置。

1.1.2數(shù)據處理系統(tǒng)

煤層氣含氣量測定儀的數(shù)據處理系統(tǒng)是主要采用了帶嵌入式組態(tài)軟件的觸屏顯示屏，軟件是在嵌入式組態(tài)軟件上二次開發(fā)而來，分為通訊組件、按鈕動作組件、數(shù)據記錄組件、數(shù)據處理組件、數(shù)據導出組件。

可實現(xiàn)實驗數(shù)據的記錄、計算、存儲功能，并設有USB數(shù)據接口，可以將存儲的檢測數(shù)據導出。

1.2檢測精確度與誤差

煤層氣含氣量測定儀的測量精度主要取決于磁致伸縮液位傳感器的線性誤差。本儀器采用的磁致伸縮液位傳感器的線性誤差不大于0.05%FS，重復性偏差不大于0.002%FS。量管的體積和橫截面積經計量單位準確標定后，經計算，煤層氣含氣量測定儀的儀器誤差不大于0.36mL、重復性偏差不大于0.015mL。

2　結束語

通過室內模擬實驗和計量標定，煤層氣含氣量測定儀測定煤層氣含氣量具有檢測準確度高、精密度高，使用方便，穩(wěn)定性好等優(yōu)點，并且在煤層氣含氣量的現(xiàn)場檢測工作中發(fā)揮了積極的作用，提高了檢測工效和檢測質量。

[1]中華人民共和國國家標準.GB/T19559-2008煤層氣含氣量測定方法[S].

[2]淮文博.高精度液位測量電路設計[J].寶雞文理學院學報：自然科學版，2010,30（4）：36-38.

[3]李宗方.磁質伸縮液位計在測量液位中的應用[J].化學工程與裝備，2013（7）：86-92.

TE15

A

1004-5716(2016)11-0015-02

2015-12-16

2015-12-23

中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項“大慶探區(qū)非常規(guī)油氣勘探開發(fā)關鍵技術研究與現(xiàn)場試驗”（2012E-2603-06）。

王玉杰（1983-），男（漢族），黑龍江依安人，工程師，現(xiàn)從事油氣水巖和煤層氣相關實驗方法開發(fā)和應用研究工作。