煤层气含气量测定仪的研制

王玉杰，徐喜庆，邹昊辰，何　山

（1.中国石油大庆油田勘探开发研究院，黑龙江大庆163712；2.中国石油大庆油田采油六厂，黑龙江大庆163114；3.山东省特种设备检验研究院，山东济南250101）

·石油与钻掘工程·

煤层气含气量测定仪的研制

王玉杰*1，徐喜庆1，邹昊辰2，何山3

（1.中国石油大庆油田勘探开发研究院，黑龙江大庆163712；2.中国石油大庆油田采油六厂，黑龙江大庆163114；3.山东省特种设备检验研究院，山东济南250101）

煤层气含气量测定仪主要由3部分组成，包括气体体积检测系统、数据采集系统、数据处理系统，有磁致伸缩液位传感器检测液位变化，具有检测精度高、检测线性范围宽、检测数据自动记录、计算和存储等功能，提高了煤层气含气量检测工作的效率和质量。

煤层气；气含量；磁致伸缩液位计；液位检测

煤层气含气量分析是评价煤层气储层的重要参数，目前，国内的煤层气含气量测定方法主要执行《GB/T 19559-2008煤层气含气量测定方法》，该方法测定的煤层气含气量数据由3部分组成，即损失气量、自然解吸气量、残余气量。自然解吸气量和残余气量可以通过实验直接测得，残余气量通过自然解吸数据模拟计算求得，因此，自然解吸气量的检测精度直接且较大地影响煤层气含气量的检测精度。

目前，煤层气气含量计量装置多为精度为5mL或10mL的1000mL以上容量的量管，该量管的好处在于，煤层气含气量较大时，可以降低劳动强度，累计误差小，但同时也存在量管精度低造成的检测精度低、误差大等缺点，特别是在检测残余气量和低煤阶煤层气含气量时，由于含气量可能较少，检测误差较大，国内现行的改进措施往往是改用精度高、量程小的量管，但是人工读数产生的误差仍然稍大。

采用量管计量煤层气含气量体积的方法，需要人工读数、记录，再录入计算机，拟合计算损失气量，劳动强度大，过程繁琐，容易发生错误读数、错误记录等问题，且不容易溯源纠正。

因此，亟需一种检测精度高，系统误差小，检测线性范围宽，并且具备一定自动化程度的煤层气含气量检测装置。

1　煤层气含量测定仪设计

1.1工作原理与结构

煤层气含气量测定仪的主要工作原理是基于U形管原理的排水取气计量法，通过精确测量气体采集前后的液位高差，计算得出气体体积。煤层气含气量测定仪主要由3部分组成，包括气体体积检测系统、数据采集系统、数据处理系统，具体包括：量管、液位管、储水箱、液位传感器、带嵌入式组态软件的触屏显示屏及其他附属部件等，如图1所示。

图1　煤层气含气量测定仪结构

1.1.1体积测量与数据采集系统

煤层气含气量测定仪的体积测量系统是由量管、液位管和储水箱组成，三者通过连接管路在底部连接。使用时，先将量管内注满水，使量管和液位管内的液位高差为零，数据采集系统记录此时的液位读数；采集一定量的煤层气气体后，再通过调节储水箱内的水量，使量管和液位管的液位高差为零，数据采集系统再次记录此时的液位读数。

图2　磁致伸缩液位传感器结构

数据采集系统主要部件为磁致伸缩液位传感器，其由测杆、磁致伸缩线、可移动浮子等组成，如图2所示。传感器工作时，电路部分将在波导丝上激励出脉冲电流，该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电磁场。在传感器测杆外配有一浮子，此浮子可沿测杆随液位的变化而上下浮动。在浮子内部有一组永久磁环。当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时，浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲，这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回由检出机构检出。通过测量脉冲电流和扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位置。

1.1.2数据处理系统

煤层气含气量测定仪的数据处理系统是主要采用了带嵌入式组态软件的触屏显示屏，软件是在嵌入式组态软件上二次开发而来，分为通讯组件、按钮动作组件、数据记录组件、数据处理组件、数据导出组件。

可实现实验数据的记录、计算、存储功能，并设有USB数据接口，可以将存储的检测数据导出。

1.2检测精确度与误差

煤层气含气量测定仪的测量精度主要取决于磁致伸缩液位传感器的线性误差。本仪器采用的磁致伸缩液位传感器的线性误差不大于0.05%FS，重复性偏差不大于0.002%FS。量管的体积和横截面积经计量单位准确标定后，经计算，煤层气含气量测定仪的仪器误差不大于0.36mL、重复性偏差不大于0.015mL。

2　结束语

通过室内模拟实验和计量标定，煤层气含气量测定仪测定煤层气含气量具有检测准确度高、精密度高，使用方便，稳定性好等优点，并且在煤层气含气量的现场检测工作中发挥了积极的作用，提高了检测工效和检测质量。

[1]中华人民共和国国家标准.GB/T19559-2008煤层气含气量测定方法[S].

[2]淮文博.高精度液位测量电路设计[J].宝鸡文理学院学报：自然科学版，2010,30（4）：36-38.

[3]李宗方.磁质伸缩液位计在测量液位中的应用[J].化学工程与装备，2013（7）：86-92.

TE15

A

1004-5716(2016)11-0015-02

2015-12-16

2015-12-23

中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“大庆探区非常规油气勘探开发关键技术研究与现场试验”（2012E-2603-06）。

王玉杰（1983-），男（汉族），黑龙江依安人，工程师，现从事油气水岩和煤层气相关实验方法开发和应用研究工作。