【中国地质大学】全自动页岩含气量解析测试仪
功能/作用介绍：页岩含气量的测试方法主要有直接解析法和等温吸附实验。解析法是把页岩气分为解析气、损失气和残余气三部分来测量计算;而等温吸附实验法是把页岩气分为吸附气、游离气和溶解气三部分来测量计算。解析法中解析气¤和残余气都可以通过实验来测定，因此损失气的估算对精确测定页岩含气量最为关键。损失气的估算方法主要有USBM法、Smith William法、曲线拟合法等。等温吸附实验法中溶解气可忽略不计，主要测定吸附气和游离气的含量。吸◤附气含量的测定是综合运用Langmuir 模型;游离气量估算的关键是确定页岩的有效孔隙度和含气饱和度。等温吸附实验所用的时间较长，不适■宜现场测定;直接解析法是页岩含气量测定最常用的方法。现有用直接解析法测定页岩含气量的仪器大多数是人工读取数据，数据误差大，而且解析实验时间一般较长，因此页岩解析仪器的高自动化程度是现在最需要解决的技术问题。
中国地质大学(武汉)基ω于自主知识产权开发的全自动页岩含气量解析测试仪，是基于排水法原理实现页岩含气量测量。全自动页岩含气量解析测∴试仪用于勘探现场测定页岩气(或煤层气、天然气水化合物)解吸气量，并可以现场计算损失气量及生成评估报告。仪器分别由测量装置、解吸罐、温控水浴①箱、数据采集盒和便携式电脑五部分组成。一套便携式电脑和数据采集盒可同时对多个▓样品进行测量，每个恒温水浴箱可盛放两个解□ 吸罐。样品装入解吸罐后，数据采集系统和软件将实时、高速记录解卐吸过程的温度、压力、解吸气量等参数，并实时显示于软件界面。损失气量评估软件可现场对测量数据进行处理，得到损失气量并生成→评估报告。该仪器获得2项软件著作权，已受理1项发明专利。
全自动页岩※含气量解析测试仪主要技术与经济指标如下：
1) 测量系统供电：24V;
2) 体积测量精度：0.3ml;
3) 压力测量精度：0.1KPa;
4) 温度↑测量精度：0.5℃;
5) 恒温水浴槽工作温度：0~99℃;
6) 解析罐密封耐压：1MPa;
全自动页岩含气量解析测试仪的▅基本工作】流程是：先将仪器的数据线和导管连接上，然后在集气瓶中注入适量的水，再⊙将岩样放入装有饱和食盐水的解析罐中，密封解析罐，将解析罐放入已达设定温度的恒温水浴箱中，打开软件，让软件自动测量和记录实验数据。
全自动页岩含气量解析测试仪可精确测定岩样实时释放的气体体积『，并记录释放气体的温度和压强，使后续处理解析气含量，并推算损失气含量拥有可靠可信〖的数据来源。该仪器实现了页岩含气量的准确评价，对页岩气的商业开采具有十分重要的价值。
主要性能及特色
教学性：(30分)根据全自动页岩含气量解析测试仪工作原理和硬软件结构组成∑ 特征，该仪器可以开展以下实验：
1) 页岩气现场解析评估;
2) 煤层气现场解析评估;
3) 天然气水合物现场解析评█估;
4) 大气压力测量实验;
5) U型管连通器实验;
6) 惠斯通电桥的原理和使用方法;
7) 虚拟仪器】设计
8) 磁致伸缩传感器实验
9) 压力传感器实验
10) 热电偶温度传感器实验
11) 实验数据处理
该仪器系统▼完整，有配套的使用说明书，可用于热学、电工电子、测试技术、传感器技术、油气资源勘查、数学建模、实验数据分析等课程的实验教学。实验项目包含种类多，可以针对单门课程做基础性、验证性实验，也可以做扩展设计ㄨ性实验和专业综合性实验。仪器还能用于科学研究。
科学性：(15分)页岩含气量的测试方法主要有直接解析︾法和等温吸附法。等温吸附法所用的配∮套设备费用高，且测试所用的时间长不适宜现场☉测定页岩含气量;直接解析法能够较准确的测定页岩的含气量，且设备费用较低。
经过对各种直接解析法比较，使用高温快速解析，能够较准确地快速获得页岩解析气含量。通过USBM法和多项◣式回归来确定损失气的下和上限，然后对上线和下限进行加权，可以较准确地推算页岩损失气的含量。
仪器科学性体现在以下几个¤方面：
1)研发了全自动页岩含气量解析测试仪主机系统，包含：解吸装置、气体收集装置、检测装置、计算机控制平台。
2)研究了损失气的推算ぷ算法：USBM法中损失气的推算原理是解析初期，解析气与时间的平方根成正比，然后在反推至初始时刻，可得╳到损失气含量。多项式回归的原理是ㄨ基于全部的解析数据，得出解析气与时间平方根的函数关系，再反推至初始时刻，反推得到损失气含量。USBM法得到的损失气含量偏低，而多项式回归得到的损失气含量偏高，对这两个推算的损失气含量进行加权，可较准确地得到损失气含量。
3)测量精度√高：磁致伸缩传感器具有0.0015%的分辨率(最小1μm)、0.05%FS的非线性误差，可以实现ㄨ误差为0.2mm(5.6x10-4L)的精确测量。数据采集卡具有16位A/D分辨率，16路单端模拟输入，250K/S采样速率，满足高分辨率的A/D转换需求。相比人工读数⌒ 要精确很多。同时仪器测量过程考虑了气体受温度、压力变化影响，消除№了总体计算误差。
创新性：(20分)1)实现了页岩含气量测试的★自动化，解算模型的多样化，仪器除了适用于页岩气测试，还可用于煤层气、天然气水合物测试分析。
2)通过大量的现场试验数据，得出了基于页岩解吸气量推算其损失气量的算法模型，该算法解决了长▽期以来页岩含气量估算〗误差很大的难题。
3)实现了数据的测试、分析、报告生成一体化。
启发性：(15分)全自动→页岩含气量解析测试仪的实验内容包含基础、扩展、研究等不同层面，涉及机械、电子、地热学等多种学科领域，可以充分激发学生对多学科交叉的认识，激发〗学生研究兴趣，拓展学生的视野，培养学生的团队合作意识，有利∑于学生的全面发展。操作仪器的过程中，学生可以将观察到的现象相互交流，能够使学生更牢靠地掌握科学知识。
实用性：(20分)全自动页岩含气量解析测试仪采用模块化设计理念，人机界面友好，操作简单方便，易学易用，解决了一般页岩解析仪器的高强度观△察并记录数据的问题，并可以实时显示解析数据的变化。可广泛应用于教学、科研和油气资源勘探生产。
作品名称：全自动页岩含气量解析测试仪
完成单位：中国地质大学(武汉)
