[發明專利]一種頁巖含水量測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201710615761.1
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107389748A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 李越;劉亦風;左輝;程誠
• 申請（專利權）人: 合肥辰工科技有限公司
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙)33240
• 代理人: 王桂名

技術領域

本發明涉及勘測技術領域，特別是涉及一種頁巖含水量測量裝置及方法。

背景技術

隨著工業的進步和科技的發展，人們對地下世界探索的需求達到了新的高度，例如，現在已經能夠從頁巖微納空隙中開采出頁巖氣，從而引發世界頁巖氣革命，但是，由于頁巖儲氣層埋深不同，以及頁巖特殊性，頁巖遇水會產生水化現象，尤其在頁巖氣鉆井及大規模水力壓裂中，水化導致井壁失穩、擴徑、失徑、甚至坍塌，不僅影響進度，還造成巨大的經濟損失。

水化現象研究最重要的一點是對水在頁巖含水量的測量；常用的含水量測量的方法有：熱干燥法、蒸餾法、卡爾費修法、水分活度AW檢測法等，這些方法需要取含水樣本，經過脫水、稱重或加化學試劑進行專門處理，才能獲得測量結果，測量過程復雜，同時需要對巖樣進行一系列的處理，破壞了巖樣原有的物理特性，這樣很有可能造成對巖樣含水量測量的不準確。

申請號是201510562745.1提供的頁巖含水量測試技術方案中，增加了巖樣的粉碎功能，裝置包含了底座機構、加熱粉碎機構和集水機構，通過“時溫原理”對頁巖樣品徹底進行徹底粉碎，破壞頁巖水與空隙、礦物間的固著力，然后通過溫度快速分離頁巖中的水，達到收集和測量的目的，該發明提供了含水量測量的一體化方案，但該發明仍然延續了傳統水份測量的方法，無法進行實時無損測量，測量獲得的僅是所取巖樣的含水量，無法測量巖樣中不同區域的含水量微分布，無法獲得含水量的時間分布函數。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供了一種利用電容層析技術實時測量水浸入巖樣，在巖樣中分布、擴散全過程中含水量變化的裝置。使用該裝置可以達到不中斷測量、不破壞被測巖樣、不干擾水浸入巖樣物理過程的目的。

為了達到上述目的，本發明實施例提供了一種頁巖含水量測量裝置，所述裝置包括：殼體、傳感器測量陣列以及含水量測量模塊；所述殼體包括箱體、托盤以及頂蓋，所述托盤卡裝于所述箱體底部的內壁上；所述箱體的底部為水箱，用于盛水；所述傳感器測量陣列固定安裝于所述托盤中心；所述傳感器測量陣列與所述含水量測量模塊電連接；所述含水量測量模與計算機通信連接。

進一步改進的，所述傳感器測量陣列包括：預設數量的氧化鋯傳感器的陣列、傳感器安裝架以及頂進螺栓，每一所述氧化鋯傳感器均通過同軸屏蔽信號線與所述含水量測量模塊通信，每一所述氧化鋯傳感器均通過彈簧安裝于所述傳感器安裝架上；所述頂進螺栓與所述傳感器安裝架連接。

進一步改進的，所述傳感器安裝架設置有彈簧限位架，通過旋轉所述頂進螺栓，使得所述氧化鋯傳感器處在同一平面上。

進一步改進的，所述氧化鋯傳感器的頂面設置有金屬基材電極，工作狀態下，每一所述金屬基材電極與巖樣貼合。

進一步改進的，所述氧化鋯傳感器相鄰兩金屬基材電極之間的距離至少是所述金屬基材電極厚度的十倍。

進一步改進的，所述頂蓋中心設置壓緊裝置，在所述巖樣放置于所述傳感器測量陣列的情況下，通過所述壓緊裝置將所述巖樣固定壓緊。

進一步改進的，所述殼體以及頂蓋為金屬材質制成；所述傳感器測量陣列、所述壓緊裝置為非金屬工程塑料。

進一步改進的，所述含水量測量模塊包括：芯片組、數據選擇器、ECU以及USB端口，所述芯片組、所述數據選擇器、所述ECU以及所述USB端口依次連接，其中，所述芯片組與所述傳感器測量陣列電連接；所述USB端口通過相適配的USB數據線與計算機通信連接。

為了達到上述目的，本發明實施例還提供了一種頁巖含水量測量方法，該方法應用上述任一項頁巖含水量測量裝置，所述測量方法包括步驟：

打開所述頂蓋，在所述殼體的底部倒入水，并放入巖樣；

旋轉所述傳感器測量陣列的每一所述頂進螺栓，使得每一氧化鋯傳感器與所述巖樣貼合；

蓋上頂蓋，旋緊壓緊裝置；

將所述頁巖含水量測量模塊分別于所述傳感器測量陣列和計算機建立通信；

測量所述巖樣的含水量。

進一步改進的，所述方法還包括：

根據所測量的含水量，計算所述巖樣的含水量分布。

本發明相比現有技術具有以下優點：