适用于煤层气开发过程排采水口中甲烷检测实时采样装置

摘要

本发明提供适用于煤层气开发过程排采水口中甲烷检测实时采样装置，其包括密闭的水箱，该水箱顶部设有排气口，侧壁上部设有进水口，侧壁下部设有出水口；该水箱内部设有螺旋向下的水道，该水道一侧靠近内壁，且与内壁点状连接，该侧非点状连接处与内壁之间留有水向下流出的缝隙，该水道另一侧设有挡水板以阻挡水从该侧流出，该水道起始处通过短管与所述进水口连通以将排采水口中排出的全部气水混合物及直接排放的甲烷气体引入该水道内；所述水箱还设有液位控制器件，以使检测时该水箱内的液位能恒定在出水口平面。该采样装置可保证检测结果的可靠性、准确性及其实时性。

说明书

技术领域

本发明涉及适用于煤层气开发过程排采水口中甲烷检测实时采样装置，属于煤层气开发过程气体泄漏、逸散检测技术领域。

背景技术

我国煤层气资源丰富，截止2014年已探明可开采量约为2700亿立方米，作为最为重要的一种甲烷气资源，煤层气被认为是最有潜力的清洁能源之一。但煤层气开发过程中甲烷等温室气体的逸散、泄露在一定程度上影响着煤层气开发的经济、社会、环境效益的实现。

煤层气开发过程中甲烷逸散、泄露主要包括排采水口甲烷逸散、盘根处甲烷逸散以及设备泄露，其中排采水口为(包括排放的气水混合物及直接的甲烷气体排放，大部分甲烷气体是直接排放出来的，少部分溶解在水中)最为重要的甲烷逸散源，具备较强的经济回收潜力。对煤层气开发过程排采水口中甲烷逸散检测的可靠、准确定量分析则尤为重要。

目前，对煤层气开发过程排采水口中甲烷检测实时采样装置暂无特定标准、规定，相关专利、文献也无方法介绍。现场针对煤层气开发过程排采水口中甲烷检测过程，主要采用简易塑料薄膜包裹等方式，或者采用大容量桶装容器在一定时间内获取累计气体量，然后进行甲烷气体的检测。采用如上所述方式进行甲烷检测时，由于诸如排采水口甲烷间歇逸散方式、外界空气、排采水中溶解部分气体等因素的影响，难以保证检测结果的可靠性、准确性及其实时性。

因此，本领域亟需开发适用于煤层气开发过程排采水口中甲烷检测实时采样装置及方法。

发明内容

有鉴于现实需要，本发明的目的之一在于提供一种适用于煤层气开发过程排采水口中甲烷检测实时采样装置，该采用装置可保证检测结果的可靠性、准确性及其实时性。

本发明的另一目的在于提供一种煤层气开发过程排采水口中甲烷检测方法，其利用上述采样装置。

为此，一方面，本发明提供一种适用于煤层气开发过程排采水口中甲烷检测实时采样装置，其包括密闭的水箱，该水箱顶部设有排气口，侧壁上部设有进水口，侧壁下部设有出水口；

该水箱内部设有螺旋向下的水道，该水道一侧靠近内壁，且与内壁点状连接，该侧非点状连接处与内壁之间留有水向下流出的缝隙，该水道另一侧设有挡水板以阻挡水从该侧流出，该水道起始处通过短管与所述进水口连通以将排采水口中排出的全部气水混合物及直接排放的甲烷气体引入该水道内；所述水箱还设有液位控制器件，以使检测时该水箱内的液位能恒定在出水口平面。

当采用本发明装置进行甲烷检测时，煤层气开采过程排采水口中的排出水气混合物及直接排放的甲烷气体通过进样口进入水箱内，一部分通过扩散运动进入采样水箱腔体，少部分溶解于水中的气体通过螺旋水道实现气水分离进而扩散进入采样水箱腔体，达到了实际测量的目的。本发明设置的螺旋水道依据机械分离原理，改变水气混合物流向实现水气的惯性分离，螺旋水道旋转往下实现水气离心分离，同时，水滴从缝隙沿水箱内壁面下流实现水气水膜分离。通过上述机械分离原理，本发明在实施过程中能充分实现水中溶解气的分离，即本发明同时采用了机械分离、水气离心分离、水气水膜分离来充分获取甲烷气体，所测得的甲烷气体既包括直接排放的大部分的甲烷气体，同时包括少部分溶解在水中的分离后的甲烷气体。

本发明提供的采用装置结构简单，能实现快速气水分离，能进行实时、连续甲烷逸散量计量且受外界因素干扰幅度小、计量误差小，为适用于煤层气开发过程排采水口中甲烷检测实时采样装置。

作为本发明前述甲烷检测装置的一具体实施方式，优选地，所述水道为扁平水道，该扁平水道宽面面向水箱顶底部，该扁平水道窄面面向水箱内壁。

作为本发明前述甲烷检测装置的一具体实施方式，优选地，所述液位控制器件为浮球开关，其设置在所述出水口处。浮球开关能够对液面进行有效控制，保证水箱内上部气体空间相对一致，这使得本发明测定甲烷的空间几乎恒定，测得结果受外界因素干扰幅度小、计量误差小。

作为本发明前述甲烷检测装置的一种具体实施方式，优选地，所述水箱的筒体为圆柱形，且在圆柱形筒体上连接有圆锥形顶部。需要说明的是，本发明水箱的形状不限于圆柱形，其可为其他形状。

作为本发明前述甲烷检测装置的一种具体实施方式，优选地，所述排气口设置在顶部的正中央。

作为本发明前述甲烷检测装置的一种具体实施方式，优选地，其还包括气体干燥器及甲烷检测仪；所述排气口与所述气体干燥器的进口相连，所述气体干燥器的出口与所述甲烷检测仪的进气口相连。所述气体干燥器可将采集后的甲烷气体进行干燥，以避免甲烷气体中的水气对甲烷检测仪的干扰。

作为本发明前述甲烷检测装置的一种具体实施方式，优选地，其还可以包括液体流量计，该液体流量计与所述出水口相连接。设置液体流量计可检测液体的排出速率。

本发明对于制作甲烷检测实时采样装置的材料及其尺寸等未作任何形式上的限制，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。

另一方面，本发明提供一种煤层气开发过程排采水口中甲烷检测方法，其使用上述甲烷检测装置，该检测方法包括如下步骤：

(1)采用连接管路将煤层气开发过程排采水口与所述进水口相连，以使排出的全部气水混合物及直接排放的甲烷气体进入所述水箱；

(2)当气水混合物及进入所述水箱后，待所述甲烷检测实时采样装置腔内的液面保持于出水口水平面时，从所述排气口将收集到的甲烷气体经干燥后引入甲烷检测仪检测甲烷实时浓度。

作为前述甲烷检测方法的一具体实施方式，当所述排采水口为套管时，将该套管中排放的全部气水混合物及直接排放的甲烷气体(无论是套管中的中心管主要排出的液体，还是套环中主要排出的气体)引入所述甲烷检测实时采用装置。

本发明检测方法中，直接排放的甲烷气体直接逸散，而进入的水气混合物在水箱内大部分沿螺旋水槽呈环形面(当水道底部为扁平面是，乘环形平面)流入水箱内腔，一部分以水膜形式从水道与内壁之间的缝隙沿水箱内壁下流，最终汇集与水箱下部。当水箱内收集的液体保持于出水口平面时，水箱内用于容纳气体的空间处于变化过程中，为了更准确的测试甲烷浓度，因而，需待所述甲烷检测实时采样装置腔内的液面保持于出水口水平面时再进行检测，因为该水箱还设有液位控制器件，可使液位恒定在出水口平面。

综上可知，本发明提供了一种适用于煤层气开发过程排采水口中甲烷检测实时采样装置及检测方法，与现有技术相比，其实现了煤层气开发过程排采水口中水气快速分离，即依靠水气分离的三种原理，在有限的空间内实现了水气的快速分离；显著提高了采样质量，即本发明能尽量多的分离出了水中的甲烷，并且水箱体积的衡定能够比较真实的反应出甲烷的在排采水口逸散出来的速度和浓度，另外可增加干燥器排除水气的影响。相对于目前采用简易塑料薄膜包裹等方式，或者采用大容量桶装容器在一定时间内获取累计气体量，然后进行甲烷气体的检测的方法，本发明充分保证了甲烷检测的可靠性、准确性，实现了甲烷检测的实时性。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的甲烷检测实时采样装置的正视图。

图2为图1的侧视图。

图3为图1的俯视图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合具体实施例及对本发明的技术方案进行以下详细说明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。实施例中，各原始试剂材料均可商购获得，未注明具体条件的实验方法为所属领域熟知的常规方法和常规条件，或按照仪器制造商所建议的条件。

实施例1

请参阅图1、图2及图3，其分别为本实施例提供的甲烷检测装置的正视图、侧视图(右上)及俯视图。该甲烷检测装置包括筒体为圆柱形的水箱1，该水箱1底部水平，顶部为在圆柱形筒体上连接的圆锥形；该水箱1顶部正中央设有排气口3，侧壁上部设有进水口2，侧壁下部设有出水口4；该水箱1内部设有螺旋向下的水道5，该水道5一侧靠近内壁，且与内壁点状连接，连接处如图中图标10所示，该侧非点状连接处与内壁之间留有水向下流出的缝隙，该水道5另一侧设有挡水板以阻挡水从该侧流出，该水道起始处通过短管9与所述进水口2连通以将排采水口中排出的全部气水混合物及直接排放的甲烷气体引入该水道内，；所述水箱还设有液位控制器件(图中未示出)，以使工作时该水箱内的液位恒定在出水口平面。

该甲烷检测装置还包括气体干燥器7及甲烷检测装置(图中未示出)，所述排气口通过管路与所述气体干燥器7的进口相连，所述气体干燥器7的出口经由管线8与所述甲烷检测装置相连。

所述短管9上还可套接可松紧接口6，利用可松紧接口6及管路使煤层气开发过程排采水口与短管9相连，以将排采水口中排出的全部气水混合物及直接排放的甲烷气体引入该水箱内。

本实施例提供煤层气开发过程排采水口中甲烷检测方法，其使用上述甲烷检测装置，该检测方法包括如下步骤：

(1)采用连接管路将煤层气开发过程排采水口与所述进水口2相连，以使排出的全部气水混合物及直接排放的甲烷气体进入所述水箱1；该排采水口为套管，将该套管中排放的全部气水混合物(无论是套管中的中心管主要排出的液体，还是套环中主要排出的气体)引入所述甲烷检测实时采样装置；

(2)当气水混合物及直接排放的甲烷气体进入所述水箱后，待所述甲烷检测实时采样装置腔内的液面保持于出水口水平面时，从所述出气口将收集到的甲烷气体经干燥后引入甲烷检测仪检测甲烷实时浓度。

进入所述水箱1中的直接排放的甲烷气体直接逸散，而水气混合物在水箱2内大部分沿螺旋水道5呈环形平面流入水箱1内腔，一部分从水道与内壁之间的缝隙以水膜形式沿水箱1内壁下流，最终汇集与圆形水箱1下部。

所述水气混合物在圆形水箱1内部进行气水分离，分离后的气体及收集的直接排放的甲烷气体经排气口3进入气体干燥器7，所述气体干燥器7对气体中水汽进行去除，所述气体干燥器7中气体经由管线8与甲烷检测仪相连接，实现所述煤层气开发过程排采水口中的甲烷检测。

在检测过程中，所述煤层气开发过程排采水口中甲烷检测采样装置内腔内液面保持于出水口水平面时，所述管线8连接甲烷检测仪，保证气体采样空间相对一致性。

所述出水口4处可设置液体流量计，对所述煤层气开发排采水口中的液体流量进行计量。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。