页岩气发气量测定系统软件设计.doc
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1、页岩气发气量软件设计 金伟中文摘要全球经济不断增长,能源的消耗与需求的矛盾越来越显现,在传统能源存量日益减少的今天,替代能源也已被提上日程,非常规天然气的重要地位得到各国的重视,但其开采 的难度以及开采成本很大。因此对非常规天然气地质特性的研究日益受到重视。随着经济 与科技的快速发展,试验技术也应得到提升,传统排水集气法测定煤制气含气量实验费时 费力。本文设计一种高精度自动化含气量测量装置,以替代传统的排水集气法。 本文所做的工作主要有以下几方面: ()测量装置的硬件设计,包括机械方面和电气方面的硬件设计。机械方面得设计包 括测试系统架构,其中最重要的是气体质量流量计的选择。气体质量流量计直接
2、关系到整 个实验装置的精度要求,而且流量计为单片机提供信号,关系到全局的成败。所以,流量 计的选择相当的重要。电路方面的设计主要是气体质量流量计的调理电路设计,以及单片 机数据采集、存储与处理电路设计。()测量装置的软件设计。软件设计包括数据采集的转换程序设计,数据存储程 序设计,研究阶段单片机与机通信程序设计以及液晶显示模块程序设计等。()机的辅助处理程序设计。由于本装置的设计需要以大量的实验为基础,所以为 了方便实验,节约实验时间,在研究阶段本课题借助机的强大功能。机的编程处理 软件使用的是公司的。本课题需要在机上实现与下位机进行数据传输, 以及对所采集信号的数字处理,提取信号的特征值。
3、本文设计了一种高精度自动含气量测量装置,通过气体质量流量计产生与气体流量成 正比得模拟信号,再经过高速串行转换芯片进行转换,单片机对单次 放气过程中的信号进行积分,转换后的数据由单片机送入存储器。 关键词:单片机 含气量 高精度 软件Abstract The global economy is growing, energy consumption and demand contradiction increasingly apparent in the dwindling traditional energy stocks today, alternative energy has also
4、 been put on the agenda , it is important to get the status of unconventional gas national attention , but its exploitation the difficulty and cost of mining large. So the geological characteristics of unconventional gas research and more attention. With the rapid development of economy and technolo
5、gy, test techniques should also be improved, the traditional method for the determination of drainage gas gathering gas content of coal gas time-consuming experiments . In this paper, design of a high-precision automated gas content measurement device , set to replace the traditional gas drainage me
6、thod . The main work of this paper, the following aspects : (1) measurement hardware design of the device , including mechanical and electrical aspects of the hardware design. Mechanical system architecture may include test design , the most important is the choice of the gas mass flow meter . Gas m
7、ass flow meter is directly related to the accuracy requirements of the entire experimental device , and provides a signal to the microcontroller meter , related to the overall success or failure. Therefore, the flow meter selection is quite important . The main aspects of the design of the circuit i
8、s the gas mass flow meter conditioning circuit design , and SCM data collection, storage and processing circuit design. (2) measurement software design of the device . Software design, including data acquisition A / D conversion process design, data storage program design , research phase SCM and PC
9、 communications program design and LCD module program design. (3)PC programming process auxiliary machines . Because of the design of this device need to be based on a large number of experiments , so in order to facilitate the experiment , the experimental time -saving , with the power of a PC in t
10、he research phase of this topic. Programming for the PC software is NI s LabVIEW. The issue needs to be implemented on the PC and the next crew for data transmission, as well as the acquisition of digital signal processing, feature extraction of the signal value . This paper presents a high-precisio
11、n automatic measuring devices containing gas generated by the gas mass flow and gas flow rate was proportional to an analog signal , and then through the high-speed serial A / D converter chip MCP3202 for A / D converter , microcontroller on a single release gas during signal integration , data conv
12、erted by the microcontroller into E2pROM memory.Keywords: microcontroller software containing gas with high accuracy目录中文摘要IABSTRACTII目录III第一章 绪论 1.1 课题的提出和研究意义 1.2 国内外有关研究现状 1.3 本文研究的主要内容 1.4 本章小结第二章 页岩气发气量检测系统对象的整体设计和分析 2.1 系统的概述 2.1.1系统对象的介绍 2.1.2系统对象的设备组成 2.2 集气部分 2.2.1集气的环境要求 2.2.2集气装置以及工作方式 2.3
13、 检测部分 2.3.1检测原理与检测装置 2.4 驱动部分 2.4.2驱动装置以及工作方式 2.5 本章小结第三章气体流量信号采集系统的软件设计 3.1 单片机C语言编程 3.2 A/D转换程序设计 3.3 数据存储 3.4 单片机与PC机串口通信程序设计 3.5 液晶显示程序设计 3.6 含气量测定主程序设计 3.7 本章小结第四章 总结与展望 4.1 论文总结 4.2 前景展望参考文献致谢第一章 绪论 1.1课题的研究背景与意义当今能源问题关系到经济的发展和社会的稳定,不断增长的世界能源需求和现有资源 的消减引起的供求差距越来越大,传统能源主要是石油、煤、天然气。然而,传统能源 对环境的破
14、坏比较严重,尤其以石油、煤为首,在燃烧的过程中,释放出大量的有害气体 以及温室气体造成全球的温室效应。天然气与煤炭和石油相比,燃烧所排放的,较低(仅为煤炭和石油的和),因此天然气是典型的“绿色能源”。非常规天然气资源量是 常规天然气的倍,使非常规天然气成为新一代环保、高效的优质替代能源。虽然非 常规天然气有如此多的优点,但是其开采难度较大,现有的开采都是源于常规天然气的基 础之上,而非常规天然气跟常规天然气有很大的区别:常规天然气藏一般是以浮力作为运 移动力的,以构造和地层形式单个分布;而非常规天然气藏一般不是以浮力作为运移动力 而是以扩散方式运移、聚集的,这种气藏具有区域性广泛分布的特点,且
15、一般不依赖于 构造和地层圈闭。基于上述特点,对非常规天燃气的开采价值的研究就尤为重要,本课题 通过在实验室中模拟煤制气的自然解析过程,利用机以及单片机的自动化控制以及可视 化窗口实现人机交互,测算出被测样品的非常规天然气的储量,从而判断开采的价值。国内外有关研究情况 致密砂岩储层只是一个相对概念,世界上没有统一的界限和划分标准,在不同国家 和不同时期,由于资源状况不同,技术条件的不同,对致密油气储层的界限和划分标准也 有所不同。一般把孔隙度低(小于)、渗透率比较低()、含气饱和度低(小 于),含水饱和度高(大于)、天然气在其中流动速度较为缓慢的砂岩层中的非 常规天然气的储层,称之为致密砂岩储层
16、认为致密含气砂岩是 一种不经过大型改造措施(水力压裂)或者是不采用水平井、多分支井,就不能产出工业性 气流的砂岩储层,因此就不存在典型的致密含气砂岩。 致密砂岩气藏几乎存在于所有的含油气区,早在年就发现了位于美国的圣胡安 盆地,年加拿大在其阿尔伯达盆地西部的深坳陷区北部发现了大型的致密砂岩气田 命名为埃尔姆沃斯。我国自从在年发现川西中坝气田后,也慢慢地开始了对致密砂 岩含气进行系统研究。由于在北美地区发现的致密砂岩气藏大部分分布在盆地中心或者 盆地构造的深部,于是在年提出了深盆气藏的概念,以及世纪年代 以后等提出“致密砂岩气藏”概念,其之后又提出过“盆地中心气藏”、“连续型气 藏”、“根缘气”
17、等针对深盆气藏性质的概念。年以前煤层气总是被当作煤矿开采过程中的有害气体处理, 年,美国矿业 局第一个钻出了采空区的瓦斯抽放井。年,美国已经形成一个概念就是将煤层气作为 一种潜在的有效替代能源,随后美国掀起了一股煤层气地面垂直井开发试验的热潮”。其 后美国建立了两个比较大的和煤层气田。目前,美国、加拿大、澳大利亚国已经开始煤层气的商业化开采口叼。其中,美国是 世界上非常规天然气开发时间最早、规模最大、水平最高的国家,年以来美国陆上发 现的大型天然气田主要为非常规天然气田,年非常规天然气产量达到亿立方米, 占国内天然气总产量的。非常规天然气的成功开发,使美国跃居年世界第一大天 然气生产国口”,如
18、图,基本实现了自给自足,彻底改变了美国天然气的供给格局,并对 世界天然气供应产生深远影响。目前,美国对非常规天然气的试验研究仍然走在世界的前 列,其中代表性的实验室有实验室、实验室、实验室以及 实验室。加拿大是目前世界上唯一实现油砂商业化开采的国家。图美国非常规天然气的发展在气藏的勘探开发中已成为国内外众多学者研究的热点和前沿问题。国内外许多学者 都在这一领域对其形成与分布、成藏机理及开发方式等进行了研究。我国非常规天然 气资源丰富,分布广泛,初步估计资源量超过万亿立方米,约为常规天然气地质资源 量的倍以上。受勘探开发关键技术的制约,过去非常规天然气在我国发展较为缓慢。近 年来,国家和各石油企
19、业高度重视非常规天然气的研究与开发利用,在理论和技术上都取 得许多突破,业务发展进入了新阶段五。目前,我国低渗透致密气已经实现规模开发,煤 层气工业化开发已起步,页岩气开发试验已经启动,非常规天然气的发展前景十分广阔。 经过近年的努力,我国在非常规天然气资源勘探开发上取得了一定成果,但总体看仍 起步晚、规模小、发展不平衡、利用水平低,特别是与美国等发达国家相比存在很大差距。 鉴于上述,学习国外先进的理论依据以及实验操作方法,对我国开发非常规天然气还是很 大的帮助。1.3 本文研究的主要内容物理模拟实验是目前经常使用的实验方法,在目前的实验室当中,非常规天然气的地 质评价试验主要的难点有高精度自
20、动含气量测试技术、脉冲式低渗透岩石渗透率测试技 术、充气孔隙度测定技术等。本课题的主要研究内容就是高精度自动含气量的测试,单片 机的采样控制,机结果计算曲线生成。 高精度自动含气量的测试 现在的测试方法主要由直接测量跟间接测量两种方法。直接法一般是当煤芯提出井口 后,立即用密封罐采取煤样,测定煤样中非常规天然气随时间的变化规律,从而计算出煤 层中含气量,判断这片煤层开采的价值。间接法是利用有关参数,换算煤层气含量。常用 的间接法是:利用井下实测的煤层内气体压力(瓦斯压力),以及煤样的孔隙率、吸附等 温线的吸附常数、水分含量和灰分产率等参数,计算煤层甲烷的游离量和吸附量。 单片机的采样控制 对各
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