CN102901690B - 高压多相流体密度测量装置及其测量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压多相流体密度测量装置及其测量计算方法，测量装置包括内模型和外模型，所述内模型设置在外模型内，所述内模型包括：分析筒，其上、下部分别设有顶活塞和底活塞，顶活塞内设有用于放置电磁铁的磁铁孔，顶活塞上轴向设有流体通孔，底活塞在分析筒内为可上下移动设置，分析筒的顶、底端分别密封连接有上端盖和下端盖，上端盖位于顶活塞上方，下端盖位于底活塞的下方，上端盖设有第一液体孔，下端盖设有第二液体孔；标尺，其设置分析筒一侧，并对应感应线圈的位置；测试球，其由于球外壁和永磁体内核组成，永磁体内核设在球外壁的内部，测试球设置在分析筒的内部；感应线圈，其通过线圈调节件可上下移动地套设在分析筒的外部。

Description

高压多相流体密度测量装置及其测量计算方法

技术领域

本发明涉及石油物理性质测量领域，特别是涉及一种高压多相流体密度测量装置，以及油藏条件下两相流体密度及组分传质含量的测量计算方法。

背景技术

在石油物理性质参数测量实验中，流体密度是一项基本参数。调研显示进行密度测量的方法和仪器多种多样，适用于不同的专业，但是其局限性只适用于单相均匀流体。油藏是高温高压环境，岩石孔隙中的渗流流体有时呈两相状态，掌握其物理特性对技术研究而言是非常重要的。其中，两相流体的密度变化情况及测量方法目前尚无研究。

单相流体密度测量通常采用质量与体积比值的基本方法，该方法恪守了密度的定义，是多种流体密度测量方法的基础。

用常规方法测量油藏条件下的单相流体密度，其测量步骤繁琐，操作要求精细苛刻。首先将高温高压流体在高于油藏压力的条件下转入标准容器内；其次，控制驱替泵和温控设备将标准容器内的条件达到油藏条件，计量此时容器内流体体积V(P，T)；第三，将标准容器内流体逐步冷却降压至室内条件，测量脱气后流体质量；计量室温条件下脱出的气体体积并转换成气体质量。最后，由流体质量和气体质量之和除以V(P，T)，才得到油藏条件下的流体密度。

显然，用常规方法测量油藏条件下的两相流体密度还需要增加两相分离的步骤，在目前实验条件下，该操作难以实现。如果要获得不同温度、压力条件下的两相流体密度曲线，其测量工作量将是难以承受的。

基于上述问题，本发明研究发明了测量落球速度、计算两相流体密度的方法，该方法填补了这一测量领域的空白。在测试流程中，该方法还能计算出流体研究中另外一个重要的物理参数——两相流体间的组分传质含量。

发明内容

本发明的目的是，提供一种高压多相流体密度测量装置，其可测量两相流体共存时的两种流体密度。

本发明的另一目的是，提供一种油藏条件下两相流体密度及组分传质含量的测量计算方法，其可测量两相流体共存时的两种流体密度及组分传质含量。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种高压多相流体密度测量装置，所述测量装置包括内模型和外模型，所述内模型设置在外模型内，所述内模型包括：分析筒，其上、下部分别设有顶活塞和底活塞，顶活塞内设有用于放置电磁铁的磁铁孔，顶活塞上轴向设有流体通孔，底活塞在分析筒内为可上下移动设置，分析筒的顶、底端分别密封连接有上端盖和下端盖，上端盖位于顶活塞上方，下端盖位于底活塞的下方，上端盖设有第一液体孔，下端盖设有第二液体孔；标尺，其设置分析筒3一侧，并对应感应线圈的位置；测试球，其由于球外壁和永磁体内核组成，永磁体内核设在球外壁的内部，测试球设置在分析筒的内部；感应线圈，其通过线圈调节件可上下移动地套设在分析筒的外部。

如上所述的高压多相流体密度测量装置，所述顶活塞的底部设有冠状槽，所述测试球在进行落球测试的初始位置设在冠状槽内。

如上所述的高压多相流体密度测量装置，所述线圈调节件包括螺丝立柱，丝扣环，第一连杆和操作件，丝扣环可上下移动地连接在螺丝立柱上，第一连杆的一端连接丝扣环，另一端连接所述感应线圈，操作件通过带动螺丝立柱旋转而使丝扣环上下移动。

如上所述的高压多相流体密度测量装置，所述标尺对应所述第一连杆的位置，第一连杆上设有用于观察标尺的刻度窗；所述外模型包括外模型本体，外模型本体上设有观察窗。

如上所述的高压多相流体密度测量装置，所述操作件包括扳手，第二连杆和斜齿轮，第二连杆穿过所述外模型，且第二连杆的一端连接扳手，另一端连接斜齿轮，斜齿轮与所述螺丝立柱的轴向相互垂直，且斜齿轮与螺丝立柱啮合连接，扳手位于所述外模型之外。

一种油藏条件下两相流体密度及组分传质含量的测量计算方法，所述方法包括步骤：

(1)提供上述高压多相流体密度测量装置，并进行实验准备，将已知质量和体积m_球，V_球的测试球放入分析筒内，并安装好内模型和外模型；

(2)准备已知质量的压力P1、温度T1条件下的气体；准备已知体积的同条件下的液体；两者均由特定容器盛装；

(3)将外模型处于上述压力P1、温度T1条件，并将分析筒上部抽真空，使底活塞与测试球、顶活塞接触。底活塞下部流体与内、外模型间的围压流体压力逐步升压至压力值P1。静置1小时以上，使内、外模型的温度一致；

(4)由加注装置将盛装的气体和液体从顶活塞的流体通孔依次定量注入分析筒内，静置30分钟；

(5)将三个感应线圈分别精确调至流体起始线、两相界面处及流体终止线处，记录L1、L2值，L1为流体起始线至两相界面处的距离，L2为两相界面处至流体终止线的距离；

(6)控制顶活塞上的电磁铁，将测试球释放，测量球在流体1中自由下落，到达两相界面处的感应线圈感应，自动记录测试球从释放到两相界面处的用时t1；之后小球继续在流体中自由下落，到达终止线的感应线圈感应，自动记录测试球4从两相界面到流体终止线的用时t2；

(7)由下述公式计算两相流体的密度：

其中，m_球为测试球的质量，V_球为测试球的体积；

(8)由下述公式计算两相流体间的溶解质量m_s和组分间传质质量m_tr：

$m_{\mathrm{tr}}=m_L^{P1}-\frac{1}{1+S_2-S_1}\·m_L^{P2}$

$m_s=m_g^{P1}-m_g^{P2}+m_L^{P1}-\frac{1}{1+S_2-S_1}\·m_L^{P2}$

其中，S₁、S₂分别为压力P1、P2条件下的溶解度，为压力P1条件下的液相质量，为压力P2条件下的液相质量，为压力P1条件下的气相质量，为压力P1条件下的气相质量；

(9)同温度下，控制底活塞，调节分析筒内压力，当分析筒内的压力到达压力值P2时，重复上述步骤(5)～(8)；

(10)测量完成后进行实验设备的整理。

如上所述的测量计算方法，所述加注装置包括耐压容器和推动部件，所述耐压容器由容器筒，活塞，中空丝堵和控制容器筒内流体进出的阀门组成，阀门位于容器筒的外部，并连接在容器筒的一端，中空丝堵连接在容器筒的另一端，活塞可移动地密封连接在容器筒内，所述推动部件包括推动杆，推动杆的一端穿过中空丝堵而连接在活塞上。

如上所述的测量计算方法，所述推动部件还包括容置膛，所述容置膛包括前挡板，膛壁和后挡板，所述膛壁连接在前、后挡板之间，膛壁的上部呈凹弧形，所述容器筒放置在膛壁的凹弧形上，并挡止于前、后挡板之间，所述前挡板的上部设有卡管槽，所述推动杆可移动地连接在后挡板上。

如上所述的测量计算方法，所述推动杆包括丝扣杆和扳手杆，扳手杆连接在丝扣杆的一端，丝扣杆的另一端穿过所述中空丝堵而连接在所述活塞上；所述活塞的面向所述丝扣杆的一面设有冠状槽，所述丝扣杆的另一端设有顶头，所述顶头与冠状槽相对应。

如上所述的测量计算方法，所述中空丝堵具有外丝扣和外盖，外丝扣连接在外盖的一侧，外丝扣与容器筒配合连接，外盖挡止于容器筒外，中空丝堵上设有中空通道。

本发明的特点和优点是：

1、其可满足高温高压的油藏条件，测试原理严谨，测量方法满足研究分析测量精度。

2、可测量两相流体共存时的两种流体密度。

3、测试方法简单，易于操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的内模型的主视示意图；

图2是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的内模型的俯视示意图；

图3是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的分析筒的分离状态下的主视剖面图；

图4A是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的顶活塞的主视示意图；

图4B是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的顶活塞的俯视示意图；

图4C是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的顶活塞的仰视示意图；

图5A是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的底活塞的主视示意图；

图5B是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的底活塞的俯视示意图；

图6A是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的上端盖的主视剖面示意图；

图6B是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的上端盖的仰视示意图；

图7A是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的下端盖的主视剖面示意图；

图7B是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的下端盖的俯视示意图；

图8是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的测试球的剖面示意图；

图9A是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的线圈调节件的主视示意图；

图9B是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的线圈调节件的侧视示意图；

图9C是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的线圈调节件的丝扣环与第一连杆结合状态下的俯视示意图；

图10A是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的外模型的主视示意图；

图10B是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的外模型的俯视示意图；

图10C是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的外模型的仰视示意图；

图11是本发明实施例的高压多相流体密度测量装置的俯视剖面示意图；

图12是采用落球法中测试球的受力分析图；

图13是落球法示意图；

图14是本发明实施例的加注装置的结构示意图；

图15是发明实施例的加注装置的耐压容器的结构示意图；

图16A是发明实施例的加注装置的活塞的主视示意图；

图16B是发明实施例的加注装置的活塞的侧视示意图；

图17A是发明实施例的加注装置的中空丝堵的主视示意图；

图17B是发明实施例的加注装置的中空丝堵的侧视示意图；

图18是发明实施例的加注装置的推动部件的主视示意图；

图19是发明实施例的加注装置的推动部件的主视示意图，其中容置膛显示了剖面状态；

图20是发明实施例的加注装置的前挡板的侧视示意图；

图21是发明实施例的加注装置的后挡板的侧视示意图；

图22是发明实施例的加注装置的推动杆的主视示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面描述本发明的方法原理

油藏条件下两相流体密度测量采用落球法。其原理如下：小球垂直下落过程的受力分析见图12、13，得到方程式(1)，其中G₁是小球的重力，F_浮1是小球下落时受到测量管内的液体的浮力，τ分别为小球下落时受到测量管的管壁的粘滞力。由公式(2)可知，小球直径越小、下落速度越慢，则粘滞力越小。在精度许可条件下，粘滞力项可忽略不计。

G₁-F_浮1-τ₁＝m₁a₁                        (1)

$\mathrm{\τ}=\mathrm{\μA}\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dy}}---\left(2\right)$

(1)两相流体密度计算

两相流体密度测试过程如下：定温度(T1)压力(P1)条件下，小球在起始线位置，初始速度为0；释放后，小球在流体1中自由下落，到达两相界面处用时t1，起始线位置到两相界面的距离为L1(此时速度为u1，加速度为a1)。之后小球继续在流体2中自由下落，到达终止线用时t2，两相界面到终止线的距离为L2(此时速度为u2，加速度为a2)。

计算原理如下：

假设条件：小球在两相中的下落速度慢、直径小，故粘滞力忽略。m_球和V_球是已知的，分别是小球的质量和体积，L1、L2、t1和t2测量得到。由牛顿运动定律可知：

G_球-F_浮1＝m_球a₁  F_浮1＝ρ₁gV_球  u₁＝a₁t₁

G_球-F_浮2＝m_球a₂  F_浮2＝ρ₂gV_球  u₂＝u₁+a₂t₂ 解方程得：

其中，u、ρ、μ、r、V分别为小球降落速度、流体密度、流体粘度、小球半径、小球体积；

(2)组分传质含量计算

组分传质含量测试过程与两相流体密度测试过程同步，不同温度、压力条件变化过程必然涉及两相流体间的组分传质。以气液两相流体在同温度(T1)、两种以上压力(P1、P2)条件变化过程为例进行分析。压力P1条件时，两相界面处位于L11，计算两相流体密度分别为变化至压力P2条件，溶解作用及传质作用使两相间部分组分发生互换，两相界面位置变更，稳定后位于L12处，此时计算两相流体密度分别为

需要基础测试数据为不同压力下的液相中气相质量溶解度曲线。压力P1、P2条件下的溶解度分别为S₁、S₂。压力P1条件下，气、液相质量分别为压力P2条件下，气、液相质量分别为(由密度测试结果计算可知)；

计算原理如下：

压力变化时，液相中溶解的气体量发生变化(m_s)，并且气相和液相中的部分组分发生传质(m_tr)。由质量守恒定律分析知：

$m_g^{P1}-m_s+m_{\mathrm{tr}}=m_g^{P2}---\left(7\right)$

$m_L^{P1}+m_s-m_{\mathrm{tr}}=m_L^{P2}---\left(8\right)$

假设等量液相不发生传质，则由P1变化至P2时，质量为则考虑传质时，质量变化情况如式(9)所示：

$m_{\mathrm{tr}}+\mathrm{\Δ}{m}_{\mathrm{tr}-s}=m_{L^{\′}}^{P2}-m_L^{P2}---\left(9\right)$

由溶解度曲线知：Δm_tr-s＝(S₂-S₁)·m_tr且则求得m_tr， $m_{\mathrm{tr}}=m_L^{P1}-\frac{1}{1+S_2-S_1}\·m_L^{P2};---\left(10\right)$ 进而得到m_s， $m_s=m_g^{P1}-m_g^{P2}+m_L^{P1}-\frac{1}{1+S_2-S_1}\·m_L^{P2}---\left(11\right)$

即压力变化条件下的两相间的溶解量及传质量可求。不同温度条件下的计算过程相同，此处略。

实施方式1

如图1至图11所示，本发明实施例提出了一种高压多相流体密度测量装置，其包括内模型1和外模型2，内模型1设置在外模型2内。所述内模型1包括分析筒3，测试球4，感应线圈5和标尺7。所述分析筒3的上、下部分别设有顶活塞3a和底活塞3b，顶活塞3a内设有用于放置电磁铁的磁铁孔3a1，顶活塞3a上轴向设有流体通孔3a2，流体通孔3a2用于注入或排空分析筒3内流体，在此处，磁铁孔3a1设置在顶活塞3a的中间位置，流体通孔3a2具有两个，分别位于磁铁孔3a1的两侧；底活塞3b在分析筒3内可上下移动设置，底活塞3b是实体，通过其上下移动可调节分析筒3内的流体压力。分析筒3的顶、底端分别密封连接有上端盖3c和下端盖3d，上端盖3c位于顶活塞3a上方，下端盖3d位于底活塞3b的下方，上端盖3c设有第一液体孔3c1，下端盖3d设有第二液体孔3d1，第一液体孔3c1可作为顶活塞3a内的电磁铁及顶活塞连接管线的出口，第二液体孔3d1是用于控制流体推动底活塞3b移动的通道。测试球4的由于球外壁4a和永磁体内核4b组成，永磁体内核4b设在球外壁4a的内部，测试球4设置在分析筒3的内部。感应线圈5通过线圈调节件6可上下移动地套设在分析筒3的外部，感应线圈5可起到感应测试球4是否到达线圈位置的作用。标尺7设置分析筒3一侧而对应感应线圈5的位置，用于显示感应线圈5的位置。

其中，分析筒3可为透明耐温耐压的观察设备，可承受一定程度上的压差，例如可承受4MPa以内的压差，压力变化的两相流体在分析筒3内发生体积变化。

配合图6A至图7B所示，分析筒3上的上端盖3c起密封分析筒3上方的作用，具体是，上端盖3c的底部设有第一密封槽3c2，第一密封槽3c2配合密封圈3e使用。下端盖3d起密封分析筒3下方的作用，具体是，下端盖3d的顶部设有第二密封槽3d2，第二密封槽3d2配合密封圈3f使用。

如图8所示，测试球4的外壁可由轻密度材料制成，且测试球4可制作成多种参数的小球，其外径可为36mm，永磁体内核4b的直径可为2mm，测试球的整体密度在0.81.2cm³/g之间。

根据本发明的一个实施方式，如图4A至图4C所示，所述顶活塞3a的底部设有冠状槽3a3，测试球4在进行落球测试的初始位置设在冠状槽3a3内。此外，顶活塞3a与分析筒3之间为密封连接，即两者之间可通过密封圈3a4形成密封连接。底活塞3b与分析筒3之间亦可通过密封圈3b1形成密封连接。

根据本发明的一个实施方式，如图9A和图9B所示，所述线圈调节件6包括螺丝立柱6a，丝扣环6b，第一连杆6c和操作件，丝扣环6b可上下移动地连接在螺丝立柱6a上，第一连杆6c的一端连接丝扣环6b，另一端连接感应线圈5，操作件通过带动螺丝立柱6a旋转，进而使丝扣环6b沿着螺丝立柱6a上下移动。

进一步而言，所述操作件包括扳手6d，第二连杆6e和斜齿轮6f，第二连杆6e穿过所述外模型2，且第二连杆6e的一端连接扳手6d，另一端连接斜齿轮6f，斜齿轮6f与螺丝立柱6a的轴向相互垂直，且斜齿轮6f与螺丝立柱6a啮合连接，扳手6d位于外模型2之外。其中，斜齿轮6f可为齿倾斜45°的斜齿轮。

本实施例在操作时，首先旋转扳手6d，扳手6d带动斜齿轮6f同步旋转，由于斜齿轮6f与螺丝立柱6a啮合，因此斜齿轮6f的旋转带动螺丝立柱6a旋转，而由于丝扣环6b通过第一连杆6c连接着感应线圈5，即丝扣环6b无法转动，使得丝扣环6b沿着螺旋立柱6a上下移动，从而调节感应线圈5在分析筒3的所处位置。其中，分析筒3上的线圈调节件6与感应线圈5的数量可根据需要来设定，在此处，由于分析筒3内注入的是两相流体，因此具有三个感应线圈5，分别位于第一种流体的起始线处，两相界面处和第二种流体的终止线处，每个感应线圈5均连接有一个线圈调节件6。

如图9A所示，第二连杆6e有一部分穿设于外模型2之中，第二连杆6e与外模型2密封连接，例如通过O型圈6h来密封连接。

此外，所述标尺7对应第一连杆6c的位置，第一连杆6c上设有用于观察标尺7的刻度窗6g。第一连杆6c上设有通孔刻槽，该通孔刻槽作为刻度窗6g使用，以方便观察标尺7。

根据本发明的一个实施方式，如图10A至图10C所示，所述外模型2包括外模型本体2a，外模型本体2a上设有观察窗2b，用来观察内模型的分析筒3。

配合图10A至图10C所示，外模型2的上端用上丝扣盖2c密封连接，下端用下丝扣盖2d密封连接。配合图11所示，所述外模型2的四周形成腔体，即外模型2的侧面可由螺栓2e密封，观察窗2b设置在外模型的侧面。

所述外模型2可采用钢制材料制成。

本实施例在使用时，内模型1放置在外模型2的内部，内模型1的流体管线，电磁铁控制线和线圈调节件6的扳手6d分别与外模型2连接。内模型1与外模型2之间充满了流体，外模型2上可设有流体控制阀门10。内模型1的顶活塞3a的流体通孔3a2连接有顶活塞管线，上端盖管线的另一端穿过上端盖3c的第一液体孔3c1而连接到外模型2的外部，通过顶活塞管线可往分析筒3注入或排空流体。内模型1的下端盖3d的第二液体孔3d1连接有下端盖管线，下端盖管线的另一端连到外模型2的外部，通过往下端盖管线内注入流体，使底活塞3b上下移动。

本发明实施例具有以下优点：

1.测量方法满足高温高压的油藏条件，测试原理严谨，测量方法满足研究分析测量精度；

2.测量两相流体共存时的两种流体密度，而目前尚未有可行的测量方法；

3.测量两相流体密度的流程，也能完成流体间溶解和传质质量的定量计算，创造了一项新的测量方法；

4.测试方法简单、易于操作。

实施方式2

本发明实施例提出了一种油藏条件下两相流体密度及组分传质含量的测量计算方法，所述方法包括步骤：：

(1)提供实施方式1中的高压多相流体密度测量装置，并进行实验准备，将已知参数(例如已知质量和体积m_球，V_球)的测试球放入分析筒内，并安装好内模型1和外模型2；

(2)准备已知质量的压力P1、温度T1条件下的气体；准备已知体积的同条件下的液体；两者均由特定容器盛装；

(3)将外模型2处于上述压力P1、温度T1条件，并将分析筒3上部抽真空，使底活塞3b与测试球4、顶活塞3a接触。底活塞3b下部流体与内、外模型1、2间的围压流体压力逐步升压至压力值P1。静置1小时以上，使内、外模型1、2的温度一致；

(4)由加注装置将盛装的气体和液体从顶活塞3a的流体通孔3a2依次定量注入分析筒3内，静置30分钟；

(5)将三个感应线圈5分别精确调至流体起始线、两相界面处及流体终止线处，记录L1、L2值，L1为流体起始线至两相界面处的距离，L2为两相界面处至流体终止线的距离；

(6)控制顶活塞3a上的电磁铁，将测试球4释放，在此处，测试球4借助电磁铁连接在顶活塞3a的冠状槽3a3上，控制电磁铁可使测试球释放，测量球在流体1中自由下落，到达两相界面处的感应线圈5感应，自动记录测试球从释放到两相界面处的用时t1；之后小球继续在流体中自由下落，到达终止线的感应线圈感应，自动记录测试球4从两相界面到流体终止线的用时t2；

(7)由公式(5)和(6)计算两相流体的密度ρ₁、ρ₂；

(8)由公式(10)和(11)计算两相流体间的溶解质量m_s和组分间传质质量m_tr：

(9)同温度下，控制底活塞3b，调节分析筒3内压力，当分析筒3内的压力到达压力值P2时，重复上述步骤(5)～(8)；

(10)测量完成后进行实验设备的整理。

下面举例说明通过本发明实施例的测量装置而进行的实例测量。

测量50℃，压力由10MPa升压至20MPa时，天然气与轻质原油的密度变化及组分传质定量分析。实验步骤不再赘述。

10MPa时，天然气50mL、原油30mL；测试得：天然气密度0.114cm³/g、原油0.804cm³/g。

20MPa时，天然气变为22.45mL、原油36.75mL；测试得：天然气密度0.158cm³/g、0.763原油cm³/g。计算得原油中溶解天然气2.115g，组分间传质0.239g。

测量方法不仅增补了同时测量两相流体密度的手段，而且通过计算获得了溶解和传质质量参数，深入拓展了研究空间。

实施方式3

本实施例是关于实施方式2中的加注装置，其具体描述如下：

如图14至图17B所示，本发明实施例提出的加注装置，其包括耐压容器8和推动部件9。所述耐压容器8由容器筒8a，活塞8b，中空丝堵8c和控制容器筒8a内流体进出的阀门8d组成。容器筒8a是盛装气体的空间，阀门8d位于容器筒8a的外部，并连接在容器筒8a的一端，中空丝堵8c连接在容器筒8a的另一端。活塞8b可移动地密封连接在容器筒8a内，即，活塞8b通过前后移动实现气体的进出功能，而且可以调节容器筒8a的气体压力。所述推动部件9包括推动杆9a，推动杆9a的一端穿过中空丝堵8c而连接在活塞8b上。

本实施例在工作时，首先用真空泵从阀门8d将分析筒3前部抽真空，活塞8b到达容器筒8a的前端，关闭阀门8d，并连接盛装样品容器(初始压力与实验压力相同)；打开阀门8d，同样品容器内的高压气体通过阀门8d进入耐压容器8的容器筒8a内，并使活塞8b移动到末端。活塞8b平衡后，样品容器的压力与耐压容器8内的压力相同，关闭阀门8d。加注气体后的耐压容器8称重，接着将耐压容器8放置在推动部件上，将耐压容器8的前端的阀门8d与实验流程的流程容器(真空状态)连接，打开阀门8d，耐压容器8内的气体进入流程容器内，借助推动杆9a推动活塞8b向前移动，满足气体的实验用量后关闭阀门8d，断开耐压容器8与实验流程的连接。

其中，耐压容器8为盛装高压气气体的部件，最高耐压可为70MPa。容器筒8a可由铝合金材质制成，可为容积50ml。容器筒8a的前端有孔，用于与阀门8d连接。活塞8b与容器筒8a密封连接，例如活塞8b与容器筒8a之间设有密封圈。

推动部件9可采用钢质材料，与耐压容器8配合使用，推动部件9推动活塞8b完成转样操作。

本实施例的特点是：(1)设计轻质量的耐压容器，适用于测量范围大、测试精度高的电子天平(测量范围1100g，精度1mg)。并且该装置设计有推动耐压容器内气体的部件，能实现转样操作。(2)在测量范围大和测试精度高的双重要求下，设计采用了分体设计，即：耐压容器部分具有盛装高压气体，且本身质量轻；推动部件与耐压容器组合后可推动容器内的气体进行转样操作。

根据本发明的一个实施方式，如图18至图22所示，所述推动部件9还包括容置膛9b，所述推动杆9a 可移动地连接在容置膛9b上，所述容器筒8a放置于容置膛9b上。

所述容置膛9b包括前挡板9b1，膛壁9b2和后挡板9b3，所述膛壁9b2连接在前、后挡板9b1、9b3之间，膛壁9b2的上部呈凹弧形，所述容器筒8a放置在膛壁9b2的凹弧形上，并挡止于前、后挡板9b1、9b3之间，所述推动杆9a 可移动地连接在后挡板9b3上。其中，膛壁9b2为半环状柱体，起连接前、后挡板并支撑的作用。

所述推动杆9a包括丝扣杆9a1和扳手杆9a2，扳手杆9a2连接在丝扣杆9a1的一端，丝扣杆9a1的另一端穿过所述中空丝堵8c而连接在所述活塞8b上。其中，扳手杆9a2可方便操作。

如图16A和图16B所示，所述活塞8b的面向丝扣杆9a1的一面设有冠状槽8b1，所述丝扣杆9a1的另一端设有顶头9a3，所述顶头9a3与冠状槽8b1相对应。在通过推动杆9a推动活塞8b移动时，顶头9a3顶压在冠状槽8b1内，以保证丝扣杆9a1的直线运动。

配合图20所示，所述前挡板9b1的上部设有卡管槽9b4，耐压容器8前端面与阀门8d间的连接管线放入卡管槽9b4中。前挡板9b1可承担丝扣向前的推动压力。

配合图21所示，后挡板9b3内设有内丝孔2b5，配合丝扣杆9a1使用，为丝扣向前推进提供支撑。

配合图17A和图17B所示，所述中空丝堵8c具有外丝扣8c1和外盖8c2，外丝扣8c1连接在外盖8c2的一侧，外丝扣8c1与容器筒8a配合连接，外盖8c2挡止于容器筒8a外，中空丝堵8c上设有中空通道8c3，便于推动杆9a穿过与活塞8b接触。当容器筒8a内盛装高压气体且推动杆9a与活塞8b未接触时，中空丝堵8c对活塞8b起支撑作用；当推动杆9a推动活塞8b运动时，中空丝堵8c承担了推动力。

本实施例的具体操作步骤如下：

(1)容器筒8a内气体加注过程：由阀门8d抽真空30分钟，活塞8b到达容器筒8a前端，关闭阀门8d，并连接盛装样品容器(初始压力与实验压力相同)；打开阀门8d，同样品容器内的高压气体通过阀门8d进入耐压容器8的容器筒8a内，并使活塞8b移动到末端。活塞8b平衡后，样品容器的压力与耐压容器8内的压力相同，关闭阀门8d。

(2)加注气体后的耐压容器8称重，获得m1值。

(3)气体转注过程：将耐压容器8放置在膛壁9b2上，将耐压容器8的前端的阀门8d与实验流程的流程容器(真空状态)连接，打开阀门8d，耐压容器8内的气体进入流程容器内，操作扳手杆9a2，借助丝扣杆9a1推动活塞8b向前移动，满足气体的实验用量后关闭阀门8d，断开耐压容器8与实验流程的连接。

(4)将丝扣杆9a1退至最末端，取出耐压容器8称重，获得m2值；可计算出转样的气体质量m2-m1；该精度为1mg，满足常规PVT实验要求。在可视条件的辅助下，能精确测量转注容器内的气体体积，则温度、压力变化条件下的密度可得。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明实施例进行各种改动，变型或组合而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高压多相流体密度测量装置，其特征在于，所述测量装置包括内模型和外模型，所述内模型设置在外模型内，所述内模型包括： 

分析筒，其上、下部分别设有顶活塞和底活塞，顶活塞内设有用于放置电磁铁的磁铁孔，顶活塞上轴向设有流体通孔，底活塞在分析筒内为可上下移动设置，分析筒的顶、底端分别密封连接有上端盖和下端盖，上端盖位于顶活塞上方，下端盖位于底活塞的下方，上端盖设有第一液体孔，下端盖设有第二液体孔； 

标尺，其设置分析筒一侧，并对应感应线圈的位置； 

测试球，其由球外壁和永磁体内核组成，永磁体内核设在球外壁的内部，测试球设置在分析筒的内部； 

感应线圈，其通过线圈调节件可上下移动地套设在分析筒的外部。 

2.根据权利要求1所述的高压多相流体密度测量装置，其特征在于，所述顶活塞的底部设有冠状槽，所述测试球在进行落球测试的初始位置设在冠状槽内。 

3.根据权利要求1所述的高压多相流体密度测量装置，其特征在于，所述线圈调节件包括螺丝立柱，丝扣环，第一连杆和操作件，丝扣环可上下移动地连接在螺丝立柱上，第一连杆的一端连接丝扣环，另一端连接所述感应线圈，操作件通过带动螺丝立柱旋转而使丝扣环上下移动。 

4.根据权利要求3所述的高压多相流体密度测量装置，其特征在于，所述标尺对应所述第一连杆的位置，第一连杆上设有用于观察标尺的刻度窗； 

所述外模型包括外模型本体，外模型本体上设有观察窗。 

5.根据权利要求3所述的高压多相流体密度测量装置，其特征在于，所述操作件包括扳手，第二连杆和斜齿轮，第二连杆穿过所述外模型，且第二连杆的一端连接扳手，另一端连接斜齿轮，斜齿轮与所述螺丝立柱的轴向相互垂直，且斜齿轮与螺丝立柱啮合连接，扳手位于所述外模型之外。 

6.一种油藏条件下两相流体密度及组分传质含量的测量计算方法，其特征在于，所述方法包括步骤： 

(1)提供权利要求1至5任意一项所述的高压多相流体密度测量装置，并进行实验准备，将已知质量和体积m_球,V_球的测试球放入分析筒内，并安装好内模型和外模型； 

(2)准备已知质量的压力P1、温度T1条件下的气体；准备已知体积的同条件下 的液体；两者均由特定容器盛装； 

(3)将外模型处于上述压力P1、温度T1条件，并将分析筒上部抽真空，使底活塞与测试球、顶活塞接触；底活塞下部流体与内、外模型间的围压流体压力逐步升压至压力值P1；静置1小时以上，使内、外模型的温度一致； 

(4)由加注装置将盛装的气体和液体从顶活塞的流体通孔依次定量注入分析筒内，静置30分钟； 

(5)将三个感应线圈分别精确调至流体起始线、两相界面处及流体终止线处，记录L1、L2值，L1为流体起始线至两相界面处的距离，L2为两相界面处至流体终止线的距离； 

(6)控制顶活塞上的电磁铁，将测试球释放，测量球在流体1中自由下落，到达两相界面处的感应线圈感应，自动记录测试球从释放到两相界面处的用时t1；之后小球继续在流体中自由下落，到达终止线的感应线圈感应，自动记录测试球4从两相界面到流体终止线的用时t2； 

(7)由下述公式计算两相流体的密度： 

其中，m_球为测试球的质量，V_球为测试球的体积； 

(8)由下述公式计算两相流体间的溶解质量m_s和组分间传质质量m_tr： 

其中，S₁、S₂分别为压力P1、P2条件下的溶解度，为压力P1条件下的液相质量，为压力P2条件下的液相质量，为压力P1条件下的气相质量，为压力P2条件下的气相质量； 

(9)同温度下，控制底活塞，调节分析筒内压力，当分析筒内的压力到达压力值P2时，重复上述步骤(5)～(8)； 

(10)测量完成后进行实验设备的整理。 

7.根据权利要求6所述的测量计算方法，其特征在于，所述加注装置包括耐压容器和推动部件，所述耐压容器由容器筒，活塞，中空丝堵和控制容器筒内流体进出的阀门组成，阀门位于容器筒的外部，并连接在容器筒的一端，中空丝堵连接在容器筒的另一端，活塞可移动地密封连接在容器筒内，所述推动部件包括推动杆，推动杆的一端穿过中空丝堵而连接在活塞上。 

8.根据权利要求7所述的测量计算方法，其特征在于，所述推动部件还包括容置膛，所述容置膛包括前挡板，膛壁和后挡板，所述膛壁连接在前、后挡板之间，膛壁的上部呈凹弧形，所述容器筒放置在膛壁的凹弧形上，并挡止于前、后挡板之间，所述前挡板的上部设有卡管槽，所述推动杆可移动地连接在后挡板上。 

9.根据权利要求8所述的测量计算方法，其特征在于，所述推动杆包括丝扣杆和扳手杆，扳手杆连接在丝扣杆的一端，丝扣杆的另一端穿过所述中空丝堵而连接在所述活塞上；所述活塞的面向所述丝扣杆的一面设有冠状槽，所述丝扣杆的另一端设有顶头，所述顶头与冠状槽相对应。 

10.根据权利要求7所述的测量计算方法，其特征在于，所述中空丝堵具有外丝扣和外盖，外丝扣连接在外盖的一侧，外丝扣与容器筒配合连接，外盖挡止于容器筒外，中空丝堵上设有中空通道。