CN103674769B - 一种气体溶解量测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体溶解量测量仪，透明耐压玻璃容量瓶(15)的瓶口(18)连接有压力盖(32)，压力盖(32)上设有延伸到透明耐压玻璃容量瓶(15)的内腔的传动杆(23)、加热电偶(19)以及温敏电阻(25)，传动杆(23)上安装有搅拌器(24)，透明耐压玻璃容量瓶(15)的瓶体上标刻有容积标度(17)，透明耐压玻璃容量瓶(15)的一侧通过导管连接有储气瓶(3)，导管方向上依次设有气体增压泵(7)、输气阀门(8)以及第二压力表(9)，在输气阀门(8)与透明耐压玻璃容量瓶(15)之间的导管上分接有带安全阀门(11)的安全导管(10)以及带真空阀门(12)和真空泵(13)的尾管(14)；储气瓶(3)设置有第一压力表(6)以及温度计以及连接有带泄气阀门(5)的泄气导管(4)，储气瓶(3)的底部接通有带阀体(2)的进气导管(1)。本发明相对轻便、快速可靠。

Description

一种气体溶解量测量仪

技术领域

本发明涉及一种气体溶解量测量设备，特别是涉及一种在不同温度压力下测量液体中气体的溶解量的仪器。

背景技术

目前，在对含气地层的资源及其开发方案评价均回避不了对其含气量的评价，地下天然气主要以吸附气、溶解气及游离气三种状态存在，天然气不同的赋存状态，不仅影响着对天然气资源的评价，也影响着对地下资源的开发评价，特别是天然气在地下水或者原油中的溶解将随着天然气的开采不断地从地下水或者原油中解析出来，形成天然气资源；另外，地下水或者原油中溶解的天然气将增加地下水或者地下原油的流动性，有利于地下原油或者天然气的开发，甚至在我国东部老油区已经开展二氧化碳气驱，对于不同压力、温度条件地层水(原油)中的二氧化碳气的溶解度的计算直接关系到气驱的效果。

80年代以来，随着研究的进一步深入，天然气溶解度的实验内容在以下几个方面取得进展：⑴由单组分扩展到多组分天然气的溶解度实验^{[郝石生,1993]}，⑵由纯水扩展到含无机盐的模拟地下水或实际地下水^{[左有祥,1992]}，⑶可溶性有机物对天然气溶解度的影响也有考察^{[付广,1998]}，⑷由于数据和图版难以适用多变的地质条件，由实验数据获得的多元回归方程被用于天然气溶解度计算^{[郝石生,1984]}。

长期以来，我国大都根据国外报道的图版或经验公式来获取这方面的数据。但是，由国外原油样品数据拟合得到的经验公式能否适用于我国原油，已经遭到了置疑。韩布兴等(1990)曾研究过甲烷在克拉玛依稠油中的溶解度，并提出用基团贡献法计算甲烷在稠油中的溶解度。这对进气开采稠油具有重要意义。由于原油组成的复杂性，目前还未见有一个比较通用的模型计算天然气在原油中的溶解度。但是由于各个油区的原油性质、地层水以及天然气成分存在较大的差异，即使是在相同的地区不同的开采阶段随着注水开发的进行，由于地下水(原油)的变化对气体(天然气)溶解度有所不同。

所以在油气勘探开发过程中对气体(天然气)在原油或者地下水中的溶解度的实时动态实测研究至关重要。

对于气体在液体中溶解度的测定方法，已有不少文献进行了报道。Battino和Clever^[1966]，Dohrn和Brunner^[1995]对气体溶解度的测定方法、装置及计算方法进行了全面论述。Battino等将测定方法分为两大类：化学方法和物理方法，化学方法主要用于化学效应显著的气体吸收过程，测定及计算理论依据是相平衡和化学平衡。物理方法又分为饱和法和析取法。饱和法是指在一定的温度、压力、体积均能确定的条件下，对已脱气的溶剂用气体进行溶解饱和。析取法正好相反，对已被气体饱和的溶剂进行脱气，然后测定温度、体积、压力的变化。

现有技术显有报道专门用于化验地层水(原油)对气体(天然气)的溶解量的实验仪器。夏淑倩(2003)提出了高压平衡釜对液体中溶解气量的测量，但是该设备的加压设备为手摇加压泵，相对比较笨重，操作起来费时费力；另外，恒温槽的温度范围有限，整个高压平衡釜溶解过程耗时过长。

薛海涛(2004)也曾提出一套简易的测量溶解气量的实验仪器，该设备存在一定的缺陷：设备相对笨重，分析一个样品时间较长、分析温度范围有限(以水浴加热)等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种相对轻便、快速可靠的气体溶解量测量仪。

为了解决上述技术问题，本发明提供的气体溶解量测量仪，透明耐压玻璃容量瓶的瓶口连接有能与之密封可拆卸连接的压力盖，所述的压力盖上设有延伸到所述的透明耐压玻璃容量瓶的内腔的传动杆、加热电偶以及温敏电阻，所述的传动杆上安装有搅拌器，所述的压力盖上设有电源插座、电源开关和温度设定旋钮，所述的电源插座、电源开关与所述的温度设定旋钮和所述的传动杆的马达电连接，所述的温度设定旋钮与所述的加热电偶以及温敏电阻电连接；所述的透明耐压玻璃容量瓶的瓶体上标刻有容积标度，所述的透明耐压玻璃容量瓶的一侧通过导管连接有储气瓶，连接所述的储气瓶与所述的透明耐压玻璃容量瓶的导管方向上依次设有气体增压泵、输气阀门以及第二压力表，在所述的输气阀门与所述的透明耐压玻璃容量瓶之间的导管上分接有带安全阀门的安全导管以及带真空阀门和真空泵的尾管；所述的储气瓶设置有第一压力表以及温度计以及连接有带泄气阀门的泄气导管，所述的储气瓶的底部接通有带阀体的进气导管。

所述的压力盖的压力盖边缘为凹齿状，所述的透明耐压玻璃容量瓶的瓶口设有凹齿状与所述的压力盖边缘的凹齿状互相咬合，在所述的压力盖边缘的内槽中垫设有密封圈。

所述的搅拌器与所述的传动杆采用螺纹螺旋固定连接。

马鞍形密封圈内置于所述的压力盖的电线穿孔中，所述的电源插座与所述的传动杆的马达连接的第一电线和第二电线穿过所述的压力盖处设有的马鞍形密封圈，在所述的压力盖的里外两侧均设置有螺槽，螺丝穿过所述的第一电线和第二电线与所述的螺槽旋合。

采用上述技术方案的气体溶解量测量仪，在压力盖的顶部边缘接有电源插座，电源插座接220v电源，插座电线变压后通过压力盖的马鞍形密封圈连接在压力盖的内部的马达上，马达通过传动杆带动传动杆下部的搅拌器转动，插座的另一段串接到热电阻后直接与加热电偶以及温敏电阻连接，U型的加热电偶以及温敏电阻从压力盖延伸出来的长度基本与透明耐压玻璃容量瓶的深度相当，在连接插座与马达的电线穿过压力盖处设有马鞍形密封圈，透明耐压玻璃容量瓶的瓶体上标刻有容积标度，用以计量透明耐压玻璃容量瓶中液体的体积。在透明耐压玻璃容量瓶的一侧通过铜导管连接有储气瓶，连接储气瓶与透明耐压玻璃容量瓶的铜导管上依次气体增压泵、阀门以及压力表，在压力表与透明耐压玻璃容量瓶之间的铜导管上分接有安全阀门，同时在气体增压泵与透明耐压玻璃容量瓶之间的铜导管上分接有真空阀门和真空泵；在储气瓶的顶部设置有压力表以及温度计，压力表的一侧连接有带泄气阀门的泄气导管，储气瓶的底部接通有进气铜导管，进气铜导管上设置有阀体，用以向储气瓶中进气。

在压力盖边缘为凹齿状，并与透明耐压玻璃容量瓶瓶口的凹齿状边缘互相咬合，以便在透明耐压玻璃容量瓶充入高压后，压力盖不被高压气所冲开，另外，为了形成良好的密封效果，在压力盖边缘的内槽中垫设有密封圈。

压力盖下方传动杆带动的搅拌器，搅拌器与传动杆为螺旋固定，搅拌器上的螺套旋合在传动杆的端部的螺纹上，目的是方便更换不同型号和形状的搅拌器。

在连接插座与马达的电线穿过压力盖处设有马鞍形密封圈，马鞍形密封圈内置于压力盖的电线穿孔中，电线从马鞍形密封圈的电线孔中穿过，在压力盖的里外两侧均设置有螺槽，螺丝穿过电线与螺槽旋合，在螺丝与螺槽不断旋合的过程中，压力盖两侧的螺丝不断挤压马鞍形密封圈，使得马鞍形密封圈与周边螺丝、螺槽的缝隙得到密封。

本发明是这样实现的：将往透明耐压玻璃容量瓶加入水(或其他液体)，记录好加入的水(或其他液体)体积V₀以及透明耐压玻璃容量瓶V₀₀，盖好压力盖密封透明耐压玻璃容量瓶，接通电源，打开真空阀门，关闭其他所有的阀门，打开真空泵抽真空，直到系统内压力达到实验要求，关闭真空阀门。

打开阀体，通过进气导管向储气瓶内注入实验气体，关闭阀体，记录好储气瓶的压力P₁以及温度T₁以及储气瓶的体积V，打开阀门，等到压力表示数较为稳定后，启动搅拌器，通过压力盖上的温度设置开关设置好预定的实验温度，开动气体增压泵，设置好预定增压压力，监测压力表示数，待示数稳定后，直至预定实验时间后，记录储气瓶上压力表的压力示数P₂和温度计的示数T₂，并且记录下第二压力表9的P₃以及压力盖上设定的温度T₃。

计算溶解气量：

注入透明耐压玻璃容量瓶气量：

$N=\frac{P_{1}V}{{\mathrm{RT}}_1}-\frac{P_{2}V}{{\mathrm{RT}}_2}$

透明耐压玻璃容量瓶剩余气量为：

$N^{\′}=\frac{P_3(V_{00}-V_0)}{{\mathrm{RT}}_3}$

透明耐压玻璃容量瓶中水(或其他液体)溶解气率：

$\mathrm{\α}=\[\frac{P_{1}V}{T_1}-\frac{P_{2}V}{T_2}-\frac{P_3(V_{00}-V_0)}{T_3}\]\frac{M}{{\mathrm{\ρRV}}_0}$

α即为单位质量的水(或其他液体)，在温度T₃和P₃条件下，最大溶解注入气体的质量。

附图说明

图1是本发明的主体示意图。

图2是本发明压力盖结构示意图。

图3是本发明马鞍形密封圈示意图。

图中：1.进气导管，2.阀体，3.储气瓶，4.泄气导管，5.泄气阀门，6.第一压力表，7.气体增压泵，8.输气阀门，9.第二压力表，10.安全导管，11.安全阀门，12.真空阀门，13.真空泵，14.尾管，15.透明耐压玻璃容量瓶，16.底座，17.体积标度，18.瓶口，19.加热电偶，20.电源插座，21.温度设定旋钮，22.电源开关，23.传动杆，24.搅拌器，25.温敏电阻，26.压力盖边缘，27.螺槽，28.第一电线，29.第二电线，30.螺丝，31.马鞍形密封圈，32.压力盖，33.密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进一步说明。

参见图1、图2和图3，透明耐压玻璃容量瓶15设有底座16，压力盖32的压力盖边缘26为凹齿状，透明耐压玻璃容量瓶15的瓶口18设有凹齿状与压力盖边缘26的凹齿状互相咬合，以便在透明耐压玻璃容量瓶15充入高压气体后，压力盖32不被高压气所冲开，另外，为了形成良好的密封效果，在压力盖边缘26的内槽中垫设有密封圈33。在压力盖32的顶盖边缘接有电源插座20，电源插座20接220v电源，电源插座20的输电线经过变压后通过压力盖32的马鞍形密封圈31连接在压力盖32内部的马达上，马达与传动杆23传动连接，马达通过传动杆23带动传动杆23下部的搅拌器24转动，电源插座20的输电线经过变压后的另一端串接到温度设定旋钮21后并与加热电偶19以及温敏电阻25连接，U型的加热电偶19以及温敏电阻19从压力盖32延伸出来的长度基本与透明耐压玻璃容量瓶15的深度相当，在连接电源插座20与马达的电线穿过压力盖32处设有马鞍形密封圈31，透明耐压玻璃容量瓶15的瓶体上标刻有容积标度17，用以计量透明耐压玻璃容量瓶15中液体的体积。在透明耐压玻璃容量瓶15的一侧通过铜导管连接有储气瓶3，连接储气瓶3与透明耐压玻璃容量瓶15的铜导管方向上依次设有气体增压泵7、输气阀门8以及第二压力表9，在输气阀门8与透明耐压玻璃容量瓶15之间的铜导管上分接有带安全阀门11的安全导管10，同时在输气阀门8与透明耐压玻璃容量瓶15之间的铜导管上还分接有带真空阀门12和真空泵13的尾管14，在储气瓶3的顶部设置有第一压力表6以及温度计，压力表6与储气瓶3连接的铜导管的一侧分接有带泄气阀门5的泄气导管4，储气瓶4的底部接通有带阀体2的进气导管1，通过进气导管1向储气瓶3中进气。

压力盖32下方的传动杆23带动的搅拌器24，搅拌器24与传动杆23采用螺丝螺旋固定安装，搅拌器24上的螺套旋合在传动杆23的端部的螺纹上，目的是方便更换不同型号和形状的搅拌器24。

参见图3，马鞍形密封圈31内置于所述的压力盖32的电线穿孔中，所述的电源插座20与所述的传动杆23的马达连接的第一电线28和第二电线29穿过所述的压力盖32处设有的马鞍形密封圈31，在所述的压力盖32的里外两侧均设置有螺槽27，螺丝30穿过所述的第一电线28和第二电线29与所述的螺槽27旋合。在螺丝30与螺槽27不断旋合的过程中，压力盖32两侧的螺丝30不断挤压马鞍形密封圈31，使得马鞍形密封圈31与周边螺丝30、螺槽27以及第一电线28和第二电线29的缝隙得到密封。

实施例：

在储气瓶3与透明耐压玻璃容量瓶15通过铜导管连接并安装好铜导管上的气体增压泵7、输气阀门8、第二压力表9、安全导管10、安全阀门11、真空阀门12、真空泵13和尾管14后；向透明耐压玻璃容量瓶15中倒入200ml的水。透明耐压玻璃容量瓶15的容积为1L，合上压力盖32，接通电源插座20，打开真空阀门12，关闭其他所有的阀门，打开真空泵13抽真空，直到系统内压力达到实验要求，即第二压力表9的示数接近0mPa(实际为<＝0.01mPa即可)，关闭真空阀门12。

打开阀体2，通过进气导管1向储气瓶3内注入甲烷气体(纯度为99％)，直到储气瓶3的第一压力表6上压力示数为30MPa后，关闭阀体2，并且记录其温度为T₁，T₁为21℃，储气瓶3的体积10L。打开输气阀门8，第二压力表9示数变化较为平稳后，启动搅拌器24，通过压力盖32上的温度设定旋钮21设置好预定的实验温度110℃，开动气体增压泵7，设置好预定增压压力30MPa，监测第二压力表9示数，待示数稳定为30mpa后，持续观察5分钟，记录储气瓶3上第一压力表6的压力示数为21.2MPa和温度计的示数T₂，T₂示数为21℃，并且记录下第二压力表9的压力示数以及压力盖32上设定的温度T₃，T₃温度为110℃。

透明耐压玻璃容量瓶15中水(或其他液体)溶解气率的计算：

$\begin{array}{c}\mathrm{\&alpha;}=\&lsqb;\frac{P_{1}V}{T_1}-\frac{P_{2}V}{T_2}-\frac{P_3(V_{00}-V_0)}{T_3}\&rsqb;\frac{M}{{\mathrm{\&rho;RV}}_0}\\ =\&lsqb;\frac{\mathrm{30}\&times;10}{21+273}-\frac{21.2\&times;10}{21+273}-\frac{30\&times;(1-0.2)}{110+273}\&rsqb;\frac{16}{8.314\&times;0.2\&times;1000}=2.28\&times;{10}^{-3}g/g\end{array}$

α即为单位质量的水(或其他液体)，在温度110℃和30MPa条件下，最大溶解注入甲烷气体(99％纯度)的质量为2.28mg/g。

Claims (4)

1.一种气体溶解量测量仪，其特征是：透明耐压玻璃容量瓶(15)的瓶口(18)连接有能与之密封可拆卸连接的压力盖(32)，所述的压力盖(32)上设有延伸到所述的透明耐压玻璃容量瓶(15)的内腔的传动杆(23)、加热电偶(19)以及温敏电阻(25)，所述的传动杆(23)上安装有搅拌器(24)，所述的压力盖(32)上设有电源插座(20)、电源开关(22)和温度设定旋钮(21)，所述的电源插座(20)、电源开关(22)与所述的温度设定旋钮(21)和所述的传动杆(23)的马达电连接，所述的温度设定旋钮(21)与所述的加热电偶(19)以及温敏电阻(25)电连接；所述的透明耐压玻璃容量瓶(15)的瓶体上标刻有容积标度(17)，所述的透明耐压玻璃容量瓶(15)的一侧通过导管连接有储气瓶(3)，连接所述的储气瓶(3)与所述的透明耐压玻璃容量瓶(15)的导管方向上依次设有气体增压泵(7)、输气阀门(8)以及第二压力表(9)，在所述的输气阀门(8)与所述的透明耐压玻璃容量瓶(15)之间的导管上分接有带安全阀门(11)的安全导管(10)以及带真空阀门(12)和真空泵(13)的尾管(14)；所述的储气瓶(3)设置有第一压力表(6)以及温度计以及连接有带泄气阀门(5)的泄气导管(4)，所述的储气瓶(3)的底部接通有带阀体(2)的进气导管(1)。

2.根据权利要求1所述的气体溶解量测量仪，其特征是：所述的压力盖(32)的压力盖边缘(26)为凹齿状，所述的透明耐压玻璃容量瓶(15)的瓶口(18)设有凹齿状与所述的压力盖边缘(26)的凹齿状互相咬合，在所述的压力盖边缘(26)的内槽中垫设有密封圈(33)。

3.根据权利要求1或2所述的气体溶解量测量仪，其特征是：所述的搅拌器(24)与所述的传动杆(23)采用螺纹螺旋固定连接。

4.根据权利要求1或2所述的气体溶解量测量仪，其特征是：马鞍形密封圈(31)内置于所述的压力盖(32)的电线穿孔中，所述的电源插座(20)与所述的传动杆(23)的马达连接的第一电线(28)和第二电线(29)穿过所述的压力盖(32)处设有的马鞍形密封圈(31)，在所述的压力盖(32)的里外两侧均设置有螺槽(27)，螺丝(30)穿过所述的第一电线(28)和第二电线(29)与所述的螺槽(27)旋合。