CN104406038B - 低压气体复压装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压气体复压装置及方法，低压气体复压装置包括：第一罐体，其具有能容置低压气体的第一腔体；第一阀门，其设置在第一罐体上，用于对第一腔体进行开闭；第二罐体，其具有第二腔体；第二阀门，其设置在第二罐体上，用于对第二腔体进行开闭；容器，其具有能容置下第二罐体的腔室；液体氮气，其位于所述容器的腔室中，以与所述第二罐体相接触。该方法通过使用液体氮气对样品气体进行低温冷冻，使其在第二罐体中发生相变变为液态，再使第二罐体恢复至常温状态，通过利用所述第一罐体和所述第二罐体容积之间的差别，从而达到复压的目的。该方法操作简单，在无需外部动力输入下就可以就地将气体进行高倍率的复压。

Description

低压气体复压装置及方法

技术领域

本发明涉及油气田开发实验中油气藏流体相态测试分析领域，特别涉及一种低压气体复压装置及方法。

背景技术

油气藏流体相态测试分析实验常常作为油气田开发过程中的一种基础性分析实验，它所得到的实验分析数据为油藏工程设计、油藏数值模拟、油藏开发方案的制定以及生产动态的监测提供关键技术参数。将现场采集到的油气样品进行处理满足实验室试验分析要求，才能尽可能的提高流体相态测试分析结果准确性。一般来讲，实验分析过程中为了减小误差，气体样品与分离器油进行复配时所需要的气体样品的压力条件需要达到20-30MPa，而一般从油气田现场分离器内取得的气体的压力偏低，一般仅为0.1-0.5MPa，与实验室分析要求的气体压力相差甚远，无法满足实验室对气体的要求。为了获取足够数量、足够高压力的实验样品气体，一般在油气田现场取样就地进行增压，然后直接将高压样品带回实验室，但不同实际情况中就地增压面临着下列问题。

在对现场取样瓶内的气体进行复压通常采用气体增压机或者多个活塞容器配合手动泵的方法，但是这两种设备都需要外界不断的提供额外动力，气体增压机需要提供电力，但在油气田现场受条件限制，可能无法提供电源。多个活塞容器配合手动泵虽然无需外部提供电力，但其需要有人员不断的操作提供动力，同样耗时耗力。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供了一种低压气体复压装置及方法，其能够在无外部能量输入的情况下有效的就地对取样瓶中的低压气体进行高倍率的复压。

本发明的具体技术方案是：

一种低压气体复压装置，其特征在于，它包括：第一罐体，其具有能容置低压气体的第一腔体；第一阀门，其设置在所述第一罐体上，用于对所述第一腔体进行开闭；第二罐体，其具有第二腔体；第二阀门，其设置在所述第二罐体上，用于对所述第二腔体进行开闭；管道，其连接所述第一阀门与所述第二阀门；容器，其具有能容置所述第二罐体的腔室；液体氮气，位于所述容器的腔室中，以与所述第二罐体相接触。

优选地，所述第二罐体具有两个工作状态，在第一个工作状态时，所述第一阀门和/或所述第二阀门关闭，所述第二罐体呈真空；在第二工作状态时，所述第一阀门和所述第二阀门开启，所述第一罐体内的气体向所述第二罐体流动。

优选地，所述液体氮气容置于液氮存储器中。

优选地，所述第一罐体容积大于所述第二罐体容积。

一种低压气体复压方法，其特征在于，该方法包括：将低压气体导入所述第一罐体内后关闭所述第一阀门；将所述第二罐体抽真空后关闭所述第二阀门；所述第一罐体的所述第一阀门与所述第二罐体的所述第二阀门通过所述管道相连接，将所述第二罐体放置于所述容器内；将所述液体氮气加入至所述容器之内；打开所述第二罐体的所述第二阀门和所述第一罐体的所述第一阀门；待所述第一罐体中的低压气体几乎全部吸入所述第二罐体被液化后关闭所述第二罐体阀门；取出所述第二罐体放置于环境温度下，直至所述第二罐体内的气体恢复至环境温度。

优选地，所述液体氮气的温度在一个大气压下小于-147℃。

优选地，所述第一罐体中的低压气体的沸点高于所述液体氮气的温度。

优选地，待所述第一罐体中的所述气体几乎全部被液化后关闭所述第二罐体的所述第二阀门，所述第一罐体中所述气体几乎全部液化的时间为5分钟。

优选地，所述第一罐体中低压气体的压力小于所述第二罐体的最大承压值除以所述第一罐体和所述第二罐体的容积比的所得值。

本发明的低压气体复压装置及方法具有以下优点：

1、所需设备少、操作简单，无需外部电力或者人工操作压缩气体就可以实现就地复压。本发明的核心设备仅为第二罐体、容器和液体氮气，可以方便运输至油气田现场，通过简单操作便可将油气田现场的天然气样品进行复压。

2、复压效率高。第二罐体在复压前呈真空状态，复压时，由于自身处于低温中，可以将取样瓶中的天然气样品液化成液态，进而可以将取样瓶中的天然气几乎全部吸入，无浪费，最终使得压缩比例大。

3、耗时短。整个复压转化过程花费时间仅为20分钟左右。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明低压气体复压装置的实施方式示意图。

以上附图标记的标记说明：

1、液氮存储器；2、液体氮气；3、容器；41、第二罐体；42、第二阀门；43、第二腔体；51、第一阀门；52、第一罐体；53、第一腔体；6、管道；7、气体。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1为本发明低压气体复压装置的示意图，如图1所示。一种低压气体复压装置，它包括：第一罐体52，其具有能容置低压气体7的第一腔体53；第一阀门51，其设置在第一罐体52上，用于对第一腔体51进行开闭；第二罐体41，其具有第二腔体43；第二阀门42，其设置在第二罐体上41，用于对第二腔体43进行开闭；管道6，其连接第一阀门51与第二阀门42；容器3，其开口空间能容置下第二罐体41；第二罐体41具有两个工作状态，在第一个工作状态时，第一阀门51和/或第二阀门42关闭，第二罐体41呈真空；在第二工作状态时，第一阀门51和第二阀门42开启，第一罐体52内的气体7向第二罐体41流动。

具体而言，低压气体复压装置所涉及的设备作用如下：设有第二阀门42的第二罐体41，第二罐体41用于存储复压后的气体7，第二罐体41和第二阀门42可以为一个带阀门开关的耐高压的储样筒，在复压前，第二罐体41内部呈真空状态，复压完成后，第二罐体41内部存储有高压气体7；设有第一阀门51的第一罐体52，用于承装油气田现场取来的气体7，第一罐体52和第一阀门51可以为一个带开关的油气分析实验中的现场取样瓶。第一罐体52的第一阀门51通过管道6与第二罐体41的第二阀门42相连接；液体氮气2为在常压下处于液态的低温氮气。

在一个优选的实施方式中，第二罐体41放置于容器3之中，容器3的作用是提供一个容器环境，以便在复压过程中向容器3内加入液体氮气2，使得液体氮气2冷却第二罐体41。

在一个优选的实施方式中，第二罐体41的容积需小于第一罐体52的容积，如此，是由于整个过程是为了将气体7进行复压，第一罐体52与第二罐体41的容积之比就是整个复压过程中气体压缩比例。

在一个优选的实施方式中，液低压气体复压装置还可以包括液氮存储器1，液氮存储器1是为了在复压前存储液体氮气2，在整个复压过程中便于人工操作。

低压气体复压方法在实施时的主要操作步骤如下：

将采样气体7导入至第一罐体52的第一腔体53内后关闭第一阀门51；

将第二罐体41内的第二空腔43抽真空后关闭第二阀门42，此时第二罐体41呈第一工作状态；

第二罐体41的第二阀门42与第一罐体52的第一阀门51通过管道6相连接；将第二罐体41放置于容器3内，液氮存储器1中盛有足够量的液体氮气2；

将液氮存储器1中盛放的液体氮气2倒入容器3之中，待容器3内的第二罐体41温度稳定后打开第二罐体41的第二阀门42和第一罐体52的第一阀门51，此时第二罐体41呈第二工作状态，第一罐体52内的气体向第二罐体41内流动；

第二罐体41中呈真空状态，第二罐体41吸入第一罐体52中的气体7，由于第二罐体41处于液体氮气2中，这使得气体7温度急剧下。在一般常压下，液体氮气2处于液体的温度为小于-147℃，而且在该发明中，第一罐体52中气体7的沸点需高于液体氮气2的温度，如此才能使得液体氮气2对气体7进行冷却，使气体7转化成液体状态。气体7的温度急剧下降，气体7的温度下降至低于其自身沸点，于是气体7液化呈液体，直至第一罐体52中的气体7几乎全部被吸入第二罐体41中被液化，待稳定后关闭第二罐体41的第二阀门42，一般稳定时间为5分钟；

取出第二罐体41放置于环境温度下，直至第二罐体41和其内部气体7恢复至环境温度，气体7复压完成。

设第一罐体52中的压力为P₀，第一罐体52容积为V₀，第一罐体52中气体7的物质的量为n，第二罐体41容积为V₁，液体氮气2温度为t(t小于氮气在常压的沸点温度)，环境温度为t₀，第二罐体41处于液体氮气2中t温度下内部的压力为P₁，最终第二罐体41处于环境温度t₀温度下内部气体的压力为P，R为热力学常数，整个操作过程都处于同一个环境温度下完成。

在步骤1中，第一罐体52中的气体7呈初始状态，根据理想气体状态方程，第一罐体52内物质的量为n的气体7必然存在如下关系(公式1)：

P₀V₀＝nR(t₀+273.15)(1)

在步骤3中，第二罐体41将第一罐体52内的气体7几乎全部吸入，所以第二罐体41中气体7的物质的量等于第一罐体52中气体7的物质的量，为n。

在步骤4中，第二罐体41恢复至环境温度后，根据理想气体状态方程，第二罐体41内物质的量为n的气体也必然存在如下关系式公式(2)：

PV₁＝nR(t₀+273.15)(2)

联立公式(1)、公式(2)两式得到公式(3)：

$P=\frac{P_0{V}_0}{V_1}---\left(3\right)$

装有低压P₀气体的第一罐体52的容积V₀大于第二罐体41的容积V₁，根据实际需要复压的情况调整第一罐体52和第二罐体41两者的容积之比，根据公式(3)从而控制复压后气体7的压力P，只要第一罐体52的容积大于第二罐体41的容积，得到的复压后的气体7压力P必然大于复压前压力P₀,最终即达到了气体7复压的目的。

在下述实施例中，本发明的工作原理如下：

现从油气田现场取得一瓶装有天然气的取样瓶，即取样瓶为第一罐体51，气体7为天然气，该第一罐体52的容积V₀＝20L，第一罐体52内压力P₀＝0.5MPa，第二罐体41容积V₁＝0.5L，环境温度为t₀＝20℃，液体氮气2温度t＝-196℃。

利用上述方法按照操作步骤对气体7中的天然气进行复压：

1、将0.5L的第二罐体41抽真空后关闭第二阀门42，与第一阀门51关闭的第一罐体52通过管道6相连接，将第二罐体41放置于容器3内，液氮存储器1中盛有足够量的液体氮气2。

2、向容器3内倒入-196℃的液体氮气2，待容器3内第二罐体41温度稳定后打开第二罐体41的第二阀门42和第一罐体52的第一阀门51。

3、由于第二罐体41中呈真空状态，打开第一阀门51后，第一罐体52中20L、0.5MPa的气体7天然气被吸入第二罐体41中。第二罐体41自身处于-196℃下的液体氮气2中，被吸入的气体7天然气的沸点高于氮气的沸点，被吸入的气体7天然气转化成液态，直至第一罐体52中的气体7天然气几乎全部被吸入第二罐体41中液化。待稳定后关闭第二罐体41的第二阀门42，一般稳定时间为5分钟。

4、取出第二罐体41放置于环境温度下，直至第二罐体41和内部气体7天然气恢复至环境温度t₀＝20℃，气体复压完成。

根据公式(3)可以求得复压完成后第二罐体4中天然气的压力为：

$P=\frac{P_0{V}_0}{V_1}=\frac{0.5\mathrm{MPa}\×20L}{0.5L}=20\mathrm{MPa}$

20Mpa压力下的天然气则完全满足了实验室对气体样品分析的要求。

在实际操作中，需要根据第二罐体41的承压情况来合理选择第一罐体52和第二罐体41的容积比以及第一罐体52中气体7的压力，第一罐体52中气体7的压力必须小于第二罐体41的最大承压值除以第一罐体52和第二罐体41的容积比的所得值。假设第二罐体41的最大承压为100MPa，第一罐体52和第二罐体41的容积比为40，那么根据公式(3)倒推反算得到复压前第一罐体52中的压力为2.5MPa，那么该低压气体复压方法适用的范围为0.1MPa-2.5MPa。如此，防止复压后，第二罐体41内部的气体压力过大，超出第二罐体41的最大承压值，造成爆炸。

该低压气体复压方法与常规方法对比优点如下：

1、常规复压法增压在复压过程中必须投入额外能量，气体增压机花费电能，在油气田现场受条件限制，很大程度上现场没有电源设备；而多个活塞容器配合手动泵的方法为非电动机械压缩，在复压过程中需要不断有人进行人工操作输入动能。本低压气体复压装置及方法在复压气体过程中只需几步简单操作，无需额外输入能量。

2、该低压气体复压装置仪器简单，可方便携带至油气田现场，相比较常规复压方法中用到的仪器设备，其运输成本很低且容易运输；并且一名操作人员就可完成全部过程，而常规复压方法中需要气体增压机、手摇泵、多个取样瓶等复杂的仪器设备以及2人或以上的工作人员。

3、常规复压法增压花费时间长，至少需要1-2小时以上，而本低压气体复压方法整个过程只需要20分钟，其中复压过程仅为等待的5分钟，所以本低压气体复压方法更加快捷，花费时间短。

4、常规复压法增压时取样瓶中的天然气无法全部被压缩到第二罐体41中，存在较多一部分遗留在取样瓶中，而低压气体复压方法在复压过程中使得气体液化成液态，所以可实现对取样瓶中天然气几乎全部进行复压，避免了取样瓶中天然气的浪费。

5、根据第一罐体和第二罐体的容积比就可以调整整个压缩过程的气体压缩比，所以本低压气体复压方法可以达到对气体高倍率的压缩。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种低压气体复压装置，其特征在于，它包括：

第一罐体，其具有能容置低压气体的第一腔体；

第一阀门，其设置在所述第一罐体上，用于对所述第一腔体进行开闭；

第二罐体，其具有第二腔体；

第二阀门，其设置在所述第二罐体上，用于对所述第二腔体进行开闭；

管道，其连接所述第一阀门与所述第二阀门；

容器，其具有能容置所述第二罐体的腔室；

液体氮气，位于所述容器的腔室中，以与所述第二罐体相接触；

所述第一罐体容积大于所述第二罐体容积，所述第一罐体与所述第二罐体的容积之比就是整个复压过程中气体压缩比例。

2.根据权利要求1所述的低压气体复压装置，其特征在于：所述第二罐体具有两个工作状态，在第一个工作状态时，所述第一阀门和/或所述第二阀门关闭，所述第二罐体呈真空；在第二工作状态时，所述第一阀门和所述第二阀门开启，所述第一罐体内的气体向所述第二罐体流动。

3.根据权利要求1所述的低压气体复压装置，其特征在于，所述液体氮气容置于液氮存储器中。

4.一种低压气体复压方法，其特征在于，该方法包括：

将低压气体导入第一罐体内后关闭第一阀门，所述第一阀门设置在所述第一罐体上；

将第二罐体抽真空后关闭第二阀门，所述第二阀门设置在所述第二罐体上；

所述第一罐体的所述第一阀门与所述第二罐体的所述第二阀门通过管道相连接，将所述第二罐体放置于容器内；

将液体氮气加入至所述容器之内；

打开所述第二罐体的所述第二阀门和所述第一罐体的所述第一阀门；

待所述第一罐体中的低压气体吸入所述第二罐体被液化后关闭所述第二罐体阀门；

取出所述第二罐体放置于环境温度下，直至所述第二罐体内的气体恢复至环境温度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述液体氮气的温度在一个大气压下小于-147℃。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一罐体中的低压气体的沸点高于所述液体氮气的温度。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，待所述第一罐体中的所述气体全部被液化后关闭所述第二罐体的所述第二阀门，所述第一罐体中低压气体全部液化的时间为5分钟。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一罐体中低压气体的压力小于所述第二罐体的最大承压值除以所述第一罐体和所述第二罐体的容积比的所得值。