CN104931465A - 用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的装置及方法，该装置包括耐高温高压的溶解机构和溶解状态监测机构，其中，溶解状态监测机构包括分别与溶解机构中的溶解釜连接的荧光监测组件和电阻率测定组件。该装置能在高温高压条件下较精确地判断出油气水三相的溶解状态。

Description

用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的装置及方法

技术领域

本发明涉及油气勘探开发与石油化工技术领域，具体涉及一种用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的装置及方法。

背景技术

溶解度是衡量溶质在溶剂中达到溶解平衡状态时的溶解能力的重要参数，在化工生产及科研中应用非常广泛。由于溶解速率受到温度、压力、溶质及溶剂本身的性质等的影响，因此判断溶质在溶剂中的溶解状态以及是否达到了溶解平衡是影响溶解度测定是否准确的关键性因素。

测定流体物质之间互溶度/溶解度的方法主要有浊点法和分析法。浊点法是将预先配置好的一定浓度的溶质与溶剂放入平衡釜内，逐渐改变压力或温度，直至观察到某一相开始出现或消失，在此温度和压力下已溶解的溶质量即该温度和压力下的溶解度。

现有技术在用浊点法测定溶解度时，判断溶解平衡的方法一般采用肉眼目测观察或通过可视窗口用激光监测系统来观察溶质的溶解情况。后者由计算机来采集电信号或者用带LED灯的摄像头记录，在计算机上播放，从而实现了溶解过程的可视化。尽管利用激光与摄像头监测溶解平衡过程比传统的目测法更加准确可靠，具有很好的重现性。但是这两种方法均需要使用透射光（LED灯光或激光），这就需要在溶解釜的对称两侧安装可视窗口，这对于高温高压溶液监测存在较大的风险。这是因为玻璃视镜所能承受的温度大多在200℃以下，且高温高压下玻璃视镜和釜体壁之间的密封较难实现。因此，导致在高温高压条件下，不能采用该方法监测溶解平衡过程。

分析法是将过量的溶质置于待测液体溶剂中，在恒温恒压下密封后进行连续或者间断的搅拌，直到充分溶解形成平衡体系。再通过从平衡釜内的每一相中取样至平衡釜外，在常压下进行组成分析，得到各相组成，从而求得相平衡数据。分析各组分采用的分析方法依据被测物质的物理化学特性，例如气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)、重量法等测试方法。目前采用分析法测定溶解度时判断溶解平衡的通用方法是，通过两次以上测定两相的浓度保持不变。但这种测试方法的测试结果不一定准确。

综上，现有的浊点法和分析法在测定仅涉及到两相流体且要求的温度和压力均较低。而且均不适用于较精确地判断在高温高压下、尤其是涉及油气水三相共存时的溶解状态。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的装置，其能在高温高压条件下较精确地检测出油气水三相的溶解状态。

针对该问题的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的装置，包括：

耐高温高压的溶解机构，

溶解平衡监测机构，其包括分别与溶解机构中的溶解釜连接的荧光监测组件和电阻率测定组件，其中，荧光监测组件通过荧光的变化来监测溶解釜内的油、气和水三相的溶解状态；电阻率测定组件根据电阻率的变化来监测溶解釜内的油、气和水三相的溶解状态。

与现有技术相比，本发明的用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的装置具有以下优点。通过采用在高温高压条件下工作的荧光监测组件和电阻率测定组件这两套监测组件，分别对溶解机构的溶解釜内的油气水三相的溶解状态进行检测。这两套监测组件之间起到相互验证的作用，因此检测出的结果更准确。而且若两套监测组件均检测到溶解釜内的油气水三相已达到平衡状态，则能判断在高温高压条件下的溶解釜内的油、气、水已经达到平衡状态。

在一个实施例中，所述荧光监测组件包括：

荧光计，用于产生荧光和接收返回的荧光；

蓝宝石视窗，安装在溶解釜上；

至少三根导光筒，其分别对应溶解釜内的油、气和水三相，与荧光计连接时用于将荧光计产生的荧光引导到蓝宝石视窗和将从蓝宝石视窗返回的荧光传给荧光计。通过溶解釜内的油、气和水三相返回的荧光强度来判断溶解状态。溶解釜内的油、气和水三相达到溶解平衡时，返回的荧光强度不再发生变化。

在一个优选的实施例中，所述荧光监测组件还包括压帽、垫片和密封件，所述压帽为中空状，压帽的一端与导光筒连接，压帽的另一端经垫片将蓝宝石视窗抵接在溶解釜的壁面的视窗口上，密封件设在蓝宝石视窗与溶解釜的视窗口之间。由于溶解釜工作在高温高压条件下，蓝宝石视窗由耐高温高压的材料制成。另外，压帽与溶解釜的视窗口之间为螺纹连接，溶解釜的视窗口为靠近外壁面的孔口直径比靠近内壁面的孔口直径大的阶梯孔，压帽将蓝宝石视窗压接在溶解釜的视窗口上。为了避免压帽安装时对蓝宝石视窗造成磨损，压帽与蓝宝石视窗之间设有垫片。密封件用于对溶解釜的视窗口与蓝宝石视窗的连接处密封，从而避免在高温高压下溶解釜内的流体逸出或流出。

在一个优选的实施例中，所述荧光计连接在滑轨式升降定位支架上，所述荧光计沿滑轨式升降定位支架滑动从而分别与对应溶解釜内的油、气和水三相的导光筒连接。通过滑轨式升降定位支架能实现一个荧光计与多个导光筒分别连接从而实现监测不同位置是否达到平衡状态的目的。不仅节约了设备成本，也避免了因采用不同的荧光计带来的检测结果之间的偏差。

在一个实施例中，高温高压溶解机构还包括箱式电加热炉和磁力搅拌器，其中：

箱式电加热炉，用于容纳并对耐高温高压的溶解釜加热；

磁力搅拌器，其中的磁力产生部件设在箱式电加热炉的外部，其中的搅拌部件伸入溶解釜体的流体内。磁力搅拌器的磁力产生部件价格较高，将其设在箱式电加热炉的外部，能提高磁力搅拌器的磁力产生部件的使用寿命。从而降低成本。

在一个实施例中，所述电阻率测定组件包括电阻率巡检仪和若干组电极，所述电极连接在溶解釜上与溶解釜内的流体接触，所述电阻率巡检仪与电极电连接。优选地，电阻率巡检仪为直流低电阻测试仪。

在一个优选的实施例中，设有八组所述电极，八组电极沿溶解釜的壁面等间距从上往下设置。所述电极均为铂电极。通过设置八组电极，分别检测溶解釜不同高度位置处的溶解状态。

本发明所要解决的另一个技术问题是，提供一种能更精确地检测到平衡状态的用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的方法。

针对该技术问题，提供的技术解决方案是，提供一种用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的方法，其采用上述的用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的装置，并包括以下步骤：

通过荧光监测组件中返回荧光的变化判断溶解釜中的油、气、水三相的溶解状态；

通过电阻率测定组件根据电阻率的变化来判断溶解釜内的油、气、水三相的溶解状态；

若在同一时间通过荧光监测组件和电阻率测定组件两种方式监测到的溶解状态相同，则能判断该时间溶解釜内的溶解状态。

通过两种检测方式相互检验，从而能使检测结果更准确。

在一个优选的实施例中，通过荧光监测组件测试溶解釜内的三相溶解状态时，若达到溶解平衡状态，返回的荧光的强度不再发生变化。

在一个优选的实施例中，通过电阻率测定组件测试溶解釜内的三相溶解状态时，若达到溶解平衡状态，通过电阻率测定组件监测到的电阻率不再变化。

进一步地，若通过荧光监测组件和电阻率测定组件两种方式均监测到溶解釜内的油气水三相均达到溶解平衡状态，则能判断溶解釜内油、气和水三相达到平衡状态。对油、气和水三相的平衡状态的判断更准确。

附图说明

图1所示是本发明的用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的装置的一种具体实施例。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示为本发明的用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的装置的一种具体实施例。在该实施例中，该装置包括耐高温高压的溶解釜1、用于给溶解釜1加热的箱式电加热炉2以及分别与溶解釜1连接的荧光监测组件和电阻率测定组件。

其中，荧光监测组件主要包括用于产生荧光和接收返回的荧光的荧光计3、安装在溶解釜1上的蓝宝石视窗4和对荧光计3的荧光进行引导的导光筒5。其中，导光筒5至少有三个，分别对应溶解釜1内的油、气和水三相设置。导光筒5与荧光计3为能拆式连接，节省荧光计3，从而能节省成本。由于石油具有荧光性，而水与天然气不发荧光。因此，当石油溶解于水或天然气后，水相或气相也能发出一定波长的。发出的荧光再经过导光筒5与蓝宝石视窗4反射到荧光计3中测定荧光强度大小。另外，由于在高温高压条件下，随着原油在地层水与天然气中的溶解增多，水相和气相的荧光强度会增加。当三相流体相互溶解达到平衡时，荧光强度不再发生变化。根据上述溶解中荧光强度的变化，能判断原油在水相与气相中的溶解状态或是否达到了溶解平衡。

在一个优选的实施例中，蓝宝石视窗4被压帽6的一端压接在溶解釜1的视窗口上。溶解釜1的视窗口为阶梯孔状，阶梯孔靠近外壁的大端设有螺纹，压帽6与溶解釜1的视窗口的大端螺纹连接。且压帽6为中空状，光能通过压帽6照射到蓝宝石视窗4。蓝宝石视窗4与溶解釜1的阶梯孔的连接处通过密封件（未示出）来进行密封，因此能防止溶解釜1内的天然气逸出。因此，安装耐高温高压的蓝宝石视窗4后能保证在高温高压状态下，例如最高压力达100MPa、最高温度达400℃，溶解釜1内的天然气和液体不发生泄漏。另外，压帽6与蓝宝石视窗4之间设有垫片来防止压帽6向溶解釜1内拧进时造成蓝宝石视窗4的损坏或磨损。压帽6与导光筒5之间通过橡胶套实现软连接，由于压帽6与导光筒5的连接在溶解釜1外部，因此溶解釜1内的高温高压环境不会对溶解釜1外部的用于连接的橡胶套造成影响。

在一个优选的实施例中，该荧光计3设在滑轨式升降定位支架7上。在图1中，包括三个分别对应溶解釜1内的油、气和水三相设置的导光筒5，三个导光筒5沿溶解釜1一侧的壁面从上到下设置。在测定溶解釜1内的油气水三相的溶解状态时，在检测完其中一相的溶解状态后，先将荧光计3的定位件松开，再使荧光计3沿滑轨向上或向下移动到对应的导光筒5的位置，然后进行定位与检测。从而能够实现采用一个荧光计3，实现三相溶解状态的检测或监测。节约了设备成本。

在本发明的一个实施例中，荧光计3能发射波长为380nm的紫外光，接收与测定波长为410～450nm的荧光。但并不限于此波长或波段的紫外光。另外，采用的蓝宝石视窗4本身在380nm的紫外光的照射下不会发荧光，并至少能承受100MPa的高压。

在一个实施例中，电阻率测定组件主要包括电阻率巡检仪8和电极9，电极9设有多组。沿溶解釜1的与导光筒5相对的一侧的壁面从上往下设置。由于多组电极9的安装位置包括了溶解釜1的油气水三相的位置，因此，当电阻率巡检仪8依次与相应的电极9连接时，能检测或监测得到溶解釜1内的油气水三相的溶解状态。在图1中，通过一个电阻率巡检仪8分别与八组电极9连接检测得到溶解釜1内的油气水三相的溶解状态。电阻率巡检仪8采购自常州市同惠电子有限公司，又称为直流低电阻测试仪。此处说明的是，由于本实施例中直流低电阻测试仪是一次与一个电极连接，通过循环地与八组电极9连接从而循环测试得到各处对应的电阻率，因此采用的直流低电阻测试仪被称为“电阻率巡检仪”。当然，本发明不限于采用上述设备，也能采用其它电阻率测试设备，例如，采用的设备能一次与八组电极9中的多个电极连接从而能一次测得与显示溶解釜1内多处的电阻率。在一个优选的实施例中，八组电极9等间距地从上向下安装在溶解釜1上。另外，优选地，电极9均采用铂电极。由于地层水的电阻率较低，而石油与天然气的电阻率较高，在高温高压的溶解釜1内，当油气水三相共存时，水相中溶解了石油与天然气，其电阻率会增加。而油相与气相中溶解了水之后，电阻率会下降。因此，使用电阻率测定组件，通过测定溶解釜1中不同高度位置的流体的电阻率值，能够得到溶解釜1内的油气水三相的溶解状态。而且，当溶解釜1中油气水三相达到平衡状态后，对各高度位置检测得到的电阻率值不再发生变化。

另外，在一个优选的实施例中，溶解釜1连接有磁力搅拌器10。其中，磁力搅拌器10起到搅拌作用的下端的搅拌部件设在溶解釜1内。而磁力搅拌器10产生磁力的磁力产生部件设在箱式电加热炉2外部。溶解釜1安装在箱式电加热炉2中，磁力产生部件通过连接杆与搅拌部件连接。该搅拌杆依次穿过箱式电加热炉2的顶面和溶解釜1的顶面从而进入溶解釜1内。在本实施例中，通过该磁力搅拌器10的搅拌作用，不仅使得高温高压的溶解釜1的三相流体受热更均匀，而且还能缩短溶解釜1内的三相流体达到平衡状态的时间。从而在测试实验中提高实验效率。

本发明还涉及一种用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的方法，其采用上述的用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的装置，并包括以下步骤：

通过荧光监测组件中返回荧光的变化判断溶解釜1中的油、气、水三相的溶解状态；

通过电阻率测定组件根据电阻率的变化来判断溶解釜1内的油、气、水三相的溶解状态；

若在同一时间通过荧光监测组件和电阻率测定组件两种方式监测到的溶解状态相同，则能判断该时间溶解釜1内的溶解状态。

另外，通过荧光监测组件测试溶解釜1内的三相溶解状态时，若达到溶解平衡状态，返回的荧光的强度不再发生变化。

另外，通过电阻率测定组件测试溶解釜1内的三相溶解状态时，若达到溶解平衡状态，通过电阻率测定组件监测到的电阻率不再变化。

进一步地，通过荧光监测组件和电阻率测定组件两种检测方式检测或监测时，两种检测方式能相互进行验证。因此，在本发明的用于监测溶解釜1内的油气水的溶解状态的装置处于正常工作状态时，若通过荧光监测组件和电阻率测定组件两种方式均监测到溶解釜1内的油气水三相均达到溶解平衡状态，则能判断溶解釜1内油、气和水三相达到平衡状态。

虽然已经结合具体实施例对本发明进行了描述，然而可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实施例中的特征均可相互结合起来，所形成的组合式特征仍属于本发明的范围内。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (12)

1.一种用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的装置，包括耐高温高压的溶解机构和溶解状态监测机构，其中，溶解状态监测机构包括分别与溶解机构中的溶解釜连接的荧光监测组件和电阻率测定组件。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述荧光监测组件包括：

荧光计，用于产生荧光和接收返回的荧光；

蓝宝石视窗，安装在溶解釜上；和

至少三根导光筒，其分别对应溶解釜内的油、气和水三相设置，与荧光计连接时用于将荧光计产生的荧光引导到蓝宝石视窗和将从蓝宝石视窗返回的荧光传给荧光计。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述荧光监测组件还包括压帽、垫片和密封件，所述压帽为中空状，压帽的一端与导光筒连接，压帽的另一端经垫片将蓝宝石视窗抵接在溶解釜的壁面的视窗口上，密封件设在蓝宝石视窗与溶解釜的视窗口之间。

4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述荧光计连接在滑轨式升降定位支架上，所述荧光计沿滑轨式升降定位支架滑动以分别与对应溶解釜内的油、气和水三相的导光筒连接。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的装置，其特征在于，所述溶解机构还包括箱式电加热炉和磁力搅拌器，其中：

箱式电加热炉，用于容纳并对耐高温高压的溶解釜加热；

磁力搅拌器，其中的磁力产生部件设在箱式电加热炉的外部，其中的搅拌部件伸入溶解釜体的流体内。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的装置，其特征在于，所述电阻率测定组件包括电阻率巡检仪和若干组电极，所述电极连接在溶解釜上并与溶解釜内的三相流体接触，所述电阻率巡检仪与电极电连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，设有八组所述电极，八组电极沿溶解釜的壁面等间距从上往下设置。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电阻率巡检仪包括直流低电阻测试仪，直流低电阻测试仪依次与八组电极连接以测得溶解釜内的油、气和水三相的溶解状态。

9.一种用于监测溶解釜内的油气水的溶解状态的方法，其特征在于，采用权利要求1～8中任一项所述的装置，并包括以下步骤：

通过荧光监测组件中返回荧光的变化判断溶解釜中的油、气、水三相的溶解状态；

通过电阻率测定组件根据电阻率的变化来判断溶解釜内的油、气、水三相的溶解状态；

若在同一时间通过荧光监测组件和电阻率测定组件两种方式监测到的溶解状态相同，则能判断该时间溶解釜内的溶解状态。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过荧光监测组件测试溶解釜内的三相溶解状态时，若达到溶解平衡状态，返回的荧光的强度不再发生变化。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过电阻率测定组件测试溶解釜内的三相溶解状态时，若达到溶解平衡状态，通过电阻率测定组件监测到的电阻率不再变化。

12.根据权利要求9～11中任一项所述的方法，其特征在于，若通过荧光监测组件和电阻率测定组件两种方式均监测到溶解釜内的油气水三相均达到溶解平衡状态，则能判断溶解釜内油、气和水三相达到平衡状态。