CN107843681A - 一种井口防爆色谱仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种井口防爆色谱仪，包含：正压控制模块，设置在油气勘探现场井口危险区域，通过正压防爆控制，确保色谱仪处于安全状态下正常运行；以及均设置在该正压控制模块内的：电气控制模块；气路切换阀组，与电气控制模块通讯连接，在其控制下进行色谱仪分析状态和反吹状态的气体流路切换；色谱分析柱，与电气控制模块通讯连接，且与气路切换阀组管路连接，对经由气路切换阀组流入的样品气进行C1～nC5的快速分离；样品检测器，与电气控制模块通讯连接，且与色谱分析柱管路连接，对分离后的特征样品气进行检测分析。本发明能够在油气勘探现场井口危险区域进行快速的气测录井，同时仪器结构简单紧凑，便于生产安装，降低成本。

Description

一种井口防爆色谱仪
技术领域
本发明涉及一种色谱仪，具体是指用于井口防爆的色谱仪，属于石油钻井现场录井工程技术。
背景技术
油气勘探录井的主要目的是发现油气。通过对上返钻井液中所携带的气体的分析，得到烃组分含量，据此进行储层油气的识别。目前，气相色谱仪是录井作业中应用最广泛的烃组分检测仪器。其可以对上返钻井液所携地层气中的烃组分进行连续测量，在45秒内提供C1～nC5共7个烃组分特征样品的含量分析，帮助现场人员及时发现异常油气层段。
现有技术中，所采用的气相色谱仪等气体分析仪器绝大部分都设置在录井仪器房内，通过近百米的样品气传输管线与钻井液脱气器相连，导致气测录井的时间滞后，不能及时反映地层流体信息。
而可直接设置在钻井液出口的气体分析仪仅有威德福公司的型号为GC-Tracer的分析仪；该分析仪采用膜脱气方式进行样品气分离，并利用安捷伦公司的Agilent490色谱仪进行气体组分测量。整套设备价格昂贵，维护成本极高，导致其无法在录井现场进行推广使用。
基于上述，本发明提出一种井口防爆色谱仪，通过正压防爆设计，使其能够在油气勘探现场的井口危险区域直接进行快速气测录井，在45秒内实现对C1～nC5共7个烃组分的快速分离分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种井口防爆色谱仪，能够在油气勘探现场井口危险区域进行快速的气测录井，同时仪器结构简单紧凑，便于生产安装，降低成本。
为实现上述目的，本发明提供一种井口防爆色谱仪，包含：正压控制模块，设置在油气勘探现场井口危险区域，通过正压防爆控制，确保色谱仪处于安全状态下正常运行；以及均设置在该正压控制模块内的：电气控制模块；气路切换阀组，与电气控制模块通讯连接，在其控制下进行色谱仪分析状态和反吹状态的气体流路切换；色谱分析柱，与电气控制模块通讯连接，且与气路切换阀组管路连接，对经由气路切换阀组流入的样品气进行C1～nC5的快速分离；样品检测器，与电气控制模块通讯连接，且与色谱分析柱管路连接，对分离后的特征样品气进行检测分析。
所述的正压控制模块还具有：正压箱，其内部设置所述的电气控制模块、气路切换阀组、色谱分析柱和样品检测器；压力传感器，设置在正压箱内部，且与正压控制模块连接，检测获取正压箱内部压力，并确认正压箱内部是否处于正常的正压状态；电源继电器，设置在正压箱内部，为电气控制模块供电，根据压力传感器反馈给正压控制模块的结果，打开电源继电器使色谱仪得电开始工作，或者关闭电源继电器。
所述的电气控制模块通过网络与设置在安全区域的路由器以及计算机通讯连接，进行数据和信息的传输通讯。
所述的色谱分析柱包含主柱和预切柱，样品气经由预切柱通入主柱内，并通过流路反吹确保样品气中的重组分不进入主柱；所述的色谱分析柱能在45秒内对样品气进行甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷和正戊烷的快速分离。
所述的色谱分析柱在对样品气进行分离时，由电气控制模块控制该主柱恒温加热。
所述的气路切换阀组采用多个电磁阀连接组成，分别与色谱分析柱、载气以及样品气连接，通过阀岛流路切换，实现色谱仪分析状态和反吹状态的气体流路切换。
所述的样品检测器采用催化燃烧检测器、热导检测器、或氢火焰离子检测器。
在样品检测器对分离后的特征样品气进行检测分析之后，由电气控制模块控制对所获取的检测信号进行采集放大处理。
当采用空气作为载气时，设置两套色谱分析柱，并且对于每套色谱分析柱分别设置对应的气路切换阀组和样品检测器；其中第一色谱分析柱用于分离样品气中的C1和C2，第二色谱分析柱用于分离样品气中的C3～nC5。
本发明所述的井口防爆色谱仪还包含：气体干燥模块，设置在正压箱内，且连接设置在样品气与气路切换阀组之间的管路上，采用Nafion管干燥、化学吸附干燥、或物理吸附干燥方法对样品气进行除水干燥。
综上所述，本发明提供的井口防爆色谱仪，采用整体正压防爆设计，将色谱仪从录井仪器房安全区域前置到井口现场危险区域，缩短了样品气传输的管线延迟，提高了地层油气检测的及时性；并且其中的气路切换阀组替代常规色谱仪十通阀，简化仪器结构；另外色谱分析柱经优化设计后可实现C1～nC5的快速分离。
附图说明
图1为本发明中的井口防爆色谱仪的结构示意图；
图2为本发明中的正压控制模块的正压防爆控制流程图；
图3为本发明优选实施例中的分析状态下气路切换阀组的开关状态和气体流路的示意图；
图4为本发明优选实施例中的反吹状态下气路切换阀组的开关状态和气体流路的示意图；
图5为本发明优选实施例中的气体流路示意图。
具体实施方式
以下结合图1～图5，通过优选实施例对本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
如图1所示，为本发明所提供的井口防爆色谱仪，包含：正压控制模块11，设置在油气勘探现场井口危险区域，通过正压防爆控制，确保色谱仪处于安全状态下正常运行；以及均设置在该正压控制模块11内的：电气控制模块12；气路切换阀组13，与电气控制模块12通讯连接，在其控制下进行色谱仪分析状态和反吹状态的气体流路切换；色谱分析柱14，与电气控制模块12通讯连接，且与气路切换阀组13管路连接，对经由气路切换阀组13流入的样品气进行C1～nC5的45秒快速分离；样品检测器15，与电气控制模块12通讯连接，且与色谱分析柱14管路连接，对分离后的特征样品气进行检测分析。
所述的正压控制模块11还具有：正压箱，其内部设置所述的电气控制模块12、气路切换阀组13、色谱分析柱14和样品检测器15；压力传感器，设置在正压箱内部，且与正压控制模块11连接，检测获取正压箱内部压力，并确认正压箱内部是否处于正常的正压状态；电源继电器，设置在正压箱内部，为电气控制模块12供电，根据压力传感器反馈给正压控制模块11的结果，打开电源继电器使色谱仪得电开始工作，或者关闭电源继电器。
如图2所示，所述的正压控制模块11的正压防爆控制包含以下步骤：
S1、正压控制模块11启动，持续向正压箱内部扫气；压力传感器采集正压箱内部压力，并传输至正压控制模块11；
S2、正压控制模块11判断采集到的正压箱内部压力是否小于预设的下限值；如是，返回S1继续扫气；如否，继续S3；
S3、正压控制模块11判断采集到的正压箱内部压力是否大于预设的上限值；如是，返回S1继续扫气；如否，继续S4；
S4、正压控制模块11开始计时，在此过程中持续向正压箱内部扫气；
S5、当扫气时间达到预设值时，压力传感器实时采集正压箱内部压力，并传输至正压控制模块11；正压控制模块11判断采集到的正压箱内部压力是否小于预设的下限值；
如是，说明当前正压箱内压力并未达到安全状态，控制电源继电器关闭；
如否，控制电源继电器打开，使色谱仪得电开始工作，并确保其在井口危险区域处于安全状态正常运行。
所述的电气控制模块12通过有线或无线网络与设置在安全区域的路由器21以及计算机22通讯连接，进行数据和信息的传输通讯。
如图3和图4所示，所述的色谱分析柱14包含主柱141和预切柱142，样品气经由预切柱142通入主柱141内，并通过流路反吹，确保样品气中的诸如C6+的重组分（因分子量大而流速慢）不进入主柱141，以避免其对最终检测的影响；色谱分析柱14能够在45秒内对样品气进行甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷和正戊烷的快速分离。
进一步，所述的色谱分析柱14在对样品气进行分离时，由电气控制模块12控制该主柱141恒温加热。
所述的气路切换阀组13采用多个电磁阀连接组成，分别与色谱分析柱14、载气以及样品气连接，通过阀岛流路切换，替代传统常规的十通阀结构，实现色谱仪分析状态和反吹状态的气体流路切换。
如图3所示，为本发明优选实施例中的分析状态下气路切换阀组的开关状态和气体流路的示意图。在本实施例中，采用5个二位三通电磁阀131连接组成气路切换阀组13。其中，与电磁阀连接的实线代表气路连通，与电磁阀连接的虚线代表管路连接，但未连通。而电磁阀中的黑色三角表示电磁阀接通，白色表示未接通。此时，由于色谱仪处于分析状态下，通过载气将定量馆132内预存的样品气经由色谱分析柱14的预切柱142吹入主柱141内进行分离。
如图4所示，为本发明优选实施例中的反吹状态下气路切换阀组的开关状态和气体流路的示意图。在本实施例中，采用5个二位三通电磁阀131连接组成气路切换阀组13。其中，与电磁阀连接的实线代表气路连通，与电磁阀连接的虚线代表管路连接，但未连通。而电磁阀中的黑色三角表示电磁阀接通，白色表示未接通。此时，由于色谱仪处于反吹状态下，样品气连通至定量管132内定量预存，以便于在下一个色谱分析周期进行定量分离检测；同时载气连通至色谱分析柱14的主柱141内，将其中完成分离的样品气吹入至样品检测器15。
所述的样品检测器15的种类包含但不限于催化燃烧检测器、热导检测器、氢火焰离子检测器等。
进一步，在样品检测器15对分离后的特征样品气进行检测分析之后，由电气控制模块12控制对所获取的检测信号进行采集放大处理。
如图5所示，在本发明的一个更优选的实施例中，当采用空气作为载气时，可设置两套色谱分析柱，并且对于每套色谱分析柱，分别设置对应的气路切换阀组13和样品检测器15。其中第一色谱分析柱14A用于分离样品气中的C1和C2，保证快速分离时C1和C2的分离度足够大，不发生色谱峰重叠；第二色谱分析柱14B用于分离样品气中的C3～nC5。进一步，两套色谱分析柱均采用填充柱，当然在其他实施例中，根据实际需要，两套色谱分析柱也可均采用毛细柱，或者采用填充柱与毛细柱混合使用的方式。
并且，如图5所示，由于采用空气作为载气，可采用催化燃烧检测器作为样品检测器15，利用空气中所含的氧气，进行样品气中可燃烃组分的催化燃烧检测。另外，样品检测器15采用两路输入，样品气经色谱分析柱分离后，进行分流，一路直接进入样品检测器15，另一路经稀释后在进入样品检测器15，从而实现烃组分样品在低浓度和高浓度时的同步测量。
本发明所述的井口防爆色谱仪还包含：气体干燥模块16，设置在正压箱内，且连接设置在样品气与气路切换阀组13之间的管路上，对即将输入色谱分析柱14的样品气进行除水干燥。
进一步，所述的气体干燥模块16采用的干燥技术包含但不限于Nafion管干燥、化学吸附干燥、或物理吸附干燥等。如图5所示，在本发明的优选实施例中，气体干燥模块16采用Nafion管干燥方式对样品气进行除水干燥，其中载气的一路分流作为Nafion管的吹扫气输入至气体干燥模块16中。并且根据Nafion管干燥原理，气体干燥模块16接入样品气流路时，必须置于样品泵后的正压条件下，以达到最佳的样品气干燥效果。
综上所述，本发明提供的井口防爆色谱仪，与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、采用整体正压防爆设计，将色谱仪从录井仪器房安全区域前置到井口现场危险区域，缩短了样品气传输的管线延迟，提高了地层油气检测的及时性；
2、采用气路切换阀组替代常规的色谱仪十通阀，降低成本的同时简化仪器结构；
3、色谱分析柱经优化设计后可确保采用空气作为载气时也能实现C1～nC5的快速分离，同时省去诸如氢气发生器、氦气钢瓶等不必要和昂贵的附属设备。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种井口防爆色谱仪，其特征在于，包含：
正压控制模块，设置在油气勘探现场井口危险区域，通过正压防爆控制，确保色谱仪处于安全状态下正常运行；以及均设置在该正压控制模块内的：
电气控制模块；
气路切换阀组，与电气控制模块通讯连接，在其控制下进行色谱仪分析状态和反吹状态的气体流路切换；
色谱分析柱，与电气控制模块通讯连接，且与气路切换阀组管路连接，对经由气路切换阀组流入的样品气进行C1～nC5的快速分离；
样品检测器，与电气控制模块通讯连接，且与色谱分析柱管路连接，对分离后的特征样品气进行检测分析。
2.如权利要求1所述的井口防爆色谱仪，其特征在于，所述的正压控制模块还具有：
正压箱，其内部设置所述的电气控制模块、气路切换阀组、色谱分析柱和样品检测器；
压力传感器，设置在正压箱内部，且与正压控制模块连接，检测获取正压箱内部压力，并确认正压箱内部是否处于正常的正压状态；
电源继电器，设置在正压箱内部，为电气控制模块供电，根据压力传感器反馈给正压控制模块的结果，打开电源继电器使色谱仪得电开始工作，或者关闭电源继电器。
3.如权利要求1所述的井口防爆色谱仪，其特征在于，所述的电气控制模块通过网络与设置在安全区域的路由器以及计算机通讯连接，进行数据和信息的传输通讯。
4.如权利要求1所述的井口防爆色谱仪，其特征在于，所述的气路切换阀组采用多个电磁阀连接组成，分别与色谱分析柱、载气以及样品气连接，通过阀岛流路切换，实现色谱仪分析状态和反吹状态的气体流路切换。
5.如权利要求4所述的井口防爆色谱仪，其特征在于，所述的色谱分析柱包含主柱和预切柱，样品气经由预切柱通入主柱内，并通过流路反吹确保样品气中的重组分不进入主柱；
所述的色谱分析柱能在45秒内对样品气进行甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷和正戊烷的快速分离。
6.如权利要求5所述的井口防爆色谱仪，其特征在于，所述的色谱分析柱在对样品气进行分离时，由电气控制模块控制该主柱恒温加热。
7.如权利要求1所述的井口防爆色谱仪，其特征在于，所述的样品检测器采用催化燃烧检测器、热导检测器、或氢火焰离子检测器。
8.如权利要求3所述的井口防爆色谱仪，其特征在于，在样品检测器对分离后的特征样品气进行检测分析之后，由电气控制模块控制对所获取的检测信号进行采集放大处理。
9.如权利要求1所述的井口防爆色谱仪，其特征在于，当采用空气作为载气时，设置两套色谱分析柱，并且对于每套色谱分析柱分别设置对应的气路切换阀组和样品检测器；其中第一色谱分析柱用于分离样品气中的C1和C2，第二色谱分析柱用于分离样品气中的C3～nC5。
10.如权利要求2所述的井口防爆色谱仪，其特征在于，还包含气体干燥模块，设置在正压箱内，且连接设置在样品气与气路切换阀组之间的管路上，采用Nafion管干燥、化学吸附干燥、或物理吸附干燥方法对样品气进行除水干燥。
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