CN109323953A - 含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法，包括：采集含硫气藏中的含硫气体，测定取样温度和取样压力；将含硫气体转入配样器中，使配样器在预设温度及预设压力下摇摆预设时长；使配样器内的气体通过回压阀后压力降至室压，之后流入吸附罐内；从吸附罐流出的气体通过气体流量计，气体流量计测定含硫气体在室温和室压下的体积；将吸附罐内的二硫化碳液体收集并转移到收集罐内；加热收集罐后冷却，测定收集罐内的元素硫的质量；测定室温和室压；根据取样温度、取样压力、室温、室压、元素硫的质量及含硫气体在室温和室压下的体积，计算得到含硫气体中元素硫的溶解度。本发明测定的含硫气体中的元素硫溶解度较准确。
Description
技术领域
本发明涉及油气开采技术领域，特别涉及一种含硫气体中元素硫溶解度的测定方法。
背景技术
与常规气藏开发相比，高含硫气藏中存在元素硫的溶解和沉积作用。当压力和温度降低时，元素硫在高含硫气体中的溶解度会下降。当气体中硫含量大于硫的溶解度时，元素硫就会沉积下来。沉积的元素硫不仅会堵塞地层，极大地降低地层渗透率，严重影响气井产能，而且还会给气井的正常生产、输送和管理带来危害。因此，有必要准确地测定和计算元素硫在高含硫气藏流体中的溶解度，为高含硫气藏合理开发、产能配产、方案制定以及下游集输设计提供重要的基础和依据。
国内关于含硫气体中的元素硫溶解度的研究，大多是基于理论和模型研究，无法保证研究结果的精确性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种含硫气体中元素硫溶解度的测定方法，以比较准确地得到含硫气体中的元素硫溶解度。
具体而言，包括以下的技术方案：
本发明提供了一种含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法，包括：
采集含硫气藏中的含硫气体，测定采集所述含硫气体时的取样温度和取样压力；
将所述含硫气体转入配样器中，使所述配样器在预设温度及预设压力下摇摆预设时长；
打开所述配样器出口端阀门，使所述配样器内的气体通过回压阀后压力降至室压，之后流入吸附罐内，其中所述吸附罐内盛放二硫化碳液体；
从所述吸附罐流出的气体通过气体流量计，所述气体流量计测定所述含硫气体在室温和所述室压下的体积；
将所述吸附罐内的二硫化碳液体收集并转移到收集罐内；
加热所述收集罐后冷却，测定所述收集罐内的元素硫的质量；
测定所述室温和所述室压；
根据所述取样温度、所述取样压力、所述室温、所述室压、所述元素硫的质量及所述含硫气体在所述室温和所述室压下的体积，计算得到所述含硫气体中元素硫的溶解度；
其中，所述配样器的出口与所述回压阀的进口连通，所述回压阀的出口与所述吸附罐的进口连通，所述吸附罐的第一出口与所述流量计连通；
所述配样器位于所述高温箱内，所述吸附罐位于所述低温箱内，所述配样器的出口与所述回压阀的进口之间设置有阀门，所述收集罐适于被加热。
可选择地，所述根据所述取样温度、所述取样压力、所述室温、所述室压、所述元素硫的质量及所述含硫气体在所述室温和所述室压下的体积，计算得到所述含硫气体中元素硫的溶解度，包括：
根据所述室温、所述室压及所述含硫气体在所述室温和所述室压下的体积，计算得到所述含硫气体在标态下的体积；
根据所述含硫气体在标态下的体积、所述取样温度及所述取样压力，计算得到所述含硫气体在所述取样温度和所述取样压力下的体积；
根据所述含硫气体在所述取样温度和所述取样压力下的体积及所述元素硫的质量，计算得到所述含硫气体中的元素硫的溶解度。
可选择地，所述根据所述室温、所述室压及所述含硫气体在所述室温和所述室压下的体积，计算得到所述含硫气体在标态下的体积，采用的计算公式如下：
式中，
V0——含硫气体在标态下的体积；
P0——标态下的压力；
T0——标态下的温度；
P1——室压；
V1——含硫气体在室温和室压下的体积；
T1——室温。
可选择地，所述根据含硫气体在标态下的体积、所述取样温度及所述取样压力，计算得到所述含硫气体在所述取样温度和所述取样压力下的体积，采用的计算公式为：
式中，
V1'——含硫气体在取样温度和取样压力下的体积；
P0——标态下的压力；
V0——含硫气体在标态下的体积；
T0——标态下的温度；
P——取样压力；
T——取样温度；
Z——气体在取样温度和取样压力下的偏差因子。
可选择地，所述根据含硫气体在所述取样温度和所述取样压力下的体积及所述元素硫的质量，计算得到所述含硫气体中元素硫的溶解度，采用的计算公式为：
式中，
c——含硫气体中元素硫的溶解度；
m——元素硫的质量；
V1'——含硫气体在取样温度和取样压力下的体积。
可选择地，在所述加热所述收集罐后冷却，测定所述收集罐内的元素硫的质量之前，所述方法还包括：
采用二硫化碳液体清洗所述配样器与所述吸附罐之间的管线，将清洗后的二硫化碳液体收集并转移到所述收集罐内。
可选择地，所述流量计的出口连接有尾气吸收罐。
可选择地，所述吸附罐的下端开设有第二出口，所述吸附罐的所述第二出口与所述收集罐通过管线连接，所述吸附罐和所述收集罐之间的管线上设置有阀门。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
本发明提供的含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法，基于实验测定的数据计算得到含硫气体中元素硫的溶解度，由于实验装置的配样器位于高温箱内，可避免气体中的元素硫析出，且吸附罐位于低温箱中，可保证气体中的元素硫在吸附罐中吸附比较充分，因此通过实验测得的元素硫的质量比较精确，进而可保证基于实验得到的数据计算得到的含硫气体中的元素硫溶解度准确性较高。
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。
附图1为本发明一实施例中一种含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法的流程图；
附图2为本发明一实施例中测定含硫气体中的元素硫溶解度采用的实验装置的平面布置图。
图中的附图标记分别为：
1、取样钢瓶；2、高温箱；3、配样器；4、回压阀；5、低温冷凝箱；6、吸附罐；7、流量计；6、尾气吸收罐；9、回收罐；10、阀门；11、阀门。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明一实施例提供了一种含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法，该方法的实现是基于实验装置实现的，实验装置的平面布置图如图2所示，包括高温箱2、配样器3、回压阀4、低温箱5、吸附罐6、流量计7和回收罐9；
其中，配样器3的出口与回压阀4的进口连通，回压阀4的出口与吸附罐6的进口连通，吸附罐6的第一出口与流量计7连通；
配样器3位于高温箱2内，吸附罐6位于低温箱5内，配样器2的出口与回压阀3的进口之间设置有阀门10，收集罐9适于被加热。
含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法如图1所示，包括步骤S101-S108。下面将对各步骤进行具体说明。
S101：采集含硫气藏中的含硫气体，测定采集含硫气体时的取样温度和取样压力。
如图2所示，实验装置还包括取样钢瓶1，取样钢瓶1的出口与配样器的进口连接。可采用取样钢瓶1采集含硫气藏中的含硫气体，并采用压力计和温度计测得采集含硫气体时的取样压力和取样温度。
S102：将含硫气体转入配样器中，使配样器在预设温度及预设压力下摇摆预设时长。
从气藏中采集含硫气体样品后，可能会因为温度和压力的变化导致含硫气体中溶解的元素硫部分析出。为了保证实验的准确性，先将含硫气体转入位于高温箱中的配样器中，并摇摆预设时长，防止元素硫析出。预设温度、预设压力和预设时长可根据实际情况设定，例如，预设温度可为80℃，预设压力可为1MPa，预设时长可为24小时。
S103：打开配样器出口端阀门，使配样器内的气体通过回压阀后压力降至室压，之后流入吸附罐内，其中吸附罐内盛放二硫化碳液体。
为了防止从配样器流出的气体压力太大导致气体流速过大，进而造成气体中的硫单质在二硫化碳液体中吸附不充分的情况，先使气体通过回压阀4平衡降压，进而气体平稳地从回压阀4流出并进入到吸附罐6内。
S104：从吸附罐流出的气体通过气体流量计，气体流量计测定含硫气体在室温和室压下的体积。
其中，为了保证气体体积测定的准确性，应选择合适量程的气体流量计。
在本实施例中，室温和室压指的是进行实验室，实验装置所在的实验室的温度。
S105：将吸附罐内的二硫化碳液体收集并转移到收集罐内。
为了便于将吸附罐内的二硫化碳转移至收集罐内，如图2所示，吸附罐6的下端可开设有第二出口，吸附罐6的第二出口与收集罐9通过管线连接，吸附罐6和收集罐9之间的管线上设置有阀门11。
当含硫气体在吸附罐6内完成吸附后，打开阀门11，吸附罐6内的二硫化碳液体即通过管线流入到收集罐9内，操作比较方便。
S106：加热收集罐后冷却，测定收集罐内的元素硫的质量。
加热收集罐，则收集罐内的二硫化碳液体转化为气体并挥发，元素硫留在收集罐内。待收集罐冷却后，测定收集罐内的元素硫的质量，即为含硫气体中溶解的元素硫的质量。
S107：测定室温和室压。
流量计测得的气体的压力是在室温和室压下的压力，为了便于后续计算，采用温度计和压力计测定室温和室压。
S108：根据取样温度、取样压力、室温、室压、元素硫的质量及含硫气体在室温和室压下的体积，计算得到含硫气体中元素硫的溶解度。
具体地，该步骤包括子步骤S1081、S1082和S1083。下面进行详细介绍。
S1081：根据室温、室压及含硫气体在室温和室压下的体积，计算得到含硫气体在标态下的体积，采用的计算公式为：
式中，
V0——含硫气体在标态下的体积；
P0——标态下的压力；
T0——标态下的温度；
P1——室压；
V1——含硫气体在室温和室压下的体积；
T1——室温。
标态下的压力为一个大气压，标态下的温度为20℃。
S1082：根据含硫气体在标态下的体积、取样温度及取样压力，计算得到含硫气体在取样温度和取样压力下的体积，采用的计算公式为：
式中，
V1'——含硫气体在取样温度和取样压力下的体积；
P0——标态下的压力；
V0——含硫气体在标态下的体积；
T0——标态下的温度；
P——取样压力；
T——取样温度；
Z——气体在取样温度和取样压力下的偏差因子。
其中，气体在取样温度和取样压力下的偏差因子Z通过气体常规相态实验即可得到。
S1083：根据含硫气体在取样温度和取样压力下的体积及元素硫的质量，计算得到含硫气体的元素硫的溶解度，采用的计算公式为：
式中，
c——含硫气体中元素硫的溶解度；
m——元素硫的质量；
V1'——含硫气体在取样温度和取样压力下的体积。
在采用实验装置进行实验时，含硫气体从回压阀流到吸附罐的过程中，可能会有很少量的元素硫残留在回压阀4与吸附罐6之间的管线上，为了提高实验的精确度，在实验结束后，可采用二硫化碳液体清洗配样器3与吸附罐6之间的管线，并将清洗后的二硫化碳液体收集并转移到回收罐9内，从而最后测得的元素硫的质量更精确。
为了防止气体污染环境，如图2所示，流量计7的出口连接有尾气吸收罐8。这样，尾气吸收罐8将气体中的有害气体吸附，防止污染环境。
作为本发明的一种改进，对于同一气井，通过改变取样温度及取样压力，得到不同取样温度和取样压力条件下对应的含硫气体的元素硫的溶解度ci。
根据Chrastil方程：
式中，
c——固体溶质在流体中的溶解度；
d——流体密度；
T——温度；
a，b，k——常数。
将Chrastil方程两边取对数，可得到：
令y＝lnc，x1＝lnd，则上式变形为：
y＝kx1+ax2+b
将得到的ci值代入变形后的公式，可求出a，b，k的值。从而确定取样温度及流体密度后，根据公式y＝kx1+ax2+b即可求出含硫气体中元素硫的溶解度，而无需通过实验，更加简单。
本发明实施例提供的含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法，基于实验测定的数据计算得到含硫气体中元素硫的溶解度，由于实验装置的配样器位于高温箱内，可避免气体中的元素硫析出；吸附罐位于低温箱中，可保证气体中的元素硫在吸附罐中吸附比较充分，因此通过实验测得的元素硫的质量比较精确。另外，在计算的过程中，考虑了偏差因子对气体体积的影响，保证了计算结果的准确性。可见，本发明实施例得到的含硫气体中的元素硫溶解度准确性较高。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法，其特征在于，包括：
采集含硫气藏中的含硫气体，测定采集所述含硫气体时的取样温度和取样压力；
将所述含硫气体转入配样器中，使所述配样器在预设温度及预设压力下摇摆预设时长；
打开所述配样器出口端阀门，使所述配样器内的气体通过回压阀后压力降至室压，之后流入吸附罐内，其中所述吸附罐内盛放二硫化碳液体；
从所述吸附罐流出的气体通过气体流量计，所述气体流量计测定所述含硫气体在室温和所述室压下的体积；
将所述吸附罐内的二硫化碳液体收集并转移到收集罐内；
加热所述收集罐后冷却，测定所述收集罐内的元素硫的质量；
测定所述室温和所述室压；
根据所述取样温度、所述取样压力、所述室温、所述室压、所述元素硫的质量及所述含硫气体在所述室温和所述室压下的体积，计算得到所述含硫气体中元素硫的溶解度；
其中，所述配样器的出口与所述回压阀的进口连通，所述回压阀的出口与所述吸附罐的进口连通，所述吸附罐的第一出口与所述流量计连通；
所述配样器位于所述高温箱内，所述吸附罐位于所述低温箱内，所述配样器的出口与所述回压阀的进口之间设置有阀门，所述收集罐适于被加热。
2.根据权利要求1所述的含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法，其特征在于，所述根据所述取样温度、所述取样压力、所述室温、所述室压、所述元素硫的质量及所述含硫气体在所述室温和所述室压下的体积，计算得到所述含硫气体中元素硫的溶解度，包括：
根据所述室温、所述室压及所述含硫气体在所述室温和所述室压下的体积，计算得到所述含硫气体在标态下的体积；
根据所述含硫气体在标态下的体积、所述取样温度及所述取样压力，计算得到所述含硫气体在所述取样温度和所述取样压力下的体积；
根据所述含硫气体在所述取样温度和所述取样压力下的体积及所述元素硫的质量，计算得到所述含硫气体中的元素硫的溶解度。
3.根据权利要求2所述的含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法，其特征在于，所述根据所述室温、所述室压及所述含硫气体在所述室温和所述室压下的体积，计算得到所述含硫气体在标态下的体积，采用的计算公式如下：
式中，
V0——含硫气体在标态下的体积；
P0——标态下的压力；
T0——标态下的温度；
P1——室压；
V1——含硫气体在室温和室压下的体积；
T1——室温。
4.根据权利要求2所述的含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法，其特征在于，所述根据含硫气体在标态下的体积、所述取样温度及所述取样压力，计算得到所述含硫气体在所述取样温度和所述取样压力下的体积，采用的计算公式为：
式中，
V1'——含硫气体在取样温度和取样压力下的体积；
P0——标态下的压力；
V0——含硫气体在标态下的体积；
T0——标态下的温度；
P——取样压力；
T——取样温度；
Z——气体在取样温度和取样压力下的偏差因子。
5.根据权利要求2所述的含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法，其特征在于，所述根据含硫气体在所述取样温度和所述取样压力下的体积及所述元素硫的质量，计算得到所述含硫气体中元素硫的溶解度，采用的计算公式为：
式中，
c——含硫气体中元素硫的溶解度；
m——元素硫的质量；
V1'——含硫气体在取样温度和取样压力下的体积。
6.根据权利要求1所述的含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法，其特征在于，在所述加热所述收集罐后冷却，测定所述收集罐内的元素硫的质量之前，所述方法还包括：
采用二硫化碳液体清洗所述配样器与所述吸附罐之间的管线，将清洗后的二硫化碳液体收集并转移到所述收集罐内。
7.根据权利要求1所述的含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法，其特征在于，所述流量计的出口连接有尾气吸收罐。
8.根据权利要求1-7其中任一项所述的含硫气体中的元素硫溶解度的测定方法，其特征在于，所述吸附罐的下端开设有第二出口，所述吸附罐的所述第二出口与所述收集罐通过管线连接，所述吸附罐和所述收集罐之间的管线上设置有阀门。
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