CN112683960B - 一种检测油田地层水中有毒气体含量的装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种检测油田地层水中有毒气体含量的装置及工艺，所述工艺是利用所述检测油田地层水中有毒气体含量的装置实现的，其包括油田地层水以实际地层压力和地层温度进入温控装置，所述油田地层水流经温控装置过程中进入硫化氢敏感元件、汞敏感元件及氡气敏感元件，并于硫化氢敏感元件、汞敏感元件及氡气敏感元件中对油田地层水中的硫化氢、汞及氡气进行检测，待显示屏所显示的硫化氢、汞及氡气含量值稳定时完成检测。该装置及工艺可快速、精确定量确定油田地层水中所溶解的氡气、汞、硫化氢等有毒有害气体的含量，根据所确定的有毒有害气体含量结果相关作业人员可提前制定预防措施，确保油气安全勘探开发和生产以及相关工作人员的生命健康。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测油田地层水中有毒气体含量的装置及工艺，属于油气勘探及安全生产技术领域。
背景技术
随着油气勘探向深层和非常规领域拓展，愈来愈多的油气资源被发现和开发利用，极大缓解了中国天然气供给的紧张局面。但是这些深层地层水中或多或少含有有毒有害成分，部分严重超标，对安全生产和生命健康构成威胁。其中硫化氢由于其气味异常，已经引起重视，不少高含硫化氢天然气都进行脱硫处理。但是氡和汞还未引起关注。氡气的存在不仅会导致设备腐蚀，降低管输量，甚至还会危害人体健康，氡被世界卫生组织认定为致癌物质，是仅次于吸烟导致肺癌的第二大病因。汞是有毒有害气体，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中，将汞和无机汞化合物列在3类致癌物清单中。汞是天然气中常见的有毒有害气体，不仅对人体有害，也会对天然气管线及设备造成腐蚀。
因此，提供一种新型的并可以实现精确定量检测油田地层水中有毒气体含量的装置及工艺已经成为本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种检测油田地层水中有毒气体含量的装置。
本发明的另一个目的还在于提供一种检测油田地层水中有毒气体含量的工艺。
为了实现以上目的，一方面，本发明提供了一种检测油田地层水中有毒气体含量的装置，其中，所述检测油田地层水中有毒气体含量的装置包括：
温控装置、电源、显示屏、电信号放大器、第一电信号处理器、第二电信号处理器、第三电信号处理器；
所述温控装置设置有进液口和出液口，与所述进液口和出液口分别相连的进液管路及出液管路上分别设置有第一压力控制阀及第二压力控制阀；第一压力控制阀与所述进液口之间的进液管路上还设置有压力表；
所述温控装置内还设置有硫化氢敏感元件、汞敏感元件及氡气敏感元件，所述硫化氢敏感元件内设置有加热板及感应板，所述感应板的表面设置有金属氧化物半导体，且所述感应板与第一电信号处理器的输入端电连接；
所述汞敏感元件内盛装有高锰酸盐溶液且设置有两块导电板，两块所述导电板部分浸入高锰酸盐溶液中，且未浸入高锰酸盐溶液中的导电板与第二电信号处理器的输入端电连接；
所述氡气敏感元件内设置有α探测器，所述α探测器与第三电信号处理器的输入端电连接；
所述第一电信号处理器、第二电信号处理器、第三电信号处理器的输出端穿过所述温控装置的顶壁分别与电信号放大器的输入端相连，所述电信号放大器的输出端与显示屏电连接；
所述电源用于分别对所述氡气敏感元件及汞敏感元件施加电压。
其中，本发明对硫化氢敏感元件、汞敏感元件及氡气敏感元件于所述温控装置内的具体位置，如哪一敏感元件靠近进液口等不做具体要求，本领域技术人员可根据现场实际作业需要合理设置硫化氢敏感元件、汞敏感元件及氡气敏感元件于所述温控装置内的具体位置，只要保证可以实现同时检测硫化氢、汞和氡气的目的即可。
作为本发明上述装置的一具体实施方式，其中，所述高锰酸盐溶液的体积占所述汞敏感元件体积的1/2-2/3。
作为本发明上述装置的一具体实施方式，其中，两块所述导电板浸入高锰酸盐溶液的深度为1/2-3/4。
作为本发明上述装置的一具体实施方式，其中，两块所述导电板可采用一体设置的U型导电板。
作为本发明上述装置的一具体实施方式，其中，所述α探测器为金-硅面垒型半导体探测器。
作为本发明上述装置的一具体实施方式，其中，所述金-硅面垒型半导体探测器表面镀金层的厚度为0.1-0.12mm。
作为本发明上述装置的一具体实施方式，其中，所述加热板为铂发热板。
作为本发明上述装置的一具体实施方式，其中，所述铂发热板的厚度为1cm。
作为本发明上述装置的一具体实施方式，其中，所述金属氧化物半导体包括Pr6O11和/或SnO2。
在本发明一较为优选的实施方式中，所述金属氧化物半导体包裹覆盖在所述感应板上。
本发明中所用的温控装置、电源、显示屏、电信号放大器、第一电信号处理器、第二电信号处理器、第三电信号处理器等均为常规设备，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理选择合适的设备。
另一方面，本发明还提供了一种检测油田地层水中有毒气体含量的工艺，其中，所述检测油田地层水中有毒气体含量的工艺是利用以上所述检测油田地层水中有毒气体含量的装置实现的，其包括：
所述油田地层水以实际地层压力和地层温度进入温控装置，所述油田地层水流经温控装置过程中进入硫化氢敏感元件、汞敏感元件及氡气敏感元件，并于硫化氢敏感元件、汞敏感元件及氡气敏感元件中对油田地层水中的硫化氢、汞及氡气进行检测，待显示屏所显示的硫化氢、汞及氡气含量值稳定时完成检测。
其中，本领域技术人员可以常规获得实际地层温度，如可通过如下公式：实际地层温度＝地表温度+深度×地温梯度获取得到实际地层温度。
作为本发明上述工艺的一具体实施方式，其中，对油田地层水中的硫化氢、汞及氡气进行检测，包括：
油田地层水进入硫化氢敏感元件后，通过硫化氢敏感元件内的加热板使感应板温度升高，当感应板表面设置的金属氧化物半导体探测到硫化氢时，硫化氢与金属氧化物半导体中的氧离子反应，使得金属氧化物半导体的阻值降低，第一电信号处理器将获取得到的电阻变化信号转换为电子信号，所述电子信号经电信号放大器整形放大并转换成电压脉冲信号后再由显示屏将所述电压脉冲信号转换为硫化氢含量数值并显示在显示屏上；
油田地层水进入汞敏感元件后，油田地层水中所含的汞与高锰酸盐发生反应生成电子，生成的电子由电源正极、负极收集并经导电板传导至第二电信号处理器并由第二电信号处理器转换为电子信号，所述电子信号经电信号放大器整形放大并转换成电压脉冲信号后再由显示屏将所述电压脉冲信号转换为汞含量数值并显示在显示屏上；
油田地层水进入氡气敏感元件后，对氡气敏感元件施加电压使α探测器收集氡子体并将氡子体进行α衰变时放射的α粒子能量转换成电脉冲信号，所述电脉冲信号再由第三电信号处理器转换为电子信号，所述电子信号经电信号放大器整形放大并转换成电压脉冲信号后再由显示屏将所述电压脉冲信号转换为氡气含量数值并显示在显示屏上。
作为本发明上述工艺的一具体实施方式，其中，对油田地层水中的硫化氢、汞及氡气分别进行一段时间的检测，并将一段时间内连续获得的硫化氢、汞及氡气含量分别取平均值后作为油田地层水中硫化氢含量、汞含量及氡气含量。
作为本发明上述工艺的一具体实施方式，其中，高锰酸盐的溶液中，高锰酸根的浓度为0.5mmol/L。
作为本发明上述工艺的一具体实施方式，其中，所述高锰酸盐包括高锰酸钾。
作为本发明上述工艺的一具体实施方式，其中，对氡气敏感元件所施加的电压为1500-3000v。
其中，检测硫化氢过程中，通过硫化氢敏感元件内的加热板使感应板温度升高，本发明对感应板温度的升高幅度不做具体要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理控制感应板温度的升高幅度，只要保证可以实现促进硫化氢与金属氧化物半导体中的氧离子反应速率，提高响应时间的目的即可。
本发明所提供的检测油田地层水中有毒气体含量的装置及工艺可以快速、精确定量确定油田地层水中所溶解的氡气、汞、硫化氢等有毒有害气体的含量，根据所确定的有毒有害气体含量结果相关作业人员可提前制定预防措施，确保油气安全勘探开发和生产以及相关工作人员的生命健康。
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。
图1为本发明实施例1中所提供的检测油田地层水中有毒气体含量的装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1中所提供的检测油田地层水中有毒气体含量的装置的结构示意图。
图3为本发明实施例1中硫化氢敏感元件的结构示意图。
图4为本发明实施例1中汞敏感元件的结构示意图。
图5为本发明实施例1中氡气敏感元件的结构示意图。
主要附图标号说明：
图1及图2中：
0、温控装置；1、硫化氢敏感元件；2、汞敏感元件；3、氡气敏感元件；4、第一电信号处理器；5、第二电信号处理器；6、第三电信号处理器；7、第一电信号放大器；8、第二电信号放大器；9、第三电信号放大器；10、显示屏；100、检测油田地层水中有毒气体含量的装置；
a、第一压力控制阀；b、第二压力控制阀；c、压力表。
图3中：
1-1、加热板；1-2、感应板。
图4中：
2-1、U型导电板；2-2、第一电源。
图5中：
3-1、α探测器；3-2、第二电源。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、工艺、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、工艺、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明中，术语“上”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“设置”、“连接”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本实施例提供了一种检测油田地层水中有毒气体含量的装置100，其结构示意图如图1-图2所示，从图1及图2中可以看出，所述装置包括：温控装置0、第一电源2-2、第二电源3-2、显示屏10、第一电信号处理器4、第二电信号处理器5、第三电信号处理器6、第一电信号放大器7、第二电信号放大器8及第三电信号放大器9；
所述温控装置0设置有进液口和出液口，与所述进液口和出液口分别相连的进液管路及出液管路上分别设置有第一压力控制阀a及第二压力控制阀b；第一压力控制阀a与所述进液口之间的进液管路上还设置有压力表c；
所述温控装置0内还设置有硫化氢敏感元件1、汞敏感元件2及氡气敏感元件3，硫化氢敏感元件1、汞敏感元件2及氡气敏感元件3的结构示意图分别如图3-图5所示，从图3中可以看出，所述硫化氢敏感元件1内设置有加热板1-1及感应板1-2，所述感应板1-2的表面包覆有金属氧化物半导体，且所述感应板1-2与第一电信号处理器4的输入端电连接；
从图4中可以看出，所述汞敏感元件2内盛装有高锰酸盐溶液且设置有U型导电板2-1，U型导电板2-1(U型部分向下)部分浸入高锰酸盐溶液中，且未浸入高锰酸盐溶液中的U型导电板2-1与第二电信号处理器5的输入端电连接；
从图5中可以看出，所述氡气敏感元件3内设置有α探测器3-1，所述α探测器3-1与第三电信号处理器6的输入端电连接；
所述第一电信号处理器4、第二电信号处理器5、第三电信号处理器6的输出端穿过所述温控装置0的顶壁分别与第一电信号放大器7、第二电信号放大器8及第三电信号放大器9的输入端相连，所述第一电信号放大器7、第二电信号放大器8及第三电信号放大器9的输出端分别与显示屏10电连接；
所述第一电源2-2用于对所述汞敏感元件2施加电压，以使所述汞敏感元件2中的U型导电板2-1出现电压差，利于汞敏感元件2中所形成的电子的移动。
所述第二电源3-2用于对氡气敏感元件3施加电压，以将氡子体引导到所述α探测器3-1上。
在本实施例所提供的装置中，所述高锰酸盐溶液的体积占所述汞敏感元件2体积的2/3。
在本实施例所提供的装置中，U型导电板2-1浸入高锰酸盐溶液的深度为1/2-3/4。
在本实施例所提供的装置中，所述α探测器3-1为金-硅面垒型半导体探测器，所述金-硅面垒型半导体探测器表面镀金层的厚度为0.1-0.12mm。
在本实施例所提供的装置中，所述加热板1-1为铂发热板，其厚度为1cm左右。
在本实施例所提供的装置中，所述金属氧化物半导体包括Pr6O11和/或SnO2。
实施例2
本实施例提供了一种检测油田地层水中有毒气体含量的工艺，其中，所述检测油田地层水中有毒气体含量的工艺是利用以上实施例1提供的检测油田地层水中有毒气体含量的装置实现的，其包括：
所述油田地层水经第一压力控制阀、第二压力控制阀及温控装置共同约束后以实际地层压力和地层温度进入温控装置，所述油田地层水流经温控装置过程中进入硫化氢敏感元件、汞敏感元件及氡气敏感元件，并于硫化氢敏感元件、汞敏感元件及氡气敏感元件中对油田地层水中的硫化氢、汞及氡气进行检测，待显示屏所显示的硫化氢、汞及氡气含量值稳定时完成检测；
本实施例中，对油田地层水中的硫化氢、汞及氡气进行检测，包括：
油田地层水进入硫化氢敏感元件后，通过硫化氢敏感元件内的加热板使感应板温度升高，当感应板表面设置的金属氧化物半导体探测到硫化氢时，硫化氢与金属氧化物半导体中的氧离子反应，使得金属氧化物半导体的阻值降低，第一电信号处理器将获取得到的电阻变化信号转换为电子信号，所述电子信号经电信号放大器整形放大并转换成电压脉冲信号后再由显示屏将所述电压脉冲信号转换为硫化氢含量数值并显示在显示屏上；
油田地层水进入汞敏感元件后，油田地层水中所含的汞与高锰酸盐发生反应生成电子，生成的电子由电源正极、负极收集并经导电板传导至第二电信号处理器并由第二电信号处理器转换为电子信号，所述电子信号经电信号放大器整形放大并转换成电压脉冲信号后再由显示屏将所述电压脉冲信号转换为汞含量数值并显示在显示屏上；
油田地层水进入氡气敏感元件后，对氡气敏感元件施加3000v电压使α探测器收集氡子体并将氡子体进行α衰变时放射的α粒子能量转换成电脉冲信号，所述电脉冲信号再由第三电信号处理器转换为电子信号，所述电子信号经电信号放大器整形放大并转换成电压脉冲信号后再由显示屏将所述电压脉冲信号转换为氡气含量数值并显示在显示屏上；
本实施例中，对油田地层水中的硫化氢、汞及氡气分别进行5min的连续检测，并将5min内连续获得的硫化氢、汞及氡气含量分别取平均值后作为油田地层水中硫化氢含量、汞含量及氡气含量；
本实施例中，高锰酸盐的溶液中，高锰酸根的浓度为0.5mmol/L，所述高锰酸盐为高锰酸钾。
本实施例以两种不同油田地层水样品为例，按照以上具体工艺分别检测了这两种油田地层水中的有毒气体含量，实验参数以及所得实验结果如下表1所示。
表1
由以上表1中可以看出，本发明实施例中所提供的检测油田地层水中有毒气体含量的装置及工艺可以快速、精确定量确定油田地层水中所溶解的氡气、汞、硫化氢等有毒有害气体的含量，根据所确定的有毒有害气体含量结果相关作业人员可提前制定预防措施，确保油气安全勘探开发和生产以及相关工作人员的生命健康。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。
Claims (10)
1.一种检测油田地层水中有毒气体含量的装置，其特征在于，所述检测油田地层水中有毒气体含量的装置包括：温控装置、电源、显示屏、电信号放大器、第一电信号处理器、第二电信号处理器、第三电信号处理器；
所述温控装置设置有进液口和出液口，与所述进液口和出液口分别相连的进液管路及出液管路上分别设置有第一压力控制阀及第二压力控制阀；第一压力控制阀与所述进液口之间的进液管路上还设置有压力表；
所述温控装置内还设置有硫化氢敏感元件、汞敏感元件及氡气敏感元件，所述硫化氢敏感元件内设置有加热板及感应板，所述感应板的表面设置有金属氧化物半导体，且所述感应板与第一电信号处理器的输入端电连接，所述金属氧化物半导体为Pr6O11和/或SnO2；其中，所述加热板为铂发热板；
所述汞敏感元件内盛装有高锰酸盐溶液且设置有两块导电板，两块所述导电板部分浸入高锰酸盐溶液中，且未浸入高锰酸盐溶液中的导电板与第二电信号处理器的输入端电连接；
所述氡气敏感元件内设置有α探测器，所述α探测器与第三电信号处理器的输入端电连接；其中，所述α探测器为金-硅面垒型半导体探测器，所述金-硅面垒型半导体探测器表面镀金层的厚度为0.1-0.12mm；
所述第一电信号处理器、第二电信号处理器、第三电信号处理器的输出端穿过所述温控装置的顶壁分别与电信号放大器的输入端相连，所述电信号放大器的输出端与显示屏电连接；
所述电源用于分别对所述氡气敏感元件及汞敏感元件施加电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高锰酸盐溶液的体积占所述汞敏感元件体积的1/2-2/3。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，两块所述导电板浸入高锰酸盐溶液的深度为1/2-3/4。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述铂发热板的厚度为1cm。
5.一种检测油田地层水中有毒气体含量的工艺，其特征在于，所述检测油田地层水中有毒气体含量的工艺是利用权利要求1-4任一项所述检测油田地层水中有毒气体含量的装置实现的，其包括：
所述油田地层水以实际地层压力和地层温度进入温控装置，所述油田地层水流经温控装置过程中进入硫化氢敏感元件、汞敏感元件及氡气敏感元件，并于硫化氢敏感元件、汞敏感元件及氡气敏感元件中对油田地层水中的硫化氢、汞及氡气进行检测，待显示屏所显示的硫化氢、汞及氡气含量值稳定时完成检测。
6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，对油田地层水中的硫化氢、汞及氡气进行检测，包括：
油田地层水进入硫化氢敏感元件后，通过硫化氢敏感元件内的加热板使感应板温度升高，当感应板表面设置的金属氧化物半导体探测到硫化氢时，硫化氢与金属氧化物半导体中的氧离子反应，使得金属氧化物半导体的阻值降低，第一电信号处理器将获取得到的电阻变化信号转换为电子信号，所述电子信号经电信号放大器整形放大并转换成电压脉冲信号后再由显示屏将所述电压脉冲信号转换为硫化氢含量数值并显示在显示屏上；
油田地层水进入汞敏感元件后，油田地层水中所含的汞与高锰酸盐发生反应生成电子，生成的电子由电源正极、负极收集并经导电板传导至第二电信号处理器并由第二电信号处理器转换为电子信号，所述电子信号经电信号放大器整形放大并转换成电压脉冲信号后再由显示屏将所述电压脉冲信号转换为汞含量数值并显示在显示屏上；
油田地层水进入氡气敏感元件后，对氡气敏感元件施加电压使α探测器收集氡子体并将氡子体进行α衰变时放射的α粒子能量转换成电脉冲信号，所述电脉冲信号再由第三电信号处理器转换为电子信号，所述电子信号经电信号放大器整形放大并转换成电压脉冲信号后再由显示屏将所述电压脉冲信号转换为氡气含量数值并显示在显示屏上。
7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，对油田地层水中的硫化氢、汞及氡气分别进行一段时间的检测，并将一段时间内连续获得的硫化氢、汞及氡气含量分别取平均值后作为油田地层水中硫化氢含量、汞含量及氡气含量。
8.根据权利要求6或7所述的工艺，其特征在于，高锰酸盐的溶液中，高锰酸根的浓度为0.5mmol/L。
9.根据权利要求6或7所述的工艺，其特征在于，所述高锰酸盐包括高锰酸钾。
10.根据权利要求6或7所述的工艺，其特征在于，对氡气敏感元件所施加的电压为1500-3000v。
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