CN116358974B9 - 一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统，包括旋流分离器、冷凝净化分离机构、气压缓冲机构、汞收集分离机构、天然气储气罐，旋流分离器进气端通过气压缓冲机构与外部气源连通，出气端通过气压缓冲机构与冷凝净化分离机构连通，冷凝净化分离机构通过气压缓冲机构与汞收集分离机构连通，汞收集分离机构通过导流管与天然气储气罐连通。其使用方法包括气体采集，气体净化，汞分离及汞解析等四个步骤。本发明一方面操作简便，采样时间短并且除汞充分，从而有效的提高天然气中汞含量检测的精确性，另一方面在采集样品的同时不影响油气工业正常生产活动，同时有效的提高了检测作业效率及精度。

Description

一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统及方法

技术领域

本发明涉及一种天然气中汞分离收集设备，具体为一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统及其使用方法。

背景技术

在气源岩热演化成烃过程中，汞以挥发组分的形式随天然气一起聚集在天然气藏中。天然气中汞含量的高低直接关系到输送管线安全性、沿线居民身体健康和生态环境污染，以及利用天然气进行发电等其他用途中设备腐蚀情况。但受制于研究方法，特别是天然气中汞蒸气的采集方法与后续分析方法的不成熟，目前，在石油天然气工业领域内，对于汞蒸气的有效收集与研究十分薄弱，主要在于汞收集存在很大障碍，难以准确定量分析。针对这一问题，当前开发了多种得汞含量测量技术或设备，如专利申请号为“2020102501537”的“一种欠饱和天然气湿气脱汞装置”、专利申请号为“2018216245892”的“一种用于评价天然气用脱汞剂的脱汞性能的实验装置”。

目前的传统技术，虽然可以一定程度实现汞测量的目的，但在实际测量实验等工作中，均不同程度存在样品采集时间长、需要吸附剂具有非常大的比表面积等缺陷，影响了汞分离测量作业工作效率、测量精度,同时也导致设备结构复杂、运行维护成本高，同时在采样过程中易对油气工业正常生产活动造成影响。

于是，发明人有鉴于此，秉持多年现场工作经验，针对当前天然气汞分离及检测作业的实际情况，提供一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统及使用方法，以解决当前实际工作中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统及其使用方法，该发明一方面操作简便，采样时间短并且除汞充分，可有效实现天然气与汞分离的目的，从而有效的提高天然气中汞含量检测的精确性，另一方面在采集样品的同时不影响油气工业正常生产活动，同时有效的提高了检测作业效率及精度，并同时降低了检测作业设备运行维护的难度和成本。

为实现上述目的，本发明提供一种天然气稀有气体同位素测试中天然气净化装置及使用方法：

一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统，包括旋流分离器、冷凝净化分离机构、气压缓冲机构、汞收集分离机构、天然气储气罐及驱动电路，旋流分离器进气端通过气压缓冲机构与外部气源连通，出气端通过气压缓冲机构与冷凝净化分离机构连通，冷凝净化分离机构通过气压缓冲机构与汞收集分离机构连通，汞收集分离机构通过导流管与天然气储气罐连通，旋流分离器、冷凝净化分离机构、气压缓冲机构、汞收集分离机构、天然气储气罐处均设控制阀，且旋流分离器、冷凝净化分离机构、气压缓冲机构、汞收集分离机构、天然气储气罐及各控制阀均与驱动电路电气连接，其中汞收集分离机构至少两个，各汞收集分离机构间并联，同时各汞收集分离机构间通过分流排与气压缓冲机构及天然气储气罐连通。

进一步的，所述汞收集分离机构间通过承载机架连接，所述承载机架为轴向截面呈“工”字形柱状框架结构，所述汞收集分离机构均嵌于承载机架侧表面的槽体内，并与承载机架轴线平行分布，同时与汞收集分离机构连通的气压缓冲机构分别与承载机架外侧面连接，且每个汞收集分离机构均与一个气压缓冲机构间连通，并通过气压缓冲机构与分流排连通，所述分流排均与承载机架上端面连接，同时汞收集分离机构另通过分流排与天然气储气罐连通，所述承载机架侧表面的槽体的槽壁设导向滑槽，并通过导向滑槽与汞收集分离机构连接，同时相邻两个汞收集分离机构间通过隔板相互隔离，所述承载机架内设一个与其同轴分布的承载腔，其外侧面设至少一个连接卡箍，其中承载腔内设一个天然气储气罐，同时承载机架外侧面通过连接卡箍与至少一个天然气储气罐连接。

进一步的，所述承载架内另设至少一条电加热丝及一个温度传感器，其中所述电加热丝环绕承载架轴线呈螺旋状结构分布，与金箔网间距为0—5毫米，所述温度传感器与承载架同轴分布，所述电加热丝和温度传感器均与驱动电路电气连接。

进一步的，所述汞收集分离机构包括分离罐、承载架、金箔网、曝气管盘、隔板、引流风机、换热管、温湿度传感器、压力流量传感器，所述分离罐为轴向截面呈矩形的闭合腔体结构，其上端面设一个进气口和一个排气口，底部设一个排污口，所述进气口和排气口分布在分离罐轴线两侧，所述隔板嵌于分离罐内，分别与分离罐顶部及侧壁连接，同时隔板与分离罐底部间距离不大于分离罐高度的10%，隔板将分离罐分割为除汞腔和排气腔，所述进气口与除汞腔连通，排气口与排气腔连通，所述承载架为闭合环状结构，每个承载架均设1-2个金箔网，所述承载架嵌于除汞腔内，与除汞腔同轴分布并通过滑轨与除汞腔内侧面滑动连接，且相邻两承载架间距不小于10毫米，同时，所述曝气管盘与进气口连通，位于除汞腔内，并与分离罐顶部连接，所述换热管至少两条，其中一条位于隔板下方，与分离罐底部连接并环绕分离罐轴线分布，另一条嵌于排气腔内，与排气腔对应的分离罐侧壁连接，所述换热管对应的分离罐外侧面均设连接管头，并通过连接管头与外部的冷凝净化分离机构间连通，所述温湿度传感器嵌于排气口内，同时进气口和排气口处均设一个压力流量传感器，所述引流风机至少一个，与承载机架连接，并通过导流管与排气口和分流排连通，且引流风机通过分流排与天然气储气罐连通，所述引流风机、温湿度传感器、压力流量传感器均与驱动电路电气连接。

进一步的，所述冷凝净化分离机构包括承载机座、气液分离器、制冷机构、冷凝腔、调压泵，所述承载机座为轴向截面呈“T”字形的框架结构，其轴线与水平面垂直分布，所述冷凝腔嵌于承载机座内，与承载机座同轴分布并与承载机座底部连接，所述冷凝腔侧壁设进气口、顶部设排气口，所述进气口与旋流分离器连通，排气口通过导流管与若干气液分离器连通，所述气液分离器至少两个，嵌于承载机座上半部内，并环绕承载机座轴线均布，各气液分离器间并联，并分别通过调压泵与冷凝腔的排气口连通，同时所述制冷机构与承载机座外侧面连接，并分别与和汞收集分离机构间通过循环管路连通，所述气液分离器、制冷机构、冷凝腔、调压泵均与驱动电路电气连接。

进一步的，所述冷凝腔包括导流腔、换热器、曝气盘、温度传感器，其中所述导流腔为圆台状腔体结构，其底部设一个与其同轴分布的排污口，所述进气口位于导流腔侧壁，同时与导流腔底部间距不小于5厘米，所述曝气盘至少两个，嵌于导流腔内，与导流腔底部连接，环绕排污口均布并与进气口连通，所述换热器至少两个，嵌于导流腔内并与导流腔间同轴分布，所述换热器与导流腔侧壁连接，相邻两换热器间间距为导流腔高度的10%—30%，同时各换热器间相互并联，分别与制冷机构连通并构成闭合循环管路，所述温度传感器与冷凝腔顶部连接，并与驱动电路电气连接。

进一步的，所述气压缓冲机构包括缓冲罐、弹性隔膜、承载龙骨、均压泵、配重块、导向滑轨、气压传感器、劈尖，所述缓冲罐轴线与水平面垂直分布，为轴向截面呈矩形的圆柱体闭合腔体结构，所述缓冲罐侧壁设至少一个进气口，所述进气口环绕缓冲罐轴线均布，且进气口与缓冲罐底部间距为缓冲罐高度的5%—15%，所述缓冲罐顶部设导气口，并通过导气口与外部管路连通，所述承载龙骨嵌于缓冲罐内，为与缓冲罐同轴分布的轮辐状框架结构，所述承载龙骨与缓冲罐内侧面通过若干导向滑轨滑动连接，所述弹性隔膜包覆在承载龙骨外，且弹性隔膜、承载龙骨共同将缓冲罐内从上向下分割为独立的调压腔和排气腔，所述承载龙骨设一个与其同轴分布的均压泵，且调压腔和排气腔间通过均压泵连通，所述配重块为与承载龙骨同轴分布的环状结构，并与承载龙骨上端面间连接，所述气压传感器至少两个，分别与承载龙骨上端面及下端面连接，并分别与驱动电路电气连接，所述劈尖至少一个，嵌于排气腔内并与缓冲罐顶部连接，其轴线与弹性隔膜垂直分布，且劈尖高度不小于10厘米。

进一步的，所述导向滑轨内设承载弹簧，并通过承载弹簧与承载龙骨连接，且承载弹簧与导向滑轨轴线平行分布，所述承载龙骨上端面与配重块对应位置设装配槽，且所述配重块为两个及两个以上时，各配重块分别与承载龙骨上端面连接，并呈同心圆结构分布。

进一步的，所述驱动电路为以FPGA芯片、可编程控制器中任意一种为基础的电路系统，所述驱动电路另设通讯端口及基于显示器、按键、电位器中任意一种或几种共用的操控界面。

一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统的使用方法，包括如下步骤：

S1,气体采集，首先对旋流分离器、冷凝净化分离机构、气压缓冲机构、汞收集分离机构、天然气储气罐进行抽真空处理，并在完成抽真空后驱动汞收集分离机构的电加热丝运行，使得电加热丝对金箔网温度升高至500℃—700℃，并保温3—5分钟，并在完成保温后使金箔网自然降温至常温，然后将从油气井中采集的高压天然气通过气压缓冲机构调压后输送至旋流分离器，由旋流分离器对天然气内的固体颗粒、液滴与气态的天然气进行分离，得到初始实验气体；

S2，气体净化，将S1步骤得到实验气体通过气压缓冲机构二次调压，并在调压后输送至冷凝净化分离机构，由冷凝净化分离机构首先利用低温环境，对实验气体内的部分非天然气的蒸汽进行冷凝，并对分离出的杂质以液滴及结晶体形式留存在冷凝净化分离机构中，同时完成冷凝净化后的实验气体再通过冷凝净化分离机构进行气液分离，对实验气体进行二次净化，得到稳压洁净实验气体；

S3，汞分离，经过S2步骤净化后得到的稳压洁净实验气体再次经过气压缓冲机构调压处理后，输送至汞收集分离机构，在气体进入汞收集分离机构时对输入气体总量进行检测；然后使稳压洁净实验气体通过汞收集分离机构，利用汞收集分离机构内的金箔网与稳压洁净实验气体内的汞进行化学反应得到合金金汞齐，将汞从天然气中分离，最后将分离汞后的气体输送至天然气储气罐内，得到天然气，并对天然气储气罐内天然气存储量与输送至汞收集分离机构时的总气量比对，得到分离出的汞含量；

S4，汞解析，天然气储气罐完成对实验气体收集后，将汞收集分离机构内反应后残留的合金金汞齐收集，并转运至解析设备进行汞解析作业，并对解析后的汞及同位素含量进行测定，同时将解析后测定值与S3步骤比对得到的汞含量值进行比对和纠正，得到精确的油气井产混合气中天然气和汞的含量值。

与现有技术相比，本发明设备集成化、模块化程度高，操作灵活方便，一方面操作简便，采样时间短并且除汞充分，可有效实现天然气与汞分离的目的，从而有效的提高天然气中汞含量检测的精确性，另一方面在采集样品的同时不影响油气工业正常生产活动，同时有效的提高了检测作业效率及精度，并同时降低了检测作业设备运行维护的难度和成本。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为汞收集分离机构与承载机架间连接结构局部结构示意图；

图3为汞收集分离机构局部结构示意图；

图4为承载架剖视局部结构示意图；

图5为冷凝净化分离机构剖视局部结构示意图；

图6为冷凝腔剖视局部结构示意图；

图7为气压缓冲机构剖视结构示意图；

图8为气压缓冲机构的承载龙骨连接结构示意图；

图9为本发明使用方法流程示意图。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-8，一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统，包括旋流分离器1、冷凝净化分离机构2、气压缓冲机构3、汞收集分离机构4、天然气储气罐5及驱动电路6，旋流分离器1进气端通过气压缓冲机构3与外部气源连通，出气端通过气压缓冲机构3与冷凝净化分离机构2连通，冷凝净化分离机构2通过气压缓冲机构3与汞收集分离机构4连通，汞收集分离机构4通过导流管与天然气储气罐5连通，旋流分离器1、冷凝净化分离机构2、气压缓冲机构3、汞收集分离机构4、天然气储气罐5处均设控制阀7，且旋流分离器1、冷凝净化分离机构2、气压缓冲机构3、汞收集分离机构4、天然气储气罐5及各控制阀7均与驱动电路6电气连接，其中汞收集分离机构4至少两个，各汞收集分离机构4间并联，同时各汞收集分离机构4间通过分流排8与气压缓冲机构3及天然气储气罐5连通。

本实施例中，所述汞收集分离机构4间通过承载机架9连接，所述承载机架9为轴向截面呈“工”字形柱状框架结构，所述汞收集分离机构4均嵌于承载机架9侧表面的槽体内，并与承载机架9轴线平行分布，同时与汞收集分离机构4连通的气压缓冲机构3分别与承载机架9外侧面连接，且每个汞收集分离机构4均与一个气压缓冲机构3间连通，并通过气压缓冲机构3与分流排8连通，所述分流排8均与承载机架9上端面连接，同时汞收集分离机构4另通过分流排8与天然气储气罐5连通，所述承载机架9侧表面的槽体的槽壁设导向滑槽10，并通过导向滑槽10与汞收集分离机构4连接，同时相邻两个汞收集分离机构4间通过隔板11相互隔离，所述承载机架9内设一个与其同轴分布的承载腔12，其外侧面设至少一个连接卡箍13，其中承载腔12内设一个天然气储气罐5，同时承载机架9外侧面另通过连接卡箍13与至少一个天然气储气罐5连接。

重点说明的，所述汞收集分离机构4包括分离罐41、承载架42、金箔网43、曝气管盘44、隔板11、引流风机46、换热管47、温湿度传感器48、压力流量传感器45，所述分离罐41为轴向截面呈矩形的闭合腔体结构，其上端面设一个进气口401和一个排气口402，底部设一个排污口403，所述进气口401和排气口402分布在分离罐41轴线两侧，所述隔板11嵌于分离罐41内，分别与分离罐41顶部及侧壁连接，同时隔板11与分离罐41底部间距离不大于分离罐41高度的10%，隔板11将分离罐41分割为除汞腔404和排气腔405，所述进气口401与除汞腔404连通，排气口402与排气腔405连通，所述承载架42为闭合环状结构，每个承载架42均设1-2个金箔网43，所述承载架42嵌于除汞腔404内，与除汞腔404同轴分布并通过滑轨406与除汞腔404内侧面滑动连接，且相邻两承载架42间距不小于10毫米，同时，所述曝气管盘44与进气口401连通，位于除汞腔404内，并与分离罐41顶部连接，所述换热管47至少两条，其中一条位于隔板11下方，与分离罐41底部连接并环绕分离罐41轴线分布，另一条嵌于排气腔405内，与排气腔405对应的分离罐41侧壁连接，所述换热管47对应的分离罐41外侧面均设连接管头408，并通过连接管头408与外部的冷凝净化分离机构2间连通，所述温湿度传感器48嵌于排气口402内，同时进气口401和排气口402处均设一个压力流量传感器45，所述引流风机46至少一个，与承载机架9连接，并通过导流管与排气口402和分流排8连通，且引流风机46通过分流排8与天然气储气罐5连通，所述引流风机46、温湿度传感器48、压力流量传感器45均与驱动电路6电气连接。

进一步优化的，所述承载架42内另设至少一条电加热丝421及一个温度传感器422，其中所述电加热丝421环绕承载架42轴线呈螺旋状结构分布，与金箔网43间距为0—5毫米，所述温度传感器422与承载架42同轴分布，所述电加热丝421和温度传感器422均与驱动电路6电气连接。

通过设置的电加热丝421，对在进行汞分离前对金箔网422进行预热，通过预热对金箔网422表面杂质进行净化。

此外，所述冷凝净化分离机构2包括承载机座21、气液分离器22、制冷机构23、冷凝腔24、调压泵25，所述承载机座21为轴向截面呈“T”字形的框架结构，其轴线与水平面垂直分布，所述冷凝腔24嵌于承载机座21内，与承载机座21同轴分布并与承载机座21底部连接，所述冷凝腔24侧壁设进气口401、顶部设排气口402，所述进气口401与旋流分离器1连通，排气口402通过导流管与若干气液分离器22连通，所述气液分离器22至少两个，嵌于承载机座21上半部内，并环绕承载机座21轴线均布，各气液分离器22间并联，并分别通过调压泵25与冷凝腔24的排气口402连通，同时所述制冷机构23与承载机座21外侧面连接，并分别与和汞收集分离机构4间通过循环管路连通，所述气液分离器22、制冷机构23、冷凝腔24、调压泵25均与驱动电路6电气连接。

特别说明的，所述冷凝腔24包括导流腔241、换热器242、曝气盘243、温度传感器422，其中所述导流腔241为圆台状腔体结构，其底部设一个与其同轴分布的排污口403，所述进气口401位于导流腔241侧壁，同时与导流腔241底部间距不小于5厘米，所述曝气盘243至少两个，嵌于导流腔241内，与导流腔241底部连接，环绕排污口403均布并与进气口401连通，所述换热器242至少两个，嵌于导流腔241内并与导流腔241间同轴分布，所述换热器242与导流腔241侧壁连接，相邻两换热器242间间距为导流腔241高度的10%—30%，同时各换热器242间相互并联，分别与制冷机构23连通并构成闭合循环管路，所述温度传感器422与冷凝腔241顶部连接，并与驱动电路6电气连接。

特别说明的，所述气压缓冲机构3包括缓冲罐31、弹性隔膜32、承载龙骨33、均压泵34、配重块35、导向滑轨36、气压传感器37、劈尖38，所述缓冲罐31轴线与水平面垂直分布，为轴向截面呈矩形的圆柱体闭合腔体结构，所述缓冲罐31侧壁设至少一个进气口401，所述进气口401环绕缓冲罐31轴线均布，且进气口401与缓冲罐31底部间距为缓冲罐31高度的5%—15%，所述缓冲罐31顶部设导气口39，并通过导气口39与外部管路连通，所述承载龙骨33嵌于缓冲罐31内，为与缓冲罐31同轴分布的轮辐状框架结构，所述承载龙骨33与缓冲罐31内侧面通过若干导向滑轨36滑动连接，所述弹性隔膜32包覆在承载龙骨33外，且弹性隔膜32、承载龙骨33共同将缓冲罐31内从上向下分割为独立的调压腔301和排气腔302，所述承载龙骨33设一个与其同轴分布的均压泵34，且调压腔301和排气腔302间通过均压泵34连通，所述配重块35为与承载龙骨33同轴分布的环状结构，并与承载龙骨33上端面间连接，所述气压传感器37至少两个，分别与承载龙骨33上端面及下端面连接，并分别与驱动电路6电气连接，所述劈尖38至少一个，嵌于排气腔302内并与缓冲罐顶部连接，其轴线与弹性隔膜垂直分布，且劈尖高度不小于10厘米，同时均压泵与34驱动电路6电气连接。

在气压缓冲机构3进行调压作业时，首先设定均压泵34的工作压力备用，同时根据输出压力参数，设定配重块35的重力，使配重块35、承载龙骨33及弹性隔膜32总重量为输出压力值的0—10%；然后将外部的天然气输送至调压腔301内，使得调压腔301内气体压力升高，并使承载龙骨33在气压驱动下通过导向滑轨36向上移动，增加调压腔301的容积，并减少排气腔302的容积，从而达到调整调压腔301和排气腔302容积的目的，同时通过气压传感器37对调压腔301和排气腔302内的气压进行检测；当调压腔301和排气腔302容积调整完成后，通过均压泵34实现调压腔301和排气腔302连通，在保持调压腔301内压力稳定的同时，将压力稳定的天然气输送至排气腔302内，直至调压腔301和排气腔302内压力平衡，然后将排气腔302内的天然气排出，即可得到压力稳定的天然气；

当输入端气体压力降低时，在通过均压泵34确保排气腔302内压力稳定的同时，承载龙骨33在排气腔302和调压腔301内压力差及承载龙骨33和配重块35自重驱动下，沿导向滑轨36向下移动，压缩调压腔301容积，从而达到通过压缩体积提高调压腔301内气压稳定的目的；同理，当调压腔301内气压大于排气腔302时，在通过调压泵34对排气腔302内压力进行稳压调整的同时，承载龙骨33在排气腔302和调压腔301内压力差驱动下上行，增加调压腔301容积从而达到降低调压腔301内气压的目的。

此外，当由于调压腔301内气压过大，导致承载龙骨33持续上升而引发设备故障时，随着承载龙骨33上升，使承载龙骨33的弹性隔膜32被劈尖38刺破，快速实现调压腔301和排气腔302直接连通，从而达到稳定压力，确保设备运行安全性的目的，并在弹性隔膜32刺破后，停止设备运行，然后对弹性隔膜32进行修复，对初始输入气体压力调整后即可再次进行试验操作。

进一步优化的，所述导向滑轨36内设承载弹簧303，并通过承载弹簧303与承载龙骨33连接，且承载弹簧303与导向滑轨36轴线平行分布，所述承载龙骨33上端面与配重块35对应位置设装配槽304，且所述配重块35为两个及两个以上时，各配重块35分别与承载龙骨33上端面连接，并呈同心圆结构分布。

通过设置的承载弹簧303，辅助协助调压腔301内气压对承载龙骨33的承载能力，提高承载龙骨33在调压腔301内气压驱动下上升时调节的灵活性；同时在承载龙骨33和与其连接的配重块35自身重力作用、及排气腔302内压力驱动下下行时，承载弹簧303协助调压腔301气压实现对承载龙骨33进行承载。

本实施例中，所述驱动电路6为以FPGA芯片、可编程控制器中任意一种为基础的电路系统，所述驱动电路6另设通讯端口及基于显示器、按键、电位器中任意一种或几种共用的操控界面。

如图9所示，一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统的使用方法，包括如下步骤：

S1,气体采集，首先对旋流分离器、冷凝净化分离机构、气压缓冲机构、汞收集分离机构、天然气储气罐进行抽真空处理，并在完成抽真空后驱动汞收集分离机构的电加热丝运行，使得电加热丝对金箔网温度升高至500℃—700℃，并保温3—5分钟，并在完成保温后使金箔网自然降温至常温，然后将从油气井中采集的高压天然气通过气压缓冲机构调压后输送至旋流分离器，由旋流分离器对天然气内的固体颗粒、液滴与气态的天然气进行分离，得到初始实验气体；

S2，气体净化，将S1步骤得到实验气体通过气压缓冲机构二次调压，并在调压后输送至冷凝净化分离机构，由冷凝净化分离机构首先利用低温环境，对实验气体内的部分非天然气的蒸汽进行冷凝，并对分离出的杂质以液滴及结晶体形式留存在冷凝净化分离机构中，同时完成冷凝净化后的实验气体再通过冷凝净化分离机构进行气液分离，对实验气体进行二次净化，得到稳压洁净实验气体；

S3，汞分离，经过S2步骤净化后得到的稳压洁净实验气体再次经过气压缓冲机构调压处理后，输送至汞收集分离机构，在气体进入汞收集分离机构时对输入气体总量进行检测；然后使稳压洁净实验气体通过汞收集分离机构，利用汞收集分离机构内的金箔网与稳压洁净实验气体内的汞进行化学反应得到合金金汞齐，将汞从天然气中分离，最后将分离汞后的气体输送至天然气储气罐内，得到天然气，并对天然气储气罐内天然气存储量与输送至汞收集分离机构时的总气量比对，得到分离出的汞含量；

S4，汞解析，天然气储气罐完成对实验气体收集后，将汞收集分离机构内反应后残留的合金金汞齐收集，并转运至解析设备进行汞解析作业，并对解析后的汞及同位素含量进行测定，同时将解析后测定值与S3步骤比对得到的汞含量值进行比对和纠正，得到精确的油气井产混合气中天然气和汞的含量值。

与现有技术相比，本发明设备集成化、模块化程度高，操作灵活方便，一方面操作简便，采样时间短并且除汞充分，可有效实现天然气与汞分离的目的，从而有效的提高天然气中汞含量检测的精确性，另一方面在采集样品的同时不影响油气工业正常生产活动，同时有效的提高了检测作业效率及精度，并同时降低了检测作业设备运行维护的难度和成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”、“设置”等均做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接或在不影响部件关系与技术效果的基础上通过中间组件间接进行，也可以是一体连接或部分连接，如同此例的情形对于本领域普通技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明或发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统，其特征在于，所述油气井中天然气分离净化与汞收集系统包括旋流分离器、冷凝净化分离机构、气压缓冲机构、汞收集分离机构、天然气储气罐及驱动电路，所述旋流分离器进气端通过气压缓冲机构与外部气源连通，出气端通过气压缓冲机构与冷凝净化分离机构连通，所述冷凝净化分离机构通过气压缓冲机构与汞收集分离机构连通，所述汞收集分离机构通过导流管与天然气储气罐连通，所述旋流分离器、冷凝净化分离机构、气压缓冲机构、汞收集分离机构、天然气储气罐处均设控制阀，且旋流分离器、冷凝净化分离机构、气压缓冲机构、汞收集分离机构、天然气储气罐及各控制阀均与驱动电路电气连接，其中所述汞收集分离机构至少两个，各汞收集分离机构间并联，同时各汞收集分离机构间通过分流排与气压缓冲机构及天然气储气罐连通，所述汞收集分离机构间通过承载机架连接，所述承载机架为轴向截面呈“工”字形柱状框架结构，所述汞收集分离机构均嵌于承载机架侧表面的槽体内，并与承载机架轴线平行分布，同时与汞收集分离机构连通的气压缓冲机构分别与承载机架外侧面连接，且每个汞收集分离机构均与一个气压缓冲机构间连通，并通过气压缓冲机构与分流排连通，所述分流排均与承载机架上端面连接，同时汞收集分离机构另通过分流排与天然气储气罐连通，所述承载机架侧表面的槽体的槽壁设导向滑槽，并通过导向滑槽与汞收集分离机构连接，同时相邻两个汞收集分离机构间通过隔板相互隔离，所述承载机架内设一个与其同轴分布的承载腔，其外侧面设至少一个连接卡箍，其中承载腔内设一个天然气储气罐，同时承载机架外侧面通过连接卡箍与至少一个天然气储气罐连接。

2.根据权利要求1所述的一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统，其特征在于，所述汞收集分离机构包括分离罐、承载架、金箔网、曝气管盘、隔板、引流风机、换热管、温湿度传感器、压力流量传感器，所述分离罐为轴向截面呈矩形的闭合腔体结构，其上端面设一个进气口和一个排气口，底部设一个排污口，所述进气口和排气口分布在分离罐轴线两侧，所述隔板嵌于分离罐内，分别与分离罐顶部及侧壁连接，同时隔板与分离罐底部间距离不大于分离罐高度的10%，隔板将分离罐分割为除汞腔和排气腔，所述进气口与除汞腔连通，排气口与排气腔连通，所述承载架为与闭合环状结构，每个承载架均设1-2个金箔网，所述承载架嵌于除汞腔内，与除汞腔同轴分布并通过滑轨与除汞腔内侧面滑动连接，且相邻两承载架间距不小于10毫米，同时，所述曝气管盘与进气口连通，位于除汞腔内，并与分离罐顶部连接，所述换热管至少两条，其中一条位于隔板下方，与分离罐底部连接并环绕分离罐轴线分布，另一条嵌于排气腔内，与排气腔对应的分离罐侧壁连接，所述换热管对应的分离罐外侧面均设连接管头，并通过连接管头与外部的冷凝净化分离机构间连通，所述温湿度传感器嵌于排气口内，同时进气口和排气口处均设一个压力流量传感器，所述引流风机至少一个，与承载机架连接，并通过导流管与排气口和分流排连通，且引流风机通过分流排与天然气储气罐连通，所述引流风机、温湿度传感器、压力流量传感器均与驱动电路电气连接。

3.根据权利要求2所述的一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统，其特征在于，所述承载架内另设至少一条电加热丝及一个温度传感器，其中所述电加热丝环绕承载架轴线呈螺旋状结构分布，与金箔网间距为0—5毫米，所述温度传感器与承载架同轴分布，所述电加热丝和温度传感器均与驱动电路电气连接。

4.根据权利要求1所述的一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统，其特征在于，所述冷凝净化分离机构包括承载机座、气液分离器、制冷机构、冷凝腔、调压泵，所述承载机座为轴向截面呈“T”字形的框架结构，其轴线与水平面垂直分布，所述冷凝腔嵌于承载机座内，与承载机座同轴分布并与承载机座底部连接，所述冷凝腔侧壁设进气口、顶部设排气口，所述进气口与旋流分离器连通，排气口通过导流管与若干气液分离器连通，所述气液分离器至少两个，嵌于承载机座上半部内，并环绕承载机座轴线均布，各气液分离器间并联，并分别通过调压泵与冷凝腔的排气口连通，同时所述制冷机构与承载机座外侧面连接，并分别与汞收集分离机构间通过循环管路连通，所述气液分离器、制冷机构、冷凝腔、调压泵均与驱动电路电气连接。

5.根据权利要求4所述的一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统，其特征在于，所述冷凝腔包括导流腔、换热器、曝气盘、温度传感器，其中所述导流腔为圆台状腔体结构，其底部设一个与其同轴分布的排污口，所述进气口位于导流腔侧壁，同时与导流腔底部间距不小于5厘米，所述曝气盘至少两个，嵌于导流腔内，与导流腔底部连接，环绕排污口均布并与进气口连通，所述换热器至少两个，嵌于导流腔内并与导流腔间同轴分布，所述换热器与导流腔侧壁连接，相邻两换热器间间距为导流腔高度的10%—30%，同时各换热器间相互并联，分别与制冷机构连通并构成闭合循环管路，所述温度传感器与冷凝腔顶部连接，并与驱动电路电气连接。

6.根据权利要求1所述的一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统，其特征在于，所述气压缓冲机构包括缓冲罐、弹性隔膜、承载龙骨、均压泵、配重块、导向滑轨、气压传感器、劈尖，其中缓冲罐的轴线与水平面垂直分布，为轴向截面呈矩形的圆柱体闭合腔体结构，所述缓冲罐侧壁设至少一个进气口，所述进气口环绕缓冲罐轴线均布，且进气口与缓冲罐底部间距为缓冲罐高度的5%—15%，所述缓冲罐顶部设导气口，并通过导气口与外部管路连通，所述承载龙骨嵌于缓冲罐内，为与缓冲罐同轴分布的轮辐状框架结构，所述承载龙骨与缓冲罐内侧面通过若干导向滑轨滑动连接，所述弹性隔膜包覆在承载龙骨外，且弹性隔膜、承载龙骨共同将缓冲罐内从上向下分割为独立的调压腔和排气腔，所述承载龙骨设一个与其同轴分布的均压泵，且调压腔和排气腔间通过均压泵连通，所述配重块为与承载龙骨同轴分布的环状结构，并与承载龙骨上端面间连接，所述气压传感器至少两个，分别与承载龙骨上端面及下端面连接，并分别与驱动电路电气连接，所述劈尖至少一个，嵌于排气腔内并与缓冲罐顶部连接，其轴线与弹性隔膜垂直分布，且劈尖高度不小于10厘米。

7. 根据权利要求6所述的一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统，其特征在于，所述导向滑轨内设承载弹簧，并通过承载弹簧与承载龙骨连接，且承载弹簧与导向滑轨轴线平行分布，所述承载龙骨上端面与配重块对应位置设装配槽，且所述配重块为两个及两个以上时，各配重块分别与承载龙骨上端面连接，并呈同心圆结构分布。

8.根据权利要求1所述的一种油气井中天然气分离净化与汞收集系统，其特征在于，所述驱动电路为以FPGA芯片、可编程控制器中任意一种为基础的电路系统，所述驱动电路另设通讯端口及基于显示器、按键、电位器中任意一种或几种共用的操控界面。

9. 一种基于权利要求1所述的油气井中天然气分离净化与汞收集系统的使用方法，其特征在于，所述油气井中天然气分离净化与汞收集系统的使用方法包括如下步骤：

S1,气体采集，首先对旋流分离器、冷凝净化分离机构、气压缓冲机构、汞收集分离机构、天然气储气罐进行抽真空处理，并在完成抽真空后驱动汞收集分离机构的电加热丝运行，使得电加热丝对金箔网温度升高至500℃—700℃，并保温3—5分钟，并在完成保温后使金箔网自然降温至常温，然后将从油气井中采集的高压天然气通过气压缓冲机构调压后输送至旋流分离器，由旋流分离器对天然气内的固体颗粒、液滴与气态的天然气进行分离，得到初始实验气体；

S2，气体净化，将S1步骤得到实验气体通过气压缓冲机构二次调压，并在调压后输送至冷凝净化分离机构，由冷凝净化分离机构首先利用低温环境，对实验气体内的部分非天然气的蒸汽进行冷凝，并对分离出的杂质以液滴及结晶体形式留存在冷凝净化分离机构中，同时完成冷凝净化后的实验气体再通过冷凝净化分离机构进行气液分离，对实验气体进行二次净化，得到稳压洁净实验气体；

S3，汞分离，经过S2步骤净化后得到的稳压洁净实验气体再次经过气压缓冲机构调压处理后，输送至汞收集分离机构，在气体进入汞收集分离机构时对输入气体总量进行检测；然后使稳压洁净实验气体通过汞收集分离机构，利用汞收集分离机构内的金箔网与稳压洁净实验气体内的汞进行化学反应得到合金金汞齐，将汞从天然气中分离，最后将分离汞后的气体输送至天然气储气罐内，得到天然气，并对天然气储气罐内天然气存储量与输送至汞收集分离机构时的总气量比对，得到分离出的汞含量；

S4，汞解析，天然气储气罐完成对实验气体收集后，将汞收集分离机构内反应后残留的合金金汞齐收集，并转运至解析设备进行汞解析作业，并对解析后的汞及同位素含量进行测定，同时将解析后测定值与S3步骤比对得到的汞含量值进行比对和纠正，得到精确的油气井产混合气中天然气和汞的含量值。