SU864093A1 - Способ определени содержани углеводородных газов - Google Patents

Description

Изобретение относится к газовому анализу и может быть использовано при разработке приборов для анализа . газов, в частности при бурении сква- j жин на нефть и газ.

Известен способ контроля концентраций горючих газов путем термойаталитического окисления анализируемых газов на чувствительных элементах. При анализе газа бурового раствора, в составе которого содержатся, в основном, воздух, предельные углеводороды, окись углерода, водород, компоненты горючих газов определяют раз- дельно сжиганием их при разной тем- ’» пературе чувствительного элемента. При этом поправку на содержание водорода определяют путем измерения разности концентраций газа, пропущенного через активизированный уголь ' и не прошедшего через уголь. Указанный способ позволяет быстро, селективно и непрерывно определять концентрации углеводородных газов в «5 буровом растворе 11].

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения содержания углеводо-; родных газов в газовой смеси с помо-) 30 щью двух идентичных поддерживаемых при разных температурах термокаталитических чувствительных элементов, .заключающийся в измерении разности термоэффектов термокаталитического окисления смеси горючих газов на этих элементах, на первом из которых поддерживают температуру, при которой происходит окисление всей горючей смеси, а на втором - всей смеси без углеводородных компонентов, и последующем изменении температуры элементов при достижении концентраций углеводородных газов выше заданной. Применение этого способа обеспечивает возможность непрерывного определения концентраций углеводородных газов в смеси с достаточно высокой точностью и чувствительностью, что достигается компенсаци-ей влияния факторов внешней среды [2].

Однако указанный способ неприменим при анализе высоких концентра ций горючих газов, вследствие нелинейной зависимости тепловыделения от концентрации в области их высоких значений и выхода из строя чувствительных элементов из-за их большого разогрева.

Цель изобретения повышение точности измерений й широком диапазоне концентраций горючих газов.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения содержания углеводородных газов в газовой смеси с помощью двух идентичных поддерживаемых при разных температурах термокаталитических чувствительных элементах, заключающемся в измерений разности термоэффектов термокаталитического окисления смеси горючих газов на этих.элементах, на первом из которых поддерживают температуру, при которой происходит окисление всей горючей смеси, а на втором - всей смеси без углеводородных компонентов, и последующем изменении температуры элементов при достижении концентрации углеводородных газов выше заданной, при достижении концентрации выше заданной уменьшают температуру первого чувствительного' элемента до значения ниже температуры окисления углеводородных газов, но выше температуры окисления неуглеводородных компонентов смеси, при этом содержание углеводородных газов определяют по теплоотдаче термокаталитических чувствительных элементов.

Высокая чувствительность и избирательность способа на анализе малых концентраций углеводородных газов достигается одновременным сжиганием на двух идентичных термокаталитических элементах горючей смеси при различных температурах и автоматическим исключением погрешностей, обусловленных сгоранием неуглеводородных газов. При понижении температуры чуьствительного элемента, вследствие появления больших концентраций углеводородных газов в анализируемой смеси горючих газов, ниже температуры окисления теплоотдача чувствительных элементов зависит от теплопроводности окружающей среды, от теплоотдачи через концы чувствительных элементов и др. При неизменяющихся параметрах чувствительных элементов (температуры их поверхности, геометрических размеров, скорости потока анализируемого газа и др)теплоотдача Q их в основном определяется теплопроводностью анализируемого газа выражением т_ч

Q = а Г XT) ат , где а - коэффициент¹? зависящий от геометрических размеров чувствительного элемента; Т_о- температура окружающей среды; Т-- температура чувствительного элемента;

λ(Τ)- теплопроводность окружающей среды.

Разность теплоотдачи AQ идентичных чувствительных элементов в основном определяется теплопроводностью выражением _т '42 iQ = of A(T)dT, — TlM где - температура поверхности пер вого чувствительного элемен та;

^ТЧ2~ температура поверхности второго чувствительного элемента ,

Теплопроводность воздуха при температуре выше 400°с меньше теплопроводности метана, этана и пропана (газов основных компонентов газовых залежей и газовых подушек нефтяных залежей), при вскрытии которых наблюдается повышенное содержание концентраций углеводородных газов. Таким образом определяется по увеличение разности теплоотдачи чувствительных элементов концентрация углеводородных газов. Влияние водорода, теплопроводность которого значительно выше теплопроводности воздуха и углеводородных газов, исключается его сгоранием на обоих чувствительных элементах .

На чертеже приведен возможный вариант устройства, реализующего предлагаемый способ.

Температуры термокаталитических чувствительных элементов 1 и 2 поддерживаются постоянными, но не одинаковыми с помощью автоматических регуляторов 3 и 4 температуры путем изменения электрической мощности, подводимой к чувствительным элементам. Выходы автоматических регуляторов 3 и 4 температуры подключены к входам схемы 5 измерения, к выходу которой подключен компаратор 6, выход которого подключен ко входу автоматического регулятора 3 температуры и схемы 5 измерения.

При малых концентрациях углеводородных газов температура чувствительного элемента 1 поддерживается начальным сигналом компаратора 6 равной температуре окисления углеводородных газов, а температура чувствительного элемента 2 - ниже температуры окисления углеводородных газов, но выше температуры окисления горючих газов (водорода, окиси углеводорода, сероводорода). Разность термоэффекта сгорания, определяемая по разности измерения электрических мощностей, подводимых к чувствительным элементам, измеряется измерительной схемой 5. При достижении концентрации выше определенной сигналом компаратора 6 автоматический регулятор температуры '3 переключается на режим поддержания температуры чувствительного элемента 1 ниже температуры чувствительного элемента 2, но выше температуры окисления неуглеводородных компонентов, а измерительная схема 5 переключается на измерение раз ности электрических мощностей, подводимых к чувствительным элементам 1 и 2.

Предлагаемый способ применяется при разработке приборов и систем газового каротажа скважин. Он повы- $ шает надежность работы чувствительных элементов за счет исключения автокатализа на чувствительных элементах и, как следствие, их перегрева, приводящего к выходу из строя.

Claims (2)

1. Цель изобретени  повышение точности измерений в широком диапазоне концентраций горючих газов. Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу определени  содержани  углеводородных газов в газовой смеси с помощью двух идентичных поддерживаемых при разных тем . пературах термокаталитических чувствительных элементах, заключающемс  в измерении разности термоэффектов термокаталитического окислени  смеси горючих газов на этих.элементах, на первом из которых поддерживают темпе ратуру, при которой происходит окисление всей горючей смеси, а на втором - всей смеси без углеводородных компонентов,и последующем изменении температуры элементов при достижении концентрации углеводородных газов выше заданной, при достижении концентрации выше заданной уменьшают температуру первого чувствительногЪ элемента до значени  ниже температуры окислени  углеводородных газов, но выше температуры окислени  неуглеводородных компонентов смеси, при этом содержание углеводородных газов определ ют по теплоотдаче термокаталитических чувствительных элементов. Высока  чувствительность и избира тельность способа на анализе малых концентраций углеводородных газов до тигаетс  одновременным сжиганием на двух идентичных термокаталитических элементах горючей смеси при различных температурах и автоматическим исключением погрешностей, обусловлен ных сгоранием неуглеводородных газов . При понижении температуры чуьствительного элемента, вследствие по влени  больших концентраций угле водородных газов в анализируемой смеси горючих газов, ниже температу ры окислени  теплоотдача чувствительных элементов зависит от теплопро водности окружающей среды, от тепло дачи через концы чувствительных эле ментов и др. При неизмен ющихс  пар метрах чувствительных элементов (те пературы их поверхности, геометриче ких размеров, скорости потока анали зируемого газа и др)теплоотдача Q их в основном определ етс  теплопро водностью анализируемого газа выражениемТц Q аГ A(T)dT, где Q - коэффициент завис щий от геометрических размеров чув ствительного элемента; д- температура окружающей сред Т- температура чувствительного элемента , Х(Т)- теплопроводность окружающей средн. Разность теплоотдачи лО идентичных чувствительных элементов в осно ном определ етс  теплопроводностью выражением т ДО о Г A(T)dT, где Тц - температура поверхности пер вого чувствительного элемен та; Тц2 температура поверхности второго чувствительного элемента . Теплопроводность воздуха при температуре выше 400°С меньше теплопроводности метана, этана и пропана (газов основных компонентов газовых залежей и газовых подушек нефт ных залежей), при вскрытии которых наблюдаетс  повышенное содержание концентраций углеводородных газов. Таким образом определ етс  по увеличенИ разности теплоотдачи чувствительных элементов концентраци  углеводородных газов. Вли ние водорода, теплопроводность которого значительно выше теплопроводности воздуха и углеводородных газов, исключаетс  его сгоранием на обоих чувствительных элементах . На чертеже приведен возможный вариант устройства, реализующего предлагаемый способ. Температуры термокаталитических чувствительных элементов 1 и 2 поддерживаютс  посто нными, но не одинаковыми с помощью автоматических регул торов 3 и 4 температуры путем изменени  электрической мощности, подводимой к чувствительным элементам. Выходы автоматических регул торов 3 и 4 температуры подключены к входам схемы 5 измерени , к выходу которой подключен компаратор 6, выход которого подключен ко входу автоматического регул тора 3 температуры и схемы 5 измерени . При малых концентраци х углеводородных газов температура чувствительного элемента 1 поддерживаетс  начальным сигналом компаратора б равной температуре окислени  углеводородных газов, а температура чувствительного элемента 2 - ниже температуры окислени  углеводородных газов, но выше температуры окислени  горючих газов {водорода, окиси углеводорода, сероводорода). Разность термоэффекта сгорани , определ ема  по разности измерени  электрических мощностей, подводимых к чувствительным элементам , измер етс  измерительной схемой 5. При достижении концентрации выше определенной сигналом компаратора 6 автоматический регул тор температуры 3 переключаетс  на режим поддержани  температуры чувствительного элемента 1 ниже температуры чувствительного элемента 2, но выше температуры окислени  неуглеводородных компонентов, а измерительна  схема 5 переключаетс  на измерение разности электрических мощностей, подводимых к 4yBCTBHTenbHf iM элементам и 2. Предлагаемый способ примен етс  при разработке приборов и систем газового каротажа скважин. Он повышает надежность работы чувствительных элементов за счет исключени  ав токатализа на чувствительных элемен тах и, как следствие, их перегрева, привод щего к выходу из стро . Формула изобретени  Способ определени  содержани  угл водородных газов в газовой смеси с п мощью двух идентичных поддерживаемых при разных температурах термокаталитических чувствительных элементов заключающийс  в измерении разности термоэффектов термокаталитического окислени  смеси горючих газов на эти элементах, на первом из которых поддерживают температуру, при которой происходит окисление всей горючей смеси, а на втором - всей смеси без углеводородных компонентов, и последующем изменении температуры йлементов при достижении концентраций углеводородных газов выше заданной/ отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений в широком диапазоне концентраций, при достижении концентрации выше заданной уменьшают температуру первого чувствительного элемента до значени  ниже температуры окислени  «углеводородных газов, но выше температуры окислени  неуглеводородных компонентов смеси, при этом содержание углеводородных газов определ ют по теплоотдачетермокаталитических чувствительных элементов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Соколов В.А. и Юровский Ю.М. Теори  и практика газового каротажа. М., Гостоптехиздат, 1961, с. 143-153,
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 397829, кл. G 01 N 25/32, 1965 (прототип).,