一種氣測錄井樣品氣的干燥裝置及干燥方法與流程

本發明涉及一種石油錄井氣體分析系統的樣品氣干燥裝置及干燥方法，特別是指一種適用于微負壓取樣的樣品氣的連續在線無損的干燥裝置及干燥方法。

背景技術：

在線氣測錄井是石油勘探過程中的重要一環，其通過對鉆井過程中上返鉆井液所攜帶的地層氣體的在線分析，可快速、及時地給出各鉆進地層的油氣指標參數，為地層的實時評價解釋提供可靠的參考依據。它對現場油氣開發，特別是早期的油氣勘探評價具有重要意義。

氣測錄井過程中，需要對鉆井上返的鉆井液進行在線脫氣以抽取其中的樣品氣。在這一過程中，樣品氣中不可避免的會混入大量水蒸氣，從而干擾氣測結果，甚至影響氣測儀的性能。因此一般會對在線取樣的樣品氣進行前處理干燥。此外，為避免樣品氣中的水蒸氣因壓力變化發生液化，樣品氣的前處理干燥通常會設置在樣品取樣泵前的微負壓（負壓≤0.02 MPa）抽吸階段，待樣品氣干燥完后再經過取樣泵和正壓泵送入氣測儀。

目前錄井氣測常用的前處理干燥有采用氯化鈣干燥劑和采用半導體制冷干燥兩種方法。但都不同程度的存在缺點，影響氣測錄井的準確性。其中，采用氯化鈣干燥劑可以有效去除樣品氣中的水分，但必須經常更換干燥劑。若吸水受潮的干燥劑未及時更換，則極易污染樣品管線，甚至造成氣樣管線的堵塞。采用半導體制冷干燥則是通過低溫制冷，使濕潤樣品氣中的水分經過冷凝液化的方式除水。但樣品氣中的重組分，如C5、甚至C6～C8等烴組分受其自身沸點的影響，也會部分或是完全冷凝液化，進而影響氣測錄井的真實性。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種氣測錄井樣品氣的干燥裝置及干燥方法，基于Nafion干燥管除水的特點，結構簡單，成本低廉，適用范圍廣，干燥速度快，性能可靠，且樣品氣中的待檢烴組分不受影響，可以實現對微負壓取樣樣品氣的在線無損耗干燥除水。

為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：一種氣測錄井樣品氣的干燥裝置，連接設置在負壓抽吸的樣品氣管線中；包含：Nafion干燥管，由一根外管以及設置在該外管內的至少一根Nafion內管組成，濕熱樣品氣由進氣端輸入Nafion內管并進行在線除水干燥，利用管壁兩側氣體水分壓的不同濃度作為驅動力，使樣品氣中的水分子通過管壁滲透至Nafion內管外，并由出氣端輸出干燥樣品氣；干燥氣源，與外管連通，并靠近Nafion內管的出氣端，提供干燥的吹掃氣源；負壓吹掃裝置，與外管連通設置，并靠近Nafion內管的進氣端，抽取干燥氣源提供的吹掃氣源，使其以穩定壓力和流量通過外管，并與Nafion內管內的樣品氣形成對流，將滲透到Nafion內管外的水蒸氣通過吹掃由負壓吹掃裝置處排出。

所述的Nafion干燥管的外管由塑料或金屬材料制成；所述的Nafion干燥管的Nafion內管為直線形，或U形，或O形，或S形。

所述的氣測錄井樣品氣的干燥裝置還包含：干燥管加熱裝置，其包覆設置在Nafion干燥管的外管的外部，對Nafion干燥管進行控溫加熱；所述的干燥加熱裝置通過PTC自限溫方式或PID控制方式進行溫度控制，對Nafion干燥管進行加熱；所述的干燥加熱裝置采用熱傳導方式，或熱對流方式，或熱輻射方式對Nafion干燥管進行加熱。

所述的負壓吹掃裝置包含：第一連接管，一端連接外管，并靠近Nafion內管的進氣端，另一端連接大氣；抽氣泵，設置在第一連接管上，抽取干燥氣源提供的吹掃氣源，在外管內形成連續穩定的負壓吹掃氣流，且該吹掃氣流的壓力小于樣品氣的壓力；氣阻，連接設置在干燥氣源與外管之間。

所述的負壓吹掃裝置的抽氣泵采用隔膜泵，或蠕動泵，或柱塞泵。

所述的干燥氣源提供的吹掃氣源的露點低于樣品氣的露點。

所述的干燥氣源采用干燥儀表風，或外接干燥劑，或外接半導體制冷干燥器。

所述的干燥氣源包含：第二連接管，一端連接外管，并靠近Nafion內管的出氣端；二位三通閥，其第一端通過氣阻連接第二連接管的另一端；第一干燥筒，內部填充可再生干燥劑，一端連接大氣或干燥儀表風，另一端通過管路連接二位三通閥的第二端；第二干燥筒，內部填充可再生干燥劑，一端連接大氣或干燥儀表風，另一端通過管路連接二位三通閥的第三端；所述的二位三通閥是通過手動或自動在第一干燥筒和第二干燥筒之間切換連通。

本發明還提供一種氣測錄井樣品氣的干燥方法，采用上述的干燥裝置實現，利用Nafion內管的管壁兩側氣體水分壓的不同濃度作為驅動力，使樣品氣中的水分子通過管壁滲透至Nafion內管外，并利用負壓吹掃裝置在外管形成連續穩定的干燥吹掃氣體，與Nafion內管內的樣品氣形成對流，將滲透到Nafion內管外的水蒸氣通過吹掃由負壓吹掃裝置處排出，實現對樣品氣的干燥除水。

所述的干燥方法適用于石油勘探氣測錄井現場，用于對負壓≤0.02MPa的微負壓取樣的樣品氣進行連續在線無損的除水干燥；或者適用于各種連續在線氣體分析現場，用于對負壓≤0.02MPa的微負壓取樣的樣品氣進行連續在線無損的除水干燥。

綜上所述，本發明所提供的氣測錄井樣品氣的干燥裝置及干燥方法，基于Nafion干燥管除水的特點，結構簡單，成本低廉，適用范圍廣，干燥速度快，性能可靠，且樣品氣中的待檢烴組分不受影響，可以實現對微負壓取樣樣品氣的在線無損耗干燥除水，適用于石油勘探氣測錄井現場，或者各種需要在線氣體分析的前處理干燥領域，特別是針對配有恒溫恒流量脫氣機和配套加熱樣品管線進行高沸點烴組分（諸如C1～C8氣測分析）氣測錄井的場合。

附圖說明

圖1為本發明中的氣測錄井樣品氣的干燥裝置的結構示意圖；

圖2為本發明中的干燥氣源的結構示意圖。

具體實施方式

以下結合圖1和圖2，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。

如圖1所示，為本發明所提供的氣測錄井樣品氣的干燥裝置，連接設置在負壓抽吸的樣品氣管線中；包含：Nafion干燥管，由一根外管12以及設置在該外管12內的至少一根Nafion內管11組成，濕熱樣品氣按照圖1中的實線箭頭方向由進氣端輸入Nafion內管11并進行在線除水干燥，利用管壁兩側氣體水分壓的不同濃度作為驅動力，使樣品氣中的水分子通過管壁滲透至Nafion內管11外，并由出氣端輸出干燥樣品氣；干燥氣源4，與外管12連通，并靠近Nafion內管11的出氣端，提供干燥的吹掃氣源；負壓吹掃裝置，與外管12連通設置，并靠近Nafion內管11的進氣端，抽取干燥氣源4提供的吹掃氣源，使其以穩定壓力和流量按照圖1中的虛線箭頭方向通過外管12，并與Nafion內管11內的樣品氣形成對流，將滲透到Nafion內管11外的水蒸氣通過吹掃由負壓吹掃裝置處排出。

所述的Nafion干燥管的外管12由塑料或金屬材料制成，同時還具有保護Nafion內管11的作用。

所述的Nafion干燥管的Nafion內管11可以具有多種形狀，具體為直線形，或U形，或O形，或S形等。

所述的氣測錄井樣品氣的干燥裝置還包含：干燥管加熱裝置3，其包覆設置在Nafion干燥管的外管12的外部，對Nafion干燥管進行控溫加熱。

所述的干燥加熱裝置3通過PTC（Positive Temperature Coefficient，正溫度系數）自限溫方式或者PID（比例-積分-微分）控制方式進行溫度控制，對Nafion干燥管進行加熱，避免濕熱樣品氣進入Nafion干燥管時因溫度變化引起水蒸氣冷凝。

所述的干燥加熱裝置3可采用熱傳導方式，或熱對流方式，或熱輻射方式等對Nafion干燥管進行加熱。

在本實施例中，所述的干燥加熱裝置3采用PTC自限溫方式進行溫度控制，并采用加熱帶纏繞包覆方式對Nafion干燥管進行加熱，使Nafion干燥管內的溫度與樣品氣加熱管線的溫度保持一致，因而能夠避免進入Nafion干燥管內的樣品氣因溫度突然降低而引起的水蒸氣冷凝，從而影響干燥效果。并且，采用PTC自限溫以及加熱帶纏繞包覆的方式可以簡化干燥加熱裝置3的結構，控制成本，利于現場推廣應用。

所述的負壓吹掃裝置包含：第一連接管23，一端連接外管12，并靠近Nafion內管11的進氣端，另一端連接大氣；抽氣泵21，設置在第一連接管23上，抽取干燥氣源4提供的吹掃氣源，在外管12內形成連續穩定的負壓吹掃氣流，供Nafion干燥管的連續在線工作，將滲透到Nafion內管11外的水蒸氣通過吹掃由第一連接管23排出；氣阻22，連接設置在干燥氣源4與外管12之間。

根據不同工況，所述的負壓吹掃裝置的抽氣泵21可以采用隔膜泵，或蠕動泵，或柱塞泵等。

本實施例中，所述的抽氣泵21采用隔膜泵。并且根據Nafion內管11的除水特性，隔膜泵和氣阻22所提供的吹掃氣流的負壓和流量需滿足如下公式：

V_p=V_s/[(P_s/1.05P_v)-1]；

其中，V_p是吹掃氣流量，V_s是樣品氣流量，P_v是吹掃氣絕對壓力，P_s是樣品氣絕對壓力。從上述公式中可以看出，當樣品氣處于約0.095MPa的絕對壓力（相當于0.005Mpa左右的負壓）連續抽吸狀態時，為保證Nafion內管11的除水效率，吹掃氣壓力必須小于樣品氣壓力，才能取得比較滿意的除水效果及合適的吹掃氣流量。因此，在本實施例中，負壓吹掃裝置的吹掃氣絕對壓力和流量分別設置為0.06MPa和1.5L/min，從而可滿足900mL/min的樣品氣的在線除水干燥。

所述的干燥氣源4為負壓吹掃裝置2提供干燥的吹掃氣源，且吹掃氣體的露點低于樣品氣。一般情況下，油氣勘探現場錄井儀器房內的干燥儀表風即可滿足干燥氣源4的要求。特別地，在氣測錄井過程中，為配合樣品氣中C1～C8烴組分的分析，會選用恒溫恒流脫氣機和加熱樣品傳輸管線。因此在加熱攪拌鉆井液以及高溫傳輸樣品氣的過程中，會夾帶大量的水蒸氣。為了達到理想的樣品氣的干燥效果，本發明中的干燥氣源4還外接其他干燥設備，例如可再生干燥劑或半導體制冷干燥器等，從而進一步降低吹掃氣體的露點，提高Nafion干燥管對樣品氣的干燥效果。

本實施例中，如圖2所示，所述的干燥氣源4包含：第二連接管44，一端連接外管12，并靠近Nafion內管11的出氣端；二位三通閥43，其第一端通過氣阻22連接第二連接管44的另一端；第一干燥筒41，內部填充可再生干燥劑，一端連接大氣或干燥儀表風，另一端通過管路連接二位三通閥43的第二端；與第一干燥筒41分開設置的第二干燥筒42，內部填充可再生干燥劑，一端連接大氣或干燥儀表風，另一端通過管路連接二位三通閥43的第三端。干燥過程中，二位三通閥43先連通一側的第一干燥筒41，提供干燥的吹掃氣源。另一側的第二干燥筒42備用，待第一干燥筒41內的干燥劑失效時，只需將二位三通閥43切換至與第二干燥筒42連通，即可實現在線不間斷的提供干燥的吹掃氣源。而失效的第一干燥筒41內的干燥劑可經再生后重復使用。

所述的二位三通閥43是通過手動或自動在第一干燥筒41和第二干燥筒42之間切換連通。

所述的可再生干燥劑為變色硅膠，或分子篩，或無水氯化鈣等。

本發明還提供一種氣測錄井樣品氣的干燥方法，采用上述的干燥裝置實現，利用Nafion內管11的管壁兩側氣體水分壓的不同濃度作為驅動力，使樣品氣中的水分子通過管壁滲透至Nafion內管11外，并利用負壓吹掃裝置在外管12形成連續穩定的干燥吹掃氣體，與Nafion內管11內的樣品氣形成對流，將滲透到Nafion內管11外的水蒸氣通過吹掃由負壓吹掃裝置處排出，實現對樣品氣的干燥除水。

所述的干燥方法適用于石油勘探氣測錄井現場，用于對負壓≤0.02MPa的微負壓取樣的樣品氣進行連續在線無損的除水干燥；或者適用于各種連續在線氣體分析現場，用于對負壓≤0.02MPa的微負壓取樣的樣品氣進行連續在線無損的除水干燥。

綜上所述，本發明所提供的氣測錄井樣品氣的干燥裝置及干燥方法，基于Nafion干燥管除水的特點，結構簡單，成本低廉，適用范圍廣，干燥速度快，性能可靠，且樣品氣中的待檢烴組分不受影響，可以實現對微負壓取樣樣品氣的在線無損耗干燥除水，適用于石油勘探氣測錄井現場，或者各種需要在線氣體分析的前處理干燥領域，特別是針對配有恒溫恒流量脫氣機和配套加熱樣品管線進行高沸點烴組分（諸如C1～C8氣測分析）氣測錄井的場合。

盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。