一種含氣稠油含氣率的測量方法及測量系統的制作方法
【專利摘要】一種含氣稠油含氣率的測量方法及測量系統，包括將一定體積的含氣稠油油樣放入密閉容器內，測得氣體壓力；逐漸加熱，待氣體壓力不再變化時測得氣體壓力與氣體溫度；將油溫與氣溫逐漸冷卻恢復至初始溫度后，測得氣體壓力；根據三個狀態下氣體壓力與溫度，計算得到三種狀態下密閉容器內所含氣體物質的量；進而求得含氣稠油含氣率及穩定微氣泡含氣率與相變微氣泡含氣率。其系統包括溫度控制裝置，電源，數據采集裝置，設有壓力變送器和溫度傳感器的密封罐。本發明采用加熱處理使相變微氣泡冷凝從而與穩定微氣泡分離的方法，可得到含氣稠油含氣率、穩定微氣泡含率與相變微氣泡含率，適用于同時含有穩定氣體與相變氣體的液體含氣率測量。
【專利說明】一種含氣稠油含氣率的測量方法及測量系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種含氣稠油含氣率測量方法及測量系統，屬于油氣集輸系統的油氣 分離【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 含氣稠油常壓動態沉降脫水時，油中氣泡浮升導致水滴沉降過程受到干擾，嚴重 降低了脫水效率。氣泡由穩定微氣泡與相變微氣泡組成，穩定微氣泡主要包括開采中攜帶 的N 2、C02、H2S等無機氣體和c「c4輕組分，在常溫常壓下為氣態；相變微氣泡則以c 5、c6烴類 為主，在常溫常壓下為液態，隨溫度升高而相變為氣態。由于含氣稠油具有上述含氣特性， 目前國內外均無很好的方法對其含氣率進行準確測量。
[0003] 液相含氣率的測量方法研究主要針對不發生相變（加熱不發生蒸發）的氣體，如 絕緣油中氣體檢測、混相介質中氣相含量檢測、多相流含氣率測試以及溶氣原油溶解度測 量等。絕緣油中溶解氣含量的檢測方法主要有傅里葉變換紅外光譜法（FTIR)、氣相色譜 法（GC)、光聲光譜法（PAS)和氣體傳感器法，氣相色譜法是現行最有效的油中溶解氣體檢 測方法之一。通過建立U型管中純液體壓差與含氣混合液體液位差之間的關系，同時忽略 氣體密度，可以得到氣-水混合物的含氣率。美國專利《Gas content measurement in a sealed container of liquid by degassing》（U.S. Patent 5,220,513.1993-6_15)和 《Gas content measurement》（U.S. Patent 5,426,593.1995-6-20)利用氧氣探針和超聲波 脫氣方法對飲料中的氧氣含量進行了測量，并根據相同的原理測量了 C02含量。《In situ measurement of gas content in formation fluid》（U. S. Patent 4, 370, 886. 1983-2-1) 使地層液體通過膨脹閥進入測試腔，測量閥前后端的溫度和壓力，閥前后端的溫度差異可 指不地層液體含氣量。《Measurement of gas and water content in oil》（U.S. Patent 5, 351，521. 1994-10-4)根據油氣水具有不同的介電常數，通過測量油氣水三相流動中微波 能量衰減確定其介電常數，從而測得油中的含氣量與含水量。將溶氣原油導入一定體積的 真空容器中，在放氣平衡狀態時可計算得到甲烷和乙烷的溶解度；采用放壓排水法可實現 甲烷在汽油中高壓溶解度的測量；而采用類似靜態法的放壓膨脹法，使用帶刻度的活塞式 儲氣罐作為測量器，在儲氣罐中充滿待測油樣，降低壓力使氣體溢出，由兩次刻度變化可計 算溢出氣體體積，從而確定原油中的氣體溶解度。
[0004] 綜上所述，目前這些含氣率的測量方法存在一些局限，僅針對無相變氣體含氣率 的測量，因此對于含有穩定微氣泡與相變微氣泡的稠油，無法準確測得其含氣率。
【發明內容】
[0005] 本發明提供了一種含氣稠油含氣率的測量方法及測量系統，以克服現有技術無法 準確測得含有穩定微氣泡與相變微氣泡的稠油之含氣率的不足。
[0006] -種含氣稠油含氣率測量方法，其特征在于包括以下步驟：
[0007] 1)將體積為νΜ1的含氣稠油油樣放入體積一定的密閉容器內，使得密閉容器內的 氣體空間體積為V ;并使初始油溫與氣溫均為?；，測得氣體壓力為P。，此時為初始狀態；
[0008] 2)逐漸加熱油樣至1\溫度，待密閉容器內氣體壓力不再變化時測得氣體壓力與氣 體溫度分別為Pi和?\，此時為加熱終止狀態；
[0009] 3)將油溫與氣溫逐漸冷卻恢復至TQ溫度后，測得氣體壓力為Ρ2，此時為冷卻至初 始溫度狀態；
[0010] 4)上述初始狀態下的氣體僅為空氣，上述加熱終止狀態下的氣體為空氣與稠油完 全脫出的氣體（包括稠油中所含的穩定微氣泡與稠油的相變微氣泡），上述冷卻至初始溫 度狀態時的氣體為空氣與穩定微氣泡；根據三個狀態下氣體壓力與溫度，計算得到三種狀 態下密閉容器內所含氣體物質的量；
[0011] 5)將加熱終止狀態時所含氣體的物質的量減去初始狀態氣體的物質的量，得到含 氣稠油中氣體總的物質的量（包括稠油中所含的穩定微氣泡與稠油的相變微氣泡）；將冷 卻至初始溫度狀態時所含氣體的物質的量減去初始狀態氣體的物質的量，得到含氣稠油中 所含穩定微氣泡的物質的量；將加熱終止狀態時所含氣體的物質的量減去冷卻至初始溫度 狀態時所含氣體的物質的量，得到含氣稠油中所含相變微氣泡的物質的量；
[0012] 6)將上述得到的含氣稠油中氣體總的物質的量、含氣稠油中所含穩定微氣泡的物 質的量、含氣稠油中所含相變微氣泡的物質的量，轉換成工程標準狀況下氣體體積，然后即 可求得含氣稠油含氣率（總含氣率）及穩定微氣泡含氣率與相變微氣泡含氣率。
[0013] 上述步驟4) -6)的計算方法如下：
[0014] 初始狀態下密閉容器的氣體空間所含氣體為空氣，氣體狀態方程為：
[0015] P〇V = n〇RT〇
[0016]
【權利要求】
1. 一種含氣稠油含氣率測量方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 將體積為νΜ1的含氣稠油油樣放入體積一定的密閉容器內，使得密閉容器內的氣體 空間體積為V ;并使初始油溫與氣溫均為?；，測得氣體壓力為Ρ。，此時為初始狀態； 2) 逐漸加熱油樣至!\溫度，待密閉容器內氣體壓力不再變化時測得氣體壓力與氣體溫 度分別為Pi和?\，此時為加熱終止狀態； 3) 將油溫與氣溫逐漸冷卻恢復至?；溫度后，測得氣體壓力為Ρ2，此時為冷卻至初始溫 度狀態； 4) 上述初始狀態下的氣體僅為空氣，上述加熱終止狀態下的氣體為空氣與稠油完全脫 出的氣體（包括稠油中所含的穩定微氣泡與稠油的相變微氣泡），上述冷卻至初始溫度狀 態時的氣體為空氣與穩定微氣泡；根據三個狀態下氣體壓力與溫度，計算得到三種狀態下 密閉容器內所含氣體物質的量； 5) 將加熱終止狀態時所含氣體的物質的量減去初始狀態氣體的物質的量，得到含氣稠 油中氣體總的物質的量（包括稠油中所含的穩定微氣泡與稠油的相變微氣泡）；將冷卻至 初始溫度狀態時所含氣體的物質的量減去初始狀態氣體的物質的量，得到含氣稠油中所含 穩定微氣泡的物質的量；將加熱終止狀態時所含氣體的物質的量減去冷卻至初始溫度狀態 時所含氣體的物質的量，得到含氣稠油中所含相變微氣泡的物質的量； 6) 將上述得到的含氣稠油中氣體總的物質的量、含氣稠油中所含穩定微氣泡的物質的 量、含氣稠油中所含相變微氣泡的物質的量，轉換成工程標準狀況下氣體體積，然后即可求 得含氣稠油含氣率（總含氣率）及穩定微氣泡含氣率與相變微氣泡含氣率。
2. 如權利要求1所述的含氣稠油含氣率測量方法，其特征在于上述步驟4)-6)的計算 方法如下： 初始狀態下密閉容器的氣體空間所含氣體為空氣，氣體狀態方程為：
其中，％為空氣的物質的量，R = 8. 314J/mol · Κ，為氣體常數； 則加熱終止時氣體狀態方程為： PJ =
則油樣中氣體總的物質的量η為：
其中，^為加熱終止狀態時所含氣體的物質的量； 轉化為工程標準狀況（Pa = 101. 325kPa，Ta = 293. 15K)下氣體體積Va為：
油樣體積含氣率β為：
冷卻至初始溫度時，氣體狀態方程為：
則油樣中穩定微氣泡的物質的量η'為：
其中，η2為冷卻至初始溫度狀態時所含氣體的物質的量； 轉化成工程標準狀況（Pa = 101. 325kPa，Ta = 293. 15Κ)下氣體體積Va'為：
油樣中穩定微氣泡體積含率β ^為：
相變微氣泡體積含率為油樣體積含氣率與穩定微氣泡體積含率之差，即：
3. -種含氣稠油含氣率測試系統，包括溫度控制裝置，電源（3)，由采集板（4)和數據 采集計算機（5)組成的數據采集裝置，其特征在于還包括設有壓力變送器（12)和兩個溫度 傳感器（13)的密封罐（2)，所述的溫度控制裝置用于使密封罐的溫度保持為設定的溫度， 所述的數據采集裝置與電源（3)相連，其中采集板（4)與密封罐的壓力變送器和溫度傳感 器相連，所述的數據采集計算機（5)用于通過采集板（4)采集密封罐（2)內的壓力信號與 氣液溫度信號。
4. 如權利要求3所述的含氣稠油含氣率測試系統，其特征在于所述的溫度控制裝置為 恒溫水浴（1)。
5. 如權利要求3所述的含氣稠油含氣率測試系統，其特征在于所述的密封罐（2)包括 罐體（16)，該罐體（16)中部設有一氣液界面分隔刻度線（11)，便于控制取樣體積，刻度線 以上部分為氣體空間，以下部分為油樣空間；且罐體（16)的入口設有密閉法蘭（9)，該密閉 法蘭（9)安裝有一個壓力變送器（12)和兩個溫度傳感器（13)，一個溫度傳感器（13)的測 溫點位于氣液界面分隔刻度線（11)以上的氣體空間中部，用于測量罐體（16)內氣體溫度， 另一個溫度傳感器（13)的測溫點位于氣液界面分隔刻度線（11)以下油樣空間中間高度位 置，用于測量罐體（16)內液體溫度；所述的壓力變送器（12)用于測量罐體（16)內氣體壓 力。
【文檔編號】G01N5/00GK104155327SQ201410366607
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】羅小明, 何利民, 梁風龍, 呂宇玲, 張偉 申請人:中國石油大學(華東)