一种收集分液容器及其利用该装置测定轻烃含量的方法与流程

本发明属于油气地球化学技术领域，具体涉及一种收集分液容器及其利用该装置测定轻烃含量的方法。

背景技术：

通过对生排烃热模拟实验产物、钻井原油样品或岩石抽提物的相关定量化学分析，获取包括轻烃在内的原油全组分量及化学特征信息，是油气勘探中烃源岩评价、区域油气资源潜力评价的主要途径，也是认识油气生成机制、重现生排烃过程、认识油源关系和油气富集规律的地球化学研究的主要手段。以上三种方式来源的原油样品，物理组成上常常有水和固体渣的混入，在化学组成上包括常温常压下易挥发的C₄-C₁₄液态轻烃和稳定的C₁₄⁺以上烃类及胶质和沥青质。对生排烃热模拟实验液态烃的收集和定量分析，可以获得烃源岩在不同受热历史阶段的生烃量和排烃效率；对岩石中滞留油的抽提和定量分析，可以用于页岩油、致密油等非常规油气资源量的估算；对除去杂质的全油进行精细化学组分和同位素分析，用于油藏-烃源岩层关系比对；通过轻烃含量和轻烃变化参数，可以评价烃源岩的有机质丰度、类型和成熟度。由于生排烃模拟实验液态烃产物含水含渣、岩石抽提物含渣，需要进行前处理才能获得纯净原油，加上钻井原油样品自然放置、岩石抽提物的常规前处理，都无法避免轻烃组分的挥发。因此恢复或计量轻烃在原油中的含量关系重大。

目前，钻井原油样品多通过低温冷藏方法来处理轻烃散失问题，但效果不佳，C₅-C₁₂的化合物在气相色谱图中不多见，即便是有，也是部分散失后的残留轻烃，无法挥发原始轻烃量。张文正等(张文正，裴戈，热模拟中轻烃的收集及石油地质意义，天然气地质研究论文集，石油工业出版社，1989，118-125)认为液态产物全组分的定量没有好办法的原因是因为轻烃组分定量困难所致，轻烃在油水分离操作过程和恒重过程中挥发严重。程克明等(程克明，关徳师，陈建平等，烃源岩产烃潜力的热压模拟实验及其在油气勘探中的应用，1991,5)通过冷冻收集、零度油水分离、密闭称重的方法计量液态烃，但分离过程还是存在轻烃散失。郑伦举等(烃源岩有限空间热解生油气潜力定量评价研究，石油实验地质，2011，33(5)：452-459)用常规气相色谱方法对生排烃实验产物的轻烃进行定量分析，由于轻烃与胶质共存下饱和烃、芳烃峰重叠共馏，不能获得确定的轻烃含量结果。CN103592380A和CN103592401A公开的方法中，其是经前处理后，通过全二维气相色谱仪分析确定总烃，自然挥干后再次通过全二维气相色谱仪分析确定重烃，差值为轻烃。该方法可以获得轻烃量，但在过滤除水除渣、浓缩等前处理的过程中仍有轻烃的散失。

技术实现要素：

为克服上述问题，本发明的目的是提供一种收集分液容器。

本发明的另一目的是提供一种利用上述收集分液容器测定含水含渣原油中轻烃含量的方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种收集分液容器，该容器包括壳体、内部空腔和流体连通管；

所述壳体包括柱状侧壁、弧形顶盖和弧形底盖；所述柱状侧壁由透明材质制成，或者设有可观察壳体内部液体分层情况的透明视窗；

所述流体连通管包括进样管、气体产物输出管和分液排液管；

所述进样管和气体产物输出管穿过并向外延伸出所述弧形顶盖；

所述分液排液管由透明材质制成，包括上部毛细管段、变径段和下部排液段；所述上部毛细管段设置于所述弧形底盖的外壁，并通过弧形底盖上的通孔与所述内部空腔连通。

本发明提供的收集分液容器集四个功能为一体：密封收集和保存液体产物、气液相产物分离、油水分离和作为密封称量容器的功能。其中，对流体连通管进行密封时，可以使用本领域的常规密封手段；将流体连通管与外界的管线连通时，也可以使用本领域的常规连接部件进行连接。为了观察收集分液容器内的油水分层，柱状侧壁需要由透明材料制成，或者，也可以在非透明材料上设置透明视窗。在上述收集分液容器中，分液排液管的特殊结构保证了分液的精度和效果，具体地，当下层的有机溶液完全滴出时，由于水和有机溶液的润湿角及表面张力不同，润湿性相反，导致毛管力作用下，水在毛细管上端受阻，水柱在毛细管段的分液端口断开，达到清楚分液的效果。

在上述收集分液容器中，优选地，进样管深入内部空腔的长度大于所述气体产物输出管深入内部空腔的长度。在本发明的一种优选实施方式中，进样管比气体产物输出管多深入内部空腔5mm。

在上述收集分液容器中，优选地，进样管的内径大于所述气体产物输出管的内径。在本发明的一种优选实施方式中，进样管的内径为8mm，气体产物输出管的内径为6mm。

在上述收集分液容器中，优选地，分液排液管的上部毛细管段的长度为12mm，内径为1mm。毛细管段的长度和内径也是非常重要的一方面，既要保证分液效果，也要考虑残渣对管路带来的影响。

在上述收集分液容器中，本领域技术人员可根据具体的使用环境，对收集分液容器的材质和容积大小进行设计。在本发明提供的一种优选实施方式中，为了满足生排烃热模拟实验的需要，收集分液容器需耐一定气压，因为排烃时会有瞬时高压；而且还需要耐低温不变形，便于轻烃保存和气液的分离，并防止水结冰爆裂。同时，考虑到分析天平计量精度和量程的限制，以及最好能一次性保存生排烃热模拟实验的中所有液体产物及加入的溶剂，收集分液容器选材和设计还需要在质量和容积方面进行平衡。综合考虑上述各因素，在本发明的一个具体实施例中，收集分液容器的壳体和流体连通管均由石英玻璃制成，可同时满足以下要求：①质量足够小而容积足够大；②耐一定气压；③耐低温不变形；④可视化；⑤端口方便密封和与前后端设备连接。一般情况下，采用常规的铝、钛及合金、普通玻璃材料制备收集分液容器时(同时考虑到加工工艺的难易程度)，不能同时满足上述五方面的要求。具体的，在本发明提供的一种优选实施方式中，石英玻璃材质的收集分液容器总重48g，容积为70ml，且耐流体压力5MPa，耐温范围为50℃-250℃。

在上述收集分液容器中，在所述流体连通管延伸出壳体外部的端口处，设有外螺纹。通过螺纹设计，便于流体连通管的密封以及与其他设备管线的连通。

在上述收集分液容器中，可以使用本发明提供的一种管线连接件，使流体连通管与外部管线进行连通；该管线连接件的具体结构为：

所述管线连接件由聚四氟乙烯螺帽、金属管和密封圈组成；

所述聚四氟乙烯螺帽的顶部设有通孔，内侧壁设有与流体连通管的外螺纹相适配的内螺纹；

所述聚四氟乙烯螺帽通过其顶部通孔套设于所述金属管外部；套于所述聚四氟乙烯螺帽内的金属管端部的外表面设有环形凹槽(可以为平行设置的2个或多个)，所述密封圈固定于所述环形凹槽内；

所述流体连通管与管线连接件连接时，所述流体连通管套于所述金属管外部，并通过所述密封项圈形成密封；同时，所述聚四氟乙烯螺帽套于所述流体连通管的外部，并通过螺纹连接进行固定。

利用上述管线连接件，可以使石英玻璃材质的流体连通管与外部的金属管线进行连通，由于安装和拆卸都很方便，因此能够实现快速拆装，减少收集分液容器内易挥发组分的损失。如果所应用的环境不需要考虑易挥发组分的损失问题，那么，可以选用本领域的常规连接手段，例如胶合连接等。

在上述管线连接件中，优选地，金属管上设有限位部，限位部用于限制聚四氟乙烯螺帽套入金属管的最大程度。

在使用管线连接件时，可以先将套有密封圈的金属管的一端塞入流体连通管，然后再拧紧金属管外的聚四氟乙烯螺帽。另外，金属管的另一端可以以常规方式与外界的管线进行连通，例如采用螺纹连接实现与外界金属管线的连通。

在上述收集分液容器中，可以使用本发明提供的一种聚四氟乙烯塞，用于密封流体连通管的端口；该聚四氟乙烯塞的具体结构为：

所述聚四氟乙烯塞包括塞帽、固定于塞帽内底面的塞芯以及密封圈；所述塞芯上设置有用于固定密封圈的环形凹槽(可以为平行设置的2个或多个)，所述密封圈固定于所述环形凹槽内；所述塞帽的内壁设置有与所述流体连通管的外螺纹相适配的内螺纹；

聚四氟乙烯塞密封所述流体连通管时，所述塞芯塞于所述流体连通管内，并通过密封项圈形成密封；同时，所述塞帽套于所述流体连通管的外部，并通过螺纹连接进行固定。

本发明提供的收集分液容器，集收集、分液、称量为一体，使用时可以省去除水、浓缩等操作，操作和装置简捷高效，结果稳定、精确。适用于实验室各类生烃热模拟实验的液体产物计量，也能满足油田现场取油样的研究需要，也适用于岩石抽提物的全组分计量。

本发明另外还提供了利用上述收集分液容器测定含水含渣原油中轻烃含量的方法，该方法包括以下步骤：

A：低温收集液态物质以获取参数M1

在-30℃至-20℃，利用所述收集分液容器对生排烃热模拟实验中的排烃产物进行收集和分离；然后将收集有冷凝后的非气态物质的收集分液容器进行第一次称重，获得参数M1；

B：油水分液以获取参数M2

向收集分液容器中加入溶剂二氯甲烷或氯仿进行萃取分层，排出下层溶液后对收集分液容器进行第二次称重，获得参数M2；

C：对下层溶液处理以获取参数M3和M4

对步骤B中收集的下层溶液进行过滤，然后对滤渣进行洗涤；待洗涤后的滤渣挥干恒重，获得参数M3，即固体残渣质量；

并将收集的滤液和洗涤液混合后自然恒重，获得参数M4，即轻烃除外的不挥发油质量；

D：轻烃含量计算

通过上述参数，计算所收集的包括轻烃在内的总油质量M＝M1-M2-M3；

因此，轻烃含量S＝(M-M4)/M×100％。

现有技术通过前处理和两次全二维气相色谱分析，完成轻烃含量的测定。在操作上包括收集、除水、过滤除渣、定容、浓缩加标样、色谱分析、自然挥发恒重、定容、色谱分析一系列操作步骤，非常费工时，过滤除渣环节无法避免轻烃挥发损失，降低了轻烃量的计量精度。传统低温称重法适用于无水、无渣样品，对于含水含渣样品来说，除水是在开放环境进行的，也没有解决加入挥发性溶剂溶液的称量不稳定问题。因此，得到的C₁₅以下的液体产物结果不完整，从而影响对资源量和排烃效率的估算。而本发明提供的方法，利用本发明提供的收集分液容器进行密闭条件下收集、分液，然后通过封闭或不挥发物的称量，来避免易挥发轻烃的直接称量，确定实验室或井场含水含渣原油中轻烃含量。因此，本发明提供的方法解决了长期以来轻烃难以准确计量的难题。通过本发明提供方法可以恢复轻烃含量，获得可靠的全油数据，可能增加了烃源岩生烃潜力的评价值，降低了排油效率，影响了常规油气和非常规油气分配比例认识，为地球化学轻烃研究提供了可靠的支持。

在本发明提供的一种优选实施方式中，利用收集分液容器测定含水含渣原油中轻烃含量的方法包括以下步骤：

A：低温收集液态物质以获取参数M1

A1、低温收集：将收集分液容器的分液排液管密封，并置于-20℃下的冷肼中；将进样管与生排烃热模拟实验中的排烃管线连通，气体产物输出管和气样出口管线连通，进行排烃产物的收集和分离；

排烃产物进入收集分液容器后，经冷凝分离出的气态物质通过气体产物输出管排出，其他物质被收集于所述收集分液容器内；

A2、称量：将进样管和气体产物输出管进行密封后，从冷肼内取出收集分液容器，并进行第一次称重，记为M1；称重后，将收集分液容器重新置于冷肼内；

B：油水分液以获取参数M2

B1、溶剂注入：打开进样管向收集分液容器内注入溶剂二氯甲烷或氯仿，将进样管密封；

B2、油水分层：将收集分液容器提出冷阱，并置于0-20℃下进行分液；分液结束后，上层为水及岩石残渣悬浮物，下层为全油溶液和岩石残渣悬浮物；

B3、分液：打开分液排液管排出下层溶液，期间通过调整进样管或气体产物输出管的开合配合溶液的排出；

B4、称量：密封分液排液管后对收集分液容器进行第二次称重，记为M2；

C：对下层溶液处理以获取参数M3和M4

C1、在开放和室温条件下，对步骤B中收集的下层溶液进行过滤，得到滤液和残渣；用溶剂对残渣进行洗涤，并收集洗涤液，洗涤后的残渣经称重，得到残渣质量M3；

C2、将步骤C1中收集的滤液和洗涤液混合后自然恒重，经称重，获得轻烃除外的不挥发油质量M4；

D：轻烃含量计算

D1、总油量计算

所收集的包括轻烃在内的总油质量M＝M1-M2-M3；

D2、计算轻烃含量

轻烃含量S＝(M-M4)/M×100％。

在上述方法中，更具体地，在上述步骤A中，获取残渣质量M1的步骤具体包括：

A1、低温收集：将收集分液容器的分液排液管用聚四氟乙烯塞密封后，整体置入半导体冷阱内；

通过管线连接件将进样管与生排烃热模拟实验中的排烃管线连通，气体产物输出管和气样出口管线连通；设置冷阱温度为-20℃，恒温后开始收集含水含渣油样，甲烷、乙烷、丙烷、氢气和二氧化碳以气体形式通过气体产物输出管排出收集分液容器，水和C₄以上的烃类都以固体或液体的形式全部存留在收集分液容器内；

A2、称量：收集完毕后，卸下收集分液容器上的两套管线连接件，用聚四氟乙烯塞密封进样管和气体产物输出管，取出收集分液容器，对其外面洁净处理后用大量程分析天平称量总质量M1，分析天平量程为0.0001-200g，称量完毕后迅速再次置入冷阱内。

在上述方法中，更具体地，在所述步骤B中，获取残渣质量M2的步骤具体包括：

B1、溶剂注入：打开冷阱内的收集分液容器的进样管，注入20-50ml二氯甲烷或氯仿，然后再次用聚四氟乙烯塞密封端口；

B2、油水分层：在溶剂的保护和密封下，将收集分液容器提出冷阱，0-20℃条件下解冻并震荡，至内部解冻并分层，上层为水及岩石残渣悬浮物，下层为全油溶液和岩石残渣悬浮物；

B3、分液：用手握紧收集分液容器，用拇指替代聚四氟乙烯塞，来密封气体产物输出管，然后在下接烧杯等容器的情况下，取下分液排液管的聚四氟乙烯塞，通过拇指的启闭控制收集分液容器内下层溶液的滴定速度，观察两层液体界面位置，当下层溶液完全滴出时，由于水和溶液的润湿角及表面张力不同，润湿性相反，导致毛管力作用下，水在毛细管上端受阻，水柱在毛细管段的分液端口断开，达到清楚分液的效果；

B4、称量：用聚四氟乙烯塞封闭分液排液管和气体产物输出管，称量收集分液容器及内部水、壁上所附残渣的总质量M2。

在上述方法中，更具体地，在所述步骤C中，获取残渣质量M3的步骤具体包括：

在开放和室温条件下，把所获得的下层溶液导入塞有脱脂棉的漏斗进行过滤3-5次，并用溶剂充分冲洗漏斗内壁，用脱脂棉擦拭漏斗内壁；收集上述步骤擦拭的脱脂棉和漏斗内过滤用的脱脂棉，待其溶剂挥干恒重，称量脱脂棉在过滤、擦拭前的质量增加量，为分液下来的固体残渣质量M3。

本发明提供的测定含水含渣原油中轻烃含量的方法，特点在于：巧妙地避免了易挥发组分轻烃和溶剂的称量需要，充分利用了不同液体通过毛细管时所受力的差异性，实现了水与原油溶液的分离。通过上述方法获得的全油量和轻烃含量结果，可以用来准确评价烃源岩的生烃潜力和排烃效率，为油气资源评价和盆地模拟提供更可靠的排烃效率和生烃参数。

将本发明提供的收集分液容器及其利用该装置测定轻烃含量的方法与现有技术的方案进行对比，还具有以下几方面的优点：

(1)操作使用方面，现有技术需要除水、溶液浓缩、加标样和全二维气相色谱仪分析等相关操作，本发明提供的方法省去了以上操作，仅多出了3次称量操作；

(2)在成本造价方面，现有技术需要全二维色谱分析仪器，此精密仪器市场价格上百万元，本发明提供的一种优选实施方式中，收集分液容器造价在300元以内；

(3)在计量精度上，在定量前，现有技术在溶液过滤过程中有2-5小时的常温常压开放暴露时间，在浓缩过程中有30分钟以上的70℃加热暴露时间，本发明提供的一种优选实施方式中，定量前的拆卸管线连接件的时间不超过5分钟，而且是零下温度环境，因此，现有技术计量前的轻烃散失量远大于本发明，直接影响最终的计量精度。

附图说明

图1为实施例1中收集分液容器的结构图；

图2为实施例1中管线连接件的结构图；

图3为实施例1中聚四氟乙烯塞的结构图；

图4为对比例1中的对比结果图。

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。

实施例1

本发明提供了一种收集分液容器，以及配套的管线连接件和聚四氟乙烯塞。

1、收集分液容器A的具体结构(结构如图1所示)为：

收集分液容器由壳体A01、内部空腔和流体连通管组成；壳体和流体连通管的材质均由石英玻璃；

壳体由柱状侧壁、弧形顶盖和弧形底盖组成；

流体连通管由进样管A02、气体产物输出管A03和分液排液管A04组成；其中，进样管的内径为8mm，气体产物输出管的内径为6mm；在进样管、气体产物输出管和分液排液管延伸出壳体外部的端口处，均设有外螺纹；

进样管和气体产物输出管穿过并向外延伸出弧形顶盖；其中，进样管固定连接于弧形顶盖的顶部，气体产物输出管固定连接于弧形顶盖的侧壁，且进样管比气体产物输出管多深入内部空腔5mm；

分液排液管包括上部毛细管段A05、变径段和下部排液段；上部毛细管段固定连接于弧形底盖外壁的底部，并通过弧形底盖上的通孔与内部空腔连通，其中，上部毛细管段的长度为12mm，内径为1mm；

经测试，该收集分液容器的总重为48g，容积为70ml，且耐流体压力5MPa，耐温范围为50℃-250℃。

2、与上述收集分液容器配套的管线连接件B(结构如图2所示)的具体结构为：

管线连接件由聚四氟乙烯螺帽B01、金属管B02和密封圈B04组成；

聚四氟乙烯螺帽的顶部设有通孔，内侧壁设有与流体连通管的外螺纹相适配的内螺纹；

聚四氟乙烯螺帽通过其顶部通孔套设于金属管外部；套于聚四氟乙烯螺帽内的金属管端部的外表面设有两个平行设置的环形凹槽，环形凹槽内套有密封圈；

在金属管上还设有限位部，该限位部为一环状凸起B03，用于限制聚四氟乙烯螺帽套入金属管的最大程度；

当流体连通管与管线连接件连接时，流体连通管套于金属管外部，并通过密封项圈形成密封；同时，聚四氟乙烯螺帽套于流体连通管的外部，并通过螺纹连接进行固定。

3、与上述收集分液容器配套的聚四氟乙烯塞C(如图3所示)的具体结构为：

聚四氟乙烯塞由塞帽C02、固定于塞帽内底面的塞芯C01以及密封圈C03组成；塞芯上设置有两个平行设置的环形凹槽，环形凹槽内套有密封圈；塞帽的内壁设置有与流体连通管的外螺纹相适配的内螺纹；

当聚四氟乙烯塞密封流体连通管时，塞芯塞于流体连通管内，并通过密封项圈形成密封；同时，塞帽套于流体连通管的外部，并通过螺纹连接进行固定。

实施例2

本发明提供了一种利用实施例1中的收集分液容器，以及配套的管线连接件和聚四氟乙烯塞测定含水含渣原油中轻烃含量的方法。

取松辽盆地白垩系烃源岩各100g进行不同受热温度下的生排烃热模拟实验，实验样品有机碳含量为3.99％，氢指数为829mg/g TOC，实验条件参数如表1所示，将各实验点所得的液体产物按照下述的步骤(A-D)进行收集、处理、分液、称量与计算，得到结果。

表1生排烃热模拟实验的条件参数

一、测定含水含渣原油中轻烃含量的步骤如下：

A：低温收集液态物质以获取参数M1

A1、低温收集：将收集分液容器的分液排液管用聚四氟乙烯塞密封后，整体置入半导体冷阱内；

通过管线连接件将进样管与生排烃热模拟实验中的排烃管线连通，气体产物输出管和气样出口管线连通；设置冷阱温度为-20℃，恒温后开始收集含水含渣油样，甲烷、乙烷、丙烷、氢气和二氧化碳以气体形式通过气体产物输出管排出收集分液容器，水和C₄以上的烃类都以固体或液体的形式全部存留在收集分液容器内；

A2、称量：收集完毕后，卸下收集分液容器上的两套管线连接件，用聚四氟乙烯塞密封进样管和气体产物输出管，取出收集分液容器，对其外面洁净处理后用大量程分析天平称量总质量M1，分析天平量程为0.0001-200g，称量完毕后迅速再次置入冷阱内；

B：油水分液以获取参数M2

B1、溶剂注入：打开冷阱内的收集分液容器的进样管，注入20-50ml二氯甲烷或氯仿，然后再次用聚四氟乙烯塞密封端口；

B2、油水分层：在溶剂的保护和密封下，将收集分液容器提出冷阱，0-20℃条件下解冻并震荡，至内部解冻并分层，上层为水及岩石残渣悬浮物，下层为全油溶液和岩石残渣悬浮物；

B3、分液：用手握紧收集分液容器，用拇指替代聚四氟乙烯塞，来密封气体产物输出管，然后在下接烧杯等容器的情况下，取下分液排液管的聚四氟乙烯塞，通过拇指的启闭控制收集分液容器内下层溶液的滴定速度，观察两层液体界面位置，当下层溶液完全滴出时，由于水和溶液的润湿角及表面张力不同，润湿性相反，导致毛管力作用下，水在毛细管上端受阻，水柱在毛细管段的分液端口断开，达到清楚分液的效果；

B4、称量：用聚四氟乙烯塞封闭分液排液管和气体产物输出管，称量收集分液容器及内部水、壁上所附残渣的总质量M2；

C：对下层溶液处理以获取参数M3和M4

C1、在开放和室温条件下，把所获得的下层溶液导入塞有脱脂棉的漏斗进行过滤3-5次，并用溶剂充分冲洗漏斗内壁，用脱脂棉擦拭漏斗内壁；收集上述步骤擦拭的脱脂棉和漏斗内过滤用的脱脂棉，待其溶剂挥干恒重，称量脱脂棉在过滤、擦拭前的质量增加量，为分液下来的固体残渣质量M3；

C2、将步骤C1中收集的滤液和洗涤液混合后自然恒重，经称重，获得轻烃除外的不挥发油质量M4；

D：轻烃含量计算

D1、总油量计算

所收集的包括轻烃在内的总油质量M＝M1-M2-M3；

D2、计算轻烃含量

轻烃含量S＝(M-M4)/M×100％。

二、利用上述方法获得的测试结果见表2。

表2测试结果数据

对比例1

为了对比方法的可靠性，本对比例提供了对比实验，具体为：

在实施例2中的C1步骤之后，取过滤液中的10ml，按照CN103592380A公开的方法，进行了定量，获取测试结果。

根据本对比例的测试数据、实施例2中的测试数据制作排出液态烃产率与实验温度的曲线，另外，根据实施例2中自然恒重法所得结果M4的数据(不计算轻烃量)，制作排出液态烃产率与实验温度的曲线。具体的对比结果见图4。

对比结果显示：

根据实施例2中参数得出的排出液态烃产率比CN103592380A公开的方法所得的产率稍高，比自然恒重法所得结果高许多，且曲线线形更圆滑，说明本发明更加有效，数据更可靠，由此计算的轻烃含量结果更符合事实，除330℃实验点的轻烃含量可能因实验排烃控制偏差造成偏高外，其它数据规律性明显，符合地质随热成熟度增高而增加的趋势认识。