溶硫剂评价装置及使用其的方法与流程

本发明涉及气田开发评价技术领域，特别涉及溶硫剂评价装置及使用其的方法。

背景技术：

随着含硫气田开发的进行，元素硫沉积问题日益突出。在气井投产后，由于地层压力不断降低，当气流达到或超过含硫饱和度时，元素硫就会从气流中析出并沉积下来，从而造成地层渗透率降低和气井产能下降，进而造成生产集输管线堵塞，在严重时会导致气井停产。

针对上述情况，工业上通常采用的解决方法是加注溶硫剂，溶硫剂包括物理溶剂和化学溶剂，物理溶剂有轻矿物油、液体烃、环烷烃、石油馏分和烷基萘混合物等，化学溶剂主要有无机碱类、有机碱类和有机二硫化物类等。

目前，溶硫剂的室内评价通常采用差量法，即将溶硫剂和已知质量的硫磺在容器中混合反应，然后将反应残余物从容器中取出经过滤、干燥得到剩余硫磺质量，最后差减法得出溶解的硫磺质量。但是，现有的溶硫剂评价装置存在如下问题：(1)无法对井底和生产集输管线中的高温高压和含硫化氢气体腐蚀环境进行准确模拟；(2)在反应完成后进行分离、清洗和过滤时需引入过滤装置，过程繁琐且转移过程中容易导致误差产生。如在《适用于高含硫气藏开采运输过程中沉积硫溶解的硫溶剂研究》(王红娟，西南石油大学硕士学位论文，2012年)中公开了以三口烧瓶为反应容器，而由于三口烧瓶材质和结构的限制，反应仅能够在常压、不含硫化氢气体的条件下进行，其通过集热式磁力搅拌器控温，且评价温度在30-70℃，同时在反应完成后需引入滤纸抽滤和干燥。再例如一种硫溶剂评价装置(专利申请公开号：CN102408885A)涉及到，该装置在常压下进行，评价温度在25-90℃，在反应完成后则需要引入装有滤纸的漏斗进行抽滤分离。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了一种溶硫剂评价装置及使用其的方法。所述技术方案如下：

本发明的一个目的是提供了一种溶硫剂评价装置。

本发明的还一目的是提供了一种使用溶硫剂评价装置的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种溶硫剂评价装置，所述溶硫剂评价装置包括：

反应釜，在所述反应釜上设置有进液口和排液口，所述反应釜用于盛放溶硫试剂；

溶硫反应器，所述溶硫反应器用于盛放和过滤硫磺样品，所述溶硫反应器固定在所述反应釜的内腔中，且所述溶硫反应器的内腔与所述反应釜的内腔彼此连通；

气体供给装置，所述气体供给装置与所述反应釜连接，用于向所述反应釜内提供具有预设压力的气体，以模拟采气井井底和生产集管线中的气体环境和压力环境；

温控加热器，所述温控加热器与所述反应釜连接，用于加热所述溶硫试剂，以模拟采气井井底和生产集管线中的温度；

在试验时，溶硫试剂通过所述进液口进入所述反应釜的内腔，之后与所述溶硫反应器的硫磺样品接触并发生化学反应，在经过预定时间后，所述反应釜内的所述溶硫试剂通过所述排液口排出以分离所述溶硫试剂与所述硫磺样品，最后通过差减法计算获得所述溶硫试剂的溶硫率。

具体地，所述反应釜包括彼此配合的反应釜盖和反应釜体，所述进液口设置在所述反应釜盖上，所述排液口设置在所述反应釜体的底部，所述溶硫反应器设置在所述反应釜体的内腔中，

在试验时，所述反应釜盖与所述反应釜体通过紧固件彼此密封连接。

具体地，所述反应釜体包括内层壳体和外层壳体，所述内层壳体和所述外层壳体之间形成的空腔用于容纳热交换器，所述内层壳体的内腔为所述反应釜体的内腔。

具体地，所述温控加热器与所述热交换器连接，以实现在发生所述化学反应之前将所述反应釜的内腔中的温度调整到预设温度值。

进一步地，在所述反应釜体的内腔的底部还设置有温度传感器，所述温控加热器与所述温度传感器连接，以调节所述化学反应的过程中所述溶硫试剂的温度。

进一步地，所述反应釜盖上还设置有进气口和出气口，所述进气口与所述气体供给装置连接，所述出气口用于排出所述反应釜的内腔中的气体。

具体地，所述气体供给装置包括气体增压机和气源，所述气体增压机的一端与所述气源连接，所述气体增压机的另一端与所述进气口连接，

在试验时，所述气体增压机对来自于所述气源的气体加压，之后将加压后的所述气体供给至所述反应釜的内腔中。

进一步地，在所述气体增压机与所述进气口之间设置有压力表，在所述气体增压机与所述气源之间设置有用于控制气体流量的气体控制阀。

进一步地，所述气体增压机通过进气管与所述进气口连接，所述出气口上连接有出气管，在所述出气管上设置有所述气体控制阀。

具体地，所述溶硫反应器包括筒体、支架和过滤片，所述过滤片设置在所述筒体的底部，且所述过滤片的底部与支架连接，且所述支架固定连接在所述反应釜的内腔的底部，

在试验时，所述硫磺样品放置在所述过滤片上且通过所述过滤片的滤孔与所述反应釜中的所述溶硫试剂接触并发生所述化学反应。

进一步地，所述过滤片与所述筒体的内腔壁间隙配合。

优选地，所述过滤片的滤孔直径的范围设置在50～250μm之间。

具体地，所述反应釜和溶硫反应器均由耐硫化氢腐蚀的材料制成。

具体地，所述耐硫化氢腐蚀的材料耐温≥250℃，且耐压≥50MPa。

进一步地，在所述进液口和所述排液口处均设置有液体控制阀。

优选地，所述硫磺试剂为单质硫，所述单质硫装填在所述溶硫反应器的筒体中，所述单质硫的装填高度为所述溶硫反应器的筒体高度的1/4-3/4。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种使用上述溶硫剂评价装置的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)向所述反应釜中注入所述溶硫试剂，使所述溶硫试剂与所述溶硫反应器中的所述硫磺样品接触；

(2)所述气体供给装置中的气源内的气体通过所述气体供给装置中的气体 增压机加压，之后将加压后的所述气体供给至所述反应釜中；

(3)当所述反应釜内的压力达到预设压力值后，所述气源停止向所述反应釜内供给所述气体；

(4)打开所述温控加热器将所述反应釜中的所述溶硫试剂加热至预设温度值，此时所述溶硫试剂、所述硫磺样品和所述溶硫反应器共同处于所述反应釜内的温度、压力和气体环境中；

(5)在经过所述预定时间后，使所述温控加热器降低所述反应釜内温度至常温，之后卸掉所述反应釜内压力，并通过所述排液口排出所述溶硫试剂；

(6)将所述硫磺样品随着所述溶硫反应器一起取出，使用清洗液清洗所述硫磺样品，所述清洗液通过所述溶硫反应器过滤排出；

(7)干燥所述硫磺样品与所述溶硫反应器，基于所述干燥后的硫磺样品与所述溶硫反应器通过差减法计算获得所述溶硫试剂的溶硫率。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

(1)本发明提供的溶硫剂评价装置及使用其的方法通过气源提供具有特定组成的混合气体，并使混合气进入反应釜进行反应，在反应完成后可将溶硫反应器于反应釜内取出并进行清洗称重；

(2)本发明提供的溶硫剂评价装置及使用其的方法在反应之前通过增压机和阀门将反应釜内压力调节至预设压力值，通过温控加热器和热交换器将反应釜内温度调节至预设温度值，在反应时溶硫剂和溶硫反应器共同处于反应釜内的温度、压力和气体环境中，溶硫剂透过过滤片的滤孔与硫磺颗粒表面进行接触，在反应完成后将溶硫反应器于反应釜内取出并进行清洗称重；

(3)本发明提供的溶硫剂评价装置及使用其的方法可实现模拟井底和生产集输管线环境进行溶硫剂的性能评测、筛选和研发；

(4)本发明提供的溶硫剂评价装置及使用其的方法能够实现对溶硫剂在不同温度、压力和气体组成条件下的溶硫能力的评价；

(5)利用本发明提供的溶硫剂评价装置及使用其的方法采用带有过滤片的溶硫反应器，可避免在反应完成后引入过滤装置，具有结构及方法简单、操作简便和数据准确可靠等优点；

(6)本发明提供的溶硫剂评价装置及使用其的方法中的溶硫反应器和反应釜均为耐硫化氢腐蚀的材质，且耐温≥250℃，耐压≥50MPa。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的的溶硫剂评价装置的结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的使用溶硫剂评价装置的方法的流程图。

其中，100溶硫剂评价装置，10反应釜，11进液口，12排液口，13反应釜盖，14反应釜体，141反应釜体的内层壳体，142反应釜体的外层壳体，15热交换器，16温度传感器，17进气口，171进气管，18出气口，20溶硫反应器，21筒体，22支架，23过滤片，30气体供给装置，31气体增压机，32气源，33压力表，34气体控制阀，40温控加热器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，其示出了根据本发明的一个实施例的溶硫剂评价装置100。溶硫剂评价装置100包括反应釜10、溶硫反应器20、气体供给装置30和温控加热器40。具体地，在反应釜10上设置有进液口11和排液口12，反应釜10用于盛放溶硫试剂(未示出)。溶硫反应器20用于盛放和过滤硫磺样品(未示出)，溶硫反应器20固定在反应釜10的内腔中，且溶硫反应器20的内腔与反应釜10的内腔彼此连通。气体供给装置30与反应釜10连接，用于向反应釜10内提供具有预设压力的气体，以模拟采气井井底和生产集管线中的气体环境和压力环境。温控加热器40与反应釜10连接用于加热溶硫试剂，以模拟采气井井底和生产集管线中的温度。

在试验时，溶硫试剂通过进液口11进入反应釜10的内腔，之后与溶硫反应器20的硫磺样品接触并发生化学反应，在经过预定时间后，反应釜10内的溶硫试剂通过排液口12排出以分离溶硫试剂与硫磺样品，最后通过差减法计算获得溶硫试剂的溶硫率。

继续参见图1，反应釜10包括彼此配合的反应釜盖13和反应釜体14，在试验时，反应釜盖13与反应釜体14通过紧固件(例如通过螺栓、螺母和垫圈连接)彼此密封连接。在反应釜盖13上设置有进液口11、进气口17和出气口18，在反应釜体14的底部设置有排液口12，进液口11和排液口12均安装有液体控制阀(未示出)。出气口18与出气管(未示出)相连，出气管上安装有气 体控制阀(未示出)。出气口18用于排出反应釜10的内腔中的气体，例如通过出气口18对反应釜10抽真空和在反应釜10需要排出气体时，通过出气口18将需要排出的气体排出。

在本发明的一个示例中，反应釜体14包括内层壳体141和外层壳体142，内层壳体141和外层壳体142之间形成的空腔中安装有热交换器15，热交换器连接温控加热器40，以实现在发生化学反应之前将反应釜10的内腔中的温度调整到预设温度值。并且温控加热器40连接固定在反应釜体14底部内腔中的温度传感器16，这样可以调节化学反应的过程中溶硫试剂的温度。具体地，内层壳体141的内腔为反应釜体14的内腔。当反应釜体14与反应釜盖13连接固定后，反应釜体14与反应釜盖13之间形成的空腔为反应釜10的内腔。

如图1所示，溶硫反应器20设置在反应釜体14的内腔中，溶硫反应器20与反应釜体14通过紧固件(例如螺栓、连接副和螺钉等)连接。溶硫反应器20包括筒体21、支架22和过滤片23。具体地，溶硫反应器20的筒体21底部安装有过滤片23，过滤片23底部与支架22连接，且支架22固定连接在反应釜10的内腔的底部，通过这样的设计，使得溶硫反应器20本身带有用于过滤的过滤片23，这样可以避免在发生化学反应完成后引入过滤装置，从而使得繁复的试验过程变得简单，同时避免了在转移至过滤装置的过程中的误差的产生，进而使得试验数据更为准确、可靠。

在本发明的另一示例中，过滤片23与筒体21的底部的内腔壁间隙配合。当然本领域技术人员可以明白，过滤片23还可以固定在筒体21的底端；也可以过滤片23与筒体21的底部内腔固定连接(例如通过粘结剂)，之后与支架22连接，本领域技术人员可以根据相应的选择，本示例仅是一种说明性示例，不应当理解为对本发明的一种限制。

在本发明的一个示例中，过滤片23的滤孔直径的范围在50～250μm之间，例如滤孔直径可以设置为51μm、55μm、60μm、75μm、100μm、150μm、200μm或者249μm等，这样便于溶硫试剂与硫磺样品的表面能够充分接触和发生化学反应。在试验的过程中，硫磺样品放置在过滤片23上，溶硫试剂透过过滤片23的滤孔与硫磺样品(例如硫磺颗粒)表面进行接触。在本发明的另一示例中，溶硫反应器20的筒体21中装填有硫磺样品(例如单质硫)，单质硫的装填高度为溶硫反应器20的筒体21高度的1/4-3/4，通过这样的设计使得当溶硫剂进入 反应釜10的腔体后，能够与筒体中装填的硫磺样品的表面充分接触并发生化学反应。在本发明的还一示例中，溶硫反应器20和反应釜10均为耐硫化氢腐蚀的材质，耐温≥250℃，耐压≥50MPa。

继续参见图1，气体供给装置30包括气体增压机31和气源32。反应釜盖13上的进气口17通过进气管171与气源32连通，在进气管171上依次安装有压力表33、气体增压机31和气体控制阀34，由于这样的设计，使得溶硫剂评价装置100可以在发生化学反应之前通过气体增压机31和气体控制阀门34将反应釜10内的压力调节至预设压力值。在试验的过程中，气源32用于提供具有特定组成的混合气体，并通过气体增压机31加压并使加压后的混合气进入反应釜10进行反应，同时在发生化学反应时溶硫剂和溶硫反应器20共同处于反应釜10内的温度、压力和气体环境中。

下面通过详细描述溶硫剂评价装置100的工作原理来进一步说明溶硫剂评价装置100的具体结构。

在试验前，准备容量为1L，内径为80mm的反应釜10，支架22的高度为12mm且筒体21内径为50mm，高度为60mm的溶硫反应器20。试验所采用的溶硫试剂为由二硫化物和凝析油按照体积比为1:1比例混合后获得的混合液，硫磺样品为硫磺颗粒。

在准备好试验用品之后，将直径为4mm的硫磺颗粒放置在溶硫反应器20的筒体21中，然后称取硫磺颗粒和溶硫反应器的总质量，该总质量为63.54g；之后通过螺钉将溶硫反应器20与反应釜体14固定连接，并通过螺栓、螺母和垫圈将反应釜盖13与反应釜体14密闭连接；然后将反应釜10通过出气口18抽真空至-0.9MPa。

在将反应釜10的真空抽至-0.9MPa后，将80mL溶硫试剂通过进液口11利用反应釜10中的真空吸入反应釜10的内腔中，并使溶硫试剂的液面高度为160mm，在化学反应的过程中，溶硫试剂透过过滤片23上的滤孔与硫磺颗粒表面进行接触。

在溶硫试剂进入反应釜10的内腔之后，再次通过出气口18对反应釜10抽真空至-0.9MPa，然后关闭体系阀门(例如气体控制阀、液体控制阀等)；之后打开气源32的总阀，调节气体增压机31与气源32之间的气体控制阀34，气源32内的气体通过气体增压机31加压后通过进气口17进入反应釜10的内腔中， 当压力表33读数达到12.5MPa时，关闭该气体控制阀34。

在关闭气体增压机31与气源32之间的气体控制阀34之后，打开温控加热器40，使温控加热器40通过温度传感器16将反应釜10内的溶硫试剂加热至58℃；在溶硫试剂加热的过程中，溶硫试剂、硫磺颗粒和溶硫反应器20共同处于反应釜10内的温度、压力和气体环境中。在加热至预定温度58℃之后开始计时，当计时24h后，再通过温控加热器40和热交换器18将反应釜内的温度调节至常温，例如25℃。

待反应釜10内温度下降至25℃，打开出气口18的气体控制阀以卸掉反应釜10内的压力；之后打开排液口12处的液体控制阀以排出反应釜10内的溶硫试剂；然后卸除用于连接固定反应釜体14与反应釜盖13的螺栓、螺母和垫圈以开启反应釜盖13，之后卸除用于连接固定溶硫反应器20的螺钉。

在将用于连接固定溶硫反应器20的螺钉卸除以后，取出盛有剩余硫磺的溶硫反应器20，并在溶硫反应器20的筒体21中加入用于清洗硫磺试剂的甲醇，待甲醇由溶硫反应器20上的过滤片23上的滤孔滤出，之后将溶硫反应器20和硫磺颗粒在烘箱中100℃下干燥8h后，取出并称取溶硫反应器20和硫磺颗粒的总质量，该总质量为60.88g。经差减法计算可知，溶硫试剂的溶硫率为3.33g/100mL。本示例仅是一种说明性示例，本领域技术人员不应当理解为对本发明的一种限制。

在本发明的另一示例中，体系阀门(例如气体控制阀、液体控制阀等)、气源的总阀、进液口11、排液口12、进气口17和排气口18均为耐硫化氢腐蚀的材质，耐温≥250℃，耐压≥50MPa。

参见图2，其示出了根据本发明一个实施例的使用溶硫剂评价装置的方法的流程。该使用溶硫剂评价装置的方法包括以下步骤：

(1)向反应釜10中注入溶硫试剂，使溶硫试剂与溶硫反应器20中的硫磺样品接触；

(2)气体供给装置30中的气源32内的气体通过气体供给装置30中的气体增压机31加压，之后将加压后的气体供给至反应釜10中；

(3)当反应釜10内的压力达到预设压力值后，气源32停止向反应釜10内供给气体；

(4)打开温控加热器40将反应釜中的溶硫试剂加热至预设温度值，此时 溶硫试剂、硫磺样品和溶硫反应器共同处于反应釜10内的温度、压力和气体环境中；

(5)在经过预定时间后，使温控加热器40降低反应釜10内温度至常温，之后卸掉反应釜10内压力，并通过排液口12排出溶硫试剂；

(6)将硫磺样品随着溶硫反应器20一起取出，使用清洗液清洗硫磺样品，清洗液通过溶硫反应器20过滤排出；

(7)干燥硫磺样品与述溶硫反应器20，基于干燥后的硫磺样品与溶硫反应器20通过差减法计算获得溶硫试剂的溶硫率。

在本发明的一个示例中，溶硫剂评价装置为上述实施例中的溶硫剂评价装置100。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

(1)本发明提供的溶硫剂评价装置及使用其的方法通过气源提供具有特定组成的混合气体，并使混合气进入反应釜进行反应，在反应完成后可将溶硫反应器于反应釜内取出并进行清洗称重；

(2)本发明提供的溶硫剂评价装置及使用其的方法在反应之前通过增压机和阀门将反应釜内压力调节至预设压力值，通过温控加热器和热交换器将反应釜内温度调节至预设温度值，在反应时溶硫剂和溶硫反应器共同处于反应釜内的温度、压力和气体环境中，溶硫剂透过过滤片的滤孔与硫磺颗粒表面进行接触，在反应完成后将溶硫反应器于反应釜内取出并进行清洗称重；

(3)本发明提供的溶硫剂评价装置及使用其的方法实现了模拟井底和生产集输管线环境进行溶硫剂的性能评测、筛选和研发；

(4)本发明提供的溶硫剂评价装置及使用其的方法能够实现对溶硫剂在不同温度、压力和气体组成条件下的溶硫能力的评价；

(5)利用本发明提供的溶硫剂评价装置及使用其的方法采用带有过滤片的溶硫反应器，可避免在反应完成后引入过滤装置，具有结构及方法简单、操作简便和数据准确可靠等优点；

(6)本发明提供的溶硫剂评价装置及使用其的方法中的溶硫反应器和反应釜均为耐硫化氢腐蚀的材质，且耐温≥250℃，耐压≥50MPa。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。