一种含气稠油含气率的测量方法及测量系统的制作方法
【专利摘要】一种含气稠油含气率的测量方法及测量系统，包括将一定体积的含气稠油油样放入密闭容器内，测得气体压力；逐渐加热，待气体压力不再变化时测得气体压力与气体温度；将油温与气温逐渐冷却恢复至初始温度后，测得气体压力；根据三个状态下气体压力与温度，计算得到三种状态下密闭容器内所含气体物质的量；进而求得含气稠油含气率及稳定微气泡含气率与相变微气泡含气率。其系统包括温度控制装置，电源，数据采集装置，设有压力变送器和温度传感器的密封罐。本发明采用加热处理使相变微气泡冷凝从而与稳定微气泡分离的方法，可得到含气稠油含气率、稳定微气泡含率与相变微气泡含率，适用于同时含有稳定气体与相变气体的液体含气率测量。
【专利说明】一种含气稠油含气率的测量方法及测量系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种含气稠油含气率测量方法及测量系统，属于油气集输系统的油气 分离【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 含气稠油常压动态沉降脱水时，油中气泡浮升导致水滴沉降过程受到干扰，严重 降低了脱水效率。气泡由稳定微气泡与相变微气泡组成，稳定微气泡主要包括开采中携带 的N 2、C02、H2S等无机气体和c「c4轻组分，在常温常压下为气态；相变微气泡则以c 5、c6烃类 为主，在常温常压下为液态，随温度升高而相变为气态。由于含气稠油具有上述含气特性， 目前国内外均无很好的方法对其含气率进行准确测量。
[0003] 液相含气率的测量方法研究主要针对不发生相变（加热不发生蒸发）的气体，如 绝缘油中气体检测、混相介质中气相含量检测、多相流含气率测试以及溶气原油溶解度测 量等。绝缘油中溶解气含量的检测方法主要有傅里叶变换红外光谱法（FTIR)、气相色谱 法（GC)、光声光谱法（PAS)和气体传感器法，气相色谱法是现行最有效的油中溶解气体检 测方法之一。通过建立U型管中纯液体压差与含气混合液体液位差之间的关系，同时忽略 气体密度，可以得到气-水混合物的含气率。美国专利《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)利用氧气探针和超声波 脱气方法对饮料中的氧气含量进行了测量，并根据相同的原理测量了 C02含量。《In situ measurement of gas content in formation fluid》（U. S. Patent 4, 370, 886. 1983-2-1) 使地层液体通过膨胀阀进入测试腔，测量阀前后端的温度和压力，阀前后端的温度差异可 指不地层液体含气量。《Measurement of gas and water content in oil》（U.S. Patent 5, 351，521. 1994-10-4)根据油气水具有不同的介电常数，通过测量油气水三相流动中微波 能量衰减确定其介电常数，从而测得油中的含气量与含水量。将溶气原油导入一定体积的 真空容器中，在放气平衡状态时可计算得到甲烷和乙烷的溶解度；采用放压排水法可实现 甲烷在汽油中高压溶解度的测量；而采用类似静态法的放压膨胀法，使用带刻度的活塞式 储气罐作为测量器，在储气罐中充满待测油样，降低压力使气体溢出，由两次刻度变化可计 算溢出气体体积，从而确定原油中的气体溶解度。
[0004] 综上所述，目前这些含气率的测量方法存在一些局限，仅针对无相变气体含气率 的测量，因此对于含有稳定微气泡与相变微气泡的稠油，无法准确测得其含气率。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种含气稠油含气率的测量方法及测量系统，以克服现有技术无法 准确测得含有稳定微气泡与相变微气泡的稠油之含气率的不足。
[0006] -种含气稠油含气率测量方法，其特征在于包括以下步骤：
[0007] 1)将体积为νΜ1的含气稠油油样放入体积一定的密闭容器内，使得密闭容器内的 气体空间体积为V ;并使初始油温与气温均为?；，测得气体压力为P。，此时为初始状态；
[0008] 2)逐渐加热油样至1\温度，待密闭容器内气体压力不再变化时测得气体压力与气 体温度分别为Pi和?\，此时为加热终止状态；
[0009] 3)将油温与气温逐渐冷却恢复至TQ温度后，测得气体压力为Ρ2，此时为冷却至初 始温度状态；
[0010] 4)上述初始状态下的气体仅为空气，上述加热终止状态下的气体为空气与稠油完 全脱出的气体（包括稠油中所含的稳定微气泡与稠油的相变微气泡），上述冷却至初始温 度状态时的气体为空气与稳定微气泡；根据三个状态下气体压力与温度，计算得到三种状 态下密闭容器内所含气体物质的量；
[0011] 5)将加热终止状态时所含气体的物质的量减去初始状态气体的物质的量，得到含 气稠油中气体总的物质的量（包括稠油中所含的稳定微气泡与稠油的相变微气泡）；将冷 却至初始温度状态时所含气体的物质的量减去初始状态气体的物质的量，得到含气稠油中 所含稳定微气泡的物质的量；将加热终止状态时所含气体的物质的量减去冷却至初始温度 状态时所含气体的物质的量，得到含气稠油中所含相变微气泡的物质的量；
[0012] 6)将上述得到的含气稠油中气体总的物质的量、含气稠油中所含稳定微气泡的物 质的量、含气稠油中所含相变微气泡的物质的量，转换成工程标准状况下气体体积，然后即 可求得含气稠油含气率（总含气率）及稳定微气泡含气率与相变微气泡含气率。
[0013] 上述步骤4) -6)的计算方法如下：
[0014] 初始状态下密闭容器的气体空间所含气体为空气，气体状态方程为：
[0015] P〇V = n〇RT〇
[0016]
【权利要求】
1. 一种含气稠油含气率测量方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 将体积为νΜ1的含气稠油油样放入体积一定的密闭容器内，使得密闭容器内的气体 空间体积为V ;并使初始油温与气温均为?；，测得气体压力为Ρ。，此时为初始状态； 2) 逐渐加热油样至!\温度，待密闭容器内气体压力不再变化时测得气体压力与气体温 度分别为Pi和?\，此时为加热终止状态； 3) 将油温与气温逐渐冷却恢复至?；温度后，测得气体压力为Ρ2，此时为冷却至初始温 度状态； 4) 上述初始状态下的气体仅为空气，上述加热终止状态下的气体为空气与稠油完全脱 出的气体（包括稠油中所含的稳定微气泡与稠油的相变微气泡），上述冷却至初始温度状 态时的气体为空气与稳定微气泡；根据三个状态下气体压力与温度，计算得到三种状态下 密闭容器内所含气体物质的量； 5) 将加热终止状态时所含气体的物质的量减去初始状态气体的物质的量，得到含气稠 油中气体总的物质的量（包括稠油中所含的稳定微气泡与稠油的相变微气泡）；将冷却至 初始温度状态时所含气体的物质的量减去初始状态气体的物质的量，得到含气稠油中所含 稳定微气泡的物质的量；将加热终止状态时所含气体的物质的量减去冷却至初始温度状态 时所含气体的物质的量，得到含气稠油中所含相变微气泡的物质的量； 6) 将上述得到的含气稠油中气体总的物质的量、含气稠油中所含稳定微气泡的物质的 量、含气稠油中所含相变微气泡的物质的量，转换成工程标准状况下气体体积，然后即可求 得含气稠油含气率（总含气率）及稳定微气泡含气率与相变微气泡含气率。
2. 如权利要求1所述的含气稠油含气率测量方法，其特征在于上述步骤4)-6)的计算 方法如下： 初始状态下密闭容器的气体空间所含气体为空气，气体状态方程为：
其中，％为空气的物质的量，R = 8. 314J/mol · Κ，为气体常数； 则加热终止时气体状态方程为： PJ =
则油样中气体总的物质的量η为：
其中，^为加热终止状态时所含气体的物质的量； 转化为工程标准状况（Pa = 101. 325kPa，Ta = 293. 15K)下气体体积Va为：
油样体积含气率β为：
冷却至初始温度时，气体状态方程为：
则油样中稳定微气泡的物质的量η'为：
其中，η2为冷却至初始温度状态时所含气体的物质的量； 转化成工程标准状况（Pa = 101. 325kPa，Ta = 293. 15Κ)下气体体积Va'为：
油样中稳定微气泡体积含率β ^为：
相变微气泡体积含率为油样体积含气率与稳定微气泡体积含率之差，即：
3. -种含气稠油含气率测试系统，包括温度控制装置，电源（3)，由采集板（4)和数据 采集计算机（5)组成的数据采集装置，其特征在于还包括设有压力变送器（12)和两个温度 传感器（13)的密封罐（2)，所述的温度控制装置用于使密封罐的温度保持为设定的温度， 所述的数据采集装置与电源（3)相连，其中采集板（4)与密封罐的压力变送器和温度传感 器相连，所述的数据采集计算机（5)用于通过采集板（4)采集密封罐（2)内的压力信号与 气液温度信号。
4. 如权利要求3所述的含气稠油含气率测试系统，其特征在于所述的温度控制装置为 恒温水浴（1)。
5. 如权利要求3所述的含气稠油含气率测试系统，其特征在于所述的密封罐（2)包括 罐体（16)，该罐体（16)中部设有一气液界面分隔刻度线（11)，便于控制取样体积，刻度线 以上部分为气体空间，以下部分为油样空间；且罐体（16)的入口设有密闭法兰（9)，该密闭 法兰（9)安装有一个压力变送器（12)和两个温度传感器（13)，一个温度传感器（13)的测 温点位于气液界面分隔刻度线（11)以上的气体空间中部，用于测量罐体（16)内气体温度， 另一个温度传感器（13)的测温点位于气液界面分隔刻度线（11)以下油样空间中间高度位 置，用于测量罐体（16)内液体温度；所述的压力变送器（12)用于测量罐体（16)内气体压 力。
【文档编号】G01N5/00GK104155327SQ201410366607
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】罗小明, 何利民, 梁风龙, 吕宇玲, 张伟 申请人:中国石油大学(华东)