УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ГАЗОВ В ЖИДКОСТИ Российский патент 2013 года по МПК G01N7/14 

Изобретение относится к устройствам для определения количества газов в жидкости, которые, в частности, используются при прямых геохимических методах поисков нефти и газа, например, в газовом каротаже, в лабораторных условиях.

Известен термовакуумный дегазатор ТВД-5М (см. интернет-сайт, режим доступа: http://www.leuza.ru/tvd.htm), содержащий пробоотборник, сосуд для подогрева воды с электронагревательным элементом, сосуд для холодной воды, сосуд дегазатора, газоприемный сосуд, напорный сосуд, краны, вакуумметр, вакуум-насос, блок отбора газа. Дегазатор предназначен для глубокой дегазации проб бурового раствора и шлама при проведении геолого-технологических исследований скважины в процессе бурения, и проб пластового флюида при проведении испытаний пластов с целью определения их газонасыщенности, определения состава углеводородных газов и характера насыщения пласта.

Недостатком известного устройства является малая представительность пробы, низкая эксплуатационная надежность в полевых условиях, длительное время дегазации пробы (15-20 мин) и сложность конструкции.

Известно устройство для отбора и ввода проб паровой равновесной фазы в газовый хроматограф (см. авторское свидетельство СССР на изобретение №1659837, МПК G01N 30/16, опубл. 30.06.1991 г.), содержащее емкость-смеситель, шестиходовой кран-распределитель, трубопровод, связывающий вход емкости-смесителя с одним из входов шестиходового крана и оснащенный регулятором расхода газа, трубопровод, соединяющий выход емкости-смесителя с одним из входов шестиходового крана-переключателя, трубопровод ввода газа в шестиходовой кран, трубопровод вывода равновесной парогазовой смеси, связывающий выход шестиходового крана-переключателя с входом газового хроматографа. Устройство дополнительно снабжено устройством дозирования жидкости и трубопроводом, соединяющим это устройство с емкостью-смесителем. Выводной трубопровод для слива жидкости из смесителя соединен с одним из входов шестиходового крана-переключателя. Один из выходов крана-переключателя служит для сброса жидкости. Кроме того, в трубопроводе, связывающем вход емкости-смесителя с источником газа, дополнительно устанавливается регулятор расхода газа и клапан-прерыватель. Этот же трубопровод имеет вход и выход в устройство дозирования жидкости.

Недостатком известного устройства является малая представительность пробы, что уменьшает точность измерений концентрации газовой фазы в пробе.

Наиболее близким техническим решением к предложенному изобретению является устройство для контроля состава газовой фазы газожидкостной среды (см. патент РФ на полезную модель №36742, МПК G21C 17/022, опубл. 20.03.2004 г.), содержащее мерный сосуд, дегазатор, газоанализатор, источник газа-носителя и присоединенные к перечисленным технологическим элементам трубопроводы с запорными органами, при этом мерный сосуд выполнен заодно с дегазатором, снабжен манометром, подключенным к газовому объему сосуда, и указателем уровня жидкой фазы отбираемой пробы. Устройство также снабжено блоком управления, датчиком уровня и датчиком давления в газовом объеме сосуда, а также управляющими элементами на запорных органах, а блок управления соединен с указанными датчиками и управляющими элементами.

Однако недостатком известного устройства для контроля состава газовой фазы газожидкостной среды является сложность конструкции и необходимость газа-носителя.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание простого и надежного устройства, с высокой представительностью пробы, малым временем дегазации пробы (менее 2 мин), без источника газа-носителя и глубокого вакуума в системе.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является повышение оперативности, представительности и точности определения газа в жидкости, а также упрощение конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения количества газов в жидкости, содержащее мерный сосуд, газоанализатор, источник газа-носителя и присоединенные к перечисленным технологическим элементам трубопроводы, согласно изобретению, снабжено дополнительным сосудом, фильтром, каплесборником, двумя пневмоклапанами, при этом мерный сосуд соединен с каплесборником, присоединенным через фильтр с газоанализатором, причем в режиме работы «без дополнительного объема» газоанализатор присоединен через пневмоклапаны с мерным сосудом, а в режиме работы «с дополнительным объемом» газоанализатор присоединен через пневмоклапаны с дополнительным сосудом с источником газа-носителя, соединенным с мерным сосудом.

Целесообразно, чтобы в качестве газа-носителя был использован атмосферный воздух.

Устройство для определения количества газов в жидкости использует в качестве газа-носителя атмосферный воздух, заполняющий систему до момента включения пробы в контур и не требуется глубокая дегазация пробы. Отсутствие необходимости глубокой дегазации пробы позволяет использовать в пневмосистеме элементы низкого давления, что позволяет получить компактное устройство. Отсутствие высоких температур (нет нагревателя) позволяет получить более представительную пробу, так как в некоторых случаях газовые смеси могут изменять состав (разлагаться) под воздействием высоких температур.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - пневмосхема устройства для определения количества газов в жидкости (вариант с газоанализатором); на фиг. 2 - пневмосхема устройства для определения количества газов в жидкости (вариант без газоанализатора). Позиции на чертежах обозначают следующее: 1 - мерный сосуд; 2 - дополнительный сосуд; 3 - газоанализатор; 4 - фильтр; 5 - каплесборник; 6 и 7 - пневмоклапаны; 8 - вставка из химической резины; 9 - насос.

Устройство для определения количества газов в жидкости содержит мерный сосуд 1 с пробой исследуемой жидкости (бурового раствора), например, пластиковая бутылка 1,5 л (основной объем), дополнительный сосуд 2 (сосуд с дополнительным объемом 0,25 л), газоанализатор 3, содержащий термостат и насос, фильтр 4, каплесборник 5, два пневмоклапана 6 и 7 (фиг.1).

Мерный сосуд 1 соединен с каплесборником 5, присоединенным через фильтр 4 с газоанализатором 3. В режиме работы «без дополнительного объема» газоанализатор 3 присоединен через пневмоклапаны 6 и 7 с мерным сосудом 1, а в режиме работы «с дополнительным объемом» газоанализатор 3 присоединен через пневмоклапаны 6 и 7 с дополнительным сосудом 2 с источником газа-носителя, соединенным с мерным сосудом 1 (фиг.1). Все соединения с пневмоклапанами 6, 7 и газоанализатором 3 выполнены гибкими полиуретановыми трубками.

Возможно определение равновесного состояния без газоанализатора 3, но тогда необходима проверка герметичности системы для использования в полевых условиях. В этом случае необходимо использовать вставку 8 из химической резины для отбора проб шприцем и насос 9 для осуществления барботажа пробы, которые установлены в пневмосхеме устройства при определении равновесного состояния без газоанализатора 3. При этом вставка 8 и насос 9 присоединены последовательно между фильтром 4 и пневмоклапаном 7 (фиг.2).

Устройство для определения количества газов в жидкости используют следующим образом.

Отбирают из резервуара пробу бурового раствора, например, в пластиковую бутылку емкостью 1,5 л (мерный сосуд 1) и герметично укупоривают пластиковой пробкой. Затем, не нарушая герметичности, осуществляют вскрытие бутылки, в процессе которого через отверстия в пластиковой пробке бутылки вставляют две трубки, одна из которых (длинная трубка) вводится в нижнюю часть бутылки и снабжена с другого конца штуцером для подключения бутылки с пробой (мерный сосуд 1) в измерительный контур с насосом газоанализатора 3 для дегазации посредством барботажа (т.е. принцип работы основан на принудительном барботаже с помощью насоса столба жидкости при разных объемах наджидкостного пространства). Другая трубка (короткая трубка) одним концом расположена в верхней части бутылки с пробой и снабжена с другого конца штуцером. Таким образом, у бутылки, за счет специального вскрытия пластиковой пробки без нарушения герметичности, создаются два порта для подключения к измерительному контуру: первый порт - длинная трубка, расположенная одним концом внизу бутылки при рабочем положении со штуцером с другой стороны; второй порт - короткая трубка, расположенная одним концом в верхней части бутылки над пробой, имеет штуцер с другой стороны (т.е. принцип работы основан на герметичном механическом вскрытии пробки бутылки с пробой с последующей реализацией двухпортовой схемой подключения исследуемой пробы в измерительный контур).

Затем включается насос газоанализатора 3, через некоторое время наступает так называемое равновесное состояние, которое фиксируется газоанализатором, включенным в измерительный контур (газопоказания прекращают нарастать и устанавливаются на одном уровне), после чего снимаются результаты измерения концентрации газовоздушной смеси (ГВС) (измеряется % по объему). Затем с помощью двух пневмоклапанов 6 и 7 подключается дополнительный сосуд 2 (объем 0,25 л) в измерительный контур. Снова включается насос газоанализатора 3 и через некоторое время наступает равновесное состояние, но газопоказания газоанализатора 3 будут ниже из-за разбавления атмосферным воздухом, находящимся в дополнительном сосуде 2. Снимаются результаты измерения концентрации ГВС.

Величины объема системы, не заполненной пробой, и объем пробы, а также газопоказания в случае «с дополнительным объемом» и «без дополнительного объема» подставляются в известную формулу (см., например, авторское свидетельство СССР №941887, МПК G01N 7/14, опубл. 07.07.1982 г.) и производится расчет объемного газосодержания пробы (т.е. находится см³/л пробы бурового раствора)

$$q=(Q_{ж}^{n}V\text{'}{C}_{\infty }^{\text{'}}-Q_{ж}^{\text{'}}{V}^n{C}_{\infty }^n)/[Q_{ж}^{\text{'}}{Q}_{ж}^n(C_{\infty }^n-C_{\infty }^{\text{'}})],$$

где $$Q_{ж}^{\text{'}}$$ - объем первой пробы исследуемой жидкости;

V' - объем газового пространства для первой пробы;

$${С}_{\infty }^{\text{'}}$$ - равновесная концентрация компонента для первой пробы;

$$Q_{ж}^n$$ - объем второй пробы исследуемой жидкости;

Vⁿ - объем газового пространства для второй пробы;

$${С}_{\infty }^n$$ - равновесная концентрация компонента для второй пробы. В устройстве выбраны одинаковые объемы проб жидкости $$(Q_{ж}^{\text{'}}=Q_{ж}^n)$$ при разных объемах газового пространства, что приводит к частному случаю реализации способа определения количества газов в жидкости.

Возможно определение равновесного состояния без газоанализатора 3, но тогда необходима проверка герметичности системы для использования в полевых условиях. В этом случае потребуется вставка 8 из химической резины для отбора проб шприцем для режимов работы «с дополнительным объемом» и «без дополнительного объема» для подачи в газоаналитическую аппаратуру, а также насос 9 для осуществления барботажа пробы (фиг.2).

Изобретение относится к устройствам для определения количества газов в жидкости, которые, в частности, используются при прямых геохимических методах поисков нефти и газа. Устройство содержит мерный сосуд (1), дополнительный сосуд (2), газоанализатор (3), фильтр (4), каплесборник (5), пневмоклапаны (6, 7), источник газа-носителя и присоединенные к перечисленным технологическим элементам трубопроводы. Мерный сосуд (1) соединен с каплесборником (5), присоединенным через фильтр (4) с газоанализатором (3). В режиме работы «без дополнительного объема» газоанализатор (3) присоединен через пневмоклапаны (6, 7) с мерным сосудом (1). В режиме работы «с дополнительным объемом» газоанализатор (3) присоединен через пневмоклапаны (6, 7) с дополнительным сосудом (2) с источником газа-носителя, соединенным с мерным сосудом (1). Техническим результатом является повышение оперативности, представительности и точности определения газа в жидкости, а также упрощение конструкции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для определения количества газов в жидкости, содержащее мерный сосуд, газоанализатор, источник газа-носителя и присоединенные к перечисленным технологическим элементам трубопроводы, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным сосудом, фильтром, каплесборником, двумя пневмоклапанами, при этом мерный сосуд соединен с каплесборником, присоединенным через фильтр с газоанализатором, причем в режиме работы «без дополнительного объема» газоанализатор присоединен через пневмоклапаны с мерным сосудом, а в режиме работы «с дополнительным объемом» газоанализатор присоединен через пневмоклапаны с дополнительным сосудом с источником газа-носителя, соединенным с мерным сосудом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве газа-носителя использован атмосферный воздух.