CN108151821A - 气体体积测量装置和气体体积测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体积测量装置和气体体积测量方法，用于测量脱气器脱气气体体积，脱气器包括脱气室，脱气室包括出气口，所述气体测量装置还包括分析装置，抽气泵，温度传感器，压力传感器，气体补偿装置，所述抽气泵可按照一定速率抽吸所述脱气室内的气体，所述气体补偿装置包括用于检测补偿的空气的质量流量的质量流量计。一种气体体积测量方法，可以根据检测温度值、压力值和转速，将抽气泵抽出气体转化为标准状况下的体积流量，根据质量流量计检测的补偿气体流量，可以精确地计算出相应的脱气量。本发明能有效解决小型化定量脱气器脱气气体体积测量问题，还无需在脱气器出气口设置低流量流量计，降低了硬件成本，具有一定的工程应用价值。

Description

气体体积测量装置和气体体积测量方法

技术领域

本发明涉及测量领域，尤其涉及一种气体体积测量装置及气体体积测量方法。

背景技术

随钻气测录井是钻井过程监控服务中的一项重要内容，通过对钻井液中油气的组成成份和含量进行测量分析可判断地层流体性质，并对储层进行评价，其具有灵敏度高、可连续检测等优点，在发现油气层，预警井涌、井喷等工程事故等方面具有重要作用。

气测录井技术主要由脱气、气体检测和油气评价与解释三个环节组成。其中，在脱气环节中能否得到真实有效的油气样本对整个气测录井技术最终准确性评价影响显著，因此对脱气效率及其定量计量方面有着较高要求。

为了提高脱气数据的前后可比性，以及为油气评价与解释提供更有效的数据，目前，为了计算脱气体积，多为在补偿空气输入端和脱气输出端分别设置流量、温度和压力等传感器实时检测相关参量。这种传感器布局，在大流量钻井液脱气情况下，是一种比较简便的脱气体积计算方式，因为此时存在较大的空气或脱气流量，便于流量传感器采集；而对于小型化定量脱气器(如：钻井液流量1L/min)，由于脱出气体体积量小，加之成分多变，在输入和输出端若依然采用低流量流量计，除承担高昂的经济成本外，还存在较大的测量误差，难以得到较为精确的脱气体积数据。

因此，一种适用于小型化定量脱气器，能够精确计算脱气气体体积的气体测量装置是本领域技术人员迫切需要的。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出一种适用于小型化定量脱气器，能够精确计算脱气气体体积的气体测量装置及气体测量方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种气体积测量装置，用于测量脱气器脱气气体体积，所述脱气器包括脱气室，所述脱气室包括出气口，包括分析装置，与所述出气口以及分析装置连接的抽气泵，用于检测所述出气口温度的温度传感器，用于检测所述出气口压力的压力传感器，与所述脱气室连接的气体补偿装置，所述气体补偿装置包括用于检测补偿的空气的质量流量的质量流量计，所述分析装置包括：

采集模块：与所述温度传感器、压力传感器、质量流量计以及抽气泵电性连接，用于采集所述出气口的温度值、压力值、补偿空气流量值以及抽气泵转速，发送信息至所述分析装置；

计算模块：与所述采集模块电性连接，用于接收所述采集模块发送的信息，根据温度值、压力值、补偿空气流量值和抽气泵转速计算出标准状况下所述抽气泵从所述出气口抽出的气体体积。

一种气体体积测量方法，基于如上所述的气体体积测量装置，包括如下步骤：

S1、在所述脱气器非脱气时，在合适范围内选定一组转速值；

S2、在选定的一组转速值中选取一个抽气泵转速；

S3、使所述抽气泵以选取的抽气泵转速运行，测量该抽气泵转速下的气体流量，以及所述出气口的压力值和温度值，将所述抽气泵转速转化为的标准状况下的转速，将所述气体流量转化为标准状况下的体积流量；

S4、在选定的一组转速值中选取并未选取过的抽气泵转速，重复步骤S3，直至选定的一组抽气泵转速值均被选取过；

S5、根据S3-S4的实验数据，对标准状况下的转速和标准状况下体积流量之间的关系进行拟合；

S6、在脱气工作时，根据检测到的所述出气口的温度值、压力值、抽气泵转速以及补偿空气流量，依据步骤S3-S5中拟合的关系，计算得到标准状况下脱气气体的体积流量。

优选的是，所述步骤S3包括：

S31、使所述抽气泵转速为S_gas；

S32、所述抽气泵以抽气泵转速S_gas运行，测量抽出的气体流量、所述出气口处气体的温度值T_gas和压力值P_gas；

S33、将所述抽气泵转速S_gas修正为标准状况下的转速S_sgas：

S34、将所述气体流量转化为标准状态下的体积流量V_pump。

优选的是，所述步骤S5进一步包括：使用最小二乘法对标准状况下的转速S_sgas和标准状况下的体积流量V_pump之间的关系进行拟合。

优选的是，所述步骤S6进一步包括：

S61、根据检测到的所述出气口处温度值、压力值、转速，以及步骤S3-S4中拟合的关系，计算得到标准状况下抽出气体的体积流量 V_pump；

S62、将检测到的补偿气体流量转换为标准状况下的体积流量V_air，所脱气体体积V_gas为：

V_gas＝V_pump-V_air (4)。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明所述气体提及测量装置设于出气口的抽气泵的转速、气体压力和气体温度同输入端补偿空气体积间的相互关系计算得到脱气体积数值。所述气体体积测量方法能有效解决小型化定量脱气器脱气气体体积测量问题，还无需在脱气器出气口设置低流量流量计，降低了硬件成本，具有一定的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明一种气体测量装置的结构图一；

图2为本发明所述气体测量装置的结构图二；

图3为本发明所述气体测量装置的原理图；

图4为本发明一种气体体积测量方法的流程图；

图5为本发明所述气体体积测量方法的标准状况下的转速和体积流量的拟合关系图；

以上图中，1、脱气室；11、出气口；2、分析装置；21、采集模块；22、计算模块；3、抽气泵；4温度传感器；5、压力传感器；6、气体补偿装置；7、质量流量计。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参考图1至3，一种气体积测量装置，用于测量脱气器脱气气体体积，所述脱气器包括脱气室1，所述脱气室1包括出气口11，包括分析装置2，与所述出气口11和以及分析装置2连接的抽气泵3，以将所述脱气室1的气体抽至所述分析装置2，用于检测所述出气口11 温度的温度传感器4，用于检测所述出气口11压力的压力传感器5，与所述脱气室1连接的气体补偿装置6，所述气体补偿装置6包括用于检测补偿的空气的质量流量的质量流量计7，所述抽气泵3可按照一定速率抽吸所述脱气室1内的气体，所述分析装置2包括：

采集模块21：与所述温度传感器4、压力传感器5、质量流量计 6以及抽气泵3电性连接，用于采集所述出气口11的温度值、压力值、补偿空气流量值以及抽气速率，发送信息至所述分析装置2；

计算模块22：与所述采集模块21电性连接，用于接收所述采集模块21发送的信息，根据温度值、压力值、补偿空气流量值和抽气速率计算出标准状况下所述抽气泵3从所述出气口抽出的气体体积。

本发明所述气体提及测量装置利用设于出气口的抽气泵的转速、气体压力和气体温度同输入端补偿空气体积间的相互关系计算得到脱气体积数值，所述抽气泵3优选为气体蠕动泵以便于控制转速，所述质量流量计6优选为热式空气质量流量计，所述温度传感器4优选为PT100温度变送器，所述压力传感器5优选为绝压压力变送器。

参考图3，一种气体体积测量方法，基于权利要求1所述的气体体积测量装置，其特征在于：包括如下步骤：

S1、在所述脱气器非脱气时，在合适范围内选定一组转速值；

S2、在选定的一组转速值中选取一个抽气泵转速；

S3、使所述抽气泵以选取的抽气泵转速运行，测量该抽气泵转速下的气体流量，以及所述出气口的压力值和温度值，将所述抽气泵转速转化为的标准状况下的转速，将所述气体流量转化为标准状况下的体积流量；

S4、在选定的一组转速值中选取并未选取过的抽气泵转速，重复步骤S3，直至选定的一组抽气泵转速值均被选取过；

S5、根据S3-S4的实验数据，对标准状况下的转速和标准状况下体积流量之间的关系进行拟合；

S6、在脱气工作时，根据检测到的所述出气口的温度值、压力值、抽气泵转速以及补偿空气流量，依据步骤S3-S5中拟合的关系，计算得到标准状况下脱气气体的体积流量。

所述气体体积测量方法能有效解决小型化定量脱气器脱气气体体积测量问题，还无需在脱气器出气口设置低流量流量计，降低了硬件成本，具有一定的工程应用价值。

其中，步骤S3中计算标准状况下抽出气体的流量可以分为多步，包括：

S31、使所述抽气泵转速为S_gas；

S32、所述抽气泵以抽气泵转速S_gas运行，测量抽出的气体流量、所述出气口处气体的温度值T_gas和压力值P_gas；

S33、将所述抽气泵转速S_gas修正为标准状况下的转速S_sgas：

S34、将所述气体流量转化为标准状态下的体积流量V_pump。

表1

如表1所示对不同状态下，对转速为100转/分钟修正为标准状况下的转速，结果如表中所示。

随后，对于修正的标准状况下的转速S_sgas和转化求得的标准状态下的体积流量V_pump进行拟合，优选采用最小二乘法进行拟合，即：

V_pump＝f(S_Sga) (2)。

如图5所示，为试验设备的实验数据，横坐标为修正的标准状况下的转速S_sgas，纵坐标为转化求得的标准状态下的体积流量V_pump，经过最小二乘法拟合，所述修正的标准状况下的转速S_sgas和转化求得的标准状态下的体积流量V_pump之间的关系为：

S61、根据检测到的所述出气口处温度值、压力值、转速，以及步骤S3-S4中拟合的关系，计算得到标准状况下抽出气体的体积流量 V_pump；

S62、将检测到的补偿气体流量转换为标准状况下的体积流量V_air，所脱气体体积V_gas为：

V_gas＝V_pump-V_air (4)。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种气体积测量装置，用于测量脱气器脱气气体体积，所述脱气器包括脱气室，所述脱气室包括出气口，其特征在于：包括分析装置，与所述出气口以及分析装置连接的抽气泵，用于检测所述出气口温度的温度传感器，用于检测所述出气口压力的压力传感器，与所述脱气室连接的气体补偿装置，所述气体补偿装置包括用于检测补偿的空气的质量流量的质量流量计，所述分析装置包括：

采集模块：与所述温度传感器、压力传感器、质量流量计以及抽气泵电性连接，用于采集所述出气口的温度值、压力值、补偿空气流量值以及抽气泵抽速，发送信息至所述分析装置；

计算模块：与所述采集模块电性连接，用于接收所述采集模块发送的信息，根据温度值、压力值、补偿空气流量值和抽气泵抽速转速计算出标准状况下所述抽气泵从所述出气口抽出的气体体积。

2.一种气体体积测量方法，基于权利要求1所述的气体体积测量装置，其特征在于：包括如下步骤：

S1、在所述脱气器非脱气时，在合适范围内选定一组转速值；

S2、在选定的一组转速值中选取一个抽气泵转速；

S3、使所述抽气泵以选取的抽气泵转速运行，测量该抽气泵转速下的气体流量，以及所述出气口的压力值和温度值，将所述抽气泵转速转化为的标准状况下的转速，将所述气体流量转化为标准状况下的体积流量；

S4、在选定的一组转速值中选取并未选取过的抽气泵转速，重复步骤S3，直至选定的一组抽气泵转速值均被选取过；

S5、根据S3-S4的实验数据，对标准状况下的转速和标准状况下体积流量之间的关系进行拟合；

S6、在脱气工作时，根据检测到的所述出气口的温度值、压力值、抽气泵转速以及补偿空气流量，依据步骤S3-S5中拟合的关系，计算得到标准状况下脱气气体的体积流量。

3.根据权利要求2所述的气体体积测量方法，其特征在于：所述步骤S3包括：

S31、使所述抽气泵转速为S_gas；

S32、所述抽气泵以抽气泵转速S_gas运行，测量抽出的气体流量、所述出气口处气体的温度值T_gas和压力值P_gas；

S33、将所述抽气泵转速S_gas修正为标准状况下的转速S_sgas：

S34、将所述气体流量转化为标准状态下的体积流量V_pump。

4.根据权利要求3所述的气体体积测量方法，其特征在于：所述步骤S5进一步包括：使用最小二乘法对标准状况下的转速S_sgas和标准状况下的体积流量V_pump之间的关系进行拟合。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的气体体积测量方法，其特征在于：所述步骤S6进一步包括：

S61、根据检测到的所述出气口处温度值、压力值、转速，以及步骤S3-S4中拟合的关系，计算得到标准状况下抽出气体的体积流量V_pump；

S62、将检测到的补偿气体流量转换为标准状况下的体积流量V_air，所脱气体体积V_gas为：

V_gas＝V_pump-V_air (4)。