[发明专利]一种基于光学的水合物生成监测方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用示踪气体监测水合物生成，具体涉及到一种基于光学的水合物生成监测方法和系统。

背景技术

在石油天然气工业中，对于天然气水合物的研究具有现实意义。从气井采出的天然气经过节流阀节流降压降温后,在长距离输气管道和油田集气管网中，二氧化碳、硫化氢等气体及低分子量烃类可以在一定的温度和压力条件下会形成水合物,从而堵塞设备和输气管路，不仅会对生产的顺利进行造成影响，还会造成安全事故。因此，为防止天然气输送管道因形成水合物而堵塞所造成的经济损失，有必要对水合物生成的监测方法进行研究。

天然气水合物生成的监测主要有两类，一类通过监测系统的温度、压力，示样的粘度、电导率、导热系数以及扭矩仪等参数的变化，即是监测实验装置的各种参数的变化情况来确定水合物的生成点；另一类是利用可视观察的方法，即用监视器、摄像机等记录，从而来确定水合物的形成点。

目前常用的监测水合物生成方法主要是集中在对动态和静态实验装置中水合物的研究上，由于静态实验装置结构简单、操作方便、成本较低，因此被天然气水合物研究机构广泛使用。赵建奎等人应用RUSKA落球式高压粘度测试装置测试了水合物生成前后的粘度变化，但误差的不确定性也较多。周熙堂等人测量了水合物生成前后局部的电阻变化，但系统中不同的部分的电阻变化具有差异性。这些虽然能为监测水合物生成提供一定的参考性，但是还是不可靠，不充分。

在一定条件下，相比其他水合物气体，示踪气是一种极易生成水合物的客体，基于此，设计了一种早期监测水合物的方法，即将示踪气体SF6(六氟化硫)气体充入到体系中，监测体系中示踪气体浓度的变化，并结合体系温度压力的变化，从而达到监测水合物生成的目的。

目前SF6气体的检测技术主要有电化学法、电子捕获法、声学法、示踪法，光学法等方法。

电化学法是利用SF6与催化剂在200℃左右的高温下发生化学反应，从而引起电信号的改变，电化学传感器通过感应电流的变化来检测气体的浓度。电化学传感器的主要优点是气体的高灵敏度以及良好的选择性，不足之处是灵敏度愈高，漂移愈大,衰减愈快。紫外电子捕获法是利用SF6气体分子可捕获自由运动的电子的特性来测量SF6气体的浓度，这种方法灵敏度高，但是测量设备体积大，不适合大面积在线监测。声学法是利用声波在SF6气体中传播的速度比其在大气中的传播速度慢的特点进行检测，其检测的灵敏度低，不适合大面积在线监测。示踪法是利用SF6气体吸附特性，在SF6气体中加入某种物质，SF6分子会对这种物质产生吸附，相当于给SF6做了一个记号，再通过检测这种物质的量，间接测量SF6气体浓度，这种方法精度非常高，缺点是需要辅助气体，造价成本高。光学法是利用朗伯比尔定律，即对待测气体的某条特定的吸收光谱进行测量，可排除其他气体对待测气体浓度的快速在线监测。但是往往设计的气体吸收光程太小，灵敏度很低，即使吸收光程提高，导致检测设备体积过大，造价成本高。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种基于光学的水合物生成监测方法和系统。将示踪气通入反应器单元，激光入射到含有示踪气的气室，分析单元对穿过气室后的激光进行检测来监测示踪气浓度的变化，同时监测反应器单元中的温压的变化，以此来判断水合物是否生成，激光在怀特池内来回反射，增加了示踪气的吸收光程，既提高了装置的灵敏度，又缩小了气室的体积。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案实现：