用于测量气体中的硫溶解度的方法和系统技术方案

本文提供用于测量测试气体中硫的溶解度的方法和系统，其包括使所述测试气体流入装有元素硫并维持在升高温度下的第一管道(112)中，将含有元素硫的所述测试气体引入维持在较低温度下的第二管道(116)中，使所述测试气体流入第三管道(120)中，所述第三管道的一部分(124)维持在足以导致元素硫沉积的冷温度下，并基于元素硫的沉积量计算所述硫溶解度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量气体中的硫溶解度的方法和系统
本揭示案涉及用于收集少量(亚毫克水平)的元素硫(或其他痕量元素，例如汞)的方法和器件，所述元素硫是从典型石油生产环境中发现的气体或具有预期硫沉积问题的气流以及除石油和气体外的工业中所含有的ppm水平的元素硫(或其他痕量元素，例如汞)沉积得来。使用用于测定所收集硫的量的合适的分析化学技术，并从该结果可以计算固定温度、压力和气体组成下气体中硫的溶解度。
技术介绍
硫的管理仍然是酸气和天然气操作中持续存在的问题。在许多酸气操作中，气体中的元素硫蒸气可以在不同位置沿着酸气系统冷凝和沉积，此会造成许多问题。例如，气体管线和加工设施中的硫沉积会提高公称管中的腐蚀速率，并造成泄漏或堵塞，其阻碍气体管线正常操作。随后的硫沉积物的移除和处理则会引起安全和环境问题。由于与移除硫沉积物相关的问题，需要有方法来准确地预测未来硫沉积物在气体管线(例如，管线、压力容器等)结构内的位置，并且还预测可以沉积的硫的最大量。石油和气体生产技术专业人员通常清楚地知道经常在油层气中发现饱和或显著水平的元素硫。其通常也知道如下事实：气体的压力或温度降低可导致硫从气体沉淀和沉积。或者，其很难知道其设施中其可能会发现沉积硫的位置，并且在那些位置，可预计沉积多少硫。由于缺乏所述知识，石油和气体生产工程师难以确定如何管理其设施中潜在的硫沉积以及随后其可能产生的问题。现有技术中需要什么以及缺乏什么是石油和气体生产人员使用研发的硫沉积预测模型。为了创建为油田气体操作量身打造的这种模型，需要三种类型的数据：1.溶解在进入气体处理设施的气体中的硫的量，所述量随其组成、压力和温度变化2.溶解在气体中的硫的量，所述量随温度降低变化3.溶解在气体中的硫的量，所述量随压力降低变化使用现有技术，难以测定进入气体设施的气流中的硫的量。然而，利用现有技术，不能经济有效地或尤其可行地测定随温度或压力降低变化的溶解于气体中的硫的量。以下段落详细解释了这一点。更具体地说，在现有技术中，可用基于实验室的技术，其试图提供用于准确测定气体中的硫的手段。所有现有的基于实验室的技术都采用封闭系统，其中将一定体积的气体加压至固定体积平衡单元或高压釜内的所需压力，所述平衡单元或高压釜被控制在所需温度。尽管完全能够模拟任何油田的气体环境，但固定体积的封闭系统不能提供准确测定气体中硫的手段。现有技术的基于实验室的技术的缺陷直接从固定体积的封闭系统产生。实例和论述将澄清这一点。对于这个实例，将假设研究人员试图为典型石油和气体生产环境中发现的100％甲烷气流创建硫沉积预测模型。因此，需要准确测定在压力和温度下通常在气体生产设施中发现的甲烷气体中的元素硫来创建模型。在含有甲烷的气体生产设施中典型的一组条件是其中甲烷在300-psia压力下和在45℃温度下的条件。研究人员为了进行测试，将使用典型的现有技术、封闭、固定体积的高压釜容器。为了其益处，研究人员认识到，其容器的体积越大，其测试结果就越好。因此，其决定使用体积为10升的非常大的固定体积容器。在300-psia压力和45℃温度的条件下，甲烷气体通常可以含有每百万标准立方英尺气体0.01磅的元素硫。现有技术的分析化学技术需要最少约0.1毫克的沉积的元素硫进行准确和精确的测定。因此，在这些压力和温度条件下，收集0.1毫克元素硫所需的甲烷气体的体积在标准1气压下将约为625升。在300-psia压力下，其是约31升气体。考虑到测试容器的体积为10升，显而易见的是，为了满足分析技术的要求，从10升容器中移除31升气体是不可能的。这使得本实例中的研究人员无法研发用于典型石油和气体生产环境中发现的甲烷气体的硫沉积预测模型。可以认为可以使用更大的高压釜容器。这可能是事实，但使用更大的压力容器的成本和复杂性以惊人的速度增加。然而，存在将显示当前实验室技术的缺陷的另一微妙点。为了准确且精确地测定气体中硫的量，必须采样足够体积的气体，以便为分析化学分析收集充足的硫。在上述实例中，其是约31升。不管采样气体的体积是1毫升或31升，其都代表从固定体积容器中物理移除气体。如果从固定体积容器中移除1毫升气体，那么占用相同体积的气体将减少，并且容器内的压力必须降低。已经确定，气体中所含有的元素硫的饱和程度与气体的压力成正比。因此，当从现有技术的固定体积容器中移除气体时，容器内的压力将下降，并且气体中所含有的硫的量也将下降。现有技术的基于实验室的固定体积容器无法克服这个问题。应该理解的是，上述实例本质上是示例性的，并且是为了说明常规技术的缺陷而提出。同样在业内，石油和气体生产工程师可以使用现场技术，这可以提供准确测定气体中的硫的手段。在这种基于现场测试的情况下，由于通常可获得大体积的气体，可以获得潜在的准确结果，这克服了上述基于实验室的测量的限制。然而，这些方法并不常用，因为其本身知道在一个特定位置的气体中硫的量为工程师提供了非常有限的知识。工程师不知道测量位置上游气体中的硫的量，并且将无法预测测量位置下游设施中硫是否会沉淀和沉积或沉淀和沉积多少。理论上，工程人员可以在多个压力和温度变化的位置测定气流中硫的量，目的是创建其自身硫沉积预测模型。但是，这样做的成本、时间、安全问题和复杂性会很麻烦，至完全不切实际的程度。总之，现有技术中需要什么以及缺乏什么是石油和气体生产人员使用研发的硫沉积预测模型。为了创建为油田气体操作量身打造的这种模型，需要三种类型的数据：1.溶解在进入气体处理设施的气体中的硫的量，所述量随其组成、压力和温度变化；2.溶解在气体中的硫的量，所述量随温度降低变化；以及3.溶解在气体中的硫的量，所述量随压力降低变化。本专利技术所表达的意图是通过连续的气体流动能力准确且精确地产生这三个数据，这将提供用于创建供石油和气体生产人员使用的所研发的硫沉积预测模型的手段。
技术实现思路
本专利技术涉及评估关于硫沉积潜力的气田和设施，更具体地说，涉及用于测量感兴趣气体(例如来自新的探测油田的气体)的硫溶解度的连续气体流动系统和方法。本专利技术涉及用于在实验室类型的器件中测量测试气体在所选测试温度和压力下的硫溶解度的方法和系统。用于测定感兴趣气体(“测试气体”)的硫溶解度的一种示例性方法包括使测试气体流入可位于系统的第一站的第一管道的步骤。第一管道装有元素硫，并至少维持第一温度下，在当测试气体流经第一管道时，所述第一温度足以引起元素硫由测试气体吸收。测试气体吸收的元素硫超过了在所述测试温度下测试气体中元素硫的天然平衡溶解度水平。所述方法还包括将测试气体引入第二管道的步骤。第二管道与第一管道流体连通，并至少维持在第二温度下，所述第二温度足以将测试气体的温度降低到与测试温度相等的温度，使得测试气体中元素硫的量降低到在测试温度下测试气体中的其天然平衡溶解度水平。随后，饱和测试气体流入与第二管道流体连通的第三管道中。第三管道的至少一部分维持在足以导致元素硫从饱和测试气体沉积到第三管道的一部分中的第三温度下。基于第三管道中沉积的元素硫的量和在给定实验运行中通过系统的测试气体的体积计算测试气体的硫溶解度。附图说明在结合附图阅读下文所述各种实施方案的详细描述时，本揭示案的其他方面将更容易理解，其中：图1是根据本申请的一个或多个实施方案的用于测量气体中硫溶解度的系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在实验室器件中测量在选定测试温度和测试压力下的测试气体的硫溶解度的方法，其包括：使所述测试气体流入第一管道中，其中所述第一管道装有元素硫，并至少维持在第一温度，所述第一温度足以引起所述测试气体吸收的元素硫超过在所述测试温度下所述测试气体中元素硫的天然平衡溶解度水平；将含有元素硫的所述测试气体引入第二管道中，所述第二管道与所述第一管道流体连通并至少维持在第二温度，所述第二温度足以将所述测试气体的所述温度降低到等于所述测试温度的温度，由此所述测试气体中元素硫的量减少到其在所述测试温度下在所述测试气体中的天然平衡溶解度水平；使所述测试气体流入与所述第二管道流体连通的第三管道中，其中所述第三管道的至少一部分维持在足以引起所述元素硫从所述测试气体中沉积到所述第三管道的一部分中的第三温度；以及基于所述第三管道中沉积的元素硫的量计算所述测试气体的所述硫溶解度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.06 US 14/989,6601.一种在实验室器件中测量在选定测试温度和测试压力下的测试气体的硫溶解度的方法，其包括：使所述测试气体流入第一管道中，其中所述第一管道装有元素硫，并至少维持在第一温度，所述第一温度足以引起所述测试气体吸收的元素硫超过在所述测试温度下所述测试气体中元素硫的天然平衡溶解度水平；将含有元素硫的所述测试气体引入第二管道中，所述第二管道与所述第一管道流体连通并至少维持在第二温度，所述第二温度足以将所述测试气体的所述温度降低到等于所述测试温度的温度，由此所述测试气体中元素硫的量减少到其在所述测试温度下在所述测试气体中的天然平衡溶解度水平；使所述测试气体流入与所述第二管道流体连通的第三管道中，其中所述第三管道的至少一部分维持在足以引起所述元素硫从所述测试气体中沉积到所述第三管道的一部分中的第三温度；以及基于所述第三管道中沉积的元素硫的量计算所述测试气体的所述硫溶解度。2.如权利要求1所述的方法，其中所述实验室器件不与含有所述测试气体的气体处理设备直接接触。3.如权利要求1所述的方法，其中所述测试气体包括CH4。4.如权利要求3所述的方法，其中所述测试气体还包括CO2和H2S。5.如权利要求1所述的方法，其中计算所述硫溶解度的步骤包括：对所述第三管道中沉积的所述硫称重达选定运行时间；以及测量所述选定运行时间期间通过所述第三管道的所述测试气体的体积。6.如权利要求1所述的方法，其中所述第三管道包括U形管子。7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一温度是最大95℃。8.如权利要求1所述的方法，其中所述测试温度比所述第一温度低10℃到15℃。9.如权利要求1所述的方法，其中所述第三温度为约0℃。10.一种在实验室器件中测量在测试温度和测试压力下的测试气体的硫溶解度的方法，其包括：用水使所述测试气体饱和；使所述测试气体流入第一管道中，其中所述第一管道装有元素硫，并至少维持在第一温度，所述第一温度足以引起所述测试气体吸收的元素硫超过所述测试温度下所述测试气体中元素硫的天然平衡溶解度水平；将含有元素硫的所述测试气体引入所述第二管道中，所述第二管道与所述第一管道流体连通并至少维持在第二温度，所述第二温度足以将所述测试气体的所述温度降低到等于所述测试温度的温度，由此所述测试气体中元素硫的量减少到其在所述测试温度下在所述测试气体中的天然平衡溶解度水平；使所述测试气体流入与所述第二管道流体连通的第三管道中，其中所述第三管道的至少一部分维持在足以引起所述元素硫从所述测试气体中沉积到所述第三管道的一部分中的第三温度；以及基于所述第三管道中沉积的元素硫的量计算所述测试气体的所述硫溶解度。11.如权利要求10所述的方法，其中所述实验室器件不与含有所述测试气体的气体处理设备直接接触。12.一种用于测量在测试温度下的测试气体的硫溶解度的系统，其包括：所述测试气体的来源；与所述测试气体的来源流体连通的第一站，所述第一站包括装有元素硫的第一管道，其中所述第一管道维持在当所述测试气体流经所述第一管道时足以引起元素...

【专利技术属性】
技术研发人员：A谢里克，A特赖迪亚，A拉希德，A路易斯，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯,SA