一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统，包括用于抽水的水泵，所述水泵通过密封罐连接有水气分离装置，且水气分离装置将水气分离之后排出到干燥装置，并通过激光检测仪对干燥后的气体进行监测，一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测方法，包括如下步骤：在井下水体中安装水泵用于抽取水气混合物；抽取后通过水气分离装置进行分离得到一阶混合气；对得到的一阶混合气进行干燥并得到二阶混合气；对得到的二阶混合气进行分类采集并同时监测，分析得出最终结果，其通过实时采样处理的方式采集水气混合物并进行检测，克服了传统检测方式的弊端，而且通过多步处理的方式有效提高了检测结果的准确性。

An on-line monitoring system and method for methane and carbon dioxide at water-air interface

The invention discloses an on-line monitoring system for methane and carbon dioxide at the water-air interface, which includes a water pump for pumping water. The water pump is connected with a water-gas separation device through a sealed tank, and the water-gas separation device discharges the water-gas separation into a drying device, and monitors the dried gas through a laser detector. A method for on-line monitoring methane and carbon dioxide at the water-air interface is provided. It includes the following steps: installing a pump to extract the water-gas mixture in the downhole water body; separating the first-order mixture through the water-gas separation device after extraction; drying the first-order mixture and obtaining the second-order mixture; classifying and collecting the second-order mixture and monitoring it at the same time, analyzing the final results, and collecting water through real-time sampling and processing. Gas mixture is detected, which overcomes the drawbacks of traditional detection methods, and improves the accuracy of detection results through multi-step processing.

【技术实现步骤摘要】
一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统及方法
本专利技术涉及天然气水合物
，具体为一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统及方法。
技术介绍
天然气水合物是在低温高压下由水与小客体气体分子组成的类冰、非化学计量、笼形固体化合物，俗称“可燃冰”，因其中的气体成分主要为甲烷，故又称甲烷水合物(MethaneHydrate)。天然气水合物能量密度高，在理想状况下，1m3的天然气水合物可分解出164m3的甲烷气体和0.8m3的水。而地球上天然气水合物蕴藏量十分丰富，天然气体水合物广泛分布于多年冻土区、大陆架边缘的深海沉积物和深湖泊沉积物中，估计全球天然气水合物中的碳储量为2×1016m3，相当于全球已探明常规化石燃料总碳量的两倍以上。然而，天然气水合物在给人类带来新的美好能源前景的同时，对人类生存环境也提出了严峻的挑战，其潜在的灾害和环境效应不容忽视。天然气水合物对全球变暖的影响，是通过其分解后释放的甲烷气体直接或间接作用气候体系的。从全球范围来看，海平面下降和气候变暖是引发天然气水合物大规模分解的两大主要因素。冰期海平面的下降导致作用在天然气水合物上的静水压力减小，从而使天然气水合物变得不稳定，并且释放出的大量甲烷进入大气层。气候变暖主要通过三个途径来影响天然气水合物分解：(1)全球变暖使气温升高，造成极地冻土带内的天然气水合物分解；(2)全球变暖导致温度较高的海流流向发生变化，进而引发某个蕴藏地点的甲烷气体释放。例如，受冰盖融化的冷水流入海洋的影响，海湾易于改变流向，而当湾流流经天然气水合物层(如巴伦支海)的上方时，下面的天然气水合物就会分解。(3)全球变暖导致海水温度升高，造成海底天然气水合物的分解。但在通常情况下，由于海水热容较大，底层海水的升温不会很显著，同时全球变暖时，海下面上升，导致静水压力增加，相反可增加天然气水合物和稳定性，从而可部分或完全抵消海水温度升高对天然气水合物稳定性造成的影响。迄今，冻土区和海洋水合物中天然气的释放量及天然气水合物分解和释放的动力学过程仍然没有了解清楚，以至于难以确定天然气水合物究竟是气候和环境变化的缓冲剂还是加速剂，或者在何种程度上影响全球的气候和环境。因此，目前天然气水合物与全球气候变化关系的研究已成为全球变化中一个活跃的前沿课题，而通过不同相态中甲烷、二氧化碳含量的动态监测，可研究天然气水合物分解带来的气候响应，为探索天然气水合物分解对环境的影响提供直接证据。但是，现有的利用天然气水合物的监测方法存在以下缺陷：(1)在对水气界面的样品采样之后，由于其中含有部分水气和杂质，直接进行检测往往会影响实验结果的准确性；(2)而且传统的检测方式都是对样品进行单一检测，导致检测结果存在较大偏差。
技术实现思路
为了克服现有技术方案的不足,本专利技术提供一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统及方法，其解决了以往对不同体系中甲烷浓度只能取样回实验室进行检测的弊端，从而实现不同角度下实时监测天然气水合物分解对周边环境带来的影响，并且通过多步处理的方式提高检测结果的准确性，能有效的解决
技术介绍
提出的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统，包括用于抽水的水泵，所述水泵通过密封罐连接有水气分离装置，且水气分离装置将水气分离之后排出到干燥装置，所述干燥装置对排出的水气进行干燥处理排除水蒸气，并通过激光检测仪对干燥后的气体进行监测，所述水气分离装置包括与密封罐连接的旋流筒，所述旋流筒底端通过旋流扇叶连接有动力轴，所述旋流筒底端还通过动力座进行转动，所述旋流筒外壁还连接有变向通道。进一步地，所述变向通道内部安装有阻挡片，所述变向通道末端连接有聚气筒，且旋流筒内壁还设置有若干个电加热片，且干燥装置通过气体导管与聚气筒连接。进一步地，所述旋流扇叶表面设置有若干个通孔，所述旋流扇叶边缘处设置为弧形结构，且阻挡片包括若干个孔状弯折片，位于最外端的孔状弯折片表面设置有封口板，且每一个孔状弯折片末端均安装有倾斜溢流板。进一步地，所述干燥装置包括与气体导管连接的干燥箱，干燥箱内部还安装有烘干柱，所述干燥箱中心处安装有分流器，所述分流器外壁均匀连接有若干个干燥管组，所有的干燥管组末端通过汇集管连接有预装筒，所述预装筒内部还设置有若干个分流取样管，分别用于采集预装筒内部的气体。进一步地，所述干燥管组包括若干个连接在分流器外壁的V型管，相邻的V型管之间通过弧形冷却座连接，且每一个V型管内壁均设置有交叉干燥片，所述弧形冷却座底端通过透气隔水层连接有蓄水斗。进一步地，所述交叉干燥片中心处还安装有中心倾斜管，所述中心倾斜管表面还安装有导流片，且每一个交叉干燥片表面均为筛网状结构。本专利技术还公开了一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测方法，包括如下步骤：S100、在井下水体中安装水泵用于抽取水气混合物；S200、抽取后通过水气分离装置进行分离得到一阶混合气；S300、对得到的一阶混合气进行干燥并得到二阶混合气；S400、对得到的二阶混合气进行分类采集并同时监测，分析得出最终结果。进一步地，所述步骤S100中，水泵的安装位置位于原位地层中的孔隙处，并通过密封方式抽取得到水气混合物。进一步地，所述步骤S200中，具体的水气分离过程为：在水气混合物加入到水气分离装置之后，通过加热促使水气混合物得到蒸发物；之后通过内部旋流和外部离心转动的方式进行二次分离，将蒸发物分离为气体和雾化液体；收集分离后的气体并进行后续处理。进一步地，所述步骤S300中的干燥过程是通过循环加热的方式进行干燥，且步骤S400中通过对对分离出干燥气和低空大气中的甲烷、二氧化碳组分进行干燥，以排除气体湿度不同对气体含量产生的影响，并利用激光检测方法进行在线实时监测分析。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过利用水气分离和激光检测方法，对孔隙水和大气不同体系的甲烷含量进行实时在线监测，解决了以往对不同体系中甲烷浓度只能取样回实验室进行检测，从而导致工作效率低、耽搁时间长、检测准确度降低等弊端，在野外现场即可对孔隙水体和低空大气中甲烷含量进行同步、在线实时监测，从不同角度探索天然气水合物分解对周边环境带来的影响(2)本专利技术通过水气分离装置和干燥装置分别对抽取的水气混合物进行处理，保证密封的同时，提高得到的气体的纯度，使得后续的检测过程更加准确，减小实验误差，可以精确分析出结果。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为本专利技术的干燥管组结构示意图；图3为本专利技术的变向通道结构示意图；图4为本专利技术的分流器结构示意图；图5为本专利技术的中心倾斜管截面结构示意图；图6为本专利技术的监测方法工作流程示意图。图中标号：1-水泵；2-密封罐；3-水气分离装置；4-干燥装置；5-激光检测仪；301-旋流筒；302-旋流扇叶；303-动力轴；304-动力座；305-变向通道；306-阻挡片；307-聚气筒；308-电加热片；309-通孔；310-孔状弯折片；311-封口板；312-倾斜溢流板；401-气体导管；402-干燥箱；403-分流器；404-干燥管组；405-汇集管；406-预装筒；407-分流取样管；408-V型管；409-弧形冷却座；410-交叉干燥片；411-透气隔水层；412-蓄水斗；413-烘干柱；414-中心倾斜管；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统，其特征在于，包括用于抽水的水泵(1)，所述水泵(1)通过密封罐(2)连接有水气分离装置(3)，且水气分离装置(3)将水气分离之后排出到干燥装置(4)，所述干燥装置(4)对排出的水气进行干燥处理排除水蒸气，并通过激光检测仪(5)对干燥后的气体进行监测，所述水气分离装置(3)包括与密封罐(2)连接的旋流筒(301)，所述旋流筒(301)底端通过旋流扇叶(302)连接有动力轴(303)，所述旋流筒(301)底端还通过动力座(304)进行转动，所述旋流筒(301)外壁还连接有变向通道(305)。

【技术特征摘要】
1.一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统，其特征在于，包括用于抽水的水泵(1)，所述水泵(1)通过密封罐(2)连接有水气分离装置(3)，且水气分离装置(3)将水气分离之后排出到干燥装置(4)，所述干燥装置(4)对排出的水气进行干燥处理排除水蒸气，并通过激光检测仪(5)对干燥后的气体进行监测，所述水气分离装置(3)包括与密封罐(2)连接的旋流筒(301)，所述旋流筒(301)底端通过旋流扇叶(302)连接有动力轴(303)，所述旋流筒(301)底端还通过动力座(304)进行转动，所述旋流筒(301)外壁还连接有变向通道(305)。2.根据权利要求1所述的一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统，其特征在于：所述变向通道(305)内部安装有阻挡片(306)，所述变向通道(305)末端连接有聚气筒(307)，且旋流筒(301)内壁还设置有若干个电加热片(308)，且干燥装置(4)通过气体导管(401)与聚气筒(307)连接。3.根据权利要求1所述的一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统，其特征在于：所述旋流扇叶(302)表面设置有若干个通孔(309)，所述旋流扇叶(302)边缘处设置为弧形结构，且阻挡片(306)包括若干个孔状弯折片(310)，位于最外端的孔状弯折片(310)表面设置有封口板(311)，且每一个孔状弯折片(310)末端均安装有倾斜溢流板(312)。4.根据权利要求2所述的一种水气界面甲烷二氧化碳在线监测系统，其特征在于：所述干燥装置(4)包括与气体导管(401)连接的干燥箱(402)，干燥箱(402)内部还安装有烘干柱(413)，所述干燥箱(402)中心处安装有分流器(403)，所述分流器(403)外壁均匀连接有若干个干燥管组(404)，所有的干燥管组(404)末端通过汇集管(405)连接有预装筒(406)，所述预装筒(406)内部还设置有若干个分流取样管(407)，分别用于采集预装筒(406)内部的气...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄霞，祝有海，庞守吉，高相宇，王明君，王平康，张帅，肖睿，
申请(专利权)人：中国地质调查局油气资源调查中心，
类型：发明
国别省市：北京,11