本發(fā)明涉及一種石油錄井氣體分析系統(tǒng)的樣品氣干燥裝置及干燥方法，特別是指一種適用于微負(fù)壓取樣的樣品氣的連續(xù)在線無損的干燥裝置及干燥方法。

背景技術(shù)：

在線氣測(cè)錄井是石油勘探過程中的重要一環(huán)，其通過對(duì)鉆井過程中上返鉆井液所攜帶的地層氣體的在線分析，可快速、及時(shí)地給出各鉆進(jìn)地層的油氣指標(biāo)參數(shù)，為地層的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)解釋提供可靠的參考依據(jù)。它對(duì)現(xiàn)場(chǎng)油氣開發(fā)，特別是早期的油氣勘探評(píng)價(jià)具有重要意義。

氣測(cè)錄井過程中，需要對(duì)鉆井上返的鉆井液進(jìn)行在線脫氣以抽取其中的樣品氣。在這一過程中，樣品氣中不可避免的會(huì)混入大量水蒸氣，從而干擾氣測(cè)結(jié)果，甚至影響氣測(cè)儀的性能。因此一般會(huì)對(duì)在線取樣的樣品氣進(jìn)行前處理干燥。此外，為避免樣品氣中的水蒸氣因壓力變化發(fā)生液化，樣品氣的前處理干燥通常會(huì)設(shè)置在樣品取樣泵前的微負(fù)壓（負(fù)壓≤0.02 MPa）抽吸階段，待樣品氣干燥完后再經(jīng)過取樣泵和正壓泵送入氣測(cè)儀。

目前錄井氣測(cè)常用的前處理干燥有采用氯化鈣干燥劑和采用半導(dǎo)體制冷干燥兩種方法。但都不同程度的存在缺點(diǎn)，影響氣測(cè)錄井的準(zhǔn)確性。其中，采用氯化鈣干燥劑可以有效去除樣品氣中的水分，但必須經(jīng)常更換干燥劑。若吸水受潮的干燥劑未及時(shí)更換，則極易污染樣品管線，甚至造成氣樣管線的堵塞。采用半導(dǎo)體制冷干燥則是通過低溫制冷，使?jié)駶?rùn)樣品氣中的水分經(jīng)過冷凝液化的方式除水。但樣品氣中的重組分，如C5、甚至C6～C8等烴組分受其自身沸點(diǎn)的影響，也會(huì)部分或是完全冷凝液化，進(jìn)而影響氣測(cè)錄井的真實(shí)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種氣測(cè)錄井樣品氣的干燥裝置及干燥方法，基于Nafion干燥管除水的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，適用范圍廣，干燥速度快，性能可靠，且樣品氣中的待檢烴組分不受影響，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微負(fù)壓取樣樣品氣的在線無損耗干燥除水。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種氣測(cè)錄井樣品氣的干燥裝置，連接設(shè)置在負(fù)壓抽吸的樣品氣管線中；包含：Nafion干燥管，由一根外管以及設(shè)置在該外管內(nèi)的至少一根Nafion內(nèi)管組成，濕熱樣品氣由進(jìn)氣端輸入Nafion內(nèi)管并進(jìn)行在線除水干燥，利用管壁兩側(cè)氣體水分壓的不同濃度作為驅(qū)動(dòng)力，使樣品氣中的水分子通過管壁滲透至Nafion內(nèi)管外，并由出氣端輸出干燥樣品氣；干燥氣源，與外管連通，并靠近Nafion內(nèi)管的出氣端，提供干燥的吹掃氣源；負(fù)壓吹掃裝置，與外管連通設(shè)置，并靠近Nafion內(nèi)管的進(jìn)氣端，抽取干燥氣源提供的吹掃氣源，使其以穩(wěn)定壓力和流量通過外管，并與Nafion內(nèi)管內(nèi)的樣品氣形成對(duì)流，將滲透到Nafion內(nèi)管外的水蒸氣通過吹掃由負(fù)壓吹掃裝置處排出。

所述的Nafion干燥管的外管由塑料或金屬材料制成；所述的Nafion干燥管的Nafion內(nèi)管為直線形，或U形，或O形，或S形。

所述的氣測(cè)錄井樣品氣的干燥裝置還包含：干燥管加熱裝置，其包覆設(shè)置在Nafion干燥管的外管的外部，對(duì)Nafion干燥管進(jìn)行控溫加熱；所述的干燥加熱裝置通過PTC自限溫方式或PID控制方式進(jìn)行溫度控制，對(duì)Nafion干燥管進(jìn)行加熱；所述的干燥加熱裝置采用熱傳導(dǎo)方式，或熱對(duì)流方式，或熱輻射方式對(duì)Nafion干燥管進(jìn)行加熱。

所述的負(fù)壓吹掃裝置包含：第一連接管，一端連接外管，并靠近Nafion內(nèi)管的進(jìn)氣端，另一端連接大氣；抽氣泵，設(shè)置在第一連接管上，抽取干燥氣源提供的吹掃氣源，在外管內(nèi)形成連續(xù)穩(wěn)定的負(fù)壓吹掃氣流，且該吹掃氣流的壓力小于樣品氣的壓力；氣阻，連接設(shè)置在干燥氣源與外管之間。

所述的負(fù)壓吹掃裝置的抽氣泵采用隔膜泵，或蠕動(dòng)泵，或柱塞泵。

所述的干燥氣源提供的吹掃氣源的露點(diǎn)低于樣品氣的露點(diǎn)。

所述的干燥氣源采用干燥儀表風(fēng)，或外接干燥劑，或外接半導(dǎo)體制冷干燥器。

所述的干燥氣源包含：第二連接管，一端連接外管，并靠近Nafion內(nèi)管的出氣端；二位三通閥，其第一端通過氣阻連接第二連接管的另一端；第一干燥筒，內(nèi)部填充可再生干燥劑，一端連接大氣或干燥儀表風(fēng)，另一端通過管路連接二位三通閥的第二端；第二干燥筒，內(nèi)部填充可再生干燥劑，一端連接大氣或干燥儀表風(fēng)，另一端通過管路連接二位三通閥的第三端；所述的二位三通閥是通過手動(dòng)或自動(dòng)在第一干燥筒和第二干燥筒之間切換連通。

本發(fā)明還提供一種氣測(cè)錄井樣品氣的干燥方法，采用上述的干燥裝置實(shí)現(xiàn)，利用Nafion內(nèi)管的管壁兩側(cè)氣體水分壓的不同濃度作為驅(qū)動(dòng)力，使樣品氣中的水分子通過管壁滲透至Nafion內(nèi)管外，并利用負(fù)壓吹掃裝置在外管形成連續(xù)穩(wěn)定的干燥吹掃氣體，與Nafion內(nèi)管內(nèi)的樣品氣形成對(duì)流，將滲透到Nafion內(nèi)管外的水蒸氣通過吹掃由負(fù)壓吹掃裝置處排出，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品氣的干燥除水。

所述的干燥方法適用于石油勘探氣測(cè)錄井現(xiàn)場(chǎng)，用于對(duì)負(fù)壓≤0.02MPa的微負(fù)壓取樣的樣品氣進(jìn)行連續(xù)在線無損的除水干燥；或者適用于各種連續(xù)在線氣體分析現(xiàn)場(chǎng)，用于對(duì)負(fù)壓≤0.02MPa的微負(fù)壓取樣的樣品氣進(jìn)行連續(xù)在線無損的除水干燥。

綜上所述，本發(fā)明所提供的氣測(cè)錄井樣品氣的干燥裝置及干燥方法，基于Nafion干燥管除水的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，適用范圍廣，干燥速度快，性能可靠，且樣品氣中的待檢烴組分不受影響，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微負(fù)壓取樣樣品氣的在線無損耗干燥除水，適用于石油勘探氣測(cè)錄井現(xiàn)場(chǎng)，或者各種需要在線氣體分析的前處理干燥領(lǐng)域，特別是針對(duì)配有恒溫恒流量脫氣機(jī)和配套加熱樣品管線進(jìn)行高沸點(diǎn)烴組分（諸如C1～C8氣測(cè)分析）氣測(cè)錄井的場(chǎng)合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中的氣測(cè)錄井樣品氣的干燥裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中的干燥氣源的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合圖1和圖2，通過詳細(xì)說明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，為本發(fā)明所提供的氣測(cè)錄井樣品氣的干燥裝置，連接設(shè)置在負(fù)壓抽吸的樣品氣管線中；包含：Nafion干燥管，由一根外管12以及設(shè)置在該外管12內(nèi)的至少一根Nafion內(nèi)管11組成，濕熱樣品氣按照?qǐng)D1中的實(shí)線箭頭方向由進(jìn)氣端輸入Nafion內(nèi)管11并進(jìn)行在線除水干燥，利用管壁兩側(cè)氣體水分壓的不同濃度作為驅(qū)動(dòng)力，使樣品氣中的水分子通過管壁滲透至Nafion內(nèi)管11外，并由出氣端輸出干燥樣品氣；干燥氣源4，與外管12連通，并靠近Nafion內(nèi)管11的出氣端，提供干燥的吹掃氣源；負(fù)壓吹掃裝置，與外管12連通設(shè)置，并靠近Nafion內(nèi)管11的進(jìn)氣端，抽取干燥氣源4提供的吹掃氣源，使其以穩(wěn)定壓力和流量按照?qǐng)D1中的虛線箭頭方向通過外管12，并與Nafion內(nèi)管11內(nèi)的樣品氣形成對(duì)流，將滲透到Nafion內(nèi)管11外的水蒸氣通過吹掃由負(fù)壓吹掃裝置處排出。

所述的Nafion干燥管的外管12由塑料或金屬材料制成，同時(shí)還具有保護(hù)Nafion內(nèi)管11的作用。

所述的Nafion干燥管的Nafion內(nèi)管11可以具有多種形狀，具體為直線形，或U形，或O形，或S形等。

所述的氣測(cè)錄井樣品氣的干燥裝置還包含：干燥管加熱裝置3，其包覆設(shè)置在Nafion干燥管的外管12的外部，對(duì)Nafion干燥管進(jìn)行控溫加熱。

所述的干燥加熱裝置3通過PTC（Positive Temperature Coefficient，正溫度系數(shù)）自限溫方式或者PID（比例-積分-微分）控制方式進(jìn)行溫度控制，對(duì)Nafion干燥管進(jìn)行加熱，避免濕熱樣品氣進(jìn)入Nafion干燥管時(shí)因溫度變化引起水蒸氣冷凝。

所述的干燥加熱裝置3可采用熱傳導(dǎo)方式，或熱對(duì)流方式，或熱輻射方式等對(duì)Nafion干燥管進(jìn)行加熱。

在本實(shí)施例中，所述的干燥加熱裝置3采用PTC自限溫方式進(jìn)行溫度控制，并采用加熱帶纏繞包覆方式對(duì)Nafion干燥管進(jìn)行加熱，使Nafion干燥管內(nèi)的溫度與樣品氣加熱管線的溫度保持一致，因而能夠避免進(jìn)入Nafion干燥管內(nèi)的樣品氣因溫度突然降低而引起的水蒸氣冷凝，從而影響干燥效果。并且，采用PTC自限溫以及加熱帶纏繞包覆的方式可以簡(jiǎn)化干燥加熱裝置3的結(jié)構(gòu)，控制成本，利于現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用。

所述的負(fù)壓吹掃裝置包含：第一連接管23，一端連接外管12，并靠近Nafion內(nèi)管11的進(jìn)氣端，另一端連接大氣；抽氣泵21，設(shè)置在第一連接管23上，抽取干燥氣源4提供的吹掃氣源，在外管12內(nèi)形成連續(xù)穩(wěn)定的負(fù)壓吹掃氣流，供Nafion干燥管的連續(xù)在線工作，將滲透到Nafion內(nèi)管11外的水蒸氣通過吹掃由第一連接管23排出；氣阻22，連接設(shè)置在干燥氣源4與外管12之間。

根據(jù)不同工況，所述的負(fù)壓吹掃裝置的抽氣泵21可以采用隔膜泵，或蠕動(dòng)泵，或柱塞泵等。

本實(shí)施例中，所述的抽氣泵21采用隔膜泵。并且根據(jù)Nafion內(nèi)管11的除水特性，隔膜泵和氣阻22所提供的吹掃氣流的負(fù)壓和流量需滿足如下公式：

V_p=V_s/[(P_s/1.05P_v)-1]；

其中，V_p是吹掃氣流量，V_s是樣品氣流量，P_v是吹掃氣絕對(duì)壓力，P_s是樣品氣絕對(duì)壓力。從上述公式中可以看出，當(dāng)樣品氣處于約0.095MPa的絕對(duì)壓力（相當(dāng)于0.005Mpa左右的負(fù)壓）連續(xù)抽吸狀態(tài)時(shí)，為保證Nafion內(nèi)管11的除水效率，吹掃氣壓力必須小于樣品氣壓力，才能取得比較滿意的除水效果及合適的吹掃氣流量。因此，在本實(shí)施例中，負(fù)壓吹掃裝置的吹掃氣絕對(duì)壓力和流量分別設(shè)置為0.06MPa和1.5L/min，從而可滿足900mL/min的樣品氣的在線除水干燥。

所述的干燥氣源4為負(fù)壓吹掃裝置2提供干燥的吹掃氣源，且吹掃氣體的露點(diǎn)低于樣品氣。一般情況下，油氣勘探現(xiàn)場(chǎng)錄井儀器房?jī)?nèi)的干燥儀表風(fēng)即可滿足干燥氣源4的要求。特別地，在氣測(cè)錄井過程中，為配合樣品氣中C1～C8烴組分的分析，會(huì)選用恒溫恒流脫氣機(jī)和加熱樣品傳輸管線。因此在加熱攪拌鉆井液以及高溫傳輸樣品氣的過程中，會(huì)夾帶大量的水蒸氣。為了達(dá)到理想的樣品氣的干燥效果，本發(fā)明中的干燥氣源4還外接其他干燥設(shè)備，例如可再生干燥劑或半導(dǎo)體制冷干燥器等，從而進(jìn)一步降低吹掃氣體的露點(diǎn)，提高Nafion干燥管對(duì)樣品氣的干燥效果。

本實(shí)施例中，如圖2所示，所述的干燥氣源4包含：第二連接管44，一端連接外管12，并靠近Nafion內(nèi)管11的出氣端；二位三通閥43，其第一端通過氣阻22連接第二連接管44的另一端；第一干燥筒41，內(nèi)部填充可再生干燥劑，一端連接大氣或干燥儀表風(fēng)，另一端通過管路連接二位三通閥43的第二端；與第一干燥筒41分開設(shè)置的第二干燥筒42，內(nèi)部填充可再生干燥劑，一端連接大氣或干燥儀表風(fēng)，另一端通過管路連接二位三通閥43的第三端。干燥過程中，二位三通閥43先連通一側(cè)的第一干燥筒41，提供干燥的吹掃氣源。另一側(cè)的第二干燥筒42備用，待第一干燥筒41內(nèi)的干燥劑失效時(shí)，只需將二位三通閥43切換至與第二干燥筒42連通，即可實(shí)現(xiàn)在線不間斷的提供干燥的吹掃氣源。而失效的第一干燥筒41內(nèi)的干燥劑可經(jīng)再生后重復(fù)使用。

所述的二位三通閥43是通過手動(dòng)或自動(dòng)在第一干燥筒41和第二干燥筒42之間切換連通。

所述的可再生干燥劑為變色硅膠，或分子篩，或無水氯化鈣等。

本發(fā)明還提供一種氣測(cè)錄井樣品氣的干燥方法，采用上述的干燥裝置實(shí)現(xiàn)，利用Nafion內(nèi)管11的管壁兩側(cè)氣體水分壓的不同濃度作為驅(qū)動(dòng)力，使樣品氣中的水分子通過管壁滲透至Nafion內(nèi)管11外，并利用負(fù)壓吹掃裝置在外管12形成連續(xù)穩(wěn)定的干燥吹掃氣體，與Nafion內(nèi)管11內(nèi)的樣品氣形成對(duì)流，將滲透到Nafion內(nèi)管11外的水蒸氣通過吹掃由負(fù)壓吹掃裝置處排出，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品氣的干燥除水。

所述的干燥方法適用于石油勘探氣測(cè)錄井現(xiàn)場(chǎng)，用于對(duì)負(fù)壓≤0.02MPa的微負(fù)壓取樣的樣品氣進(jìn)行連續(xù)在線無損的除水干燥；或者適用于各種連續(xù)在線氣體分析現(xiàn)場(chǎng)，用于對(duì)負(fù)壓≤0.02MPa的微負(fù)壓取樣的樣品氣進(jìn)行連續(xù)在線無損的除水干燥。

綜上所述，本發(fā)明所提供的氣測(cè)錄井樣品氣的干燥裝置及干燥方法，基于Nafion干燥管除水的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，適用范圍廣，干燥速度快，性能可靠，且樣品氣中的待檢烴組分不受影響，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微負(fù)壓取樣樣品氣的在線無損耗干燥除水，適用于石油勘探氣測(cè)錄井現(xiàn)場(chǎng)，或者各種需要在線氣體分析的前處理干燥領(lǐng)域，特別是針對(duì)配有恒溫恒流量脫氣機(jī)和配套加熱樣品管線進(jìn)行高沸點(diǎn)烴組分（諸如C1～C8氣測(cè)分析）氣測(cè)錄井的場(chǎng)合。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。