三元体系流体互溶度测定方法及其测定系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及物理化学中溶解与相平衡技术领域和油气勘探与开发技术领域，具体涉及一种三元体系流体互溶度测定方法，此外，还涉及一种三元体系流体互溶度测定系统。
【背景技术】
[0002]目前，测定流体互溶度/溶解度主要采用浊点法和分析法。浊点法是将预先配置好的一定浓度的溶质与溶剂放入平衡釜内，然后逐渐改变压力或温度，直至观察到某一相开始出现或消失，此时的压力、温度以及已知的溶质浓度即该温度压力下的溶解度。
[0003]浊点法又分为恒温法和变温法两种，由于浊点法无需取样分析，因而避免了高压取样对流体平衡体系的干扰，但是需要设备带有可视窗口，对视镜和釜体要求非常高的密封性，由于视镜所能承受的温度大多在200°C以下，并且视镜和釜体之间的高温高压密封比较困难，因此在高温高压条件下，不能采用浊点法测定流体平衡体系的溶解度。
[0004]分析法是将过量的溶质置于平衡釜内的溶剂中，密封在恒温下进行连续或者间断的搅拌，直到充分溶解形成流体平衡体系，再通过从平衡釜内的每一相中取样至平衡釜外，在常压下进行组成分析，得到各相组成，以此求得相平衡体系的数据。组分分析采用的方法有气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)、重量法等各种测试方法。依据获得溶解平衡的方式可以将分析法分为动态法和静态法。动态法对设备要求较高，较难以达到溶解平衡。相比较而言，静态法是测定流体溶解度最为常用的方法。现有技术中采用静态法存在的主要问题是高温高压取样对反应釜内平衡状态的干扰，尤其是两相平衡组成接近的近临界区，平衡时间成倍增加，测定误差较大。目前判断溶解平衡的通用方法是通过两次以上测定两相的浓度保持不变，即可以认为该体系达到了溶解平衡状态，但这样增加了测定的工作量。
[0005]流体互溶度/溶解度测定的关键是如何使体系尽快达到平衡，如何准确平衡取样。目前，基于浊点法和分析法的流体互溶度/溶解度测定装置一般仅涉及到两相流体，溶解平衡体系温度和压力都较低，判断流体达到互溶状态困难，而且取样时容易破坏流体平衡体系，影响流体平衡体系的温度和压力，造成测量误差大。因此，急需一种测量准确的三元体系流体互溶度测定方法。
【发明内容】
[0006]针对上述的问题，本发明提出了一种三元体系流体互溶度测定方法。这种测定方法能够真实地测定三元体系流体互溶度。此外，本发明还提出了一种三元体系流体互溶度测定系统。
[0007]根据本发明的第一方面，提出了一种三元体系流体互溶度测定方法，包括以下步骤:步骤1，将待测流体分别注入互溶釜中；步骤2，恒压恒温溶解所述待测流体；步骤3，保持互溶釜内压力和温度基本不变的情况下，大体等温等压取样；步骤4，收集取样流体，分别测得所述待测流体的溶解量。
[0008]采用本发明提供的三元体系流体互溶度测定方法进行互溶度测定时，能够在互溶釜内的压力和温度保持不变的情况下进行取样，而且取样时进入到取样器中的取样流体的温度和压力基本等同于互溶釜内压力和温度，由此取样时没有打破互溶釜内待测流体溶解平衡，因此取样流体的溶解特征等同于互溶釜内待测流体的溶解特征，从而能够真实地测定该温度和压力条件下的流体互溶度。
[0009]在一个实施例中，互溶釜的工作温度可达400°C，工作压力可达lOOMPa。由此提高该三元体系流体互溶度测定方法的通用性。
[0010]在一个实施例中，根据待测流体的密度按由大到小依次注入互溶釜中。便于取样端口的选择。
[0011]在一个实施例中，步骤2还包括检测互溶釜中的待测流体是否达到溶解平衡，若是，执行步骤3，如不是，继续执行步骤2。由此能够准确掌握互溶釜内待测流体的溶解平衡状态，利于真实地测定待测流体的互溶度。
[0012]在一个实施例中，步骤3还包括取样之前预热取样器至等温于互溶釜内的温度，将取样器内的压力增加至略大于互溶釜内的压力，以打开互溶釜和取样器之间的取样阀。由于取样阀流体连通于互溶釜侧壁上的取样端口，由此使得互溶釜内待测流体不会从取样端口迅速涌出，利于互溶釜内待测流体溶解平衡的保持。
[0013]在一个实施例中，打开取样阀之后，将取样器内的压力降至略小于互溶釜内的压力。由此互溶釜内的待测流体从取样端口缓慢流出，直至取样设定量的取样流体为止。从而没有打破互溶釜内待测流体的溶解平衡。
[0014]根据本发明的第二方面，还提出了一种三元体系流体互溶度测定系统，其包括:流体注入单元，其包括并联设置的第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器；高温高压流体溶解单元，其包括互溶釜和溶解加热炉，第一中间容器、第二中间容器和第三中间容器的一端通过单向阀流体连通于互溶釜，溶解加热炉用于保持互溶釜内的温度不变；平衡取样单元，包括压力平衡器、取样器、取样加热炉和压力保持装置，压力平衡器用于保持互溶釜内的压力大体不变，取样器通过单向阀流体连通于互溶釜，取样加热炉保持取样器内的温度等同于互溶釜内的温度，压力保持装置保持取样器内的压力大体等同于互溶釜内的压力；收集单元，其包括气液分离器，气液分离器通过单向阀流体连通于取样器，以收集取样流体。
[0015]采用本发明提供的三元体系流体互溶度测定系统进行互溶度测定时，能够实现等温等压取样，而且取样时流体的溶解特征没有发生变化，提高互溶度测定的准确性。
[0016]在一个实施例中，其还包括控制器，控制器根据互溶釜内压力值向压力平衡器发送驱动信号，压力平衡器根据驱动信号保持互溶釜内的压力大体不变，和/或控制器根据互溶釜内压力值向压力保持装置发送控制信号，压力保持装置根据控制信号保持取样器内的压力大体等同于互溶釜内的压力。由此能够实时地控制互溶釜内的压力保持恒定，以及实时地控制取样器内的压力大体等同于互溶釜内的压力。
[0017]在一个实施例中，互溶釜和取样器分别连接有真空泵，以在注入之前将互溶釜抽真空，并且在取样之前将取样器抽真空。由此提高互溶度测定的准确性。
[0018]在一个实施例中，互溶釜中设置有搅拌器。提高待测流体相互溶解的效率。
[0019]与现有技术相比，本发明的优点在于，实现了等温等压取样，而且取样流体的溶解特征等同于溶解平衡的溶解特征，提高了互溶度测定的准确性。优选地，互溶釜的工作温度可达400°C，工作压力可达lOOMPa。由此提高该三元体系流体互溶度测定方法的通用性。另夕卜，还包括检测互溶釜中的待测流体是否达到溶解平衡，由此能够掌握互溶釜内待测流体的溶解平衡状态，提高互溶度测定的准确性。取样之前预热取样器至等温于互溶釜内的温度，将取样器内的压力增加至略大于互溶釜内的压力，以打开互溶釜和取样器之间的取样阀。利于互溶釜内待测流体溶解平衡的保持。打开取样阀之后，将取样器内的压力降至略小于互溶釜内的压力。由此在不打破互溶釜内待测流体的溶解平衡的状态下进行取样。
【附图说明】
[0020]在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
[0021]图1是根据本发明的一个优选实施例的三元体系流体互溶度测定方法的流程图；
[0022]图2是根据本发明的一个优选实施例的三元体系流体互溶度测定系统的示意图。
[0023]在图中，相同的构件由相同的附图标记标示。附图并未按照实际的比例绘制。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合附图对本发明做进一步说明。
[0025]如图1和图2所示，根据本发明提出三元体系流体互溶度测定方法和三元体系流体互溶度测定系统。下面将结合所述测定系统详细地说明所述测定方法。
[0026]需要说明的是，三元体系是指三种在常温常压下不溶或溶解度很低的纯物质流体或者混合物质流体。混合物质三元体系流体，如地层水(溶解有无机矿物质的水)为一元体系，原油(复杂的有机质混合物)为二元体系，天然气(混合烃类气体)为三元体系；纯物质三元体系流体，如纯水为一元体系，甲苯为二元体系，甲烷为三元体系。
[0027]需要说明的是，本发明不仅适用于三元体系流体互溶度的测定，也适用于二元体系流体互溶度的测定。
[0028]所述测定系统包括包括流体注入单元、高温高压流体溶解单元和平衡取样单元。下面详细地描述本发明的测定系统及其各单元。
[0029]如图2所示，流体注入单元包括并联设置的第一中间容器14、第二中间容器15和第三中间容器16。待测流体可以分别通过第一中间容器14、第二中间容器15和第三中间容器16注入到互溶釜7内。如图所示，第一中间容器14、第二中间容器15和第三中间容器16的一端通过单向阀与互溶釜7流体连通，第一中间容器14、第二中间容器15和第三中间容器16的另一端连接于高压泵1，由此高压泵I可以加压第一中间容器14、第二中间容器15和第三中间容器16中的待测流体，从而待测流体被加压后注入到互溶釜7内，利于待测流体的相互溶解。
[0030]如图2所示，高温高压流体溶解单元包括互溶釜7和溶解加热炉6。溶解加热炉6设置于互溶釜7的外周，用于保持互溶釜7内的温度不变。
[0031]如图2所示，平衡取样单元包括压力平衡器、取样器10、取样加热炉11和压力保持装置12，压力平衡器连接于互溶釜7，用于保持互溶釜7内的压力大体不变。取样器10通过单向阀流体连通于互溶釜7，取样加热炉11保持取样器10内