[0001] 本发明属于油气田勘探和开发技术领域，具体涉及一种油气井二氧化碳浓度监测与计量装置。

[0002] 公开号为CN104515747A，公开日为2015年4月15日的中国文献公开了一种CO2浓度监测系统及其监测方法，其系统包括红外探测模块、信号处理模块、中央控制模块、显示模块、报警模块、驱动模块、外围通风设备和CO2发生器。所述红外探测模块包括红外光源和CO2红外探测器，所述红外光源周期性地发射红外光，所述CO2红外探测器探测红外光强度变化并转化为电信号，信号处理模块将电信号进行处理得到中间数字信号，中央控制模块根据中间数字信号读取对应的CO2浓度值并判断是否在预先设定的CO2浓度范围内。上述文献的一种CO2浓度监测系统及其监测方法，通过探测红外光的强度变化监测环境中的CO2浓度，能自动监测CO2浓度，并根据测得的CO2浓度自动报警、控制外围通风设备，智能化程度高，抗干扰能力强，稳定性好，功耗小。该文献是针对室内的CO2，解决了传统CO2浓度接触式测量不准确的缺陷，并根据测得的CO2浓度自动控制外围通风设备。

[0003] 公开号为CN201844975U，公开日为2011年5月25日的中国文献公开了一种温室CO2浓度监测装置，至少包括有CO2浓度检测单元、CO2浓度显示单元、自动控制单元和状态报警单元，CO2浓度检测单元、CO2浓度显示单元、状态报警单元分别与自动控制单元相连接。本发明根据CO2浓度检测单元所检测到的温室大棚中CO2的浓度，经过单片机运算处理后，在CO2浓度显示单元上进行显示，从而人们可以直观的看到此刻温室大棚中CO2的浓度，以方便控制温室大棚内的CO2浓度维持在一个适当的范围内，并且当CO2浓度不在指定范围内的时候，由自动控制单元发出信号驱动LED发光二极管及压电式蜂鸣器工作。解决了温室大棚里CO2浓度检测的设备，测量精度低，成本高等原因而没有被广泛应用的问题；具有制作方便，电路简单，成本低廉等特点。

[0004] 上述专利文献均是针对室内的CO2浓度监测，并不适用于油气井的CO2浓度监测和计量，目前油气井CO2压后放喷阶段对CO2和甲烷气体浓度、温度、流速的在线监测通过人工观察的方式，无法定量化的监测和计量。鉴于此，研发了CO2浓度在线监测与计量装置。

[0024] 实施例1：

[0025] 如图1所示，一种油气井二氧化碳浓度监测与计量装置，包括分析计量装置1、取样器5、流量计4、减压器8、电源9、第一开关阀3和第二开关阀6，第一开关阀3的出口通过管道连接流量计4的入口，流量计4的一路出口通过管道连接分析计量装置1，流量计4的另一路出口通过管道连接取样器5的入口，取样器5的一路出口通过减压器8连接分析计量装置1，取样器5的另一路出口通过管道连接第二开关阀6的进口，分析计量装置1电连接电源9。

[0026] 本发明提供的这种油气井二氧化碳浓度监测与计量装置，电源9为分析计量装置1供电，取样器5采集CO2和CH4的样气，流量计4通过通讯电缆传输实时检测管道内样气的温度值、压力值、流量值至分析计量装置1，流量计4的出口通过管道连接取样器5的入口，取样器5内部将样气经过减压器8减压通过采样管连接分析计量装置1分析出CO2和CH4的实时浓度值，分析计量装置1结合流量计4检测的样气实时温度值、压力值、流量值，经过分析计量装置1计算统计得出CO2和CH4的分钟、小时的气态排出量和CO2液态排出量，通过计算统计一定时间段内的CO2和CH4分钟、小时的气态排出量和CO2液态排出量，能够准确得出压后放喷阶段气态CO2和CH4浓度的变化趋势，确定最佳点火时间以及CO2的埋存量，精准监测CO2和CH4浓度、温度、压力、流量的技术参数；解决了CO2压裂后放喷阶段管道内低温、高压、高流速的情况下CO2和CH4的检测分析的难题，同时通过在分析计量装置1出口安装减压器8，耐压性能大于10Mpa,输出压力范围0‑0.4Mpa,减少了现场高压操作带来的安全隐患。

[0027] 实施例2:

[0028] 在实施例1的基础上，所述取样器5、流量计4、连接取样器5的管道、连接流量计4的管道均采用不锈钢材质。不锈钢材质同时满足耐高压、便于安装拆卸和可循环利用的要求。

[0029] 优选的，所述不锈钢优选304不锈钢。304不锈钢耐腐蚀，耐6.5MPa高压。

[0030] 实施例3:

[0031] 在实施例2的基础上，所述第一开关阀3和第二开关阀6均为直通开关球阀，第一开关阀3、流量计4、取样器5和第二开关阀6的内径相同。

[0032] 相比现有的其他阀门，采用直通开关球阀具有最低的流阻，在较大的压力和温度范围内，能实现完全密封，同时可实现快速启闭，在全开和全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质高速通过阀门不会对密封面侵蚀，结构紧凑，重量轻，能很好的承受来自管道的应力，关闭件能承受关闭时的高压差，使用寿命长。

[0033] 第一开关阀3、流量计4、取样器5和第二开关阀6的内径相同，形成直通式监测管路，能真实反映出管道内流量和压力的变化，提高监测的精确度。

[0034] 优选的，所述第一开关阀3的进口和第二开关阀6的出口之间设有旁通管路。

[0035] CO2反排气发生冰堵现象时，关闭第一开关阀3和第二开关阀6，通过旁通管路可进行引流。

[0036] 优选的，所述旁通管路上连接有第三开关阀7。第三开关阀7便于控制旁通管路的开启和关闭，结构简单，操作方便。

[0037] 实施例4:

[0038] 优选的，所述电源9为锂电池，电源9还包括太阳能充电板2，太阳能充电板2电连接锂电池。

[0039] 锂电池具有较高的能量比，使用寿命长，额定电压高，高功率承受力，自放电率很低，可做到1％/月以下，不到镍氢电池的1/20，重量轻，相同体积下重量约为铅酸产品的1/6‑1/5，高低温适应性强，可以在‑20℃‑‑60℃的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在‑45℃环境下使用；绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。

[0040] 由于油气田现场AC 220V供电不太方便，使用太阳能板2为锂电池充电，锂电池为二氧化碳分析与计量装置1提供给便携式电源，体积小，携带方便且经济环保，可以长时间连续监控。

[0041] 优选的，所述太阳能充电板2为折叠式太阳能充电板。折叠式太阳能充电板方便携带。

[0042] 优选的，所述太阳能充电板2的输出电压DC36V，功率300W；实际使用时，也可根据需要选择参数不同的太阳能充电板。

[0043] 实施例5:

[0044] 优选的，所述分析计量装置1包括分析计量模块和恒温箱，分析计量模块连于恒温箱内。

[0045] 分析计量模块通过采集分析CO2和CH4浓度值，结合流量计4输出的温度、压力、流量3 3
值，计算出CO2、CH4气态下分钟、小时的排出量单位：M、并计算出CO2液态排出量单位：M；

[0046] CO2气态分钟排出量：

[0047] CO2(气态量)＝CO2(分钟浓度值)*分钟流量值*0.00259

[0048] CO2液态分钟排出量：

[0049] CO2(液态量)＝CO2(分钟气态量)*560.6

[0050] CH4气态分钟排出量：

[0051] CH4(气态量)＝CH4(分钟浓度值)*分钟流量值*0.0197

[0052] (CO2气态体积比转换系数：0.00259，CH4气态体积比转换系数：0.0197)

[0053] 分析计量模块计算时采用现有计算软件，分析原理为半导体不分光红外线原理，分析精度0.01％，误差±2％FS；分析计量模块配有恒温箱，提高分析的精度，隔绝外界环境造成的温度干扰。

[0054] 优选的，恒温箱的温度为55.5℃；55.5℃的恒温下，分析计量模块的分析精度最高。

[0055] 优选的，所述取样器5还包括过滤装置12，过滤装置12位于取样器5的内部，且过滤装置12的入口连接流量计4的一路出口，过滤装置12的出口连接减压器8的入口。

[0056] 取样器5内置有过滤装置12，过滤精度大于5um,有效去除样气中的泥沙等杂质，取样器5出口安装有减压器8，耐压性能大于10Mpa,输出压力范围0‑0.4Mpa,减少了现场高压操作带来的安全隐患。

[0057] 优选的，所述取样器5还包括干燥装置10；过滤装置的出口通过干燥装置10连接减压器8的入口；干燥装置10有效的将样气中的水分去除，提高测量的精确度。

[0058] 优选的，所述取样器5还包括阻水过滤器11，干燥装置10通过阻水过滤器11连接减压器8的入口；彻底的去除样气中的水分，提高测量的精确度。

[0059] 优选的，所述取样器5开设有排污口13，过滤装置12的气体出口连接干燥装置10的入口端，过滤装置12的液体出口连接排污口13；排污口13便于将分离后的液体排出，设计简单合理。

[0060] 如图2所示，取样器5的工作方法为：气体经取样管15进入过滤装置12进行过滤，过滤后的气体依次经干燥装置10干燥、经阻水过滤器11过滤后进入分析计量装置1；过滤装置12过滤后的液体经排污管道从排污口13排出；阻水过滤器11和分析计量装置1之间设置有流量调节器14，便于调节样气流量；取样管道上设置有压力表和开关，压力表用于测量样气管道的压力，开关根据需要控制管道的开启；流量调节器14和阻水过滤器11之间连接有标气收集器16；用与收集标准气体，便于回收利用。

[0061] 实施例6:

[0062] 优选的，所述取样器5和流量计4之间的管道上设置有切断阀门，减压器8和分析计量装置1之间设置有应急检修阀门。切断阀门和应急检修阀门在现场不用停车的情况下完成维护。

[0063] 优选的，流量计4输入最大压力不超过6.2MPa,工况流量17～170M3/H，温度‑60～60℃；满足实际工况的监测要求。

[0064] 优选的，所述流量计4为旋进旋涡流量计。旋进旋涡流量计耐腐蚀、稳定可靠、寿命长、长期运行无需特殊维护，实现了机电一体化，日常的计量不需人工值守，安装工艺简单，流量测量范围较宽，体积肖，重量轻。

[0065] 优选的，所述分析计量装置1的分析计量模块采用镀金镜面材质，光源发射波为调制脉冲波；去除了机械切光装置，为仪器稳定运行，精准检测提供可靠保障，做到了装置轻量化和便携化。

[0066] 优选的，所述管道之间的连接采用法兰连接；法兰连接的强度和紧密性好，适用的尺寸范围宽。

[0067] 优选的，所述法兰的密封面为凹凸法兰面；凹凸法兰面耐高压。

[0068] 优选的，所述减压器8和分析计量装置1之间通过聚四氟乙烯管连接；聚四氟乙烯管耐高温，耐腐蚀。

[0069] 优选的，所述减压器8和聚四氟乙烯管的连接口、聚四氟乙烯管和分析计量装置1连接口均采用不锈钢卡套接头，且连接口为防水接头；使防护等级可达IP65，适应现场的露天作业环境。

[0070] 优选的，所述油气井二氧化碳浓度监测与计量装置还包括箱体，箱体套接在分析计量装置1、取样器5、流量计4、减压器8、电源9、第一开关阀3和第二开关阀6的外面；箱体的上面设置连接有拉杆，箱体的下面设置连接有滚轮，拉杆和滚轮便于移动油气井二氧化碳浓度监测与计量装置，箱体对各部件起到保护作用。

[0071] 优选的，箱体采用PP合金材质；防撞性能和防水性能均较好。

[0072] 本发明的油气井二氧化碳浓度监测与计量装置的工作原理为：电源9为分析计量装置1供电，取样器5采集CO2和CH4的样气，样气经减压器8减压后进入分析计量装置1内进行浓度值的分析，流量计4将检测的管道内样气的温度值、压力值、流量值输入至分析计量装置1中，通过分析计量模块转换计算出CO2和CH4分钟、小时的气态排出量和CO2液态排出量，掌握压后放喷阶段气态CO2和CH4浓度的变化趋势，根据实际情况确定最佳点火时间以及CO2的埋存量。

[0073] 本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“内部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

[0074] 以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。