一种脱气装置及脱气方法

技术领域

本发明涉及油气地球化学勘探领域，特别涉及一种脱气装置及脱气方法。

背景技术

油气藏中的烃类及其它组分在漫长的垂向运移过程中，会与运移通道周围的岩石、土壤和水介质发生系列物理化学反应从而留下“踪迹”，因此地层水及地表水中溶解的烃类组分一直是油气地球化学勘探工作中的重要关注指标，水中溶解烃的检测技术方法已被列入国家标准“油气地球化学勘探试样测定方法(标准号：GB/T29173-2012)”中。近年来，随着我国海洋油气资源勘探的蓬勃推进，特别是海域天然气水合物勘探技术研究的持续升温，以烃类及其蚀变产物为主要检测对象的地球化学勘探技术已被公认为重要的海洋油气勘探技术手段之一。天然气水合物以烃类气体为主要组成，所以海水中溶解烃的浓度无疑是天然气水合物地球化学勘探的首要指标。

目前，从海水中脱出溶解烃的方法主要借用地表油气地球化学勘探中的测试方法，即采用国标GB/T29173-2012中的真空脱气法，此法存在问题主要有：①过程复杂，操作繁琐，需要一定的试验操作技能和经验；②多为玻璃试验器材，以橡胶管联接，易漏气造成真空度下降和脱气损失；③试剂、材料及辅助设备较多，难以适应现场测试需求。此外，以中空纤维膜技术为基础的膜脱气法也常被应用到水质脱气，如专利CN110028132A所述膜脱气装置，此法主要应用于工业生产用水的在线脱气，所需水量体积较大，且其最大的缺陷是脱出的气体一般随真空设备抽走而不易收集。

因此，发明一种适合于船载现场、操作简便的海水脱气装置和方法，以便及时获得所在调查位置的海水溶解烃指标信息，以推动地球化学技术在海域油气资源尤其是天然气水合物资源勘探中发挥更大的作用。

发明内容

本发明提供一种脱气装置及脱气方法，用于至少解决上述一个技术问题。

本发明的一方面提供一种脱气装置，包括装置主体和设置在所述装置主体内的活塞，其中，所述活塞可沿所述装置主体的高度方向上下移动，并且所述活塞的顶部与所述装置主体的内壁之间设置有密封的脱气腔，

所述装置主体的顶部分别设置有进样管和集气管，所述进样管与所述脱气腔相连通，以将样品注入所述脱气腔中进行脱气，所述集气管与所述脱气腔相连通，以收集并计量所述样品脱出的气体。

在一个实施方式中，还包括操作杆，

所述装置主体的底部设置有螺纹孔，所述操作杆螺纹连接于所述螺纹孔内，并且所述操作杆的上端与所述活塞的底部相连，

其中，通过旋转所述操作杆可带动所述活塞沿所述装置主体的高度方向上下移动。

在一个实施方式中，所述活塞的底部设置有轴承，所述操作杆的上端通过所述轴承与所述活塞的底部相连，以使所述活塞与所述装置主体之间没有相对的转动。

在一个实施方式中，所述集气管上设置有可拆卸的密封盖，所述密封盖内设置有密封垫，所述密封盖上设置有取气口。

在一个实施方式中，所述进样管内设置有可拆卸的密封栓，并且所述密封栓的底面与所述进样管的下端面平齐。

在一个实施方式中，所述集气管和所述装置主体均采用透明材料制成，并且所述集气管的外壁上标有第一刻度线，所述装置主体上标有第二刻度线。

本发明的另一方面还提供一种脱气方法，采用上述的脱气装置对样品进行脱气，包括以下步骤：

S1：将活塞调整至第一设定刻度处后，通过进样管注入样品，直至样品充满脱气腔、集气管和进样管后，分别通过密封盖和密封栓密封集气管和进样管；

S2：将活塞向下调整至第二设定刻度处，以在负压环境下对样品进行脱气；

S3：脱气完成后，将样品脱出的气体驱赶至集气管中，直至脱气装置的内部压力与外界压力平衡；

S4：记录脱出的气体的体积后，从集气管中抽取该脱出的气体。

在一个实施方式中，步骤S3包括以下步骤：

在密封盖上的取气口处插入内部排空的注射器，通过向上调整活塞的位置以将脱出的气体驱赶至集气管中，直至注射器的推杆被触动，脱气装置的内部压力与外界压力平衡。

在另一个实施方式中，步骤S3包括以下步骤：

通过密封盖上的取气口注入驱赶液，以将脱出的气体驱赶至集气管内，直至脱气装置的内部压力与外界压力平衡，驱赶液自动停止注入。

在一个实施方式中，在步骤S1之前还包括对脱气装置进行密封性检查的步骤：

S01：将活塞调整至装置主体的顶部后，密封集气管，并在进样管处连接真空计；

S02：将活塞的位置向下调整，直至真空计的读数为设定真空度；

S03：观察真空计的读数，若在设定时间内真空计的读数未降低，则脱气装置的气密性良好。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的脱气装置，结构紧凑，操作简单，便于携带，通过上下调整活塞的位置，即可实现对密封的脱气腔内的压力的改变。其中，活塞向下移动，脱气腔的体积扩大，其内部压力降低，样品中溶解的气体释放，在达到气液平衡后，活塞反向移动使脱气腔内的液面上升，样品所脱出的气体被赶至集气管中，从集气管中抽出即可直接分析检测或密封保存。通过本发明的脱气装置和脱气方法，在统一的温度、压力等脱气条件下，所脱出的气体中烃类组成及浓度指标可作为天然气水合物勘探的重要参考依据。

附图说明

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。

图1是本发明中的脱气装置的结构示意图；

图2是本发明中的脱气方法的流程图。

附图标记：

1-装置主体；2-活塞；3-进样管；4-集气管；5-操作杆；

6-密封盖；7-密封栓；8-脱气腔；9-第一刻度线；10-第二刻度线；

11-固定件；12-通气孔；13-手柄。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1中所示，本发明提供一种脱气装置，包括装置主体1和设置在装置主体1内的活塞2。其中，活塞2可沿装置主体1的高度方向上下移动，并且活塞2的顶部与装置主体1的内壁之间设置有密封的脱气腔8，装置主体1的顶部分别设置有进样管3和集气管4，进样管3与脱气腔8相连通，以将样品注入脱气腔8中进行脱气，集气管4与脱气腔8相连通，以收集并计量样品脱出的气体。

本发明的脱气装置，结构紧凑，操作简单，便于携带，通过上下调整活塞2的位置，即可实现对密封的脱气腔8内的压力的改变。其中，活塞2向下运动，脱气腔8的体积扩大，其内部压力降低，样品中溶解的气体释放，在达到气液平衡后，活塞2反向运动使脱气腔8内的液面上升，样品所脱出的气体被赶至集气管4中，从集气管4中抽出即可直接分析检测或密封保存。

此外，脱出的气体抽出后可立即进行气相色谱分析，得到溶解烃的组成和浓度，亦可保存于密闭容器内留作后期测试，适合于陆域野外或海域船载现场使用。

通过本发明的脱气装置和脱气方法，在统一的温度、压力等脱气条件下，所脱出的气体中烃类组成及浓度指标可作为天然气水合物勘探的重要参考依据。

需要说明地是，本发明中的样品为液体样品，例如海水。

在本实施例中，脱气装置还包括操作杆5。装置主体1的底部设置有螺纹孔，操作杆5螺纹连接于螺纹孔内，并且操作杆5的上端与活塞2的底部相连。其中，通过旋转操作杆5可带动活塞2沿装置主体1的高度方向上下移动。

在本实施例中，活塞2与装置主体1的内壁滑动密封相连，活塞2由操作杆5带动可做上下移动至设定刻度，操作杆5上行或下行的动力由操作杆5在装置主体1底部的螺纹孔旋转时提供。

优选地，活塞2的底部设置有轴承，操作杆5的上端通过轴承与活塞2的底部相连，以使活塞2与装置主体1之间没有相对的转动。从而使操作杆5旋转时活塞2不随之旋转而只作上下运动。

具体地，装置主体1为下端开口的筒体，其下端设置有固定件11，固定件11的中央设置有上述的螺纹孔，以安装操作杆5。进一步地，固定件11的外周壁上设置有外螺纹，装置主体1的下端设有内螺纹，从而使固定件11螺纹连接在装置主体1的下端内。此外，为防止密封带来的压力影响，可在固定件11设置通气孔12以保证压力平衡。

具体地，操作杆5的下端设置有手柄13或手摇把手，以方便带动操作杆5旋转。

本实施例描述与上述实施例的不同之处，相同之处不再赘述。

本实施例中，装置主体1为圆柱形，其上端留有两个支管，分别为进样管3和集气管4，并分别配有密封栓7和密封盖6。

其中，集气管4上设置有可拆卸的密封盖6，密封盖6内设置有密封垫，所述密封盖6上设置有取气口。通过内衬的密封垫，以实现对集气管4的管口的密封，通过设置取气口，以采集驱赶至集气管4中的气体。具体地，上述密封垫为橡胶垫，密封盖6螺纹连接在集气管4的管口。

进样管3上设置有可拆卸的密封栓7，并且密封栓7的底面与进样管3的下端面平齐。换言之，密封栓7可填满进样管3的内部，并且与进样管3的内壁密封，以阻挡样品脱出的气体进入进样管3。具体地，密封栓7螺纹连接在进样管3中。

本实施例描述与上述实施例的不同之处，相同之处不再赘述。

本实施例中，集气管4和装置主体1均采用透明材料制成，并且集气管4的外壁上标有第一刻度线9，装置主体1上标有第二刻度线10。

其中，集气管4上采用透明材料并标有第一刻度线9，可用于计量脱出气体的体积。装置主体1采用透明材料并标有第二刻度线10，从而在试验的基础上，可对样品体积和负压真空度进行调节，以获得最满意的脱气效果。

优选地，集气管4和装置主体1均采用无色透明材料制成，例如玻璃、塑料等材料。这样，装置整体无金属器件，不会造成海水腐蚀。

需要说明地是，进样管3也可采用透明材料。此外，制作时，装置主体1、集气管4和进样管3可一体成型。

如图2中所示，本发明提供一种脱气方法，采用上述的脱气装置对样品进行脱气，包括以下步骤：

S1：将活塞2调整至第一设定刻度处后，通过进样管3注入样品，直至样品充满脱气腔8、集气管4和进样管3后，分别通过密封盖6和密封栓7密封集气管4和进样管3；

S2：将活塞2向下调整至第二设定刻度处，以在负压环境下对样品进行脱气；

S3：脱气完成后，将样品脱出的气体驱赶至集气管4中，直至脱气装置的内部压力与外界压力平衡；

S4：记录脱出的气体的体积后，从集气管4中抽取该脱出的气体。

本发明的脱气方法中，通过上下调整活塞2的位置，即可实现对密封的脱气腔8内的压力的改变。其中，活塞2向下移动，脱气腔8的体积扩大，其内部压力降低，使样品中溶解的气体释放，在达到气液平衡后，活塞2反向移动使脱气腔8内的液面上升，样品所脱出的气体被赶至集气管4中，从集气管4中抽出即可直接分析检测或密封保存。

脱出的气体抽出后可立即进行气相色谱分析，得到溶解烃的组成和浓度，亦可保存于密闭容器内留作后期测试，适合于陆域野外或海域船载现场使用。

在统一的温度、压力等脱气条件下，所脱出的气体中烃类组成及浓度指标可作为天然气水合物勘探的重要参考依据。

优选地，由于装置整体结构紧凑，步骤S2中对样品进行脱气时，可将脱气装置整体置入水浴中恒温加热，以提高脱气速度和脱气效率。

脱气结束后，可采取两种方式收集脱出的气体。下面对步骤3进行具体说明。

在一种实施方式中，步骤S3包括以下步骤：在密封盖6上的取气口处插入内部排空的注射器，通过向上调整活塞2的位置以将脱出的气体驱赶至集气管4中，直至注射器的推杆被触动，脱气装置的内部压力与外界压力平衡。

具体地，在密封盖6的取气口处插入内部排空注射器后，旋转手柄13使活塞2上行，脱气腔8内的液面上升，脱出的气体被驱赶至集气管4内，压力上升至注射器推杆被触动时，脱气装置的内部压力与外界平衡，停止旋转手柄13。

在另一实施方式中，步骤S3包括以下步骤：通过密封盖6上的取气口注入驱赶液，以将脱出的气体驱赶至集气管4内，直至脱气装置的内部压力与外界压力平衡。

具体地，可采用饱和盐水作为驱赶液。其中，饱和盐水盛放在容器中，采用橡胶管前端连接注射针头的方式输送。脱气结束后，将针头插入取气口内，饱和盐水自动注入，并且随着饱和盐水的注入，脱气腔8内的液面升高，脱出的气体被驱赶至集气管4内，脱气装置的内部压力与外界压力平衡后，饱和盐水自动停止注入，记录气体体积，用注射器抽取转移气体。

本实施例描述与上述实施例的不同之处，相同之处不再赘述。

在步骤S1之前还包括对脱气装置进行密封性检查的步骤：

S01：将活塞2调整至装置主体1的顶部后，密封集气口，并在进样口处连接真空计；

S02：将活塞2的位置向下调整，直至真空计的读数为设定真空度；

S03：观察真空计的读数，若在设定时间内真空计的读数未降低，则脱气装置的气密性良好。

本实施例中，对脱气装置进行密封检查时，无需额外的抽真空装置对其抽真空，将活塞2调整至装置主体1的顶部即可将脱气腔8中的气体全部排出，密封后，再向下调整活塞2，即可使脱气腔8内呈设定真空度的负压状态，操作简单方便。

下面对海水中溶解烃现场脱气处理的步骤进行具体说明。

第一步，清洗所有部件，室温晾干后组装备用。

第二步，将活塞2置于最上端，旋紧密封盖6以密封集气管4，在进样管3处连接真空计。

第三步，旋转操作杆5以使活塞2下行至真空计读数接近-0.1MPa，保持1h，若期间真空计读数不降低，表示脱气装置的密封性良好，检查完毕。

第四步，打开进样管3和集气管4，并使活塞2下行至设定的刻度，加入水样至充满进样管3和集气管4。

第五步，先将密封栓7旋入进样管3中，再盖上集气管4的密封盖6，并注意保持内部无空气泡。

第六步，旋转操作杆5以使活塞2下行至另一设定的刻度，脱气开始(如必要，将脱气装置放入60℃左右水浴加热，可加快脱气速度和效率)。

第七步，保持30min后，反方向旋转操作杆5以使活塞2上行，直至内外的压力平衡，随着活塞2上行脱气腔8内的液面上升，从而将脱出的气体赶至集气管4内。

第八步，读取并记录集气管4中的气体体积，抽出部分直接进行气相色谱分析；其余气体根据需要，可以抽出后密闭保存备用。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。