[发明专利]油田注汽多元热流体组分CO2和H2O浓度在线检测实验装置

说明书

本发明属于气体浓度检测设备技术领域，具体涉及一种油田注汽多元热流体组分CO₂和H₂O浓度在线检测实验装置，包括油田注汽多元热流体发生器、检测气室、光源发射模块、信号接收模块、注汽多元热流体产生模块和废气处理模块；光源发射模块包括第一激光二极管、第二激光二极管、光纤合束器、单模光纤和发射光纤透镜；信号接收模块包括聚焦反射镜、光电检测器、和计算机数据处理模块、多模光纤、衍射光栅和接收光纤透镜；油田注汽多元热流体产生模块包括供水泵、水处理装置、空气压缩机、供油泵和电点火；检测气室内设有上、下两组反射棱镜阵列。本装置用于实现对多元热流体发生器产生的CO₂和H₂O的浓度进行在线检测。

技术领域：

本发明属于气体浓度检测设备技术领域，具体涉及一种油田注汽多元热流体组分CO₂和H₂O浓度在线检测实验装置。

背景技术：

多元热流体吞吐技术是一种高效的稠油热采技术，其主要利用多元热流体发生器，将注入的燃料（柴油或天然气）和空气在燃烧室中燃烧，依靠产生的高温高压燃气将混合掺入的水汽化，产生多元复合热载体，其主要成分是N₂、H₂O和CO₂。为进一步满足海洋稠油油田高效开采的需求，提高多元热流体的注入能力，降低热损失，对多元热流体混合气体的浓度检测显得越来越重要。目前用于在线检测多元热流体混合气体浓度的设备仍处于空白区，急需一种响应迅速、检测灵敏度高、混合气体易分辨的气体在线检测装置。可调谐半导体激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）简称为TDLAS技术，是利用激光二极管的波长扫描特性和电流调谐特性，基于激光能量被气体分子选择吸收的原理来检测气体浓度的一种新型气体检测技术，具有灵敏度高、分辨率高、选择性强、响应时间快等优点。随着波长调制技术的应用，虽然在0.75-2.5μm的近红外波段内谱线强度与中红外相比要低的多，但是利用泛频区的吸收谱线所进行的探测已满足很多工业领域内对于气体检测的要求，比如NH₃、CH₄、CO、CO₂、H₂O等。

目前可调谐半导体激光吸收光谱技术已成为了非接触式气体在线测量的重要方法，通过扫描气体特征吸收谱线，利用该测量技术可以快速计算得到待测气体的浓度，具有不受背景气体干扰、灵敏度高等优点。基于TDLAS技术的测量方法主要包含直接吸收（Direct Absorption Spectroscopy，DAS）和波长调制（Wavelength ModulationSpectroscopy，WMS）两种。直接吸收法即通过改变激光器调制电流大小对吸收谱线在频域进行扫描，测量经过气体吸收后的激光强度与基线相比较，实现简单、无需标定，但是基线强度的确定对浓度的影响很大，仅适用于吸收线型孤立、吸收线宽窄的情况。而可调谐半导体激光吸收光谱技术与波长调制技术相结合，更适合于在线检测。但是在波长调制测量过程中，气体吸收谱线线型发生变化，无法通过Beer－Lambert定律直接计算得到气体浓度。目前常采用标定的方法，即在稳定的测量环境下得到已知浓度的二次谐波峰值信号，根据二次谐波信号峰值大小来推断气体浓度的变化情况。

发明内容：

本发明的目的是提供一种油田注汽多元热流体组分CO₂和H₂O浓度在线检测实验装置，基于气体分子选择吸收的原理，通过测量一次谐波信号和二次谐波信号实现快速、高效的检测方法，归一化WMS-2f信号通过一次谐波（1f）信号来解释激光强度，实现对多元热流体发生器产生的CO₂和H₂O 的浓度进行在线检测。