实现双向吸排带压等温防剪切取样的取样器及取样方法与流程

本发明涉及原油管道输送采样设备技术领域，尤其涉及一种实现双向吸排带压等温防剪切取样的取样器及取样方法。

背景技术：

添加降凝剂改性处理是原油安全经济输送的主要技术之一。但是，原油的改性效果尤其是它的稳定性还不能完全满足生产要求。经降凝剂改性处理的原油的流变性会受到温度变化和剪切作用的影响而恶化，处理不当可能危及到管道的安全运行。因此需要及时从管道中获取油样进行原油流动性测试，取样过程中不得使油样经受任何温度变化和剪切作用，否则所取油样不能真实反映管内原油的流动性质。

在从原油管道中取样时，如果取样器温度与管道内原油温度不一致，进入取样器的油样温度就会变化，无论温度升高或降低均会对所取油样流动性产生影响。从带压的管道取样，如果取样器内的压力与管道内的压力不同，受压差的作用，油样流入取样器时必然会受到剪切。

目前现有的取样器通常在取样时管道内外存在压差达不到消除剪切的作用；为了消除压差影响，有的取样器在取样过程中使原油经过循环泵，但是额外增加了油样的过泵剪切；进一步的，为了防止取样过程中因温度变化造成的影响，目前通过多次先充满再排空的方式预热(冷)取样器，但是使用该取样器不能从根本上做到等温取样，特别是在排样放空过程中已排空的腔体不能及时接触到油样，原本预热(冷)过的部分又会受环境影响而温度发生变化，达不到将取样器预热(冷)至管内油温的目的，每次排出的油样只能作为废油处理，即增加了工作量，也不经济、环保。另外，取样器结构设计也存在缺陷，取样器活塞下行排油时已排空的腔体内会产生负压，不仅使得活塞继续移动变得困难，而且易造成活塞与取样器内壁间的密封件损坏，使取样器失效。以上原油管道取样器只是部分消除了取样影响因素，均达不到带压等温防剪切取样的要求，取出的油样不能真实反映管内原油的实际流动特性。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种实现双向吸排带压等温防剪切取样的取样器及取样方法，能实现带压取样、等温取样、以及防剪切取样，且在取样时不产生废油。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种实现带压等温防剪切取样的取样器，包括腔体和活塞，所述活塞设置于腔体内，以将所述腔体内分为两个腔室，两个所述腔室分别可开闭的与原油管道连通；所述活塞在腔体内多次往复运动，带动所述原油管道内的油液交替进出两个所述腔室，直至各个所述腔室内的液压和液温分别与所述原油管道内的液压和液温相等。

进一步的，在各个所述腔室内的液压和液温分别与所述原油管道内的液压和液温相等，并且任一所述腔室与原油管道断开、且另一个与原油管道连通时，以活塞的当前位置作为带压位置，在与所述原油管道连通的腔室内设置卸压位置，所述卸压位置与带压位置之间间隔一定距离；所述活塞从带压位置移动至卸压位置后静置，以使与所述原油管道断开的腔室内的液压在静态下卸压。

进一步的，还包括活塞杆和手轮，所述活塞通过活塞杆与手轮连接，所述手轮通过转动带动活塞杆运动，以带动所述活塞在腔体内运动。

进一步的，所述腔体上安装有腔盖，所述腔盖上设有导向孔，所述导向孔用于对活塞杆的往复运动密封的进行导向。

进一步的，两个所述腔室分别通过第一连通管和第二连通管与原油管道连通。

进一步的，所述第一连通管和第二连通管上分别安装有第一控制阀和第二控制阀。

进一步的，所述腔体上设置有进气排气阀。

进一步的，所述腔体上设置有取样阀。

本发明还提供了一种取样方法，其中，取样器的活塞设置于腔体内，以将所述腔体内分为两个腔室，两个所述腔室分别可开闭的与原油管道连通；所述活塞在腔体内多次往复运动，带动所述原油管道内的油液交替进出两个所述腔室，直至各个所述腔室内的液压和液温分别与所述原油管道内的液压和液温相等。

进一步的，在各个所述腔室内的液压和液温分别与所述原油管道内的液压和液温相等，并且任一所述腔室与原油管道断开、且另一个与原油管道连通时，以活塞的当前位置作为带压位置，在与所述原油管道连通的腔室内设置卸压位置，所述卸压位置与带压位置之间间隔一定距离；将所述活塞从带压位置移动至卸压位置后静置，以使与所述原油管道断开的腔室内的液压在静态下卸压。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明的实现带压等温防剪切取样的取样器及取样方法中，活塞设置于腔体内，以将腔体内分为两个腔室，两个腔室分别可开闭的与原油管道连通；活塞在腔体内多次往复运动，带动原油管道内的油液交替进出两个腔室，直至各个腔室内的液压和液温分别与原油管道内的液压和液温相等；基于上述取样器提出了本方法。该取样器和方法能够同时实现带压取样、等温取样、以及防剪切取样，取样时可以完全消除取样影响因素，达到带压等温防剪切取样的要求，取出的油样能真实反映管内原油的实际流动特性；此外，该取样器具有自卸压、不产生废油的效果，腔室内的原油既可以取出用于进行原油测试，既降低工作量，又经济环保。

附图说明

图1为本发明实施例一的实现带压等温防剪切取样的取样器的结构示意图；

图2为本发明实施例二的实现带压等温防剪切取样的取样器的结构示意图。

其中，1、腔盖；2、进气排气阀；3、活塞；4、腔体；5、取样阀；6、第一控制阀；7、第一连通管；8、原油管道；9、第二控制阀；10、第二连通管；11、压力表；12、腔室；13、活塞杆；14、手轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前方”、“后方”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为对布设顺序的限制。

实施例一

如图1所示，本实施例一提供的实现带压等温防剪切取样的取样器，该取样器能够同时实现带压取样、等温取样、以及防剪切取样，取样时可以完全消除取样影响因素，达到带压等温防剪切取样的要求，取出的油样能真实反映管内原油的实际流动特性；此外，该取样器具有自卸压、不产生废油的效果，腔室12内的原油既可以取出用于进行原油测试，既降低工作量，又经济环保。

具体的，本实施例一所述的取样器中，活塞3设置于腔体4内，以将腔体4内分为两个腔室12，两个腔室12分别可开闭的与原油管道连通，即腔体4与原油管道之间的通断状态可控；正常取液时，控制活塞3在腔体4内多次往复运动，将原油管道内的油液交替的吸入一个腔室12中，并将另一个腔室12内的油液重新排放回原油管道内，从而利用活塞3的运动带动原油管道内的油液交替进出两个腔室12，直至各个腔室12内的液压和液温分别与原油管道内的液压和液温相等，从而使得腔体4内的各个腔室12中的油液等压等温，且与原油管道内的油液等压等温，实现从原油管道内等压、等温取样；同时，以缓慢的合理的速度控制活塞3的运动，使得油液由原油管道进出取样器时的流动速度足够缓慢，从而在进样和取样时避免剪切的影响，实现防剪切取样。

为了保证能够以缓慢的合理的速度控制活塞3运动，优选活塞3通过活塞杆13与手轮14连接，手轮14通过转动带动活塞杆13运动，以带动活塞3在腔体4内运动；为了便于固定活塞杆13和手轮14，在腔体4上安装有腔盖1，腔盖1上设有导向孔，导向孔用于对活塞杆13的往复运动密封的进行导向，具体的，在导向孔与活塞杆13之间可以添加密封机构，如密封垫、密封轴承等；活塞杆13穿设于导向孔内，以使活塞杆13与活塞3垂向设置，当手轮14转动时，活塞杆13沿导向孔的轴向运动，从而带动活塞3向腔体4的一端移动，同理反向转动手轮14时带动活塞3向腔体4的另一端运动。由于采用手轮14驱动，活塞3的移动比较缓慢，速度可以控制的很慢，从而保证两个腔室12内的油液流动速度缓慢可控。

为了便于控制两个腔室12与原油管道之间的通断状态，两个腔室12分别通过第一连通管7和第二连通管10与原油管道连通，第一连通管7和第二连通管10上分别安装有第一控制阀6和第二控制阀9。

为了便于将活塞3位置置于初始状态(即将活塞3移动至腔体4的一端)，优选腔体4上设置有进气排气阀2，进气排气阀2优选为防负压阀，在腔室12与原油管道之间断开后，为了防止腔室12内产生负压或真空逐步升高，该阀能自动开启，破坏真空效应，使腔室12不会产生瘪、凹裂等现象，以保护设备安全；当活塞3向一端移动时，将位于活塞3移动方向反向的腔室12与原油管道之间断开，并打开进气排气阀2，使气体进入该腔室12，以保证活塞3的正常移动。

为了便于从取样器内取出卸压后的原油，腔体4上设置有取样阀5，当各个腔室12内的液压和液温分别与原油管道内的液压和液温相等，并且任一腔室12与原油管道断开、且另一个与原油管道连通时，以活塞3的当前位置作为带压位置，在与原油管道连通的腔室12内设置卸压位置，卸压位置与带压位置之间间隔一定距离，活塞3从带压位置移动至卸压位置后静置，以使腔室12内的液压在静态下卸压，等待与原油管道8断开的腔室12内的油液的液压卸压至大气压后，打开取样阀5，即可安全将卸压后的原油自腔室12内取出；换言之，当两个腔室12内封闭的油液的液压和液温均与原油管道8内的原油油液的液压液温相等时，则可视为油液自原油管道8取样至取样器内的工序完成，此时将两个腔室12中的一个与原油管道8连通，另一个保持与原油管道8的断开状态，然后将活塞3从当前所在的带压位置、向与原油管道8连通的腔室12方向移动，由于活塞3的移动后方的腔室12保持与原油管道8断开，则通过活塞3的运动扩大与原油管道8断开的腔室12的内容积，在后续的静置过程中使得该腔室12内的油液自行产生卸压效果。

为了便于监测待取样的腔室12内的油液压力，优选在在与原油管道8断开的腔室12、以及原油管道8之间增设压力表11，本实施例一中，在第一控制阀6与腔室12连通的第一连通管7上设置压力表11，以便于监控腔室12内的原有油液压力状态，从而判断油样的自卸压情况。

该取样器优选腔体4竖直设置，活塞3的运动将腔体4的内部分割成上下两个腔室12，下部的腔室通过第一连通管7可开闭的与原油管道连通，上部的腔室通过第二连通管10可开闭的与原油管道连通。优选第一连通管7和第二连通管10分别连接在原油管道的上游侧和下游侧，以确保油液流入腔体4时更为顺畅，但是，第二连通管10与原油管道的连通处也可以设置在第一连通管7与原油管道的连通处的上游侧或下游侧均可，原油管道内的油液流向对于取样过程不影响；在腔体4的顶部安装有腔盖1，活塞杆13沿腔体4的轴向设置，其一端与活塞3连接，另一端垂向穿过腔盖1与手轮14连接；腔体4的上下两端分别设置进气排气阀2和取样阀5。

该取样器工作原理如下：通过开启第一控制阀6或第二控制阀9，使油流进入对应的腔室12内，旋转手轮14使活塞3做往复运动，无论活塞3向哪个方向移动，其移动前方和后方的腔室12分别处于排油和吸油状态，使得一个腔室12在吸入新油的同时另一个腔室12排出老油。通过活塞3多次往复移动，取样器双向交替吸排管道内原油，从而使取样器温度与原油管道内的油液温度相同，达到等温取样的目的，而且在每次排油过程中，排出的油全部回到管道，无需排到外界形成废油。由于两个腔室12并列设置在腔体4内，则可以视为腔体4的两端均与原油管道相通，使得腔室12内与原油管道完全等压，通过控制旋转手轮14速度使活塞3由腔体4的一端移动到另一端的过程中，原油管道内的油液缓慢进入一个腔室12内，则该过程完全是等压进样。此外，取样时通过自卸压操作，使腔室12内液压先静态卸压至大气压后再取样，从而在进样和取样的全程均避免了剪切的影响，最终实现无废油带压等温自卸压防剪切取样。

本实施例一所述的取样器最高工作压力优选为6mpa，最高工作温度优选为70℃，腔体4直径优选为φ80、长度优选为160mm，活塞3直径优选为φ70、厚度优选为40mm，取样器一次可容纳油样为500ml，第一连通管7和第二连通管10的管径均采用dn32，取样阀5与腔体4之间的连接管路、以及进气排气阀2与腔体4之间的连接管路的管径均采用dn15。

实施例二

本实施例二所述的实现带压等温防剪切取样的取样器的结构与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：如图2所示，本实施例二所述的取样器中，腔体4水平横置，活塞3在腔体4内沿腔体4的轴向左右往复运动，从而将腔体4的内部密封分成左右并列的两个腔室12，两个腔室12分别可开闭的与原油管道连通，将腔体4左右两个端部中的一个端部封闭，另一个端部安装腔盖1，活塞杆13沿腔体4的轴向水平设置，其一端与活塞3连接，另一端穿过腔盖1与手轮14连接，且与腔盖1相垂直；腔体4的左右两端分别设置进气排气阀2和取样阀5，按照与实施例一相同的工作原理，该实施例二的结构设置同样可以实现双向吸排带压等温自卸压防剪切无废油取样过程。

实施例三

基于实施例一或实施例二所述的取样器，本实施例二提出了一种原油取样方法，该方法包括以下步骤：

取样步骤：取样器的活塞3在腔体4内多次往复运动，带动原油管道内的油液交替进出两个腔室12，直至各个腔室12内的液压和液温分别与原油管道内的液压和液温相等。

自卸压步骤：在各个腔室12内的液压和液温分别与原油管道内的液压和液温相等，并且任一腔室12与原油管道断开、且另一个与原油管道连通时，将活塞3从带压位置移动至卸压位置后静置，以使腔室12内的液压在静态下卸压。

该方法能够同时实现带压取样、等温取样、以及防剪切取样，取样时可以完全消除取样影响因素，达到带压等温防剪切取样的要求，取出的油样能真实反映管内原油的实际流动特性；此外，该取样器具有自卸压、不产生废油的效果，腔室12内的原油既可以取出用于进行原油测试，既降低工作量，又经济环保。

实施例四

本实施例四以详细的操作过程对实施例一或实施例二所述的取样器、以及实施例三所述的取样方法进行描述。具体的，该方法包括以下步骤：

s1、初始化步骤：将活塞3位置置于初始状态，该初始状态需要保证第一控制阀6、第二控制阀9、进气排气阀2和取样阀5均处于关闭状态，并且活塞3位于腔体4内最下端。

s2、取样步骤，该取样步骤进一步包括如下步骤：

s21、预取样步骤：首先分别开启第一控制阀6和进气排气阀2，快速旋转手轮14使活塞3向上移动，活塞3移动前方的腔室12内的空气由进气排气阀2不断被排出至腔体4外，与此同时原油管道中的原油油液经第一连通管7吸入活塞3移动后方的腔室12内，即在活塞3向上移动时，上部的腔室内的气体被进气排气阀2排出，而下部的腔室内从原油管道吸入并充满油液；随着活塞3移动至腔体4的最上端时，停止旋转手轮14，排气结束，活塞3下部的腔室被原油充满。

s22、取样处理步骤：完成预取样步骤后，关闭进气排气阀2，开启第二控制阀9，反方向快速旋转手轮14，使活塞3向下移动，此时原油从原油管道内经第二连通管10吸入活塞3移动后方的腔室12内，即上部的腔室，与此同时活塞3移动前方的腔室12内的原油经第一连通管7排入原油管道，实现一个腔室12有新油吸入，同时另一个腔室12有老油排出，吸与排在双向同时进行，当活塞3移动至腔体4最下端后，立即反方向快速旋转手轮14，开始新的双向快速吸排过程。取样器经反复多次通过第一连通管7和第二连通管10双向交替吸排原油管道内的原油油液后，上下两个腔室12内的油液温度相等，且均与原油管道内的油液温度一致，达到等温进样的条件，且由于两个腔室12内外无气体连通，则两个腔室12内的油液压力相等，且均与原油管道内的油液压力一致，实现从原油管道内向取样器中的等压取样。

s3、防剪切取样：完成上述的取样步骤后，缓慢旋转手轮14，使活塞3向上移动，原油管道中的油液经第一连通管7缓慢进入下部的腔室，以避免快速流动形成的剪切影响。

s4、自卸压步骤：当活塞3向上移动至差少许到达腔体4最上端时，以该位置为带压位置，以腔体4最上端为卸压位置，此时关闭第一控制阀6，封存在下部的腔室内的油样与原油管道内的原油处于同等的温度和压力；此时旋转手轮14使活塞3自带压位置继续向上移动至卸压位置，由于无原油进入活塞3下部的腔室，活塞3的上移使得封存原油的压力在静态下自行降低，当压力表11示数为0mpa时，表示该腔室12内的液压卸压至大气压，此时停止旋转手轮14，关闭第二控制阀9，具备从取样器向外等压取样的条件。

s5、向外取样步骤：由于取样阀5设置在腔体4的下部，且与下部的腔室可开闭的连通，将接样瓶置于取样阀5出口，开启取样阀5，旋转手轮14使活塞3缓慢地向下移动，即可得到等温等压未受剪切的油样，当活塞3到达腔体4最下端后，关闭取样阀5和进气排气阀2，完成双向吸排带压等温自卸压防剪切无废油取样的全过程。

需要说明的是，在上述步骤s5中，旋转手轮14使活塞3向下移动的过程中，随着活塞3的移动，位于活塞3移动后方的腔室12内会出现负压，为了避免出现由于负压作用使活塞3继续移动困难、以及对活塞3与取样器内壁间的密封件损坏的情况，应当开启进气排气阀2为活塞3移动后方的腔室12补入气体。

综上所述，如上所述的实现带压等温防剪切取样的取样器及取样方法中，活塞3设置于腔体4内，以将腔体4内分为两个腔室12，两个腔室12分别可开闭的与原油管道连通；活塞3在腔体4内多次往复运动，带动原油管道内的油液交替进出两个腔室12，直至各个腔室12内的液压和液温分别与原油管道内的液压和液温相等；基于上述取样器提出了本方法。该取样器和方法能够同时实现带压取样、等温取样、以及防剪切取样，取样时可以完全消除取样影响因素，达到带压等温防剪切取样的要求，取出的油样能真实反映管内原油的实际流动特性；此外，该取样器具有自卸压、不产生废油的效果，腔室12内的原油既可以取出用于进行原油测试，既降低工作量，又经济环保。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。