一种油气田采出水在线监测的多功能自动取样预处理装置的制作方法

本实用新型属于油气田采出水在线监测技术领域，具体涉及一种油气田采出水在线监测的多功能自动取样预处理装置。

背景技术：

油气田采出水是一种特殊的污水，含有固体杂质、液体杂质、溶解气体和溶解盐类等较为复杂的多相体系，包括泥砂、各种腐蚀产物及垢、硫酸盐还原菌、腐生菌和重质油类等；由于各油气田的地质条件、原油特性、集输及分离条件的不同差异，各地油气田采出水的水质不尽相同，一般具有以下特点：成分复杂、高含油、高矿化度、水温较高、强腐蚀性和放射性。随着油气田开采的不断深入，这种特殊性质的废水一直持续增加。如果直接外排，不仅将造成非常严重的环境污染问题，而且又浪费了宝贵的水资源。目前油气田企业通过先进的水处理技术把含油废水处理后，重新回注地层，以补充地层的压力，既可以避免环境污染，又能节约大量的水资源。对油气田采出水进行处理，并满足工艺回注对水质的要求后，通过高压将其回注到地层深处，不但实现了油气田的可持续开发，而且可以提高经济效益、节约成本。

在油气田采出水处理及回注工艺中，需要对采出水处理前、处理后、回注前等不同处理、加药等工艺阶段的pH值、含油浓度、固体悬浮物浓度、铁离子浓度等水质参数进行准确的测量和分析。由于油气田采出水来源于地下深层处，性质复杂多变，不同处理工艺阶段水质变化大，各阶段的被测介质含有不同颗粒物杂质，不仅容易堵塞测量仪器的测量槽，还可能造成电极或光度计损坏；这种特殊性质的混合的污水易沉淀易附着，在取样检测过程中极易造成仪表电极结垢和光敏检测元件失灵，使仪表的实时在线检测性能及准确性恶化，导致测量数据偏离失真，不能实时准确反应实际水质变化情况，影响处理效果。

油气田采出水水质在线监测系统，要求迅速反应出各处理阶段水质的瞬时变化，这些水质参数指标在日常生产操作中具有重要指导价值，同时对于回注水水质参数国家环保部门需要实时在线监测，确保回注到地下的水质达标，以免造成污染地下水及环境破坏。

目前市场尚未有一种可以自动采样、多路水样切换；必要而适当的预处理，自动调压控流；并具备采样管路、过滤器及测量单元的自动清水冲洗，压缩空气反吹功能的一体化结构的多功能采样预处理装置满足以上条件要求。油气田采出水水质在线监测系统一般采用在每个测量点配置一套在线监测仪表及单一取样管路，一般无法实现自动清洗，调压控流，长时间运行时造成仪表故障，加速了电极光敏元器件的老化，并且不能满足水质在线监测仪表的工作需要，以上所述造成在线监测系统过大的维护工作量和投资运行成本，使油气田采出水水质在线监测系统无法长期稳定正常运行；同时也影响到油气田注水开发生产的正常工艺操作，降低了生产效率。

当前，我国许多油气田采出水在线监测领域还是仅依靠单一仪表或简单取样监测手段，凭借现场操作人员的工作经验，对在线监测系统进行人工清洗维护。这种仅凭个人经验缺乏科学依据的判断，再加上现场工作人员的流动、倒班作业及个人主观因素，其准确性是难以有保障的。

综上所示，研制一套具备实时自动取样切换，可以满足样品调压、过滤及流量控制，并可以自动清水冲洗、空气反吹的油气田采出水多功能自动取样预处理装置，将势在必行。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种油气田采出水在线监测的多功能自动取样预处理装置。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型实施例提供一种油气田采出水在线监测的多功能自动取样预处理装置，该装置包括水样采集管路组件、清水冲洗管路组件、空气反吹洗管路组件，所述水样采集管路组件设置三组并且均与采样主管线连通，所述清水冲洗管路组件与采样主管线连通，所述采样主管线依次经过调压阀、流量控制阀、压力传感器、流量传感器、温度传感器后第一路经预处理后水样管线分别与主筛网过滤器、备筛网过滤器连接，第二路经第一止回阀、第二止回阀与第一球阀连接，所述第一球阀与排水管路连接，所述主筛网过滤器、备筛网过滤器分别经过第一控制阀、第二控制阀后连接至管路，再经过第二球阀后连接预处理后水样管线，所述空气反吹洗管路组件分别与主筛网过滤器、备筛网过滤器连接。

上述方案中，所述水样采集管路组件均包括采样管路、第一手动球阀、第三止回阀、第一过滤器、第一气动隔膜阀组，所述采样管路上依次设置第一手动球阀、第三止回阀、第一过滤器、第一气动隔膜阀组并且与采样主管线连通。

上述方案中，所述清水冲洗管路组件包括清水冲洗管路、第二手动球阀、第六止回阀、第四过滤器、第四气动隔膜阀组，所述清水冲洗管路上依次设置第二手动球阀、第六止回阀、第四过滤器、第四气动隔膜阀组并且与采样主管线连通。

上述方案中，所述空气反吹洗管路组件包括压缩空气管路、空气反吹扫管线、第一空气止回阀、第三控制阀、第二空气止回阀、第四控制阀、调压过滤器、第三球阀，所述压缩空气管路通过第三球阀、调压过滤器与空气反吹扫管线连接，所述空气反吹扫管线的第一路通过第四控制阀、第二空气止回阀与备筛网过滤器连接，第二路通过第三控制阀、第一空气止回阀与主筛网过滤器连接。

上述方案中，所述主筛网过滤器通过第一排污管线与采样主管线的第二路连接，所述第一排污管线依次设置有第七止回阀、第五气动隔膜阀组；所述备筛网过滤器通过第二排污管线与采样主管线的第二路连接，所述第二排污管线依次设置有第八止回阀、第六气动隔膜阀组。

上述方案中，该装置还包括嵌入式单片机控制模块，所述嵌入式单片机控制模块分别与第五气动隔膜阀组、第六气动隔膜阀组、第四气动隔膜阀组、一体化隔膜阀组控制器连接，所述嵌入式单片机控制模块还通过远程有线通讯或无线通讯与远程监控站连接。

上述方案中，所述一体化隔膜阀组控制器分别与每路水样采集管路组件中的第一气动隔膜阀组连接。

上述方案中，该装置还包括外壳，所述水样采集管路组件、清水冲洗管路组件、空气反吹洗管路组件均设置在外壳内。

上述方案中，所述外壳包括不锈钢外壳体、故障指示灯、启停按钮、操作触摸屏；所述不锈钢外壳体的左侧设置通用不锈钢卡套连接的压缩空气反吹管路接口、采样预处理后出水接口、在线监测仪表排水接口；右侧分别设置采样管路接口、管路接口、采样管路接口、清水冲洗管路接口、采样水外排管路接口；所述操作触摸屏位于不锈钢外壳体的正面，所述故障指示灯、启停按钮设置在操作触摸屏的上侧或下侧。

与现有技术相比，本实用新型一体化设计，结构紧凑，安装灵活，装置预留标准取样接口及外排水接口，便于现场安装；采样预处理后的样品通过不锈钢管路接口与在线仪器仪表连接，空气反吹洗接口采用通用的快速接头连接。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供一种油气田采出水在线监测的多功能自动取样预处理装置的管路结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供一种油气田采出水在线监测的多功能自动取样预处理装置中外壳的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供一种油气田采出水在线监测的多功能自动取样预处理装置中的控制流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供一种油气田采出水在线监测的多功能自动取样预处理装置，如图1所示，该装置包括水样采集管路组件、清水冲洗管路组件、空气反吹洗管路组件，所述水样采集管路组件设置三组并且均与采样主管线201连通，所述清水冲洗管路组件与采样主管线201连通，所述采样主管线201依次经过调压阀23、流量控制阀24、压力传感器25、流量传感器26、温度传感器27后第一路经预处理后水样管线303分别与主筛网过滤器30、备筛网过滤器31连接，第二路经第一止回阀46、第二止回阀 45与第一球阀501连接，所述第一球阀501与排水管路105连接，所述主筛网过滤器30、备筛网过滤器31分别经过第一控制阀36、第二控制阀37 后连接至管路302，再经过第二球阀38后连接预处理后水样管线303，所述空气反吹洗管路组件分别与主筛网过滤器30、备筛网过滤器31连接。

所述水样采集管路组件均包括采样管路101、第一手动球阀1、第三止回阀6、第一过滤器15、第一气动隔膜阀组19，所述采样管路101上依次设置第一手动球阀1、第三止回阀6、第一过滤器15、第一气动隔膜阀组 19并且与采样主管线201连通。

所述水样采集管路组件包括三路，第一路水样采集管路组件包括采样管路101、第一手动球阀1、第三止回阀6、第一过滤器15、第一气动隔膜阀组19，所述采样管路101上依次设置第一手动球阀1、第三止回阀6、第一过滤器15、第一气动隔膜阀组19并且与采样主管线201连通；第二路水样采集管路组件包括采样管路102、第三手动球阀2、第四止回阀7、第二过滤器16、第二气动隔膜阀组20，所述采样管路102上依次设置第三手动球阀2、第四止回阀7、第二过滤器16、第二气动隔膜阀组20并且与采样主管线201连通；第三路水样采集管路组件包括采样管路103、第四手动球阀3、第五止回阀8、第三过滤器17、第三气动隔膜阀组21，所述采样管路103上依次设置第四手动球阀3、第五止回阀8、第三过滤器17、第三气动隔膜阀组21并且与采样主管线201连通。

所述清水冲洗管路组件包括清水冲洗管路104、第二手动球阀4、第六止回阀9、第四过滤器18、第四气动隔膜阀组22，所述清水冲洗管路104 上依次设置第二手动球阀4、第六止回阀9、第四过滤器18、第四气动隔膜阀组22并且与采样主管线201连通。

所述空气反吹扫管路组件包括压缩空气管路401、空气反吹扫管线402、第一空气止回阀39、第三控制阀40、第二空气止回阀41、第四控制阀42、调压过滤器43、第三球阀44，所述压缩空气管路401通过第三球阀44、调压过滤器43与空气反吹扫管线402连接，所述空气反吹扫管线402的第一路通过第四控制阀42、第二空气止回阀41与备筛网过滤器31连接，第二路通过第三控制阀40、第一空气止回阀39与主筛网过滤器30连接。

所述主筛网过滤器30通过第一排污管线503与采样主管线201的第二路连接，所述第一排污管线503依次设置有第七止回阀32、第五气动隔膜阀组34；所述备筛网过滤器31通过第二排污管线502与采样主管线201的第二路连接，所述第二排污管线502依次设置有第八止回阀33、第六气动隔膜阀组35。

本实用新型的采样预处理完整流程如下所述：1#采样管路101，2#采样管路102，3#采样管路103为三个采样管路，分别为采出水处理前、处理后、回注前的水样连接管路，经过第一手动球阀1、第三手动球阀2、第四手动球阀3，第三止回阀6、第四止回阀7、第五止回阀8，第一过滤器15、第二过滤器16、第三过滤器17，第一气动隔膜阀组19、第二气动隔膜阀组 20、第三气动隔膜阀组21，然后与采样主管线201连接。采样主管线201 与调压阀23，流量控制阀24连接，经过压力传感器25，流量传感器26，温度传感器27，与过滤器进水管301连接。通过第五控制阀28、第六控制阀29与主筛网过滤器30，备筛网过滤器31，过滤后的水样经过第一控制阀36、第二控制阀37后，连接至管路302，再经过第二球阀38后连接预处理后水样管线303，供给在线监测仪表。检测后的水样通过第九止回阀10、第四球阀5最后进入排水管路105。

本实用新型的清水冲洗流程如下所述：清水冲洗管路104，通过第二手动球阀4、第六止回阀9、第四过滤器18、第四气动隔膜阀组22，然后与采样主管线201连接。清水通过主采样管线201后，经过调压阀23，流量控制阀24连接，经过压力传感器25、流量传感器26、温度传感器27，与过滤器进水管301连接。通过第五控制阀28、第六控制阀29与主筛网过滤器30，备筛网过滤器31，清洗水水样经过第一控制阀36、第二控制阀37 后，连接至管路302，再经过第二球阀38后连接预处理后水样管线303，供给在线监测仪表。用来清洗在线监测仪表的测量槽、传感器等设备，清洗后的水样通过第一止回阀46、第二止回阀45、第一球阀501进入排水管路105。

本实用新型的空气反吹流程如下所述：压缩空气气源通过压缩空气管路401连接，然后经过第三球阀44，调压过滤器43，空气反吹扫管线402，分别连接第三控制阀40、第一空气止回阀39、第二空气止回阀41，反吹洗压缩空气进入筛网过滤器30、备筛网过滤器31，通过高压空气反吹，将筛网过滤器内的附着杂物冲洗，冲洗后的污水通过第七止回阀32、第八止回阀33，第五气动隔膜阀组34、第六气动隔膜阀组35，连接第一排污管线 503、第二排污管线502，并经过第九止回阀10、第四球阀5，空气反冲洗后的污水最后进入排水管路105。

本实用新型的管路放空流程如下所述：当需要放空时，打开第一放空阀11、第二放空阀12、第三放空阀13、第四放空阀14，将管路内的残留水样，通过第九止回阀10、第四球阀5，再与外排水管路105连接。

该装置还包括嵌入式单片机控制模块602，所述嵌入式单片机控制模块602分别与第五气动隔膜阀组34、第六气动隔膜阀组35、第四气动隔膜阀组22、一体化隔膜阀组控制器601连接，所述嵌入式单片机控制模块602 还通过远程有线通讯605或无线通讯606与远程监控站603连接。

所述嵌入式单片机控制模块602包括I/O板卡，CPU模块，通信模块、电源模块，存储模块及扩展板卡；完成气动隔膜阀、调压阀、过滤器、压力传感器等数据采集、处理、存储及控制工作状态，显示终端为工业级触摸屏。

所述一体化隔膜阀组控制器601分别与每路水样采集管路组件中的第一气动隔膜阀组19连接。

该装置还包括外壳，所述水样采集管路组件、清水冲洗管路组件、空气反吹洗管路组件均设置在外壳内。

如图2所示，所述外壳包括不锈钢外壳体912、故障指示灯910、启停按钮911、操作触摸屏909；所述不锈钢外壳体912的左侧设置通用不锈钢卡套连接的压缩空气反吹管路接口906、采样预处理后出水接口907、在线监测仪表排水接口908；右侧分别设置采样管路接口902、管路接口 902、采样管路接口903、清水冲洗管路接口904、采样水外排管路接口 905；所述操作触摸屏909位于不锈钢外壳体912的正面，所述故障指示灯910、启停按钮911设置在操作触摸屏909的上侧或下侧。

将所有管路系统及各控制单元均集成在壳体内部，按照不同管路流程分层布置，做到合理有序并节约有限空间，确保直观易于检修维护。外壳采用SU316不锈钢材质，防腐、美观。内置电气控制部分采用IP68壳体独立封装，确保不受渗漏及湿度的影响。

所述不锈钢外壳保护箱912的正面安装故障指示灯910，用于装置异常报警指示，可通过故障指示灯910的常亮或频闪判断装置一般性故障；绿色启停操作按钮911，为外部硬件操作按钮，可通过人为干预启动或停止装置工作；该装置所有监测控制信息，如阀门状态，流量压力温度等参数及设定采样预处理时间、频率等装置内部信息可通过终端操作触摸屏909完成，不仅可以显示装置运行流程图，还可以对装置工作状态进行图示化动态监视，操作人员可以方便的查询记录，设置参数。

所述不锈钢外壳保护箱912的两侧各设置管路接口，左侧设置通用不锈钢卡套连接的压缩空气反吹管路接口906、采样预处理后出水接口907、在线监测仪表排水接口908；通过不锈钢卡套连接方式可以方便的与外部水质在线监测仪器仪表的采样及排水口连接，并可以与压缩空气源或储气罐连接压缩空气反吹管路接口906。不锈钢卡套连接现场施工安全方便，尤其适合在油气田危险区域内进行。右侧设置各采样管路接口，包括1# 采样管路接口902、2#管路接口902、3#采样管路接口903、清水冲洗管路接口904、采样水外排管路接口905，管路接口均采用承插胶粘活结方式连接，可以快速与取样管线连接，现场施工简单安全。

所述不锈钢外壳保护箱912为可开启式柜门设计，内部分为三层，各元件按顺序分别安装于背板，门板开孔安装触摸屏及指示灯、按钮，两侧开孔安装管路接头。

如图3所示，本实用新型的采样预处理过程如下：

步骤1，远程监控站603电脑与本装置的控制模块602通过通讯方式建立连接，并且发出开启指令；或者可以通过装置面板按钮911；或者本装置的终端操作触摸屏909，启动、停止本装置。装置启动后按照图2油气田采出水多功能自动取样预处理装置嵌入式单片机控制流程图，进行自动取样切换工作；

步骤2，通过控制模块602接收指令，按照设定的采样频率，1#采样管路101，2#采样管路102，3#采样管路103，分别为采出水处理前、处理后、回注前的水样连接管路开始工作，在第一气动隔膜阀组19、第二气动隔膜阀组20、第三气动隔膜阀组21的控制下分别对处理前、处理后、回注前的来水进行取样，将取样后的样品经过调压控流后与主筛网过滤器 30、备筛网过滤器31连接，过滤后的水样再连接至在线监测仪表进行具体检测，其采样过程具体为：

处理前来水经过1#采样管线101，按照设定的采样频率，打开气动隔膜阀19，并开始记时；当设定的采样时间到时，关闭第一气动隔膜阀组19；同时打开第二气动隔膜阀组20，此时2#采样管线102开始对处理后来水进行采样，并开始记录时间。同理，当设定的采样时间到时，关闭第二气动隔膜阀组20，同时打开第三气动隔膜阀组21；此时3#采样管线103开始对回注前的来水进行采样，以此类推。

步骤3，当每个采样周期结束时，根据预先设定的时间，打开清水冲洗隔膜阀22，清洗水通过清水冲洗管路104，对采样管路201进行清水冲洗，同时清水将通过过滤器进水管路301，对过滤器以及滤后水管路402冲洗，通过连接的在线仪表采样管401，对在线监测仪表的测量槽、传感器进行冲洗。

步骤4，当控制器监测到过滤器堵塞或过滤后水头损失超限后，根据预先设定的要求，检测空气压力，并关闭主筛网过滤器30、备筛网过滤器31的滤后水第一控制阀36、第二控制阀37；然后打开第三控制阀 40、第二空气止回阀41，再高压空气的反吹作用下，对主筛网过滤器30、备筛网过滤器31进行空气反吹冲洗，冲洗后的污水通过溢流管路，打开第五气动隔膜阀组34、第六气动隔膜阀组35，将杂质排入外排管线，经过冲洗后的过滤器再次进入正常过滤模式。

步骤5，当装置需要停机、检修、维护时，通过远程站点603，或本装置的启停按钮911对装置进行停机操作，然后再关闭装置电源。当检查电源关闭装置停机后，关闭1#、2#、3#采样管路101、102、103的第一手动球阀1、第三手动球阀2、第四手动球阀3；同时关闭清水冲洗管路104的第二手动球阀4，然后打开第一放空阀11、第二放空阀12、第三放空阀13、第四放空阀14、第五放空阀47；将管路中的残留样品进行排空，此时可进行相应的检修维护。

步骤6，当装置的故障指示灯910闪烁并指示故障时，本装置进入自动中断状态，同时发出停止指令，装置停机；可通过现场触摸屏909 查看系统故障的详细原因，并根据提示信息，进行故障排查。

由于油气田采出水在线监测仪器仪表均为精密光学水质监测仪表，对样品有着严苛刻的技术要求，包括取样时间、样品压力、流量、温度以及样品中的絮状物、颗粒物等，这些技术指标对在线监测仪表的测量精度有极大的影响，甚至会造成仪器仪表损坏、堵塞管路不能正常工作。但目前我国油气田采出均为含有固体杂质、液体杂质、溶解气体和溶解盐类等较为复杂的多相体系，包括泥砂、各种腐蚀产物及垢、硫酸盐还原菌、腐生菌和重质油类等；如果这种特殊的水质，不经过必要而适当的预处理，势必将造成油气田采出水水质在线监测系统的各种监测仪表不能正常工作，使整个在线监测系统无法长期稳定正常运行；也将影响油气田注水开发生产的正常工艺操作，降低了生产效率。

本实用新型的多路水样采集管路组件与清水冲洗管路组件通过气动隔膜阀组汇流后连接主采样管路，经过气动隔膜阀的控制后实现自动切换取样；清水冲洗管线经隔膜阀组连接到主采样管线，利用清水对各采样管线、隔膜阀组及主采样管道进行清水冲洗。主采样管线与自动调压阀连接，对所有取样管线的介质进行调压稳定，以满足二级过滤器的工作需求，经过调压及流量控制后，对取样介质进行二级过滤，两个二级过滤器为主备设计，可满足维护检修时切换使用。经过二级过滤后的检测样品，供给在线监测仪器仪表使用。二级过滤器通过压缩空气实现自动空气反吹，过滤器排污管线与所述装置的外排水管线连接，通过溢流口的气动隔膜阀进行反吹洗后实现自动排污。

本实用新型采用多点切换自动取样，由嵌入式单片机实现取样自动切换控制气动隔膜阀组、手动球阀、初级过滤器和连接管，实现采样水路的自动切换，并可以手动设置采样频率。样品经调压稳定及流量控制后，由二级过滤器过滤后，通过不锈钢管路供给在线监测仪表使用；并且可以解决油气田恶劣水质情况下对监测取样管路之间的相互干扰及附着沉淀堵塞问题，同时利用清水冲洗及压缩空气反吹实现油气田采出水多功能自动取样预处理装置的自动清洗。装置需要停机检修或突然停电时，为避免装置内的样品长时间滞留沉淀附着，造成管路及过滤器堵塞，需要及时打开放空阀，对管路及过滤器内残留的液体进行放空，并用清水自动冲洗，从而保障装置在再次启动运行时正常工作。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。