一种油、水、气自动分层取样装置的制作方法

1.本发明涉及样本采集装置技术领域，尤其涉及一种油、水、气自动分层取样装置。


背景技术：

2.油气井要定期化验原油、天然气的物理化学性质，需要取一定体积的样品，进行取样、化验、分析，以此监控石油气产品或半成品的质量，在油气井生产闸门和输送管线之间的工艺管线上不同区段往往设置有打开及切断用的阀门及甩头等，取样装置与工艺管线甩头等装置需要进行对接来取样。
3.为了让工艺管线的甩头与取样装置的进液管连接，并尽量不产生泄漏，需要操作人员将取样装置靠近甩头端口位置来完成，当进行取样操作时，先关闭甩头上游段的切断阀后，再打开甩头下游段节流截止阀将流体导入取样装置中，由于介质中含有伴生气体、油和水，在打开截止阀降低压力放样时，气体或原油会迅速膨胀优先放出，导致取样时剧烈喷溅，会污染现场、设备和人身，甚至伤人，造成泄漏以及取样单一样品不完整，尤其当介质中携带泥砂等杂质时，重复操作阀门容易导致使阀门密封失效，甚至报废，安全隐患频现。
4.现有的油、水、气自动分层取样装置中，采用多次开关阀门的方法来解决因出砂影响而使阀门密封失效的问题，通过将取样装置进液管内的泥砂等杂质排除干净，以保证工艺管线上阀门密封的完整。但是，重复操作阀门存在取样操作过程复杂，时效率低，阀门操作频繁易损坏导致取样时油气易泄漏产生污染等问题，因此急需改善。


技术实现要素：

5.本发明提供一种油、水、气自动分层取样装置，用以至少解决取样操作过程复杂、阀门操作频繁易损坏导致取样时油气易泄漏的技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种油、水、气自动分层取样装置，其中，至少包括：容器本体、进液管、取样管、打压管和隔离活塞，所述进液管竖直连接在所述容器本体上；所述取样管与所述进液管垂直贯通连接；所述打压管与所述进液管垂直贯通连接，且所述打压管的下端与所述下容纳腔贯通连接；所述隔离活塞活动设置在所述容器本体内，所述隔离活塞将所述容器本体内分隔成上容纳腔和下容纳腔，所述隔离活塞上设置有若干个能够将所述下容纳腔内的压力导入所述上容纳腔内的定压单向阀组件。
7.本发明提供的油、水、气自动分层取样装置，主要是针对凝析油气井取样的环境或者是油气混合状态的介质取样，由进液管进入容器本体内上容纳腔中的混合介质产生静滞、分层效应，在上容纳腔中分层后最上层是气体层、中间是油层、下层是水层，进液管内的气体通过打压管进入到下容纳腔内，取样时，打开取样管后，容器本体的下容纳腔内的压缩介质不断膨胀并释放压力顶推所述隔离活塞向上运动，通过控制容器本体内上容纳腔和下容纳腔的不同压力差使得上容纳腔中已经分层的介质依次排出，取得油气井中的气体样品、油样品、以及水样品，方便进行连续性取样，保证分层样品取出的效率和稳定性，取样过程简单安全，减少泄漏污染。
8.在介质取样完毕后，所述隔离活塞中的定压单向阀机构，通过下容纳腔的余压吹扫清除上容纳腔内的泥砂，避免泥砂残留于阀门的阀芯等位置影响阀门的密封性，从而提高阀门的使用效率，减少泄漏污染。
9.在一种可能实施的方式中，所述打压管上设置有调压阀和单向阀，单向阀位于靠近下容纳腔的下侧，所述单向阀阻止所述下容纳腔内的压力回流，通过对所述调压阀的调节，使下容纳腔具有一定的预设压力，预设压力值的大小会影响下容纳腔的压缩率。
10.在一种可能实施的方式中，所述定压单向阀组件包括设置在所述隔离活塞上的多个筒体、设置在所述筒体上端的挡板、位于所述筒体内的球体、以及设置在所述挡板和所述球体之间的弹簧。
11.在一种可能实施的方式中，所述隔离活塞内开设有多个锥形孔，多个所述筒体对应设置在多个所述锥形孔的上侧。
12.在一种可能实施的方式中，所述筒体与所述锥形孔相贯通，所述球体活动设置在所述锥形孔内，在弹簧的弹力作用下，所述球体正好抵挡在所述锥形孔的内壁上，形成密封状态。
13.在一种可能实施的方式中，所述隔离活塞的外周上设置有密封件，所述密封件在所述隔离活塞和所述容器本体之间形成密封状态。
14.在一种可能实施的方式中，所述容器本体的下端连接有排污管，所述排污管与所述下容纳腔贯通。
15.在一种可能实施的方式中，所述排污管上设置有排污阀，便于对下容纳腔泄压或清洗维护。
16.在一种可能实施的方式中，所述取样管上设置有取样阀组。
17.在一种可能实施的方式中，所述进液管上设置有进液切断阀，所述进液切断阀用于控制进液管的管路导通与切断。
18.除了上面所描述的本发明实施例解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明实施例提供的油、水、气自动分层取样装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明实施例提供的取样进气过程示意图；
21.图2是本发明实施例提供的取样过程示意图；
22.图3是本发明实施例提供的吹扫排砂状态示意图；
23.图4是本发明实施例提供的停用状态的示意图；
24.图5是本发明实施例提供的隔离活塞的结构示意图；
25.图6是本发明实施例提供的定压单向阀组件处于关闭状态的示意图；
26.图7是本发明实施例提供的定压单向阀组件处于打开状态的示意图；
27.图8是本发明实施例提供的定压单向阀组件在隔离活塞上的分布结构示意图。
28.附图标记说明：
29.10-容器本体；
30.11-上容纳腔；
31.12-下容纳腔；
32.20-取样管；
33.21-取样阀组；
34.30-进液管；
35.31-进液切断阀；
36.40-打压管；
37.41-调压阀；
38.42-单向阀；
39.50-取样皿；
40.60-隔离活塞；
41.61-密封件；
42.62-锥形孔；
43.70-排污管；
44.71-排污阀；
45.80-定压单向阀组件；
46.81-挡板；
47.82-弹簧；
48.83-球体；
49.84-筒体；
50.90-工艺管线。
具体实施方式
51.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
52.目前，在油田生产过程中，油气井采出液多为油、水、气等组成的混合介质，对油气混合状态的工艺介质取样，来对油、水、气的含量进行检测，以此监控石油气产品或半成品的质量，并指导石油气的生产过程中的工艺参数的调整，通常的做法是在采出液进集输站后、经阀组切换在分离器位置取样。
53.由于混合介质中含有气体、油和水，在打开截止阀降低压力放样时，气体或原油会迅速膨胀优先放出，喷溅现象，造成泄漏以及取样单一样品不完整，影响检测结果的准确性。特别是在气、油混合比高时，在一定的时间内很难取得完整样品，取样工作时间长，还容易造成大量天然气泄漏，引起空气污染和环保风险，存在操作安全隐患。此外，由于混合流
体在地层孔隙及井筒中运移，难免会携带泥砂等固体杂质，固体杂质流动到阀门位置后会影响到阀门的密封性，导致取样时泄露的问题，污染作业现场环境。
54.鉴于上述背景，参考图1至图8所示对本发明作以介绍。
55.本发明提供的油、水、气自动分层取样装置，参考图1所示，包括：容器本体10、进液管30、取样管20、打压管40以及隔离活塞60，进液管30竖直连接在容器本体10上，取样管20与进液管30垂直贯通连接，打压管40与进液管30垂直贯通连接，且打压管40的下端与下容纳腔12贯通连接，隔离活塞60活动设置在容器本体10内，隔离活塞60将容器本体10内分隔成上容纳腔11和下容纳腔12，隔离活塞60上设置有若干个能够将下容纳腔12内的压力导入上容纳腔11内的定压单向阀组件80，而上容纳腔11内的压力不能通过定压单向阀组件80导入到下容纳腔12内。
56.图1至图4中的箭头指向为介质流动方向。
57.在对油气井取样过程中，将本发明提供的油、水、气自动分层取样装置连接在油井生产闸门和工艺管线90之间，将进液管30与工艺管线90的甩头贯通连接，避免外界空气混入该取样装置，也避免了工艺管线90内的介质泄露，打开进液管30上的进液切断阀31后，工艺管线90内流通的油、水、气等组成的混合介质由进液管30竖直向下流通在重力的作用下落入到上容纳腔11内，而混合介质中的部分气体由打压管40逸出并进入到下容纳腔12内，由于隔离活塞60的密封隔离作用，使得上容纳腔11和下容纳腔12内的介质不能交换，落入到上容纳腔11内的混合介质静置分层，由上而下依次分层出气体层、油层、水层，以及沉淀在水下泥砂等固体杂质，确保了分层样品稳定，避免取样过程中出现样品剧烈喷溅，污染井场、设备和人身，甚至伤人的状况。
58.参考图2所示，在打开取样管20上的取样阀组21后，在下容纳腔12内的压力作用下推动隔离活塞60沿着容器本体10的内壁向上移动，从而使得上容纳腔11内分层后的介质以及从取样管20流出，实现取样，取样操作过程简单，且能够保证分层样品取出的效率和稳定性。
59.进液管30竖直连接在容器本体10上，取样管20与进液管30垂直贯通连接的结构，使得油、气、水等组成的混合介质中较重的介质容易直接通过进液管30竖直下落进入容器本体10的上容纳腔11内，尽量保证进入容器本体10的下容纳腔12内的是气体。
60.特别的，为了使得油、水介质充分向下落入到上容纳腔11内，本发明中的进液管30管径要比打压管40和取样管20的管径大。
61.在容器本体10上可以设有压力表和液位计，压力表连通容器本体10，可以直观看出容器本体10内部的压力；设置液位计，便于查看容器本体10内样品的容积，还可根据需要添加其他附件。
62.打压管40上设置有调压阀41和单向阀42，且单向阀42位于靠近下容纳腔12的下侧，单向阀42用于阻止下容纳腔12内的压力回流。
63.本发明通过对调压阀41的调节，使下容纳腔12具有一定的预设压力，预设压力值的大小会影响下容纳腔12的压缩率，如果需要上容纳腔11内的取样空间更大，则可以通过对调压阀41的调节使下容纳腔12的压力适当调小。
64.参考图6和图7所示，定压单向阀组件80包括设置在隔离活塞60上的多个筒体84、设置在筒体84上端的挡板81、位于筒体84内的球体83、以及设置在挡板81和球体83之间的
弹簧82。
65.具体的，挡板81可以是通过螺纹连接的方式设置在筒体84上端。容易理解的是，挡板81与筒体84的连接位置需要确保密封性，可以在挡板81与筒体84的连接位置设置密封圈。挡板81也可以是与筒体84一体成型的整体结构。
66.隔离活塞60内开设有多个锥形孔62，多个筒体84对应设置在多个锥形孔62的上侧。
67.筒体84与锥形孔62相贯通，球体83活动设置在锥形孔62内，在弹簧82的弹力作用下，球体83正好抵挡在锥形孔62的内壁上，使得隔离活塞60上的定压单向阀组件80形成密封状态。
68.参考图3和图7所示，在隔离活塞60处于容器本体10内的上容纳腔11的上限位置时，此时上腔中的样品基本全部从取样管20排出，定压单向阀组件80的球体83被下容纳腔12内的气体压力向上推顶，使得球体83与锥形孔62分离，定压单向阀组件80打开，开始进行对上容纳腔11内残留的泥砂吹扫清理作业。
69.为了更好的清理上容纳腔11内残留的泥砂等杂质，在筒体84的外周上开设有若干个通气孔，从而使得定压单向阀组件80打开后，下容纳腔12内的气流可以通过通气孔流入到上容纳腔11内，从通气孔流出的气流不断吹扫隔离活塞60的表面以及上容纳腔11内的杂质，达到吹扫和清理上容纳腔11内的泥砂等固体杂质的效果。
70.作为本实施例的另一实施方式，在挡板81上也开设有通气孔。
71.具体的，定压单向阀组件80的数量根据油、气、水混合介质中含砂量的多少、以及隔离活塞60的面积大小来合理选择，通气孔的口径大小以及方向也可以根据使用需求进行设置，达到对隔离活塞60面上的泥砂吹扫无盲区的效果。
72.定压单向阀组件80在压力低于预设压力值时具有良好的气密性，再加上容纳腔11内介质的重力作用，球体83抵挡在锥形孔62的内壁上，从而使得隔离活塞60沿着容器本体10的内壁向上移动时，位于上容纳腔11内分层后的介质不会由定压单向阀组件80向下容纳腔12内泄漏。
73.参考图3和图7所示，将上容纳腔11内分层后的气、油、水依次排出后，定压单向阀组件80打开，球体83与锥形孔62的内壁之间产生间隙，可以使得位于下容纳腔12内的气体由球体83与锥形孔62的内壁之间产生的间隙向上流动，再由筒体84的外周上开设的通气孔排出到上容纳腔11内，形成气流吹扫上容纳腔11内的泥砂等固体杂质，使其从取样管20排出，最终达到了对工艺管线90内混合的介质的精细化取样，与对取样装置自动吹扫的作用，解决了混合介质中泥砂杂质影响取样阀组21的阀门密封性的问题，降低阀门失效机率，减少取样时样品的泄漏量，保证操作人员安全，降低操作管理成本，提高了经济和环境效益。
74.参考图5所示，隔离活塞60的外周上设置有密封件61，密封件61在隔离活塞60和容器本体10之间形成密封状态，隔离活塞60通过密封件61将容器本体10内密封分隔成同心等径的上容纳腔11和下容纳腔12。
75.参考图8所示，隔离活塞60的横截面可以为圆形。
76.密封件61的数量不限于一个，密封件61使隔离活塞60在容器本体10内移动时，封隔的上容纳腔11和下容纳腔12不会实现串通。
77.密封件61包括但不限于密封圈，其数量和形式可根据需要设置。
78.参考图3所示，定压单向阀组件80纵向设置在隔离活塞60中，在隔离活塞60处于容器本体10内的上容纳腔11的上限位置时，此时上容纳腔11中的样品基本全部从取样管20排出，定压单向阀组件80被下容纳腔12内的气体压力顶开并吹扫积存在隔离活塞60上端面的泥砂及杂质，从而将泥砂等固体杂质吹扫干净，避免固体杂质在阀门位置堆积，引起阀门密封失效。
79.定压单向阀组件80的定压启跳值可以调整，下容纳腔12内的压力在隔离活塞60运动到容器本体10内的上限位置时要高于定压单向阀组件80中的定压启跳值。这是因为在隔离活塞60运动到容器本体10内的上限位置时，定压单向阀组件80需要被下容纳腔12内的气体压力顶开进行对泥砂吹扫。
80.隔离活塞60面上的泥砂被吹扫后，随着下容纳腔12内的压力逐渐降低，下容纳腔12内的余压降到预设值后，球体83下落抵挡在锥形孔62的内壁上，定压单向阀组件80关闭形成密封状态，这时隔离活塞60在下容纳腔12余压的顶推作用下依然停留在上限位置。
81.参考图1所示，容器本体10的下端连接有排污管70，排污管70与下容纳腔12贯通。
82.排污管70上设置有排污阀71，如果要对下容纳腔12泄压或清洗维护，则可以打开排污管70上的排污阀71进行排污。
83.打开排污阀71使下容纳腔12内的杂质排除干净后，再关闭排污阀71使本发明提供的油、水、气自动分层取样装置完好备用。这里需要注意的是，取样完毕后，即使上容纳腔11存在余压，当打开排污阀71时，隔离活塞60都会下行至下容纳腔12的底部。
84.取样管20上设置有取样阀组21，在取样阀组21的下端设有取样皿50或气体密闭收集器，用于收集取出的样品，实现全程密闭取样，避免造成气体样品泄漏。
85.进液管30上设置有进液切断阀31，进液切断阀31用于控制进液管30的管路导通与切断。
86.打压管40垂直连接在进液管30上，且位于进液管30上的进液切断阀31下侧。
87.可以根据需要来间歇操作开关取样阀组21，更换取样皿50或气体密闭收集器，依次取出容器上容纳腔11内分层的样品，首先取出的是气，再是油，然后是水，最后是泥砂等杂质，提高取样工作效率。
88.工作时打开进液切断阀31，工艺管线90内的气液混合介质由进液管30同时分别进入打压管40与上容纳腔11内，进入到打压管40内的带压介质依次通过调压阀41减压后、通过单向阀42进入到下容纳腔12内实现充压，单向阀42保证容器本体10的下容纳腔12内的压力变化时不产生泄漏。
89.参考图1所示，当充压时，隔离活塞60在容器本体10内的上容纳腔11和下容纳腔12之间压力差的作用下向下运动，隔离活塞60对下容纳腔12内的气体产生挤压作用使其压力压缩升高，隔离活塞60通过密封件61隔离出的上容纳腔11和下容纳腔12在隔离活塞60向下运动的过程中，两者压力逐步达到平衡一致，使隔离活塞60在容器本体10内的位置相对固定。
90.当容器本体10内的上容纳腔11和下容纳腔12压力差越大时，隔离活塞60在容器本体10内的位置靠下越明显，由进液管30进入容器本体10内上容纳腔11中的混合介质产生静滞、分层效应，参考图1和图2所示，当进液切断阀31切断进液管30后打开取样阀组21，对容器本体10内的上容纳腔11分层介质做依次排出操作，容器本体10的下容纳腔12内的压缩介
质不断膨胀并释放压力顶推隔离活塞60上行，保证分层样品取出的效率和稳定持久性。
91.参考图4所示，当取样完毕停用本发明提供的油、水、气自动分层取样装置时，关闭进液切断阀31，使得工艺管线90内流通的介质无法进入到取样装置内。
92.容易理解的是，与容器本体10连通的所有管道、所有阀门以及工艺管线90的承压等级要一致，上述所有管道包括但不限于取样管20、进液管30、打压管40、工艺管线90，上述所有阀门包括但不限于取样阀组21、进液切断阀31、调压阀41、单向阀42、排污阀71。
93.容易理解的是，本发明所有管线上的阀门均垂直安装，目的在于减少积砂对阀门阀座、阀芯的影响，因为泥砂等杂质在相对静止的介质中会因重力垂直下落，从而起到自净的作用。
94.在本发明的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“轴向”、“周向”等指示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位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
95.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
96.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
97.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
98.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。