CN101994510A

CN101994510A - 一种油井自动采样装置

Info

Publication number: CN101994510A
Application number: CN2009101046961A
Authority: CN
Inventors: 刘勇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-03-30

Abstract

一种油井自动采样装置，包括采样容器、取样开关、堵塞器；所述采样容器由样品采集段、管线连接段、样品储集段三部分组成；样品采集段置于输油管线内部，管线连接段与输油管线相连，样品储集段则置于输油管线外部；所述取样开关设置在采样容器底部；所述样品采集段设有采样入口、天然气出口；所述堵塞器放置在采样容器中；当采样容器中的液位上涨到一定程度后，所述堵塞器能自动堵塞采样入口和天然气出口；相反，当采样容器中的液位下降到一定程度后，所述堵塞器能自动打开采样入口和天然气出口。采用本取样装置取样，准度高、不受人为因素影响、省时省力，方便实用。

Description

一种油井自动采样装置

发明领域

一种油井自动采样装置，涉及油田采油领域，具体说是采油井井口上的一种取样装置。

背景技术

油井取样是油田采油领域里的一项日常资料录取工作，其取样数据属油田第一手资料。由于取样的准确性将直接影响对油藏的分析，因此，每个油田都非常重视油井的取样工作。

目前，世界各国的油井取样，都是通过在油井的出油管线上直接打开取样阀门的方式取样的。在取样标准上，要求分段(一般三段)分时(每段间隔大致5分钟)录取。

由于现有的取样流程设计不科学(见图1、图2)，取样标准也不完全切合生产实际，因此，很容易造成含水变化大或间出严重的井，取样不准或取样时间偏长的现象发生。如图1并结合图3分析，存在问题可能有：1、若在T1或T3时间段取样，即便分段分时均满足取样标准，但最终的取样值仍将偏高或偏低。2、若该井出油差，取样阀门又打开太大，往往还会造成P1处压力小于P2处压力，这将产生地面管线的液体倒流现象，从而大大影响取样准度。3、因T3时间段地层不出液，若在此时间段取样，显然无法取上。这不仅浪费巡检工的取样时间，同时也直接影响了巡检工对其它油水井的管理，从而降低了巡检质量。又如图2，存在问题可能有：若流量Q1＜Q2，井筒内的流体会因憋压而相对静止，油气水会相对分离(水上升慢，油上升快)，其结果会影响取样的准确度；相反，若流量Q1＞Q2，井筒内的流体会因井口压力减小而加速上升，受重力作用，水相对油上升更慢，其最终结果同样会影响取样的准确度。

上述几个问题，主要是现有的取样流程设计不科学造成的，换句话说，现有的取样方式造成取样值不准是客观存在的。若再加之人为的主观因素影响(有些巡检工为争取时间，往往不分段分时取样)，最终的取样值将更加不准。因此，设计一种准度高不受人为因素影响的油井自动采样装置，便是本发明的主要目的。

技术方案

一种油井自动采样装置，包括采样容器、取样开关、堵塞器；所述采样容器由样品采集段、管线连接段、样品储集段三部分组成；样品采集段置于输油管线内部，管线连接段与输油管线相连，样品储集段则置于输油管线外部；所述取样开关设置在采样容器底部；所述样品采集段设有采样入口、天然气出口；所述堵塞器放置在采样容器中；当采样容器中的液位上涨到一定程度后，所述堵塞器能自动堵塞采样入口和天然气出口，以阻止自动采样装置继续采样；相反，当采样容器中的液位下降到一定程度后，所述堵塞器能自动打开采样入口和天然气出口，以便自动采样装置开始自动采样。

依据上述技术方案，若自动采样装置安放在横向段的输油管上，其优选设计方案是：一种油井自动采样装置，包括采样容器、浮子、浮子导向筒、取样开关；所述采样容器由样品采集段、管线连接段、样品储集段三部分组成；样品采集段置于横向的输油管线内部，管线连接段与输油管线相连，样品储集段则置于输油管线外部；所述取样开关设置在采样容器底部；样品采集段为锥形状，其锥形中部左侧(流体上游)开设采样入口，右侧(流体下游)开设天然气出口；所述浮子导向筒安装在采样容器中；所述浮子放置在浮子导向筒中，浮子随采样容器中的液位涨落，当浮子涨到一定程度后能自动堵塞采样入口和天然气出口，相反，自动打开采样入口和天然气出口。

上述设计方案工作原理：

采样阶段：油井在正常生产状态下，流体在输油管线内流动。当流体流到自动取样装置时，部分流体会经采样入口自动流进到采样容器中，采样容器中液量相应增多，浮子随液位相应上涨。当液位上涨到一定高度后，浮子会自动堵塞采样入口和天然气出口。此后，流体不再进入采样容器中，原油采样阶段完成。在液位上涨过程中，采样容器中的油气水会在重力作用下分离。由于样品采集段置于管线内，对输油管线起到了一定的节流作用，所以处在节流后的天然气出口压力会小于采样入口和采样容器中的压力，因此，从采样容器中分离出来处于上层的气体会随液位的上涨而相应的从天然气出口排出。浮子的作用就是在液位上涨到采样入口和天然气出口高度前有效堵塞它们，以阻止继续采样，同时阻止原油从天然气出口溢出，以达到样品保真、具有分析价值的目的(若此时继续采样，原油将从天然气出口溢出，会造成采样容器中的样品含水偏高)。

待取样阶段：指浮子有效堵塞采样入口和天然气出口时起，至开始取样的这一阶段。在此阶段，采样容器中的样品被完全封闭，不与输油管线中的流体接触，因此样品成分不变。

取样阶段：打开取样阀门，让储存在采样容器中的样品全部流入取样桶中，之后关闭取样阀门，原油取样阶段完成。取样阶段完成后，浮子会相应的下沉到采样容器底部，这意味着下一轮采样又将自动开始。

依据本技术方案，若自动采样装置安放在竖立的输油管上，其优选设计是(竖立安装、拉线型)：一种油井自动采样装置，包括采样容器、塞子、弹簧、拉线、滑轮、浮球、挡板、取样开关；所述采样容器由样品采集段、管线连接段、样品储集段三部分组成；样品采集段置于竖向的输油管线内部，管线连接段与输油管线相连，样品储集段则置于输油管线外部；所述取样开关设置在采样容器底部；样品采集段为锥形状，其锥形中部上侧(流体上游)开设采样入口，下侧(流体下游)开设天然气出口；所述拉线放置在所述滑轮上，拉线一端与塞子相连，另一端与浮球相连；在塞子与挡板间设置一弹簧；浮球在悬空状态下其重力克服弹簧力，可拉动塞子向右移动，自动采样装置处于采样状态；当液位上涨到一定程度，浮球被液位托起，弹簧力克服浮球拉力将推动塞子向左移动并有效堵塞采样入口和天然气出口，以阻止自动采样装置继续采样。

自动采样装置安放在竖立的输油管上，另一优选设计是(竖立安装、连杆型)：一种油井自动采样装置，包括采样容器、塞子、连杆、浮球、挡板、取样开关；所述采样容器由样品采集段、管线连接段、样品储集段三部分组成；样品采集段置于竖向的输油管线内部，管线连接段与输油管线相连，样品储集段则置于输油管线外部；所述取样开关设置在采样容器底部；样品采集段为锥形状，其锥形中部上侧(流体上游)开设采样入口，下侧(流体下游)开设天然气出口；所述连杆一端与塞子相连，另一端与浮球相连；连杆绕固定点转动；挡板控制塞子行程；浮球在悬空状态下其重力带动连杆顺时针转动，连杆拉动塞子向右移动至挡板处，自动采样装置处于采样状态；当液位上涨到一定程度，浮球被液位托起，浮力顶着连杆逆时针转动，连杆推动塞子向左移动并有效堵塞采样入口和天然气出口，以阻止自动采样装置继续采样。

有益效果

1、本技术方案中，控制采样入口的大小，可有效地控制流体进入采样容器的流量。流量越慢，采样容器盛满时间越长，相应的对流体的采样点就越多。从理论上讲，本取样装置可任意控制油井的采样时长。显然，这种均匀的连续的长时间的采样方式，相对原来短时间的间断取样方式相比，将大大地提高样品含水的准确率。与含水变化大的井相比，优点尤为突出。

2、采用本技术方案取样，在采样过程中，由于不需要开、关任何阀门，因此不存在憋压或放压现象，换句话说，输油管线内的流体在采样过程中其流态没发生任何变化，因此，这样的采样方式相比原有的会导致流态发生变化的憋压或放压取样方式来说，取样值更为准确。

3、按现有的取样标准(至少分三段取样，每段间隔时间不低于5分钟)，每口井现有取样至少需要15分钟，若考虑油井间出等情况，每口井平均取样时间还会加长。而采用本取样装置取样，虽然采样的时间大大加长，但此过程属自动采样，完全不需要人为管理，巡检工只需在采样容器自动盛满后的任一时间段里，打开取样开关就能快速地完成当次取样。显然，采用这种方式取样，在时间上，将大大低于现有的取样时间。与出油差或间出时间长的井相比，优点更为突出。

附图说明

图1：采油井传统方式取样示意图(开球阀)；

图2：采油井传统方式取样示意图(关球阀)；

图3：采油井产液、含水及传统取样随时间变化曲线图；

图4：油井自动采样随时间变化及样品有效性分析曲线图；

图5：油井自动采样井口流程图(自动采样装置安装在横向的输油管线上)；

图6：油井自动采样井口流程图(自动采样装置安装在竖向的输油管线上)；

图7：自动采样装置采样状态示意图(横向安装型)；

图8：自动采样装置待取样状态示意图(横向安装型；浮子有效堵塞采样入口和天然气出口)；

图9：自动采样装置采样状态示意图(竖向安装、拉线型)；

图10：自动采样装置待取样状态示意图(竖向安装、拉线型；塞子有效堵塞采样入口和天然气出口)；

图11：自动采样装置采样状态示意图(竖向安装、连杆型)；

图12：自动采样装置待取样状态示意图(竖向安装、连杆型；塞子有效堵塞采样入口和天然气出口)；

标号注释：1、取样阀门；2、取样桶；3、球阀；4、输油管线；5、采样入口；6、天然气出口；7、样品采集段；8、采样容器；9、浮子导向筒；10、浮子；11、管线连接段；12、样品储集段；13、取样开关；14、自动采样装置；15、塞子；16、弹簧；17、挡板；18、滑轮；19、拉线；20浮球、21、连杆；22、固定点。

具体实施方式

实施例1：

横向安装型，参见图5、图7、图8。在输油管线底部开一洞口，把自动取样装置按图示的布局安装在输油管线上。自动取样装置与输油管线间可以通过焊接、卡扣或丝扣等方式连接。为便于检查、更换自动取样装置，建议优选丝扣连接。为便于浮子、浮子导向筒的安装及采样容器的加工，建议把采样容器分为上下两段加工，使用时优选丝扣的方式将上下两段连接即可。为确保采样时间达到一定时长，采样入口大小应根据油井出油状况而定，如出油差的井采样入口可设置大些，相反设置小些。

采样入口不仅可以和采样容器一体加工，也可按独立的配件加工后再配置在采样容器上，这样的好处是调整采样入口大小只需更换采样入口相应配件即可。为更好地堵塞采样入口和天然气出口，优选具有高弹性的塑胶做浮子材料。

实施例2

竖向安装、拉线型，参见图6、图9、图10。与横向型安装相同的地方，可参照实施例1。在输油管线一侧面开一洞口，把自动取样装置按图示的布局安装在输油管线上。为确保塞子能有效打开或堵塞采样入口和天然气出口，浮球的重量和弹簧的弹力应相应匹配。在一定范围内，调整拉线长短，可相应调整采样量，拉线越长采样量越多，相反越少。

实施例3

竖向安装连杆型，参见图6、图11、图12。本实施例与实施例2大致相同，主要区别是，本实施例采用连杆的方式带动塞子左右移动，而实施例2则采用拉线和弹簧配合的方式带动塞子左右移动。连杆绕固定点转动，端点为弧线运动，为确保塞子水平移动自如，拉杆与塞子之间可采取活接头的方式连接。

自动采样装置取样全过程(见图4)：

A点：采样起始点；

B点：采样结束点(也是浮子有效堵塞采样入口和天然气出口的起始点)；

C点：取样开始点；

D点：取样结束点(也是下一轮采样起始点)。

T4：采样阶段；

T5：待取样阶段；

T6：取样阶段。

样品有效性分析(见图4)：

在取样阶段(T6)，由于液位下降，浮子不能堵塞采样入口和天然气出口，所以在此阶段，部分流体又将继续进入采样容器中，因此，我们最终取到的样品在时间段上应包括T4和T6两个阶段。

T4阶段：输油管线内部分流体连续地随机地进入采样容器中，所以本阶段采集的样品能准确地反映此阶段油井出液的平均含水值。

T5阶段：因浮子有效堵塞采样入口和天然气出口，所以没有流体进入采样容器中，也没有原油溢出，故此阶段对样品含水值没有影响。

T6阶段：此阶段实际是一个边采样边取样的过程，因此它同T4阶段一样，所有进入采样容器中的流体仍能准确地反映此阶段油井出液的平均含水值。(因采样容器中已有样品，取样很容易，所以此阶段的时间实际很短。)

如此有：

N_T4-6＝(N_T4*W₄+N_T6*W₆)/(W₄+W₆)

因为T₄＞＞T₆，推知W₄＞＞W₆

得：N_T4-6≈N_T4

其中，N_T4-6：样品平均含水值；N_T4：在T₄段所采样平均含水值；N_T6：在T₆段所采样平均含水值；W₄：在T₄段所采样品重量；W₆：在T₆段所采样品重量。

结论：采用本采样装置取样，采样样品平均含水值能真实代表油井在采样阶段的平均含水值，所采样品有效，完全具有分析价值。

根据上述总的技术方案、工作原理、实施例及附图等的介绍后，本领域的普通技术人员完全可以通过常规思维就能变换出很多种具体的产品，如不把样品采样段设计成“锥形”，而是设计成“锥台形”，并在锥形台面上开一较大的孔洞，以一起替代原有的采样入口和天然气出口(“流体进、天然气出”在同一孔洞内进行)，也可达到一定的效果。所以，只要依照本发明总的技术方案变换出来的各种等同产品、改劣产品等，都应落入本发明的权利保护范围，即是属于对本发明的一种侵权。

Claims

1.一种油井自动采样装置，包括采样容器、取样开关、堵塞器；所述采样容器由样品采集段、管线连接段、样品储集段三部分组成；样品采集段置于输油管线内部，管线连接段与输油管线相连，样品储集段则置于输油管线外部；所述取样开关设置在采样容器底部；所述样品采集段设有采样入口、天然气出口；所述堵塞器放置在采样容器中；当采样容器中的液位上涨到一定程度后，所述堵塞器能自动堵塞采样入口和天然气出口，以阻止自动采样装置继续采样；相反，当采样容器中的液位下降到一定程度后，所述堵塞器能自动打开采样入口和天然气出口，以便自动采样装置开始自动采样。

2.根据权利要求1所述的油井自动采样装置，特征在于：所述管线连接段与输油管线的连接方式为焊接、卡扣或丝扣连接中的任一种连接方式。

3.根据权利要求1所述的油井自动采样装置，特征在于：所述采样入口可与采样容器一体加工，也可以配件的方式单独加工。

4.根据权利要求1所述的油井自动采样装置，特征在于：所述样品采集段为锥台形，所述锥台形的台面开有一流体进出的孔洞。

5.根据权利要求1所述的自动取样装置，特征在于：所述采样容器分为上下两段，上下两段采用焊接、卡扣或丝扣方式连接。

6.一种油井自动采样装置，包括采样容器、浮子、浮子导向筒、取样开关；所述采样容器由样品采集段、管线连接段、样品储集段三部分组成；样品采集段置于横向的输油管线内部，管线连接段与输油管线相连，样品储集段则置于输油管线外部；所述取样开关设置在采样容器底部；样品采集段为锥形状，其锥形中部左侧(流体上游)开设采样入口，右侧(流体下游)开设天然气出口；所述浮子导向筒安装在采样容器中；所述浮子放置在浮子导向筒中，浮子随采样容器中的液位涨落，当浮子涨到一定程度后能自动堵塞采样入口和天然气出口，相反，自动打开采样入口和天然气出口。

7.一种油井自动采样装置，包括采样容器、塞子、弹簧、拉线、滑轮、浮球、挡板、取样开关；所述采样容器由样品采集段、管线连接段、样品储集段三部分组成；样品采集段置于竖向的输油管线内部，管线连接段与输油管线相连，样品储集段则置于输油管线外部；所述取样开关设置在采样容器底部；样品采集段为锥形状，其锥形中部上侧(流体上游)开设采样入口，下侧(流体下游)开设天然气出口；所述拉线放置在所述滑轮上，拉线一端与塞子相连，另一端与浮球相连；在塞子与挡板间设置一弹簧；浮球在悬空状态下其重力克服弹簧力，可拉动塞子向右移动，自动采样装置处于采样状态；当液位上涨到一定程度，浮球被液位托起，弹簧力克服浮球拉力将推动塞子向左移动并有效堵塞采样入口和天然气出口，以阻止自动采样装置继续采样。

8.一种油井自动采样装置，包括采样容器、塞子、连杆、浮球、挡板、取样开关；所述采样容器由样品采集段、管线连接段、样品储集段三部分组成；样品采集段置于竖向的输油管线内部，管线连接段与输油管线相连，样品储集段则置于输油管线外部；所述取样开关设置在采样容器底部；样品采集段为锥形状，其锥形中部上侧(流体上游)开设采样入口，下侧(流体下游)开设天然气出口；所述连杆一端与塞子相连，另一端与浮球相连；连杆绕固定点转动；挡板控制塞子行程；浮球在悬空状态下其重力带动连杆顺时针转动，连杆拉动塞子向右移动至挡板处，自动采样装置处于采样状态；当液位上涨到一定程度，浮球被液位托起，浮力顶着连杆逆时针转动，连杆推动塞子向左移动并有效堵塞采样入口和天然气出口，以阻止自动采样装置继续采样。