CN102269662B

CN102269662B - 一种维持压力稳定的快速转样方法

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Publication number: CN102269662B
Application number: CN 201010199052
Authority: CN
Inventors: 马德胜; 李实�; 秦积舜; 陈兴隆
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2030-06-04
Also published as: CN102269662A

Abstract

本方法涉及一种维持压力稳定的快速转样方法；在取样器/配样器出口、测试/实验装置的入口和出口安装微量调节转样阀；将转样手轮安装在柱塞泵手柄上；阶段式开启转样阀，首先是缓慢开启取样器/配样器出口转样阀，其次是开启测试/实验装置的入口转样阀，最后是开启测试/实验装置出口转样阀，开启转样阀的过程中监视压力变化，转动转样手轮维持流程系统压力，直至转样结束；本方法改善了柱塞泵的控制程度，维持转样过程中的压力稳定，降低转动强度30％，保障了操作者在疏忽状态时的人身安全，降低了转动强度近50％，而且能满足快速转动的要求。

Description

一种维持压力稳定的快速转样方法

技术领域

本方法涉及一种维持压力稳定的快速转样方法。

背景技术

在石油物理性质参数测量实验中，需要将取样器或配样器中的油、气样品转移到测试容器腔体内，转样过程中要求流程管路中维持油藏高温高压状态，避免压力低于泡点压力，防止原油样品中的组分变化。部分驱油实验也要求油气样品在管路流程内维持压力稳定。转样过程是参数测量及实验研究的前期准备过程，如何保证转样质量是后续实验能够有效进行的基础。通常的做法是利用普通针形阀门控制转换流程的开关和速度，同时用柱塞泵快速为取样器/配样器补充压力，实现压力的稳定。

这种方法的优点是转样操作便捷，却存在以下3个缺点：

1.普通针形阀门是采用锥体密闭的方式关闭阀门。要做到微小流量，开启阀门时，必须使阀杆锥体提起高度非常微小(即：阀杆手柄转动角度很小)，使液/气在通过时依靠自身与锥体间的毛管力控制流速。由于每个阀门的开启用力不同，因而更加大了控制难度。

2.为了维持转样过程的压力稳定，柱塞泵必须快速转动才能有效配合普通阀门的开启过程。阀门开启程度是要求柱塞泵转动速度的主要影响因素，在PVT关系测量实验中，柱塞泵转动速度要求在0.1秒内实现压差1～10MPa的补充，这种情况使得电动控制的柱塞泵无法满足自动维持压力的要求，必须用手动方式处理。转动过程对控制者的经验及反应速度要求很高。

3.手动控制柱塞泵存在严重的安全隐患，在样品压力为50MPa时，手动端约施加1.2KN的力，一个人很难完成控制，通常由两人同时控制，对配合操作提出较高要求。在控制人出现疏忽的情况下，柱塞泵反转，手柄高速转动使控制者极易受伤。同时，样品压力快速降低导致原油中气体组分分离，使样品准备工作完全失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种维持压力稳定的快速转样方法。

本发明所述的维持压力稳定的快速转样方法首先利用齿轮配合原理设计一种转样阀，提高阀杆锥体的转动精度，使锥体与阀体间的距离能有效控制，其次设计一种柱塞泵手轮，在四个单杆控制柄上配制大直径轮盘，不仅安全，而且省力。

测量及实验前，在取样器/配样器出口端、测试或实验模型前安装转样阀，柱塞泵上安装转样手轮。转样时，控制者缓慢开启转样阀并监视压力变化，另一控制者在监视压力变化的同时，转动转样手轮维持流程系统压力，直至转样结束。

测试仪器及工作原理

转样阀的组成和主要功能包括：

1.齿轮，共有三个齿轮。左侧与阀杆锥体相连接的主齿轮直径较大，通过转动开启或关闭管路；右侧齿轮直径较小，与手柄连接，用于控制转动角度；中间齿轮传递右侧齿轮的转动，并且使左侧齿轮与手柄的转动方向保持一致。在考虑齿轮受力情况下，设计大齿轮与小齿轮的半径比为3∶1，能满足70MPa压力的传递。

2.阀杆和压帽，阀杆与左侧齿轮配合，端部呈锥体形状，用于与阀体密封。压帽使螺杆保持稳定，并密封螺杆与周边的空隙。

3.轴承，共有四个。作用是使左侧和中间齿轮转动灵活。

4.手柄，用于控制转动。

5.M8接口，连接取样器/配样器出口和测试腔体/实验流程入口，M8尺寸是实验流程中普遍使用的接口尺寸。

6.1mm管路，是流体通道，管路越细有利于流速的控制，过细则造成流速过低、转样时间延长，结合转样经验，设计管路直径为1mm。

7.“O”形圈，对管路及齿轮传动两个部分起密封作用。

8.紧固螺栓，将管路及齿轮传动两个部分紧固为一体。

转样手轮的组成和主要功能包括：

1.手轮，外直径为1000mm，大直径圆形手轮较原来四杆手柄提高30％的扭矩，操作强度降低。手轮厚度和宽度均为30mm，内侧为手指形状，便于抓握。在操作失误、手轮倒转的情况下，圆盘形状有效保护操作者不被手柄撞击。

2.中轴，内径为100mm，该设计考虑柱塞泵推动活塞的螺杆可以在中轴内穿过不受阻挡，而且易于操作位于螺杆一侧的锁紧钮。考虑到承受扭矩较大，中轴厚度设计为30mm。另外在中轴外侧设计了独特的棘轮结构，结合特制的棘轮扳手(长度650mm)可实现省力及快速转动的目的。整体上棘轮设计可降低转动强度近50％，而且能满足快速转动的要求。棘轮扳手与手柄配合使用在压力较低(30MPa)的情况下，可实现一人操作。

3.承重杆，起连接手柄和中轴的作用，其上部焊接有卡板。

4.卡板，用来与柱塞泵的四个手柄相配合，承受转动扭力。因柱塞泵手柄有一定角度，相应的卡板内的凹槽也加工成倾斜角度。卡板根部加厚并与承重杆焊接。卡板两侧有内螺纹通孔，结合穿板螺栓实现固定。

本发明所述的快速转样方法：

①在取样器/配样器出口、测试/实验装置的入口和出口安装微量调节转样阀；

②参数测量或实验流程按照常规方式连接。

③将转样手轮安装在柱塞泵手柄上，用穿板螺栓将卡板固定，安装棘轮扳手。

④阶段式开启转样阀，首先是缓慢开启取样器/配样器出口转样阀，并监视压力变化，在压力较低时(30MPa)，柱塞泵维持压力稳定控制可实现一人操作，即一手把扶手轮手柄，另一只手操控棘轮扳手，如果是两人操作则单纯使用手轮即可。在压力较高时，仍建议采用两人配合操作，一人负责把扶手轮，另外一人主要负责棘轮扳手的加力。其次是开启测试/实验装置的入口转样阀，最后是开启测试/实验装置出口转样阀，两操作步骤与上述操作相同，直至转样结束。

与通常的转样方法比较，本发明具有以下优点：

1.实现微量调节转样阀的开启程度，易于控制油气样品的流动速度，提高转样过程中的压力维持水平；

2.手轮的手柄设计改善了柱塞泵的控制程度，降低转动强度30％，整体的圆形保障了操作者在疏忽状态时的人身安全。棘轮的设计整体上降低转动强度近50％，而且能满足快速转动的要求。

附图说明

图1转样阀结构示意图。

图2转样手轮结构示意图。

图3转样手轮结构侧视示意图。

图4快速转样方法的流程示意图。

图5棘轮扳手结构示意图。

图6卡板结构示意图。

其中：1、主齿轮 2、压帽 3、中齿轮 4、轴 5、轴承 6、手柄 7、轴杆 8、小齿轮 9、管路箱 10、M8 接口 11、1mm 管路12、O型圈 13、紧固螺钉 14、阀杆 15、齿轮箱 16、转样手轮 17、柱塞泵手柄 18、转样柱塞泵 19、取样器/配样器 20、测试/实验装置 21、排出液收集器 22、转样阀 23、棘轮扳手 24、穿板螺栓16-1、承重杆 16-2、中轴 16-3、手轮 16-4、卡板

具体实施方式

转样阀(见图1)由齿轮组、管路和阀杆构成，齿轮组位于齿轮箱15中，有三个齿轮构成，位于左侧的主齿轮1直径较大，下端部为锥体的阀杆14穿过主齿轮1中心，上端通过压帽2固定在齿轮箱15顶部，位于主齿轮1右侧的中齿轮3由固定在齿轮箱中的轴4和轴承5固定，直径较主齿轮1小，与主齿轮1齿轮咬合连接，位于中齿轮3右侧的小齿轮8直径最小，由固定在齿轮箱中的轴杆7和轴承固定，轴杆7穿过齿轮箱顶部与手柄6连接，大齿轮与小齿轮的半径比为3∶1；1mm管路11位于管路箱9中，两端与M8接口10连接，阀杆14下端部锥体穿过管路箱可通过大齿轮的转动开启或关闭管路，由紧固螺钉13将管路箱和齿轮箱固定为一体。本转样阀能满足70MPa压力的传递。

转样手轮(见图2、3)由手轮16-3、中轴16-2、承重杆16-1和卡板16-4组成，中轴16-2位于手轮16-3的中心，中轴16-2为一中空短柱，柱塞泵推动活塞的螺杆从中轴内穿过，中轴外侧为棘轮结构，棘轮扳手与棘轮结构相匹配，手轮16-3为圆盘形状，内侧设手指形状，由四根承重杆16-1将手轮16-3和中轴16-2连接在一起，卡板16-4上设有与柱塞泵手柄17的倾斜角度相应的凹槽，卡板根部加厚并与承重杆焊接，卡板两侧设有内螺纹通孔。

由穿板螺栓24将卡板与转样柱塞泵18的柱塞泵手柄17固定，将棘轮扳手23安装在转样手轮中轴外侧的棘轮结构上，将转样阀22安装在取样器/配样器19出口、与排出液收集器21连接的测试/实验装置20的入口和出口。

缓慢开启取样器/配样器出口转样阀，在压力≤30MPa时，柱塞泵维持压力稳定控制可实现一人操作，即一手把扶手轮手柄，另一只手操控棘轮扳手，如果是两人操作则单纯使用手轮即可；在压力较高时，两人配合操作，一人负责把扶手轮，另外一人主要负责棘轮扳手的加力；其次是开启测试/实验装置的入口转样阀，最后是开启测试/实验装置出口转样阀，两操作步骤与上述操作相同，直至转样结束。

该转样方法在实施50余次后与原转样方法进行等量的统计对比，对比结果见表1。

表1两种转样方法的对比结果

对比项目	实验次数	有效次数	成功率％	失效原因
					原转样方法	50	38	76	由于原油粘度较大，阀门难于控制，在原油流动时阀门开启程度较大，出现柱塞泵压力低于泡点压力状况，转样质量受到影响，共8次。手柄控制疏忽，手柄反转失控，压力较低，未造成撞击伤害，共2次。手柄控制疏忽，手柄反转失控，压力较高，一次伤及操作者一人，程度较轻；一次伤及两名操作者，一人手掌肿胀、一人小臂内侧瘀血，伤害程度较为严重，共2次
采用转样阀和手轮的转样方法	50	48	96	手轮控制疏忽，手轮反转失控，出现柱塞泵压力低于泡点压力状况，转样质量受到影响，共2次。受手轮保护，2次失效均未造成人员伤害。

对比可知：

采用转样阀和手轮的转样方法能有效维持转样过程中的压力稳定，大幅提高转样有效成功率，对操作者的人身安全提供了有效保障。

Claims

1.一种维持压力稳定的快速转样方法，其特征在于：

②将转样手轮安装在柱塞泵手柄上，用穿板螺栓将卡板固定，安装棘轮扳手；

③阶段式开启转样阀，首先是缓慢开启取样器/配样器出口转样阀，其次是开启测试/实验装置的入口转样阀，最后是开启测试/实验装置出口转样阀，开启转样阀的过程中监视压力变化，转动转样手轮维持流程系统压力，直至转样结束；

所述转样阀由齿轮组、管路和阀杆构成，齿轮组位于齿轮箱中，由三个齿轮构成，位于左侧的主齿轮直径较大，下端部为锥体的阀杆穿过主齿轮中心，上端通过压帽固定在齿轮箱顶部，位于主齿轮右侧的中齿轮由固定在齿轮箱中的轴和轴承固定，直径较主齿轮小，与主齿轮齿轮咬合连接，位于中齿轮右侧的小齿轮直径最小，由固定在齿轮箱中的轴杆和轴承固定，轴杆穿过齿轮箱顶部与手柄连接，主齿轮与小齿轮的半径比为3：1；1mm管路位于管路箱中，两端与M8接口连接，阀杆下端部锥体穿过管路箱可通过主齿轮的转动开启或关闭管路，由紧固螺钉将管路箱和齿轮箱固定为一体；转样阀能满足70MPa压力的传递；

所述转样手轮由手轮、中轴、承重杆和卡板组成，中轴位于手轮的中心，中轴为一中空短柱，柱塞泵推动活塞的螺杆从中轴内穿过，中轴外侧为棘轮结构，棘轮扳手与棘轮结构相匹配，手轮为圆盘形状，内侧设手指形状，由四根承重杆将手轮和中轴连接在一起，卡板上设有与柱塞泵手柄的倾斜角度相应的凹槽，卡板根部加厚并与承重杆焊接，卡板两侧设有内螺纹通孔。