CN104458325B - 一种室内实验用油气水三相定量和密闭取样的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室内实验用油气水三相定量和密闭取样的装置，由油气水定量采样单元、气体定量收集单元、原油处理单元和产出水处理与定量收集单元组成，所述的气体定量收集单元、原油处理单元和产出水处理与收集单元分别通过管线与油气水定量采样单元相连接，以及一种室内实验用油气水三相定量和密闭取样的方法，具体步骤为：油气水混合物的采集；油气水的初级分离；含水原油的脱水和含油产出水的脱油，本发明具有设计合理、结构简单、运行稳定、省时省力以及绿色环保的特点，因此，可广泛地应用于室内实验定量、带压和密闭取样中。
Description
一、技术领域
本发明属于资源环境技术领域，特别涉及一种室内实验用油气水三相定量和密闭取样的装置及方法。
二、背景技术
微生物提高采收率技术(Microbial Enhanced Oil Recovery)是指利用微生物(主要是细菌、古菌)及其代谢产物提高原油产量和采收率的技术，与其他三次采油技术相比，微生物技术具有适用范围广、工艺简单、经济效益好、无污染等特点，具有良好的应用前景，因而受到越来越多的关注，微生物驱油物理模拟实验是在模拟试验区块油藏条件下进行功能微生物激活、驱油效果评价及现场注入工艺参数优化，是微生物驱油现场试验之前不可或缺的步骤，室内实验中产出液检测项目主要包括原油粘度和族组分，气体组成及组分，水中的微生物群落结构、氧化还原电位和矿化度。
目前，室内实验产出液取样过程中样品的压力会突然释放降至大气压，导致产出液中微生物群落结构发生变化，测试结果无法真实客观反映高温高压油藏条件下地层水中的群落结构；产出液暴露在空气中破坏原始厌氧环境，导致空气中的氧气部分溶入采出液中，使氧化还原电位测试结果不准确；同时由于室内模拟装置的本体的孔隙体积有限，室内实验取样的量通常比测试需要的量偏大一方面造成样品的浪费，另一方面取样过大影响着本体中原油和水的渗流形态。
经过专利和文献查新检索，专利号为“ZL91109848”，名称为“悬浮液取样方法和装置”介绍一种有固体颗粒悬浮液中提取试样的方法，将部分悬浮液从悬浮池旁路提取出并送到一个分析仪中分析其成分，其缺陷在于该装置在常温、常压、开放式的条件下进行悬浮液的取样，达不到高压、密闭取样和分离的要求；专利号为“201010552732.3”，名称为“一种用于微生物驱的油藏产出液取样方法及装置”，介绍一种产出液的取样方法及装置，主要由油藏温度压力测试和控制、取样装置厌氧处理、油气水高压高温分离、油气水厌氧和高压取样、油气水样在线测试和油气水测试结果处理和远传装置组成，该发明的缺点在于结构复杂、占地面积大、取样操作程序复杂；无法做到定量取样的要求，因此，容易导致大量的油气水的浪费。
三、发明内容
本发明针对现有技术的不足而提供了一种室内实验用油气水三相定量和密闭取样的装置及方法，本发明具有设计合理、结构简单、运行稳定和绿色环保的特点，解决了室内高压高温实验条件下定量和密闭获取油气水样品的难题，在取样过程中油气水密闭处理不会扩散，从而保护了环境。
一种室内实验用油气水三相定量和密闭取样的装置，其特征在于，由油气水定量采样单元、气体定量收集单元、原油处理单元和产出水处理与定量收集单元组成，所述的气体定量收集单元、原油处理单元和产出水处理与收集单元分别通过管线与油气水定量采样单元相连接。
所述的油气水定量采样单元由取样器、腔体、油气水活塞、螺纹转轴、旋转杆、压力表、安全阀和取样连接装置组成；所述的取样器由PSU制作而成，且外壁带有刻度，取样器底部留有开口，开口带有内螺纹；腔体位于取样器内部，油气水活塞位于取样器的腔体内，并与取样器内壁相接触，螺纹转轴一端与油气水活塞相连接，另一端与旋转杆相连接，螺纹转轴通过取样器底部的开口，并与开口螺纹连接；压力表和安全阀分别对称分布在取样器的顶部两侧；取样连接装置通过管线连接在取样器顶部正中间位置。
所述的气体定量收集单元由气体收集容器、气体收集器活塞、排水管线、排水阀、排气管线和排气阀组成；气体收集容器由PSU制作而成，且外壁带有刻度；气体收集器活塞位于气体收集器的顶部，排水管线和排气管线均穿过气体收集器活塞并伸向气体收集容器内部；排水管线上安装有排水阀，排气管线上安装有排气阀；气体定量收集单元通过排气管线与油气水定量采样单元左侧壁顶部相连接；所述的排水管线一端伸向气体收集容器的底部离底部距离为1cm～2cm，排气管线一端伸向气体收集容器顶部离顶部距离为2cm～3cm。
所述的原油处理单元由依次连接的排油阀门、加药装置、沉降罐、加热器和电脱水器组成，沉降罐容积为2.0L～3.0L，加热器功率为2KW～3KW。
所述的产出水处理与定量收集单元由依次连接的排水阀门、吸附装置和产出水密闭取样器组成；吸附装置中安装有吸附材料气凝胶，所述的产出水密闭取样器由产出水收集器、产出水收集器活塞、第一阀门和第二阀门组成；产出水收集器由PSU制作而成，且外壁带有刻度。
一种室内实验用油气水三相定量和密闭取样的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)油气水混合物的采集
采集油气水混合前用表面活性剂润湿取样器的内壁，润湿完毕后旋转旋转杆将取样器的油气水活塞移至取样器的顶部，然后连接上取样连接装置，匀速旋转旋转杆，旋转过程中观察取样器顶部的压力表的压力，油气水混合物匀速进入取样器，直到油气水活塞移到所需取样量对应取样器刻度的位置为止停止旋转旋转杆，计量油气水混合物的量；
(2)油气水的初级分离
将装满油气水混合物的取样器置于90℃～100℃恒温箱中静置1h～2h，静置时间完成后，首先进行分离气体；其次打开排油阀门旋转旋转杆得到含水的原油，最后旋转旋转杆将油气水活塞移至取样器的底部，打开排水阀门得到含油的产出水；
所述的分离气体，其具体步骤如下：卸下气体定量收集单元的气体收集器活塞，将气体收集容器装满自来水，安装上气体收集器活塞；打开排水阀，缓慢打开排气阀，气体收集开始，利用控制排气阀的开度控制收集气体的速度；通过观察气体收集容器刻度收集所需量的气体；气体收集完成后，关闭排水阀和排气阀。
(3)含水原油的脱水
打开排油阀门含水原油进入沉降罐，并利用加压装置将原油乳化剂泵入沉降罐与含水原油充分混合；含水原油经过沉降罐沉降后进入加热器加热，加热温度为100℃～120℃；最后经过电脱水器脱水得到原油；
(4)含油产出水的脱油
打开排水阀门，含油产出水经过吸附装置得到产出水；打开第二阀门往产出水密闭取样器内部注水将取样器活塞推至产出水密闭取样器的最左端位置，排出产出水密闭取样器内部的空气，关闭第二阀门，打开第一阀门；然后匀速打开第二阀门，开始收集产出水，观察产出水密闭取样器的刻度，直到取样器活塞移至所需产出水取样量对应的刻度为止。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)该发明具有结构和方法简单、可操作性强、运行稳定、占地面积小和取样所需的时间短，仅需要2h～3h；
(2)该发明具有定量取样的功能，可根据实验需要的量进行在线取样，避免了过量取样一方面造成样品的浪费并污染环境，另一方面对实验岩心中流体的渗流形态造成影响；
(3)该发明省去了真空泵和压力控制装置，同样能实现带压、密闭和厌氧取样的功能；
(4)提高了室内实验采出液参数测试准确性和可靠性，微生物群落结构准确性提高50％以上，氧化还原电位准确性提高60％以上，为微生物驱油机理研究和工艺参数的优化提供了可靠的理论依据。
四、附图说明
附图1为本发明的结构示意图。
五、具体实施方式
参阅附图1，一种室内实验用油气水三相定量和密闭取样的装置，其特征在于，由油气水定量采样单元1、气体定量收集单元2、原油处理单元3和产出水处理与定量收集单元4组成，所述的气体定量收集单元2、原油处理单元3和产出水处理与收集单元4分别通过管线与油气水定量采样单元1相连接。
所述的油气水定量采样单元1由取样器11、腔体12、油气水活塞13、螺纹转轴14、旋转杆15、压力表16、安全阀17和取样连接装置18组成；所述的取样器11由PSU制作而成，且外壁带有刻度，取样器11底部留有开口，开口带有内螺纹；腔体12位于取样器11内部，油气水活塞13位于取样器11的腔体12内，并与取样器11内壁相接触，螺纹转轴14一端与油气水活塞13相连接，另一端与旋转杆15相连接，螺纹转轴14通过取样器11底部的开口，并与开口螺纹连接；压力表16和安全阀17分别对称分布在取样器11的顶部两侧；取样连接装置18通过管线连接在取样器11顶部正中间位置。
所述的气体定量收集单元2由气体收集容器21、气体收集器活塞22、排水管线23、排水阀24、排气管线25和排气阀26组成；气体收集容器21由PSU制作而成，且外壁带有刻度；气体收集器活塞22位于气体收集器21的顶部，排水管线23和排气管线25均穿过气体收集器活塞22并伸向气体收集容器21内部；排水管线23上安装有排水阀24，排气管线25上安装有排气阀26；气体定量收集单元2通过排气管线25与油气水定量采样单元1左侧壁顶部相连接；所述的排水管线23一端伸向气体收集容器21的底部离底部距离为1cm～2cm，排气管线25一端伸向气体收集容器21顶部离顶部距离为2cm～3cm。
所述的原油处理单元3由依次连接的排油阀门31、加药装置32、沉降罐33、加热器34和电脱水器35组成，沉降罐容积为2.0L～3.0L，加热器功率为2KW～3KW。
所述的产出水处理与定量收集单元4由依次连接的排水阀门41、吸附装置42和产出水密闭取样器43组成；吸附装置中安装有吸附材料气凝胶，所述的产出水密闭取样器43由产出水收集器431、产出水收集器活塞432、第一阀门433和第二阀门434组成；产出水收集器431由PSU制作而成，且外壁带有刻度。
一种室内实验用油气水三相定量和密闭取样的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)油气水混合物的采集
采集油气水混合前用表面活性剂润湿取样器11的内壁，润湿完毕后旋转旋转杆15将取样器11的油气水活塞13移至取样器11的顶部，然后连接上取样连接装置18，匀速旋转旋转杆15，旋转过程中观察取样器11顶部的压力表16的压力，油气水混合物匀速进入取样器11，直到油气水活塞13移到所需取样量对应取样器11刻度的位置为止停止旋转旋转杆15，计量油气水混合物的量；
(2)油气水的初级分离
将装满油气水混合物的取样器11置于90℃～100℃恒温箱中静置1h～2h，静置时间完成后，首先进行分离气体；其次打开排油阀门31旋转旋转杆15得到含水的原油，最后旋转旋转杆15将油气水活塞13移至取样器11的底部，打开排水阀门41得到含油的产出水；
所述的分离气体，其具体步骤如下：卸下气体定量收集单元2的气体收集器活塞22，将气体收集容器21装满自来水，安装上气体收集器活塞22；打开排水阀24，缓慢打开排气阀26，气体收集开始，利用控制排气阀26的开度控制收集气体的速度；通过观察气体收集容器21刻度收集所需量的气体；气体收集完成后，关闭排水阀24和排气阀26。
(3)含水原油的脱水
打开排油阀门31含水原油进入沉降罐33，并利用加压装置32将原油乳化剂泵入沉降罐33与含水原油充分混合；含水原油经过沉降罐沉降后进入加热器34加热，加热温度为100℃～120℃；最后经过电脱水器35脱水得到原油；
(4)含油产出水的脱油
打开排水阀门41，含油产出水经过吸附装置42得到产出水；打开第二阀门434往产出水密闭取样器43内部注水将取样器活塞432推至产出水密闭取样器43的最左端位置，排出产出水密闭取样器43内部的空气，关闭第二阀门434，打开第一阀门433；然后匀速打开第二阀门434，开始收集产出水，观察产出水密闭取样器43的刻度，直到取样器活塞432移至所需产出水取样量对应的刻度为止。
实施例1
利用本发明的装置和方法对微生物驱油一维物理模拟实验过程中进行室内取样，室内取样要求：一次性油气水的取样总量不超过100ml、原油量不低于10ml、产出水50ml和常压气体量10ml，利用本发明的具体步骤如下：
(1)油气水混合物的采集
采集油气水混合前用表面活性剂润湿取样器的内壁，润湿完毕后旋转旋转杆将取样器的油气水活塞移至取样器的顶部，然后连接上取样连接装置，匀速旋转旋转杆，旋转过程中观察取样器顶部的压力表的压力，油气水混合物匀速进入取样器，直到油气水活塞移到所需取样量100ml对应取样器刻度的位置为止停止旋转旋转杆。
(2)油气水的初级分离
将装满油气水混合物的取样器置于90℃恒温箱中静置1h，静置时间完成后，首先进行分离气体，分离气体具体步骤如下：卸下气体定量收集单元的气体收集器活塞，将气体收集容器装满自来水，安装上气体收集器活塞；打开排水阀，缓慢打开排气阀，气体收集开始，利用控制排气阀的开度控制收集气体的速度；通过观察气体收集容器刻度收集所需量的气体10ml；气体收集完成后，关闭排水阀和排气阀；其次打开排油阀门旋转旋转杆得到含水的原油25ml，最后旋转旋转杆将油气水活塞移至取样器的底部，打开排水阀门得到含油的产出水70ml。
(3)含水原油的脱水
打开排油阀门含水原油进入沉降罐，并利用加压装置将原油乳化剂泵入沉降罐与含水原油充分混合；含水原油经过沉降罐沉降后进入加热器加热，加热温度为100℃；最后经过电脱水器脱水得到原油15ml。
(4)含油产出水的脱油
打开排水阀门，含油产出水经过吸附装置得到产出水；打开第二阀门往产出水密闭取样器内部注水将取样器活塞推至产出水密闭取样器的最左端位置，排出产出水密闭取样器内部的空气，关闭第二阀门，打开第一阀门；然后匀速打开第二阀门，开始收集产出水，观察产出水密闭取样器的刻度，直到取样器活塞移至所需产出水取样量50ml对应的刻度为止。
利用本发明获取的原油、产出水和气体测试结果如下：
原油粘度：1280mpa.s
矿化度：8560mg/L
pH值：6.8
气体组成机组分：甲烷74.8％、H2S22.5％、CO22.1％和H20.6％。
氧化还原电位：-298mV
微生物群落总数3.5×108个/ml，硫酸盐还原菌1.5×103个/ml，产甲烷菌1.5×107个/ml，腐生菌1.1×106个/ml，烃类氧化菌7.5×107个/ml。
实施例2
利用本发明的装置和方法对微生物驱油三维物理模拟实验过程中进行室内取样，室内取样要求：一次性油气水的取样总量不超过200ml、原油量不低于30ml、产出水为80ml和常压气体量为50ml，利用本发明的具体步骤如下：
(1)油气水混合物的采集
采集油气水混合前用表面活性剂润湿取样器的内壁，润湿完毕后旋转旋转杆将取样器的油气水活塞移至取样器的顶部，然后连接上取样连接装置，匀速旋转旋转杆，旋转过程中观察取样器顶部的压力表的压力，油气水混合物匀速进入取样器，直到油气水活塞移到所需取样量200ml对应取样器刻度的位置为止停止旋转旋转杆。
(2)油气水的初级分离
将装满油气水混合物的取样器置于100℃恒温箱中静置2h，静置时间完成后，首先进行分离气体，分离气体具体步骤如下：卸下气体定量收集单元的气体收集器活塞，将气体收集容器装满自来水，安装上气体收集器活塞；打开排水阀，缓慢打开排气阀，气体收集开始，利用控制排气阀的开度控制收集气体的速度；通过观察气体收集容器刻度收集所需量的气体50ml；气体收集完成后，关闭排水阀和排气阀；其次打开排油阀门旋转旋转杆得到含水的原油48ml，最后旋转旋转杆将油气水活塞移至取样器的底部，打开排水阀门得到含油的产出水132ml。
(3)含水原油的脱水
打开排油阀门含水原油进入沉降罐，并利用加压装置将原油乳化剂泵入沉降罐与含水原油充分混合；含水原油经过沉降罐沉降后进入加热器加热，加热温度为120℃；最后经过电脱水器脱水得到原油35ml。
(4)含油产出水的脱油
打开排水阀门，含油产出水经过吸附装置得到产出水；打开第二阀门往产出水密闭取样器内部注水将取样器活塞推至产出水密闭取样器的最左端位置，排出产出水密闭取样器内部的空气，关闭第二阀门，打开第一阀门；然后匀速打开第二阀门，开始收集产出水，观察产出水密闭取样器的刻度，直到取样器活塞移至所需产出水取样量80ml对应的刻度为止。
利用本发明获取的原油、产出水和气体测试结果如下：
原油粘度：3256mpa.s
矿化度：12563mg/L
pH值：6.5
气体组成机组分：甲烷85.2％、H2S2.1％、CO212.3％和H20.4％。
氧化还原电位：-273mV
微生物群落总数7.5×108个/ml，硫酸盐还原菌1.1×104个/ml，产甲烷菌3.5×107个/ml，腐生菌1.0×105个/ml，烃类氧化菌1.1×108个/ml。
Claims (2)
1.一种室内实验用油气水三相定量和密闭取样的方法，其特征在于，其采用的油气水三相定量和密闭取样的装置由油气水定量采样单元(1)、气体定量收集单元(2)、原油处理单元(3)和产出水处理与定量收集单元(4)组成，所述的气体定量收集单元(2)、原油处理单元(3)和产出水处理与收集单元(4)分别通过管线与油气水定量采样单元(1)相连接，所述的油气水定量采样单元(1)由取样器(11)、腔体(12)、油气水活塞(13)、螺纹转轴(14)、旋转杆(15)、压力表(16)、安全阀(17)和取样连接装置(18)组成；取样器(11)底部留有开口，开口带有内螺纹；腔体(12)位于取样器(11)内部，油气水活塞(13)位于取样器(11)的腔体(12)内，并与取样器(11)内壁相接触，螺纹转轴(14)一端与油气水活塞(13)相连接，另一端与旋转杆(15)相连接，螺纹转轴(14)通过取样器(11)底部的开口，并与开口螺纹连接；压力表(16)和安全阀(17)分别对称分布在取样器(11)的顶部两侧；取样连接装置(18)通过管线连接在取样器(11)顶部正中间位置；
所述的取样器(11)由PSU制作而成，且外壁带有刻度；
所述的气体定量收集单元(2)由气体收集容器(21)、气体收集器活塞(22)、排水管线(23)、排水阀(24)、排气管线(25)和排气阀(26)组成；气体收集容器(21)由PSU制作而成，且外壁带有刻度；气体收集器活塞(22)位于气体收集容器(21)的顶部，排水管线(23)和排气管线(25)均穿过气体收集器活塞(22)并伸向气体收集容器(21)内部；排水管线(23)上安装有排水阀(24)，排气管线(25)上安装有排气阀(26)；气体定量收集单元(2)通过排气管线(25)与油气水定量采样单元(1)左侧壁顶部相连接；
所述的排水管线(23)一端伸向气体收集容器(21)的底部离底部距离为1cm～2cm，排气管线(25)一端伸向气体收集容器(21)顶部离顶部距离为2cm～3cm；
所述的原油处理单元(3)由依次连接的排油阀门(31)、加药装置(32)、沉降罐(33)、加热器(34)和电脱水器(35)组成，沉降罐容积为2.0L～3.0L，加热器功率为2KW～3KW；
所述的产出水处理与定量收集单元(4)由依次连接的排水阀门(41)、吸附装置(42)和产出水密闭取样器(43)组成；吸附装置中安装有吸附材料气凝胶，所述的产出水密闭取样器(43)由产出水收集器(431)、产出水收集器活塞(432)、第一阀门(433)和第二阀门(434)组成；产出水收集器(431)由PSU制作而成，且外壁带有刻度；
具体包括以下步骤：
(1)油气水混合物的采集
采集油气水混合前用表面活性剂润湿取样器(11)的内壁，润湿完毕后旋转旋转杆(15)将取样器(11)的油气水活塞(13)移至取样器(11)的顶部，然后连接上取样连接装置(18)，匀速旋转旋转杆(15)，旋转过程中观察取样器(11)顶部的压力表(16)的压力，油气水混合物匀速进入取样器(11)，直到油气水活塞(13)移到所需取样量对应取样器(11)刻度的位置为止停止旋转旋转杆(15)，计量油气水混合物的量；
(2)油气水的初级分离
将装满油气水混合物的取样器(11)置于90℃～100℃恒温箱中静置1h～2h，静置时间完成后，首先进行分离气体；其次打开排油阀门(31)旋转旋转杆(15)得到含水的原油，最后旋转旋转杆(15)将油气水活塞(13)移至取样器(11)的底部，打开排水阀门(41)得到含油的产出水；
(3)含水原油的脱水
打开排油阀门(31)含水原油进入沉降罐(33)，并利用加压装置(32)将原油乳化剂泵入沉降罐(33)与含水原油充分混合；含水原油经过沉降罐沉降后进入加热器(34)加热，加热温度为100℃～120℃；最后经过电脱水器(35)脱水得到原油；
(4)含油产出水的脱油
打开排水阀门(41)，含油产出水经过吸附装置(42)得到产出水；打开第二阀门(434)往产出水密闭取样器(43)内部注水将产出水收集器活塞(432)推至产出水密闭取样器(43)的最左端位置，排出产出水密闭取样器(43)内部的空气，关闭第二阀门(434)，打开第一阀门(433)；然后匀速打开第二阀门(434)，开始收集产出水，观察产出水密闭取样器(43)的刻度，直到产出水收集器活塞(432)移至所需产出水取样量对应的刻度为止。
2.根据权利要求1所述的室内实验用油气水三相定量和密闭取样的方法，其特征在于，所述的分离气体，其具体步骤如下：卸下气体定量收集单元(2)的气体收集器活塞(22)，将气体收集容器(21)装满自来水，安装上气体收集器活塞(22)；打开排水阀(24)，缓慢打开排气阀(26)，气体收集开始，利用控制排气阀(26)的开度控制收集气体的速度；通过观察气体收集容器(21)刻度收集所需量的气体；气体收集完成后，关闭排水阀(24)和排气阀(26)。
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