CN105092310B - 油罐取样装置和取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种油罐取样装置和取样方法，其中，该装置包括：差速调节机构和与差速调节机构相连的活塞取样器，其中，差速调节机构包括：第一系绳、第二系绳、和同轴设定的第一绞盘和第二绞盘，其中，第一绞盘的直径大于第二绞盘的直径，第一系绳绕过第一绞盘，第二系绳绕过第二绞盘；活塞取样器包括：筒体、活塞和取样底座，其中，筒体的上端设置有开口，第一系绳与筒体上端连接，第二系绳穿过开口与活塞连接，活塞将筒体分为上部的活塞上腔和下部的活塞下腔，取样底座连接在筒体的底部，在取样底座上设置有单向进样口、单向进样阀门、出样口、和出样阀门。通过上述方式达到了有效提高取样效率和提高取样结果准确度的技术效果。

Description

油罐取样装置和取样方法

技术领域

本申请涉及石油勘探技术领域，特别涉及一种油罐取样装置和取样方法。

背景技术

在石油开采过程中，油井的产出液一般为原油和水的混合物。由于原油和水的密度差异，在储油罐中，相同深度的产出液含水率相同，而不同深度的含水率则不同，一般自下而上分别为水、水包油乳液、油包水乳液和无水原油。为了分析储油罐中产出液的总体含水率，在生产中经常需要对储油罐内的产出液进行取样，然后利用取样液体计算平均含水率。

目前常规的取样方法是利用取样器在储油罐中进行多次取样，在具体实现过程中主要采用三级取样方式，即，在储油罐的顶部、中部和底部三个位置分别进行取样。

然而，这种方式会存在以下问题：

1)需要人为确定各个取样点的深度，因为是人为确定的深度，难免会出现误差；

2)需要对预先选定的多个样本点分别进行取样，操作较为繁琐，从而使得效率低下；

3)在实际检测的过程中，需要以测得的某一点的数据来代表一段深度范围的取样值，这样势必会导致最终确定的含水率结果存在较大误差。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种油罐取样装置，以达到有效提高取样效率和提高取样结果准确度的目的，该装置包括：差速调节机构和与所述差速调节机构相连的活塞取样器，其中，

所述差速调节机构包括：第一系绳、第二系绳、和同轴设定的第一绞盘和第二绞盘，其中，所述第一绞盘的直径大于所述第二绞盘的直径，所述第一系绳绕过所述第一绞盘，所述第二系绳绕过所述第二绞盘；

所述活塞取样器包括：筒体、活塞和取样底座，其中，所述筒体的上端设置有开口，所述第一系绳与所述筒体上端连接，所述第二系绳穿过所述开口与所述活塞连接，所述活塞将所述筒体分为上部的活塞上腔和下部的活塞下腔，所述取样底座连接在所述筒体的底部，在所述取样底座上设置有单向进样口、单向进样阀门、出样口、和出样阀门。

在一个实施例中，所述筒体上端设置有卡接段，其中，所述卡接段的最小直径小于所述活塞的直径。

在一个实施例中，所述油罐取样装置满足以下关系：

(D-d)/D≤h/H

其中，D表示所述第一绞盘的直径，d表示所述第二绞盘的直径，H表示待取样油罐的内部净高，h表示所述活塞在所述筒体内可移动的距离。

在一个实施例中，所述取样底座可拆卸地连接在所述筒体的底部。

在一个实施例中，所述活塞取样器的制造材料为密度大于7g/cm³的金属材料。

在一个实施例中，所述差速调节机构还包括：与所述第一绞盘和所述第二绞盘相连的手动摇把或电动摇把，用于控制所述第一绞盘和所述第二绞盘转动。

在一个实施例中，所述差速调节机构设置在差速调节底座上，所述差速调节底座可平放在一个平面支撑物上。

在一个实施例中，所述差速调节底座上设置有配重块。

本申请实施例还提供了一种通过上述油罐取样装置进行油罐取样的方法，以达到有效提高取样效率和提高取样结果准确度的目的，该方法包括：

将活塞取样器放置于待取样油罐的取样口上方，且活塞位于筒体的底部，所述出样阀门处于关闭状态；

转动所述第一绞盘和第二绞盘，使所述活塞取样器与所述活塞分别在待取样油罐中逐渐下降，直到所述活塞取样器下降至待取样油罐的底部为止；

将装有取样液体的活塞取样器从所述油罐中取出，以获取所述取样液体。

在一个实施例中，所述将装有取样液体的活塞取样器从所述油罐中取出，包括：

向上提拉所述第二系绳或者同时向上提拉所述第一系绳和所述第二系绳，以从所述油罐中取出所述活塞取样器。

在上述实施例中，通过同轴设定的直径不同的绞盘来控制取样器筒体和取样器中的活塞，使得取样器筒体和取样器中的活塞可以相对移动，从而使得在无需计算各个取样点的深度位置的情况下，就可以实现对油罐中所有深度位置的平均化取样，且可以一次性完成取样。通过上述方式解决了现有技术中取样效率低和取样结果不准确的技术问题，达到了有效提高取样效率和提高取样结果准确度的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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。

图1是根据本发明实施例的油罐取样装置的一种结构示意图；

图2是根据本发明实施例的油罐取样装置的另一结构示意图；

图3是根据本发明实施例的活塞取样器的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的油罐取样装置进行油罐取样的方法流程图；

图5是根据本发明实施例的差速调节原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本申请实施例提供了一种油罐取样装置，如图1和图2所示，包括：差速调节机构和与该差速调节机构相连的活塞取样器10，具体的：

差速调节机构可以包括：同轴4设定的第一绞盘1和第二绞盘2、第一系绳7、和第二系绳8。其中，第一绞盘1的直径大于第二绞盘2的直径，第一系绳7绕过第一绞盘1，第二系绳8绕过第二绞盘2。

考虑到使得差速调节结构可以平稳放置，如图1和图2所示，可以将第一绞盘1和第二绞盘2固定在差速调节底座6上，进一步的，为了使得差速调节装置放置的更为稳当，可以在差速调节底座6上放置配重块17，在配重块17的作用下，保证第一绞盘1和第二绞盘2放置的稳定性。

活塞取样器10可以如图3所示，包括：筒体12、活塞14和取样底座17，其中，筒体12的上端设置有开口11，第一系绳7与筒体12上端连接，第二系绳8穿过开口11与活塞14连接，活塞14将筒体12分为上部的活塞上腔13和下部的活塞下腔15，取样底座17连接在筒体12的底部，在取样底座17上设置有单向进样口16、单向进样阀门20、出样口18、和出样阀门19。

具体地，单向进样口16、单向进样阀门20、出样口18、和出样阀门19的设置方式可以如图3所示，单向进样阀门20设置在单向进样口20的外侧，用于在取样过程中待取样液体单向流入活塞下腔，而不流出。出样阀门19设置在出样口18的外侧，方便取样完成后打开阀门流出取样液体。

考虑到在清洗或者取样的操作方便，在本例中，可以设置上述取样底座17与筒体12活动连接，这样在需要对底座进行清洗时更为方便。然而，对于具体的可拆卸的连接方式，本申请不作限定，可以采用铰链连接或螺纹连接等方式，只要保证取样底座17在取样过程中可以与筒体12的底部紧密连接即可。

在实施时，考虑到取样器需要实现对待测油罐中每个深度进行取样，因此第一系绳7可进入待测油罐的长度需要大于等于待取样油罐的高度，这样才能实现对每个深度都进行取样，第一系绳的长度可以按照实际需要选取。

下面从原理的角度对上述油罐取样装置的工作进行说明，第二系绳8穿过开口11与活塞14连接，用于在活塞取样器10下降的过程中控制活塞14相对筒体12向上移动，从而使得活塞下腔15的体积逐渐增大，活塞上腔13的体积相应地减小。进一步的，为了防止活塞14从筒体12内出来，可以对筒体12上端进行一定的设置，例如将顶端设置成梯形，这样可以使得在活塞被上拉到顶端的时候可以被卡住，也可以将上端设置为中间口小，两端口大的形状，只要可以保证活塞不会从筒体12上端出来即可，具体的实现方式可以按照实际需要选取。

将第一绞盘1的直径定为D，第二绞盘2的直径定为d，因第一绞盘1与第二绞盘2同轴转动，其角速度ω必然是相等的，因而在转轴的带动下，转动的累计角度θ是相等的。在活塞取样器10的下降过程中，第一系绳7的下降长度为θD/2，即筒体12的下降距离为θD/2，第二系绳8的下降长度为θd/2，即活塞14的下降距离为θd/2，因而活塞14相对筒体12的向上移动的相对距离为θ(D-d)/2。在油罐中的任意位置中，活塞底面积表示为S，滑轮转动角度为θ，此时，活塞下腔15的进样体积的微分dV_样品与筒体12的下降距离的微分dH_取样器呈正比，比例系数为常数计算如下：

因而，采用差速调节机构，在任意速度和任意位置下，活塞取样器14在单位下降距离中所获取的取样液体的体积是相等的，可以实现在油罐中整个深度下平均化取样，并且取样过程可以一次性完成。

进一步的，活塞14相对筒体12的向上移动的最大距离θ_max(D-d)/2应该小于或等于活塞14在筒体12内的可移动距离h，而筒体12下降的最大距离θ_maxD/2等于待取样油罐的内部净高H，因而，上述油罐取样装置需要满足以下关系：

(D-d)/D≤h/H

取样底座23连接在筒体21的底部，具体地说，取样底座23可拆卸地连接在筒体21的底部，从而可以分离取样底座23与筒体21，以便分别进行清洗。

考虑到实际的取样需求，活塞取样器10的制造材料选择密度不小于7g/cm³的金属材料，例如，可以选择铜或铁等。因为这样可以保证活塞取样器在油罐中可以稳定下降。

因差速调节机构是由同轴设定的第一绞盘1和第二绞盘2构成的，绞盘的工作需要动力的支持，即需要有一个动力推动绞盘转动，从而才能实现对活塞取样器10的控制。具体的，可以采用摇把的方式，该摇把可以采用手动摇把3，也可以采用电动的摇把，只要能保证第一绞盘1和第二绞盘可以匀速转动即可，具体实现方式可以按照实际的操作情况和需求选取，本申请对此不作限定。

基于上述的油罐取样装置，在本例中还提供了一种通过该装置进行油罐取样的方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤401：将活塞取样器放置于待取样油罐的取样口上方，且活塞位于筒体的底部，所述出样阀门处于关闭状态；

即，在取样的开始阶段，出样阀门是处于关闭状态的，然后活塞取样器被置放在取样口的最上方，这个时候的活塞需要位于筒体底部，即还未开始取样，下腔体体积为0的状态。

步骤402：转动所述第一绞盘和第二绞盘，使所述活塞取样器与所述活塞分别在待取样油罐中逐渐下降，直到所述活塞取样器下降至待取样油罐的底部为止；

具体地，可以采用通过摇动摇把3来使得第一绞盘1和第二绞盘2转动，从而带动活塞取样器10下降，这个是有因为活塞取样器的筒体12与活塞14之间存在下降高度的差值，活塞14会相对筒体12向上移动，如图5所示，为本例的差速调节原理。下腔体的空间会随着筒体12下降深度的增大而逐渐增大，液体会经过单向进样口进入下腔体，且进样的液体与下降深度是等比例增加。当筒体12下降到带取样油罐的最下方时，便完成了一次完整的均匀取样过程。

步骤403：将装有取样液体的活塞取样器从所述油罐中取出，以获取所述取样液体。

在通过上述步骤402的操作后，筒体12已经下降到油罐的最下方，这个时候下腔体中是所有的取样液体，因为第一绞盘和第二绞盘之间存在的直径差值，从而导致当前状态下如果反方向转动，是转不动的。因此无法通过摇把将活塞取样器从待取样油罐中取出。

具体实现的时候，可以采用用手向上提拉第二系绳8，使得活塞14卡在筒体12的顶部来支撑活塞取样器10，从而将装有取样液体的活塞取样器10从待取样油罐的取样口中提出。或者，也可以采用同时用手向上提拉第一系绳7和第二系绳8的方式。具体的取出方式本申请不作限定，只要是能将活塞取样器10从待取样油罐中且保证取样液体不流出即可。

在将活塞取样器10从待取样油罐中取出后，可以再在出样口18的下方放置一承接容器，打开出样阀门19，使得活塞14自动向下移动，快速将取样液体排出至承接容器中。

采用上述油罐取样装置和油罐取样方法对不同油罐，选择不同取样季节进行取样实验后，可以得到如下结果：

1)对中国西部某油田的一个油罐中的产出液进行取样，取样时间为冬季。该油罐中含水率较高，油水混合物的乳化现象较为严重，既有水包油形式的乳化，也有油包水形式的乳化。利用上述装置和方法进行连续均匀取样后，经蒸馏法对取样液体进行测定，得到其含水率为72.3％，而采用一般的三级取样法所获得的取样液体经蒸馏法测定含水率为88.6％。为了准确地测定实际含水率，以10厘米为间隔设定取样点来对油罐中的产出液体进行密集取样，取样后的液体经蒸馏法测定含水率为71.5％，可以发现与本申请的测定结果非常接近。

2)对中国西部某油田的一个油罐中的产出液进行取样，取样时间为夏季。该油罐中含水率较高，油水混合物的乳化现象较为严重，既有水包油形式的乳化，也有油包水形式的乳化。利用上述装置和方法进行连续均匀取样后，经蒸馏法对取样液体进行测定，得到其含水率为79.5％，而采用一般的三级取样法所获得的取样液体经蒸馏法测定含水率为94.2％。为了准确地测定实际含水率，以10厘米为间隔设定取样点来对油罐中的产出液体进行密集取样，取样后的液体经蒸馏法测定含水率为80.1％，可以发现与本申请的测定结果非常接近。

3)对中国西部某油田的一个油罐中的产出液进行取样，取样时间为冬季。该油罐中含水率较高，油水混合物的分界较为清晰，乳化现象较少。利用上述装置和方法进行连续均匀取样后，经蒸馏法对取样液体进行测定，得到其含水率为82.0％，而采用一般的三级取样法所获得的取样液体经蒸馏法测定含水率为86.1％。为了准确地测定实际含水率，以10厘米为间隔设定取样点来对油罐中的产出液体进行密集取样，取样后的液体经蒸馏法测定含水率为82.8％，可以发现与本申请的测定结果非常接近。

4)对中国西部某油田的一个油罐中的产出液进行取样，取样时间为冬季。该油罐中含水率较低，油水混合物的分界较为清晰，乳化现象较少。利用上述装置和方法进行连续均匀取样后，经蒸馏法对取样液体进行测定，得到其含水率为24.7％。为了准确地测定实际含水率，以10厘米为间隔设定取样点来对油罐中的产出液体进行密集取样，取样后的液体经蒸馏法测定含水率为17.5％，可以发现与本申请的测定结果非常接近。

由上述实验结果可以发现，通过本申请实施例所提出的油罐取样装置和油罐取样方法进行油罐取样，准确率更高，且取样方法的耗费时间仅为三级取样法所耗费时间的五分之一，为密集取样方法所耗费时间的二十五分之一，因此，不仅保证了取样的精度，也提高了取样的效率。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：通过同轴设定的直径不同的绞盘来控制取样器筒体和取样器中的活塞，使得取样器筒体和取样器中的活塞可以相对移动，从而使得在无需计算各个取样点的深度位置的情况下，就可以实现对油罐中所有深度位置的平均化取样，且可以一次性完成取样。通过上述方式解决了现有技术中取样效率低和取样结果不准确的技术问题，达到了有效提高取样效率和提高取样结果准确度的技术效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种通过油罐取样装置进行油罐取样的方法，其特征在于，

所述油罐取样装置，包括：差速调节机构和与所述差速调节机构相连的活塞取样器，其中，

所述差速调节机构包括：第一系绳、第二系绳、和同轴设定的第一绞盘和第二绞盘，其中，所述第一绞盘的直径大于所述第二绞盘的直径，所述第一系绳绕过所述第一绞盘，所述第二系绳绕过所述第二绞盘；

所述活塞取样器包括：筒体、活塞和取样底座，其中，所述筒体的上端设置有开口，所述第一系绳与所述筒体上端连接，所述第二系绳穿过所述开口与所述活塞连接，所述活塞将所述筒体分为上部的活塞上腔和下部的活塞下腔，所述取样底座连接在所述筒体的底部，在所述取样底座上设置有单向进样口、单向进样阀门、出样口、和出样阀门；

所述方法包括：

将活塞取样器放置于待取样油罐的取样口上方，且活塞位于筒体的底部，所述出样阀门处于关闭状态；

转动所述第一绞盘和第二绞盘，使所述活塞取样器与所述活塞分别在待取样油罐中逐渐下降，直到所述活塞取样器下降至待取样油罐的底部为止；

将装有取样液体的活塞取样器从所述油罐中取出，以获取所述取样液体。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将装有取样液体的活塞取样器从所述油罐中取出，包括：

向上提拉所述第二系绳或者同时向上提拉所述第一系绳和所述第二系绳，以从所述油罐中取出所述活塞取样器。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述筒体上端设置有卡接段，其中，所述卡接段的最小直径小于所述活塞的直径。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述油罐取样装置满足以下关系：

(D-d)/D≤h/H

其中，D表示所述第一绞盘的直径，d表示所述第二绞盘的直径，H表示待取样油罐的内部净高，h表示所述活塞在所述筒体内可移动的距离。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述取样底座可拆卸地连接在所述筒体的底部。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活塞取样器的制造材料为密度大于7g/cm³的金属材料。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述差速调节机构还包括：与所述第一绞盘和所述第二绞盘相连的手动摇把或电动摇把，用于控制所述第一绞盘和所述第二绞盘转动。

8.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述差速调节机构设置在差速调节底座上，所述差速调节底座可平放在一个平面支撑物上。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述差速调节底座上设置有配重块。