CN110608917A - 恒压采集高压凝析油气的取样装置及取样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种恒压采集高压凝析油气的取样装置，涉及油气地球化学和勘探开发技术领域，用于决凝析油样品在采样过程中轻质组分容易散失而导致实验分析的精度不高的技术问题。本发明的取样装置，包括活塞储样容器，由于活塞储样容器与高压油气井的输出口相连，并且在二者压力相同时才开始采集凝析油气，因此所取得的高压凝析油气样进入活塞储样容器的初始压力与高压油气井口输出压力相同，从而能够在高压(大于标准大气压)下相对保持凝析油的稳定性，不产生气液分离，从而保证凝析油中轻质组分无散失，这对提高凝析油分析结果的准确性和真实性，进一步深入研究和评价其地质意义，具有非常实用的意义。

Description

恒压采集高压凝析油气的取样装置及取样方法
技术领域
本发明涉及油气地球化学和勘探开发技术领域，特别地涉及一种恒压采集高压凝析油气的取样装置及取样方法。
背景技术
凝析油为凝析气田或者油田伴生天然气凝析出来的液相组分，是天然气中部分较重的烃类，主要为C5至C11 +烃类的混合物。在高温、高压的油层中呈气态，到达井口后由于压力和温度降低，凝析油从天然气中凝析出成为液态的凝析油。凝析油具有高挥发性特点，在井口常压下采集的凝析油在采样过程中会有大量的轻质组分散失，并且储存在普通棕色玻璃样品瓶中的凝析油会因密封性不好而无法阻止轻质组分的散失。
目前，关于对高压凝析油恒压采集分析样的控制装置未见公开报导。中国专利CN202903528U和CN204405370U分别报导了“一种常压凝析油取样器”和“一种微量凝析油收集装置”，二者都分别详细描述了高压凝析油在常压条件下油气分离技术，但其最大缺点是储样腔的初始状态均为常压(或低真空)状态，并且储样腔内腔的体积是固定的，在采集高压凝析油的过程中，高压油气井口输出的高压凝析油进入常压状态的储样腔后，由于压差很大使高压凝析油气瞬间产生气液分离，破坏了凝析油气的原始状态。因此上述二种发明都属常压条件下对凝析油的分离和收集装置，其所提供的凝析油已是分离后的大量气态样和液态样，显而易见，这种装置是不能用于直接采集和储存高压凝析油。
发明内容
本发明提供一种不同采集参数恒压采集高压凝析油气的取样装置及取样方法，用于解决凝析油样品在采样过程中轻质组分容易散失而导致实验分析的精度不高的技术问题。
本发明提供一种不同采集参数恒压采集高压凝析油气的取样装置，包括活塞储样容器，所述活塞储样容器的两端分别与高压油气井的输出口以及加压装置相连，
其中，所述加压装置使所述活塞储样容器内部的压力与高压油气井的输出口的压力相同时，所述活塞储样容器才开始采集凝析油气。
在一个实施方式中，所述活塞储样容器包括容器筒体和设置在所述容器筒体内部的活塞，所述活塞将所述容器筒体内部的腔室分隔为上内腔和下内腔，所述上内腔和高压油气井的输出口相连通，所述下内腔和所述加压装置相连通；
所述上内腔的初始储样体积为零，所述活塞沿轴向方向移动以改变所述上内腔和所述下内腔的容积。
在一个实施方式中，所述容器筒体的上端从上至下依次设置有阀门手柄、阀门压帽以及阀门端盖，所述阀门手柄下端的阀杆与所述阀门压帽固定连接，所述阀门压帽与所述阀门端盖固定连接。
在一个实施方式中，所述阀门压帽与所述阀门端盖之间从上至下依次设置有压套、密封套以及阀孔底环。
在一个实施方式中，所述阀门端盖上设置有与所述上内腔相连的进气口，所述进气口通过井口连接头与高压油气井的输出口相连。
在一个实施方式中，所述阀门端盖与所述容器筒体螺纹连接，所述阀门端盖的端部与所述容器筒体的端部之间设置有第一密封圈，所述阀门端盖的外壁与所述容器筒体的内壁之间设置有第二密封圈。
在一个实施方式中，所述容器筒体的侧壁上设置有与所述上内腔相连通的清空接头，所述清空接头与第二容器相连。
在一个实施方式中，所述容器筒体的下端设置有下端盖，所述下端盖上设置有与所述下内腔相连通的安装孔，所述安装孔通过快速接头与所述加压装置相连，所述快速接头与所述加压装置之间的管路上还依次设置有压力表和量杯。
在一个实施方式中，所述加压装置包括相连的加压泵和第一容器，所述第一容器中的介质通过所述加压泵进行加压后，输送至所述下内腔中。
本发明提供一种不同采集参数恒压采集高压凝析油气的取样方法，包括采用上述的取样装置，具体步骤如下：
所述活塞储样容器与高压油气井的输出口不连通，使所述活塞储样容器中的活塞向所述活塞储样容器的上端移动，直至移动到所述活塞储样容器的顶端为止；
所述活塞储样容器与高压油气井的输出口连通，先排空所述取样装置的管路中的空气；随后使凝析油气进入所述活塞储样容器，活塞向所述活塞储样容器的下端移动，直至获得所需体积的凝析油气。
与现有技术相比，本发明的优点在于：由于活塞储样容器与高压油气井的输出口相连，并且在二者压力相同时才开始采集凝析油气，因此所取得的高压凝析油气样进入活塞储样容器的初始压力与高压油气井口输出压力相同，从而能够在高压(大于标准大气压)下相对保持凝析油的稳定性，不产生气液分离，从而保证凝析油中轻质组分无散失，这对提高凝析油分析结果的准确性和真实性，进一步深入研究和评价其地质意义，具有非常实用的意义。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
图1是本发明的实施例中的恒压采集高压凝析油气的取样装置的结构示意图；
图2是图1所示的活塞储样容器的半剖视图；
图3是图2在A处的放大图。
附图标记：
100-取样装置； 200-活塞储样容器； 300-加压装置；
101-井口连接头； 102-容器阀； 104-压力表；
107-量杯； 108-第一控制阀； 109第二控制阀；
110-第三控制阀； 111-快速接头； 112-排空阀；
113-第二容器； 114-泄压阀； 201-阀门手柄；
202-阀杆； 203-阀门压帽； 204-压套；
205-密封套； 206-阀孔底环； 207-第一密封圈；
208-阀门端盖； 209-活塞； 210-第三密封圈；
212-容器筒体； 213-第四密封圈； 214-下端盖；
215-清空接头； 216-第二密封圈； 217-上内腔；
218-下内腔； 219-安装孔； 220-进气口；
301-加压泵； 302-第一容器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提供一种不同采集参数恒压采集高压凝析油气的取样装置，取样装置100包括活塞储样容器200，活塞储样容器200的两端分别与高压油气井的输出口以及加压装置300相连，其中，加压装置300使活塞储样容器200内部的压力与高压油气井的输出口的压力相同时，活塞储样容器200才开始采集凝析油气。
其中，活塞储样容器200能够实现初始储样容体积为零，且其储样体积可以发生变化，从而保证了采样的精确性；同时活塞储样容器200中的压力可以发生改变，当其压力与高压油气井的输出口的压力相同时，才开始采样过程，因此能够保证采样过程是在恒压状态下完成，不会产生气液分离，从而保持凝析油的稳定性，使凝析油中轻质组分无散失，以提高凝析油分析结果的准确性和真实性。
下面对本发明的活塞储样容器200进行具体的说明。
如图2所示，活塞储样容器200包括容器筒体212和设置在容器筒体212内部的活塞209。容器筒体212上设置有中心孔，活塞209设置在中心孔中，活塞209可以沿中心孔的轴向方向上下移动。
活塞209将容器筒体212内部的腔室分隔为上内腔217和下内腔218，其中，上内腔217即为储样腔，用于采集样品；下内腔218即为辅助腔，用于辅助进行恒压采样。随着活塞209的上下移动，上内腔217和下内腔218的容积发生变化，在不考虑活塞运动所受的摩擦力的情况下，上内腔217和下内腔218中的流体的压力是相同的，因此活塞209起到了使上内腔217和下内腔218中的流体压力相同的作用。
进一步地，在压装置300的作用下，上内腔217的初始储样体积可以调整到零，同时上内腔217在采集高压凝析油气样的过程中，在加压装置300和下文中提到的控制阀的辅助作用下，下内腔218内流体压力与高压油气井口输出的凝析油气压力相同时，活塞储样容器200才开始恒压采集凝析油气。
其中，上内腔217和高压油气井的输出口相连通，下内腔218和加压装置300相连通。在加压装置300向下内腔218中输入的流体的压力作用下，活塞209沿轴向向上移动，直至移动到上内腔217的初始体积为零时停止，此时上内腔217中没有空气，并且上内腔217的压力与高压油气井的输出口的压力相同，随后即可开始采集凝析油气，凝析油气进入上内腔217中，并使活塞209向下移动，从而使上内腔217成为凝析油气的储存容器。因此采集凝析油气的整个过程为密闭且恒压的过程，从而保证了凝析油气轻质组分不散失。
换言之，由于上内腔217和下内腔218的中的流体压力相同，因此在对下内腔218中加压时，上内腔217也保持相同的压力，从而达到恒压采集凝析油气的目的。
另外，上内腔217和下内腔218的中的流体压力相同，还能够在采集过程中对采集到的凝析油气的体积进行控制。这一点将在下文进行详细的介绍。
另外，为了保证活塞209的密封性，在活塞209的外壁与容器筒体212内壁之间设置有第三密封圈210，其中，第三密封圈210分别设置在活塞209的上部和下部，使活塞209在沿容器筒体212的轴向滑移过程中保持密封。
如图3所示，容器筒体212的上端设置有阀门端盖208，阀门端盖208上从上至下依次设置有阀门手柄201、阀杆202以及阀门压帽203，阀门手柄201与阀杆202固定连接；阀杆202与阀门压帽203固定连接，例如，阀杆202上的外螺纹与阀门压帽203上的内螺纹固定连接。
其中，阀门手柄201能够带动阀杆202一起左右旋转，从而间接起到控制阀门开与关的作用。
阀门压帽203与阀门端盖208固定连接，阀门压帽203与阀门端盖208之间从上至下依次设置有压套204、密封套205以及阀孔底环206。
阀门压帽203上设置有外螺纹，其与阀门端盖208的中心孔内螺纹孔配合，因此阀门压帽203安装到阀门端盖208后，能够推动压套204，进而调节密封套205以及阀孔底环206，从而起到密封阀杆202的作用。
进一步地，阀门压帽203上还设置有内螺纹，其与阀杆202上的外螺纹配合，通过旋转阀门手柄201，使阀杆202左右旋转，从而间接起到控制容器阀102的开与关的作用。
其中，容器阀102由阀门手柄201、阀杆202、阀门压帽203、压套204、密封套205以及阀孔底环206组成。
阀门端盖208上还依次设置有压套安装孔、密封套安装孔以及阀孔底环安装孔，上述的安装孔与阀门端盖208的中心孔内螺纹孔均同轴设置，从而将阀杆202、阀门压帽203、压套204、密封套205以及阀孔底环206进行组合，形成一个容器阀102的阀体。因此使整个取样装置具有压力高、密封可靠、结构合理，以及便于拆卸和清洗的特点。
阀杆202依次穿过阀门压帽203、压套204和密封套205，压套204能够传递压帽203产生的轴向推力，进而起到压紧密封套205的作用。密封套205在压帽204的压紧作用下，其内孔起到与阀杆202之间的密封，而其外柱面则起到与其接触孔内柱面(即阀门端盖208上的密封套安装孔)之间的密封。阀孔底环206则起到阻止密封套205在受压过程中部分被挤进轴孔间隙的作用。
阀门端盖208与容器筒体212螺纹连接，阀门端盖208的端部与容器筒体212的端部之间设置有第一密封圈207，阀门端盖208的外壁与容器筒体212的内壁之间设置有第二密封圈216。第一密封圈207起到阀门端盖208与容器筒体212之间轴向固定密封的作用；第二密封圈216为阀门端盖208与容器筒体212之间的密封提供二次密封的效果，使阀门端盖208与容器筒体212之间密封更可靠。
阀门端盖208上设置有与上内腔217相连的进气口220，进气口220通过井口连接头101与高压油气井的输出口相连。
容器筒体212的侧壁上设置有与上内腔217相连通的清空接头215，清空接头215与第二容器113相连。当活塞209在水压的驱动下向上运动时，上内腔217中的空气和/或液体在从清空接头215中流出，并储存在第二容器113中。
容器筒体212的下端设置有下端盖214，下端盖214与容器筒体212密封连接，下端盖214上设置有与下内腔218相连通的安装孔219，安装孔219通过快速接头111与加压装置300相连。
具体地，下端盖214与容器筒体212形成螺纹连接，下端盖214与容器筒体212之间设置有第四密封圈213，其中第四密封圈213为O形密封圈，使下端盖214与容器筒体212之间密封；下端盖214的中间部位设置有安装孔219，安装孔219为螺纹孔，能够与连接快速接头111的管路进行快速连接。
另外，快速接头111能使活塞储样容器200与管路快速进行装卸。
加压装置300包括相连的加压泵301和第一容器302，第一容器302中的介质通过加压泵301进行加压后，输送至下内腔218中。
进一步地，加压泵301为手动控制泵301，以保证采样现场的安全性。
另外，第一容器302中的介质为水，利用水压驱动活塞209进行运动，其便捷性和安全性较好。当然，介质还可为其他气体，在此不再赘述。
快速接头111与加压装置300之间的管路上还依次设置有压力表104和量杯107。其中，压力表104在采集高压凝析油气样品的过程中，起到显示恒压值的作用(该恒压值的大小参考井口压力值)。
此外，快速接头111与量杯107之间的管路上设置有第二控制阀109，从而对管路的通断进行控制。当开始采集凝析油气时，打开第二控制阀109，凝析油气进入上内腔217中后，活塞209在凝析油气的推动下向下移动，则下内腔218中的水流经快速接头111并流入量杯107中，那么在不计压缩的情况下，下内腔218中排出的水就是上内腔217中存储的凝析油气的体积，因此通过测量量杯107中水的体积，即可得到储存凝析油气的体积，因此量杯107则能够起到计量采集道德凝析油气的体积的作用。
此外，如图1所示，在进口连接头101与活塞储样容器200之间的管路上设置有泄压阀114，在活塞储样容器200与快速接头111之间的管路上设置有第三控制阀110；在快速接头111与加压装置300之间的管路上设置有第一控制阀108；在活塞储样容器200与第二容器113之间的管路上设置有排空阀112，通过打开或关闭上述阀门，从而对相应管路的通断进行控制。
其中，在活塞储样容器200采集样开始前(即上内腔217的体积为零)，可以利用井口输出的被采集的高压流体样先冲洗连接管路内残留空气，并打开排空阀112使残留空气流入第二容器113中。在活塞储样容器200采集样品结束后，打开泄压阀114以对连接管路内残留物进行卸压，从而保证安全拆卸井口连接头101。
进一步地，上述第一控制阀108、第二控制阀109、第三控制阀110、排空阀112以及泄压阀114均为手动控制阀，以保证采样现场的安全性。
综上所述，活塞储样容器200中，活塞209在两端流体压力差的作用下，可以向着压力略小的一端(非储样)缓慢移动，因此在采集高压凝析油过程中具有可以任意设置和调节采集凝析油气样品所需要的压力，且又可以恒压取样的特点，从而使所采集的高压油气样保持了初始状态(即不降压，组份不分离，分子不分馏)，因此进一步提高了对原始高压油气样分析结果的准确性。
下面对本发明的取样装置100的取样方法进行说明。
第一步，连接好取样装置100。
首先，将井口连接头101与高压油气井的输出口进行密封连接，以及连接好快速接头111，关闭泄压阀114，同时关闭容器阀102，使活塞储样容器200与高压油气井的输出口不连通。
其次，打开第三控制阀门110以及第一控制阀108，并关闭第二控制阀109，使活塞储样容器200的下内腔218、快速接头111以及加压装置300之间相互连通，并使快速接头111与量杯107之间不连通；同时打开控制阀112，使活塞储样容器200的上内腔217与第二容器113相互连通。
第二步，启动加压装置300，对活塞209进行加压，使活塞209移动到活塞储样容器200的顶端为止。
首先，启动加压泵301，使第一容器302中的液体(例如，水)，被加压至所需的压力(最高可达60MPa)，压力液体经第一控制阀108和第三控制阀110输入活塞储样容器200内的下内腔208，压力液体作用于活塞209，并推动活塞209沿轴向向上移动直至碰到阀门端盖208的内端面。
与此同时，活塞209轴向上移的过程中，通过开启控制阀112把上内腔217中残留的空气排净，此时上内腔217的初始储样体积为零。
随后继续对第一容器302中的液体加压并观察压力表104的压力值变化，直至下内腔218内的流体压力与高压油气井口输出的已知油气压力基本相同后，关闭第一控制阀108，使快速接头111与加压装置300不连通，并停止加压装置300工作。
第三步，排空管路中的空气，此时活塞储样容器200与高压油气井的输出口连通。
首先，打开高压油气井的输出口控制阀，打开并微量调节容器阀102，使井口输出少许高压凝析油气冲洗活塞储样容器200的管路，并从排空阀112排出，数秒种后立即关闭排空阀112，从而完全排除管路中残留的空气。
其次，继续调节容器阀102，使高压凝析油气体的输出流量为适合的流量，并观察压力表104所示的压力值(该值为恒定值)，在活塞209的作用下，这个恒定的压力值就是井口凝析油气输出的压力值(忽略活塞209与容器筒212内壁之间的摩擦力)。
第四步，采气凝析油气。
首先，很缓慢地打开第二控制阀109，使快速接头111和量杯107之间连通，调节控制阀109，使控制阀109的输出流量小于容器阀102的输入流量，即产生微漏。让微量液体(水)从快速接头111中流出，并通过第二控制阀109缓慢注入量杯107，观察量杯107中注入的储液量，直至达到所需的体积值(30ml、50ml等)；其次，达到所需的体积值之后，立即关闭第三控制阀110和储样容器阀102，使活塞储样容器200密封。此时，量杯107中储液量的体积刻度值就是活塞储样容器200所采集的与井口输出压力相同的高压凝析油气的体积(在此忽略量杯107中纯液体的微小压缩系数)。
第五步，泄压并保存采集的样品。
首先，关闭高压油气井的输出口控制阀，打开泄压阀114卸掉输送管内压力后，随后可拆下井口连接头101；其次，打开第二控制阀109，使压力表104归零，随后可拆下快速接头111；最后，使活塞储样容器200与井口连接头101分离，使活塞储样容器200与第二容器113分离，并可将采集到存有凝析油气的活塞储样容器200进行保存。
待换上新的活塞储样容器200即可进行第二次采样。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种恒压采集高压凝析油气的取样装置，其特征在于，包括活塞储样容器(200)，所述活塞储样容器(200)的两端分别与高压油气井的输出口以及加压装置(300)相连，
其中，所述加压装置(300)使所述活塞储样容器(200)内部的压力与高压油气井的输出口的压力相同时，所述活塞储样容器(200)才开始采集凝析油气。
2.根据权利要求1所述的恒压采集高压凝析油气的取样装置，其特征在于，所述活塞储样容器(200)包括容器筒体(212)和设置在所述容器筒体(212)内部的活塞(209)，所述活塞(209)将所述容器筒体(212)内部的腔室分隔为上内腔(217)和下内腔(218)，所述上内腔(217)和高压油气井的输出口相连通，所述下内腔(218)和所述加压装置(300)相连通；
所述上内腔(217)的初始储样体积为零，所述活塞(209)沿轴向方向移动以改变所述上内腔(217)和所述下内腔(218)的容积。
3.根据权利要求2所述的恒压采集高压凝析油气的取样装置，其特征在于，所述容器筒体(212)的上端设置有阀门端盖(208)，所述阀门端盖(208)上从上至下依次设置有阀门手柄(201)、阀杆(202)以及阀门压帽(203)，所述阀门手柄(201)与所述阀杆(202)固定连接，所述阀杆(202)与所述阀门压帽(203)固定连接。
4.根据权利要求3所述的恒压采集高压凝析油气的取样装置，其特征在于，所述阀门压帽(203)与所述阀门端盖(208)之间从上至下依次设置有压套(204)、密封套(205)以及阀孔底环(206)。
5.根据权利要求3或4所述的恒压采集高压凝析油气的取样装置，其特征在于，所述阀门端盖(208)上设置有与所述上内腔(217)相连的进气口(220)，所述进气口(220)通过井口连接头(101)与高压油气井的输出口相连。
6.根据权利要求3或4所述的恒压采集高压凝析油气的取样装置，其特征在于，所述阀门端盖(208)与所述容器筒体(212)螺纹连接，所述阀门端盖(208)的端部与所述容器筒体(212)的端部之间设置有第一密封圈(207)，所述阀门端盖(208)的外壁与所述容器筒体(212)的内壁之间设置有第二密封圈(216)。
7.根据权利要求3或4所述的恒压采集高压凝析油气的取样装置，其特征在于，所述容器筒体(212)的侧壁上设置有与所述上内腔(217)相连通的清空接头(215)，所述清空接头(215)与第二容器(113)相连。
8.根据权利要求2-4中任一项所述的恒压采集高压凝析油气的取样装置，其特征在于，所述容器筒体(212)的下端设置有下端盖(214)，所述下端盖(214)上设置有与所述下内腔(218)相连通的安装孔(219)，所述安装孔(219)通过快速接头(111)与所述加压装置(300)相连，所述快速接头(111)与所述加压装置(300)之间的管路上还依次设置有压力表(104)和量杯(107)。
9.根据权利要求2-4中任一项所述的恒压采集高压凝析油气的取样装置，其特征在于，所述加压装置(300)包括相连的加压泵(301)和第一容器(302)，所述第一容器(302)中的介质通过所述加压泵(301)进行加压后，输送至所述下内腔(218)中。
10.一种使用权利要求1-9中任一项所述取样装置的取样方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述活塞储样容器(200)与高压油气井的输出口不连通，使所述活塞储样容器(200)中的活塞(209)向所述活塞储样容器(200)的上端移动，直至移动到所述活塞储样容器(200)的顶端为止；
所述活塞储样容器(200)与高压油气井的输出口连通，先排空所述取样装置的管路中的空气；随后使凝析油气进入所述活塞储样容器(200)，活塞(209)向所述活塞储样容器(200)的下端移动，直至获得所需体积的凝析油气。
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