一種蒸汽取樣系統和方法
2023-06-30 07:02:36
一種蒸汽取樣系統和方法
【專利摘要】本發明公開了一種蒸汽取樣系統，其包括：汽水分離裝置、採樣管、洩壓閥、試樣降溫裝置和取樣口。所述汽水分離裝置包括旋流分離室、擴容分離室、中心通道、阻隔分離片和集水室。本發明還相應提供了一種蒸汽取樣方法。通過所述取樣系統並利用所述取樣方法實現井下高溫高壓溼飽和蒸汽的實時分離，得到降溫降壓後的冷凝水試樣，為在線測量提供實時試樣。
【專利說明】一種蒸汽取樣系統和方法【技術領域】[0001]本發明涉及稠油熱採領域，特別涉及一種蒸汽取樣系統和方法。【背景技術】[0002]稠油是指在地層條件下原油粘度大於50mPa.s (毫帕.秒)或油層溫度下脫氣原油粘度大於IOOmPa.s的高粘度重質原油。在油田的石油開採中，由於稠油具有特殊的高粘度和高凝固點的特性，在儲層和井筒中流動性差，常規開採採收率低，即無法保證正常的經濟產量。為了保證合理的採收率，往往通過降低原油的粘度來採油。[0003]現有技術中的稠油開採技術包括熱採技術，即應用注蒸汽設備(一種溼蒸汽發生器)，首先將水轉化為幹度(蒸汽中汽的含量)為75%的溼飽和蒸汽。之後所述注蒸汽設備將所述75%幹度的溼飽和蒸汽注入井下，通過溼飽和蒸汽中熱量向油層的傳遞實現對油層的加熱，從而降低原油粘度，進而提高採收率。所述熱採技術工藝主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驅、 SAGD (蒸汽輔助重力卸油技術)三大工藝。[0004]注蒸汽設備出口蒸汽幹度為75%的溼飽和蒸汽經過地面傳輸、井筒傳輸後，由於傳輸過程中的損失，到達井下後蒸汽幹度僅為30%-40%。而前述熱採技術工藝中的蒸汽吞吐、蒸汽驅和SA⑶分別要求≥50%、≥50%和≥70%的井底蒸汽幹度。因此到達井下後蒸汽幹度僅為30%-40%溼飽和蒸汽顯然無法滿足熱採技術工藝的要求。特別是目前遼河、新疆均是稠油熱採，主要以SAGD開發方式為主，若井下幹度不能達到要求，則無法進行正常採油。因此往往需要通過控制注蒸汽設備出口的蒸汽幹度，例如提高該蒸汽設備出口處的蒸汽幹度以使得經過傳輸過程的損失後達到井底的幹度能夠滿足工藝要求。而如何精確測量井底蒸汽幹度是實現控制井底蒸汽幹度的重要前提。[0005]目前現有技術井下蒸汽取樣主要採用取樣儀器取樣井下的高溫高壓蒸汽冷凝水， 然後將所取試樣盛放在容器中帶回到實驗室，通過人工測定鹼度，得出井下蒸汽幹度值。所述鹼度是指水中所含能與強酸發生中和作用的全部物質，即能接受H+的物質的總量。在水中，所述物質主要是強酸弱鹼鹽。所述蒸汽幹度值在數值上與鹽的濃度成反比。[0006]但是，上述測定方式不是實時的在線取樣，而是需要通過取樣儀器將採集到的試樣從井下拿到地面上，再把試樣取出。原來取樣儀器中是氣液兩相共存的狀態，在取試樣的過程中原本存在於取樣儀器中的高溫高壓的溼飽和蒸汽在從井下到地面的過程中，會由於冷凝作用而進入水樣，從而對原水樣有稀釋作用。由於所述稀釋作用，使得冷凝水樣水中鹽分濃度變小，針對所取試樣檢測得到的蒸汽幹度值也就比實際值大，因此所取蒸汽試樣不能夠充分代表實際的蒸汽幹度，也就無法為蒸汽幹度的精確測量提供理想的試樣。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提供一種蒸汽取樣系統和方法，使所取蒸汽試樣能夠充分代表蒸汽幹度，從而為蒸汽幹度的精確測量提供理想的試樣。[0008]為實現上述目的， 本發明提供的技術方案如下所述:[0009]一種蒸汽取樣系統，包括汽水分離裝置，採樣管，洩壓閥，試樣降溫裝置，取樣口，其中，汽水分離裝置，位於油管內，用於對注入的井下蒸汽進行汽水分離；採樣管，用於連接汽水分離裝置與洩壓閥，引導所述汽水分離裝置分離的水流出油管至洩壓閥；洩壓閥，用於對所述從採樣管流入的分離水進行減壓；試樣降溫裝置，用於對所述經洩壓閥減壓後的分離水進行降溫；取樣口，用於作為所述降溫後的分離水的出口 ；所述汽水分離裝置包括旋流分離室、擴容分離室、中心通道、阻隔分離片和集水室，其中，旋流分離室位於所述汽水分離裝置的上部，所述旋流分離室的上端面設有開口與油管連通，下端面設有開口與擴容分離室連通，內部設有旋流分離片，所述旋流分離室用於實現汽水的旋流分離；擴容分離室位於所述汽水分離裝置的中部，所述擴容分離室與所述旋流分離室、中心通道、集水室都連通，所述擴容分離室用於實現汽水的擴容分離；中心通道位於所述汽水分離裝置的中下部，並沿著所述汽水分離裝置的中心軸線分布，所述中心通道上下均開口，上端面與擴容分離室連通，下端面與油管連通，所述中心通道用於蒸汽的流通；阻隔分離片與所述中心通道外壁固定連接，與汽水分離裝置內壁留有間隙，所述阻隔分離片用於實現汽水的阻隔分離；集水室位於所述汽水分離裝置的下部，位於所述中心通道以外、阻隔分離片以下，所述集水室用於收集分離後的水。
[0010]在優選的實施方式中，所述集水室從底面向上截面積遞增。
[0011]在優選的實施方式中，所述集水室在與中心通道交界處還設有孔。
[0012]在優選的實施方式中，所述用於連接汽水分離裝置的採樣管至少為2根。
[0013]在優選的實施方式中，所述採樣管吸水埠為喇叭形。
[0014]在優選的實施方式中，所述阻隔分離片由中心向外傾斜。
[0015]一種蒸汽取樣方法，其具體步驟為:
[0016]SI:將所述蒸汽取樣系統設置好汽水分離裝置，洩壓閥、試樣降溫裝置和取樣口 ；
[0017]S2:將被測蒸汽通過小四通注入油管，通過油管注入汽水分離裝置；
[0018]S3:將進入汽水分離裝置的被測蒸汽進行汽水分離；
[0019]S4:將分離後的水樣利用採樣管內的壓力差從汽水分離裝置內導出；
[0020]S5:將導出的水樣引入洩壓閥進行減壓處理；
[0021]S6:將減壓後的水樣引入降溫裝置進行降溫處理；
[0022]S7:將所述降溫後的水樣從取樣口取出，取樣結束。
[0023]在優選的實施方式中，S3所述的汽水分離具體包括旋流分離、擴容分離和阻隔分離。
[0024]在優選的實施方式中，S6所述的降溫處理具體為將所述減壓後的水樣經過降溫裝置降至40°C以下。
[0025]有益效果:通過使用所述取樣系統並採用所述取樣方法，在取樣的過程中對試樣進行降溫降壓，得到的是常壓下40°C以下的冷凝水試樣。與現有技術相比避免了汽水分離裝置中的溼飽和蒸汽冷凝變成水後進入試樣，對試樣進行稀釋的情況，使所取得的蒸汽試樣能夠充分代表蒸汽的幹度品質。另外本發明所述取樣系統得到的試樣可以藉助軟管直接通到測量裝置中去進行測試，而不必通過存放於中間容器帶到實驗室去測，這樣測量就不受時間的限制，隨時可以準確快速地得到最新的蒸汽幹度值。【專利附圖】
【附圖說明】[0026]圖1是本發明第一實施例中蒸汽取樣系統示意圖；[0027]圖2是本發明第一實施例中汽水分離裝置結構示意圖。【具體實施方式】[0028]下面將結合附圖和具體實施例，對本發明的技術方案作詳細說明，應當理解這些 實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍，在閱讀了本發明之後，本領域技術 人員對本發明的各種等價形式的修改均落入本申請所附權利要求所限定的範圍內。[0029]本發明第一實施例如圖1所示，為一種蒸汽取樣系統。所述蒸汽取樣系統包括汽 水分離裝置2、採樣管3、洩壓閥4、第一降溫裝置5、第二降溫裝置6和取樣口 7。本發明所 述蒸汽取樣系統所包含的汽水分離裝置2、洩壓閥4、第一降溫裝置5、第二降溫裝置6和取 樣口 7依次設置在採樣管3所通過的管線上。本發明的蒸汽取樣系統在整個注汽過程中安 裝在系統中。[0030]各部分功能如下:[0031]汽水分離裝置2:用於對注入的井下蒸汽進行汽水分離；[0032]採樣管3:主要用於所述汽水分離裝置2分離的水流出油管至洩壓閥，其次也起到 汽水分離裝置2與洩壓閥4的作用。[0033]洩壓閥4:主要用於對所述從採樣管3流入的分離水進行減壓，其次也可以通過對 洩壓閥4的開啟和關閉來控制分離水的通斷。[0034]第一降溫裝置5:用於對所述經洩壓閥4減壓後降溫至100°C -120°C。[0035]第二降溫裝置6:用於經第一降溫裝置5降溫得到的分離水再次降溫至40°C以下。[0036]取樣口 7:用於作為所述降溫後的分離水的出口。[0037]在地面10以下，所述汽水分離裝置2設置在油管I內，並且與油管I留有間隙。所 述汽水分離裝置2內部設有採樣管3，所述採樣管3內部設置內螺紋31，與上部的採樣管3 通過螺紋連接。使用時，所述通過螺紋連接的採樣管3內外先連接好，再下入井下。在地面 10以上，所述採樣管3在連接洩壓閥4的一端，可以設置法蘭，用於連接洩壓閥4。所述洩 壓閥4與第一降溫裝置5、第二降溫裝置6之間可依次採用法蘭連接。所述取樣口 7處可以 連接一根軟管，以便把採樣得到的冷凝水靈活方便的引至測量蒸汽幹度的裝置，進行實時 測量。[0038]圖2為汽水分離裝置2結構示意圖。所述汽水分離裝置2整體外形可為圓筒形。 所述汽水分離裝置在與中心軸線垂直的端面上均開有出口和入口。所述汽水分離裝置2內 部主要包括旋流分離室21、擴容分離室22、中心通道23、阻隔分離片24和集水室25。[0039]所述旋流分離室21可位於汽水分離裝置2的上部。所述旋流分離室21整體可為 圓筒形，所述旋流分離室21的上端面設有開口與油管I連通，下端面設有開口與擴容分離 室22連通。所述旋流分離室21上下端面的開口均可以開圓形敞口。所述旋流分離室21 內設置有旋流分離片211。所述旋流分離室21可用於實現汽水旋流分離。[0040]所述擴容分離室22可位於汽水分離裝置2的中部。所述擴容分離室22為旋轉分 離室21以下阻隔分離片24以上中心通道23以外的空間。所述擴容分離室22與其他各室 都連通。所述擴容分離室22的上端面與所述旋流分離室21下端面連通；所述擴容分離室22下端面與集水室25之間通過阻隔分離片24與汽水分離裝置2內壁留有的間隙相連通；所述擴容分離室22中間與中心通道23連通；所述擴容分離室22可用於實現汽水的擴容分離。
[0041]所述中心通道23位於所述汽水分離裝置2的中下部，可沿著所述汽水分離裝置2的中心軸線分布。所述中心通道23上端面與擴容分離室22連通，下端面與油管I連通。所述中心通道23也為上下敞口的圓筒形，用於溼飽和蒸汽的流通。
[0042]所述阻隔分離片24可位於中心通道23的外圍，與中心通道23外壁可以為焊接。所述阻隔分離片24整體可為一圓環薄片。所述阻隔分離片24設置成由中心向外圍傾斜的結構，便於分離出的水順利流下。所述阻隔分離片用於實現汽水阻隔分離。
[0043]所述集水室25位於所述汽水分離裝置2的下部，位於所述中心通道23以外、阻隔分離片24以下。所述集水室25用於收集整個汽水分離裝置2內分離得到的水。所述集水室25底部可為圓錐形，也可為圓弧形或者是從所述集水室25底面往上截面積逐漸變大的其他形狀，所述形狀有利於集水室25內水位的快速上升。所述集水室25與中心通道23交界處設有孔231，用於控制集水室25內水位的高度。當水位到達孔231的高度時，分離得到的水會從孔231流入中心通道23內，繼而流進油管I中。如此可防止因水位過高超過阻隔分離片24，造成阻隔分離失效；同時當分離得到的水進入擴容分離室22，會減少擴容分離室22的容積，從而減弱擴容分離的效果。
[0044]所述採樣管3的採樣埠為喇叭形，伸到距離集水室25底部。所述採樣埠相比直的埠，與分離水接觸面積大，對分離水的吸力也更大，因此便於把水更好更快地從集水室25中導出。為了保持汽水分離裝置2的平衡，在所述汽水分離裝置2的內部預先設有軸向對稱的兩個取樣管段。為了設置上述兩個取樣管段，需要在旋流分離室21外部的實體上開槽，在阻隔分離片24上對應位置開兩個孔。在所述取樣管段安放在所述槽、孔內後，需要在開槽和開孔的位置進行固定和密封。所述固定和密封的方式可以為焊接。所述取樣管段上部接口處可以設置內螺紋31，便於與所述汽水分離裝置2外部的採樣管3連接。對應的外部與之連接的採樣管接頭也設置成二路並一路的結構。
[0045]使用時，先利用外部的採樣管3把汽水分離裝置2內部的採樣管3通過螺紋連接起來，下入油管I內。然後外部採樣管3在和洩壓閥4連接處設置一法蘭頭和洩壓閥4進行法蘭連接。其餘洩壓閥4和第一降溫裝置5、第二降溫裝置6和取樣口 7之間可以通過法蘭連接安裝到位。接著打開小四通11，高溫高壓溼飽和蒸汽從所述小四通11進入油管I進行注汽。一部分溼飽和蒸汽通過所述汽水分離裝置2和油管I之間的間隙進入井下部，另一部分溼飽和蒸汽從旋流分離室21的圓形敞口進入所述汽水分離裝置2內進行汽水分離。所述溼飽和蒸汽進入汽水分離裝置2經過旋轉分離、擴容分離、阻隔分離實現汽水分離，分離後的水進入集水室25。所述汽水分離具體過程如下:
[0046]1、高溫高壓溼飽和蒸汽從旋流分離室21的圓形敞口進入所述汽水分離裝置2。由於旋流分離室21設有旋流分離片211，環狀流的飽和蒸汽在旋流分離片211的作用下瞬間改變流動方向，產生強行旋流。由於所述飽和蒸汽和水的比重不同，在旋流時會產生不同離心力，比重較大的水會甩離中心軸線，而比重較小的蒸汽沿著軸線向下流動，從而實現汽水快速分離。經過汽水分離後，在重力作用下，分離出的水沿著旋流分離室21壁流下，流經擴容分離室22，最終流到集水室25中。分離出的飽和蒸汽與所述蒸汽發生器產生的持續不斷注入的溼飽和蒸汽一起往下流動。[0047]2、從旋流分離室21分離後的飽和蒸汽及所述從小四通11持續注入的溼飽和蒸汽 進入擴容分離室22內。擴容分離室的容積22要遠大於旋流分離室21的容積。所述容積 瞬間的增大，使高溫高壓溼飽和蒸汽壓力迅速下降。所述壓力的突變使得飽和蒸汽和水產 生不同的流速。在所述不同流速作用下，所述飽和蒸汽和水與器壁產生衝擊摩擦，飽和蒸汽 和水會產生不同的離心力，比重較大的水會在和器壁產生摩擦後沿著器壁流下，比重較小 的蒸汽則繼續下行，從而實現汽水快速分離。所述汽水分離出的水在重力作用下沿著擴容 分離室22壁流下，最終流到集水室25中。所述汽水分離後的一部分飽和蒸汽與所述蒸汽 發生器產生的持續不斷注入的溼飽和蒸汽一起往下行進，進入中心通道23後，從中心通道 23圓形敞口出來，進入油管1，進行注汽。而所述大部分擴容分離室內的汽水分離後的飽和 蒸汽流向阻隔分離片24。[0048]3、所述從擴容分離室22分離後的大部分飽和蒸汽流向阻隔分離片24，氣流急速 衝向阻隔分離片24後再急速轉向。由於飽和蒸汽和所具有不同的比重，飽和蒸汽的和水在 所述在急速轉向後的運動軌跡就不同。比重較大的水會沿著阻隔分離片流入集水室25中； 比重較小的飽和蒸汽會在撞擊阻隔分離片24後反彈回去，所述飽和蒸汽和水就進一步實 現了汽水分離。[0049]集水室25內的水位隨著汽水分離過程的進行而不斷上升。當蒸汽分離水累積達 到採樣管3的喇叭口時，如果採樣管線上的洩壓閥4處於打開狀態，地面與井下內部連通， 則由於井下壓力高於地面壓力，所以採樣管3可以利用壓力差把分離水從集水室25中導 出。導出的試樣為高溫高壓狀態。所述高溫高壓分離水的先經過洩壓閥4進行降壓處理。 經過降壓處理的分離水再經過第一降溫裝置5，使降壓後得到分離水降溫至100°C -120°C。 繼而經第二降溫裝置6將第一步降溫得到的分離水降溫至40°C以下。最後從取樣口 7取 樣，取樣結束。所述汽水分離裝置2在整個注蒸汽的過程中，都設置在油管I中。在注蒸汽 的過程中，當洩壓閥4處於關閉狀態時，如果當集水室25中的水積到一定高度達到孔231 的位置時，分離水就會從孔231流出，通過中心通道23流到油管I中。當需要取樣是，可以 打開洩壓閥4，把從取樣口 7流出的降溫降壓後的水樣用軟管引至用於蒸汽幹度測量的裝 置，進行測量，從而得到實時的蒸汽幹度值。所述系統可以方便、快速地得到所需理想試樣， 使得測量結果更加符合實際蒸汽幹度，以便為控制井下蒸汽幹度值提供依據。[0050]本發明實施例2與實施例1的主要不同在於:其中為了提高汽水分離裝置2的平 衡性和穩固性，在所述汽水分離裝置2的內部預先設有軸向均布的三個取樣管段。所述取 樣管段上部接口處設有內螺紋31，便於與裝置外部的採樣管3連接。對應的外部與之連接 的採樣管3接頭也設置成三路並一路的結構。所述三個取樣管連接的結構相比兩個取樣管 連接的結構更加穩定可靠。[0051]本發明還提供了一種蒸汽取樣方法，其具體步驟如下:[0052]S1:將所述蒸汽取樣系統設置好汽水分離裝置2，洩壓閥4、第一降溫裝置5、第二 降溫裝置6和取樣口 7;[0053]S2:將被測蒸汽通過小四通11注入油管1，通過油管I注入汽水分離裝置2 ；[0054]S3:將進入汽水分離裝置2的被測蒸汽進行汽水分離；[0055]S4:將分離後的水樣利用採樣管3內的壓力差從汽水分離裝置2內導出；[0056]S5:將導出的水樣引入洩壓閥4進行減壓處理；
[0057]S6:將減壓後的水樣引入降溫裝置進行降溫處理；
[0058]S7:將所述降溫後的水樣從取樣口 7取出，取樣結束。
[0059]所述的蒸汽取樣方法，S3具體包括旋流分離、擴容分離和阻隔分離三者汽水分離的方式。
[0060]所述的蒸汽取樣方法，S6具體包括:
[0061]S61:利用第一降溫裝置5把經洩壓閥4減壓處理後的水樣降溫至100°C _120°C ；
[0062]S62:利用第二降溫裝置6把經第一降溫裝置5降溫後的水樣降溫至40°C以下。
[0063]所述第一降溫裝置5可以是壓縮空氣噴射渦旋管制冷裝置。所述第二降溫裝置6可以是半導體製冷器。
【權利要求】
1.一種蒸汽取樣系統，其特徵在於，包括汽水分離裝置，採樣管，洩壓閥，試樣降溫裝置，取樣口，其中，汽水分離裝置，位於油管內，用於對注入的井下蒸汽進行汽水分離；採樣管，用於連接汽水分離裝置與洩壓閥，引導所述汽水分離裝置分離的水流出油管至洩壓閥；洩壓閥，用於對所述從採樣管流入的分離水進行減壓；試樣降溫裝置，用於對所述經洩壓閥減壓後的分離水進行降溫；取樣口，用於作為所述降溫後的分離水的出口 ；所述汽水分離裝置包括旋流分離室、擴容分離室、中心通道、阻隔分離片和集水室，其中，旋流分離室位於所述汽水分離裝置的上部，所述旋流分離室的上端面設有開口與油管連通，下端面設有開口與擴容分離室連通，內部設有旋流分離片，所述旋流分離室用於實現汽水的旋流分離；擴容分離室位於所述汽水分離裝置的中部，所述擴容分離室與所述旋流分離室、中心通道、集水室都連通，所述擴容分離室用於實現汽水的擴容分離；中心通道位於所述汽水分離裝置的中下部，並沿著所述汽水分離裝置的中心軸線分布，所述中心通道上下均開口，上端面與擴容分離室連通，下端面與油管連通，所述中心通道用於蒸汽的流通；阻隔分離片與所述中心通道外壁固定連接，與汽水分離裝置內壁留有間隙，所述阻隔分離片用於實現汽水的阻隔分離；集水室位於所述汽水分離裝置的下部，位於所述中心通道以外、阻隔分離片以下，所述集水室用於收集分離後的水。
2.如權利要求1所述的蒸汽取樣系統，其特徵在於:所述集水室從底面向上截面積遞增。
3.如權利要求1所述的蒸汽取樣系統，其特徵在於:所述集水室在與中心通道交界處還設有孔。
4.如權利要求1所述的蒸汽取樣系統，其特徵在於:所述用於連接汽水分離裝置的採樣管至少為2根。
5.如權利要求1或4所述的蒸汽取樣系統，其特徵在於:所述採樣管吸水埠為喇叭形。
6.如權利要求1所述的蒸汽取樣系統，其特徵在於:所述阻隔分離片由中心向外傾斜。
7.一種蒸汽取樣方法，其特徵在於:S1:將所述蒸汽取樣系統設置好汽水分離裝置，洩壓閥、試樣降溫裝置和取樣口 ；S2:將被測蒸汽通過小四通注入油管，通過油管注入汽水分離裝置；S3:將進入汽水分離裝置的被測蒸汽進行汽水分離；S4:將分離後的水樣利用採樣管內的壓力差從汽水分離裝置內導出；S5:將導出的水樣引入洩壓閥進行減壓處理；S6:將減壓後的水樣引入降溫裝置進行降溫處理；S7:將所述降溫後的水樣從取樣口取出，取樣結束。
8.如權利要求7所述的蒸汽取樣方法，其特徵在於:S3所述的汽水分離具體包括旋流分離、擴容分離和阻隔分離。
9.如權利要求7所述的蒸汽取樣方法，其特徵在於:S6所述的降溫處理具體為將所述減壓後的水樣經過 降溫裝置降至40°C以下。
【文檔編號】E21B49/08GK103603660SQ201310485122
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月16日 優先權日:2013年10月16日
【發明者】張紅朋, 許寶燕, 馬慶, 李娟娟, 許玲彬, 付寧 申請人:中國石油天然氣股份有限公司