一种蒸汽取样系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种蒸汽取样系统，其包括：汽水分离装置、采样管、泄压阀、试样降温装置和取样口。所述汽水分离装置包括旋流分离室、扩容分离室、中心通道、阻隔分离片和集水室。本发明还相应提供了一种蒸汽取样方法。通过所述取样系统并利用所述取样方法实现井下高温高压湿饱和蒸汽的实时分离，得到降温降压后的冷凝水试样，为在线测量提供实时试样。
【专利说明】一种蒸汽取样系统和方法【技术领域】[0001]本发明涉及稠油热采领域，特别涉及一种蒸汽取样系统和方法。【背景技术】[0002]稠油是指在地层条件下原油粘度大于50mPa.s (毫帕.秒)或油层温度下脱气原油粘度大于IOOmPa.s的高粘度重质原油。在油田的石油开采中，由于稠油具有特殊的高粘度和高凝固点的特性，在储层和井筒中流动性差，常规开采采收率低，即无法保证正常的经济产量。为了保证合理的采收率，往往通过降低原油的粘度来采油。[0003]现有技术中的稠油开采技术包括热采技术，即应用注蒸汽设备(一种湿蒸汽发生器)，首先将水转化为干度(蒸汽中汽的含量)为75%的湿饱和蒸汽。之后所述注蒸汽设备将所述75%干度的湿饱和蒸汽注入井下，通过湿饱和蒸汽中热量向油层的传递实现对油层的加热，从而降低原油粘度，进而提高采收率。所述热采技术工艺主要包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、 SAGD (蒸汽辅助重力卸油技术)三大工艺。[0004]注蒸汽设备出口蒸汽干度为75%的湿饱和蒸汽经过地面传输、井筒传输后，由于传输过程中的损失，到达井下后蒸汽干度仅为30%-40%。而前述热采技术工艺中的蒸汽吞吐、蒸汽驱和SA⑶分别要求≥50%、≥50%和≥70%的井底蒸汽干度。因此到达井下后蒸汽干度仅为30%-40%湿饱和蒸汽显然无法满足热采技术工艺的要求。特别是目前辽河、新疆均是稠油热采，主要以SAGD开发方式为主，若井下干度不能达到要求，则无法进行正常采油。因此往往需要通过控制注蒸汽设备出口的蒸汽干度，例如提高该蒸汽设备出口处的蒸汽干度以使得经过传输过程的损失后达到井底的干度能够满足工艺要求。而如何精确测量井底蒸汽干度是实现控制井底蒸汽干度的重要前提。[0005]目前现有技术井下蒸汽取样主要采用取样仪器取样井下的高温高压蒸汽冷凝水， 然后将所取试样盛放在容器中带回到实验室，通过人工测定碱度，得出井下蒸汽干度值。所述碱度是指水中所含能与强酸发生中和作用的全部物质，即能接受H+的物质的总量。在水中，所述物质主要是强酸弱碱盐。所述蒸汽干度值在数值上与盐的浓度成反比。[0006]但是，上述测定方式不是实时的在线取样，而是需要通过取样仪器将采集到的试样从井下拿到地面上，再把试样取出。原来取样仪器中是气液两相共存的状态，在取试样的过程中原本存在于取样仪器中的高温高压的湿饱和蒸汽在从井下到地面的过程中，会由于冷凝作用而进入水样，从而对原水样有稀释作用。由于所述稀释作用，使得冷凝水样水中盐分浓度变小，针对所取试样检测得到的蒸汽干度值也就比实际值大，因此所取蒸汽试样不能够充分代表实际的蒸汽干度，也就无法为蒸汽干度的精确测量提供理想的试样。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种蒸汽取样系统和方法，使所取蒸汽试样能够充分代表蒸汽干度，从而为蒸汽干度的精确测量提供理想的试样。[0008]为实现上述目的， 本发明提供的技术方案如下所述:[0009]一种蒸汽取样系统，包括汽水分离装置，采样管，泄压阀，试样降温装置，取样口，其中，汽水分离装置，位于油管内，用于对注入的井下蒸汽进行汽水分离；采样管，用于连接汽水分离装置与泄压阀，引导所述汽水分离装置分离的水流出油管至泄压阀；泄压阀，用于对所述从采样管流入的分离水进行减压；试样降温装置，用于对所述经泄压阀减压后的分离水进行降温；取样口，用于作为所述降温后的分离水的出口 ；所述汽水分离装置包括旋流分离室、扩容分离室、中心通道、阻隔分离片和集水室，其中，旋流分离室位于所述汽水分离装置的上部，所述旋流分离室的上端面设有开口与油管连通，下端面设有开口与扩容分离室连通，内部设有旋流分离片，所述旋流分离室用于实现汽水的旋流分离；扩容分离室位于所述汽水分离装置的中部，所述扩容分离室与所述旋流分离室、中心通道、集水室都连通，所述扩容分离室用于实现汽水的扩容分离；中心通道位于所述汽水分离装置的中下部，并沿着所述汽水分离装置的中心轴线分布，所述中心通道上下均开口，上端面与扩容分离室连通，下端面与油管连通，所述中心通道用于蒸汽的流通；阻隔分离片与所述中心通道外壁固定连接，与汽水分离装置内壁留有间隙，所述阻隔分离片用于实现汽水的阻隔分离；集水室位于所述汽水分离装置的下部，位于所述中心通道以外、阻隔分离片以下，所述集水室用于收集分离后的水。
[0010]在优选的实施方式中，所述集水室从底面向上截面积递增。
[0011]在优选的实施方式中，所述集水室在与中心通道交界处还设有孔。
[0012]在优选的实施方式中，所述用于连接汽水分离装置的采样管至少为2根。
[0013]在优选的实施方式中，所述采样管吸水端口为喇叭形。
[0014]在优选的实施方式中，所述阻隔分离片由中心向外倾斜。
[0015]一种蒸汽取样方法，其具体步骤为:
[0016]SI:将所述蒸汽取样系统设置好汽水分离装置，泄压阀、试样降温装置和取样口 ；
[0017]S2:将被测蒸汽通过小四通注入油管，通过油管注入汽水分离装置；
[0018]S3:将进入汽水分离装置的被测蒸汽进行汽水分离；
[0019]S4:将分离后的水样利用采样管内的压力差从汽水分离装置内导出；
[0020]S5:将导出的水样引入泄压阀进行减压处理；
[0021]S6:将减压后的水样引入降温装置进行降温处理；
[0022]S7:将所述降温后的水样从取样口取出，取样结束。
[0023]在优选的实施方式中，S3所述的汽水分离具体包括旋流分离、扩容分离和阻隔分离。
[0024]在优选的实施方式中，S6所述的降温处理具体为将所述减压后的水样经过降温装置降至40°C以下。
[0025]有益效果:通过使用所述取样系统并采用所述取样方法，在取样的过程中对试样进行降温降压，得到的是常压下40°C以下的冷凝水试样。与现有技术相比避免了汽水分离装置中的湿饱和蒸汽冷凝变成水后进入试样，对试样进行稀释的情况，使所取得的蒸汽试样能够充分代表蒸汽的干度品质。另外本发明所述取样系统得到的试样可以借助软管直接通到测量装置中去进行测试，而不必通过存放于中间容器带到实验室去测，这样测量就不受时间的限制，随时可以准确快速地得到最新的蒸汽干度值。【专利附图】
【附图说明】[0026]图1是本发明第一实施例中蒸汽取样系统示意图；[0027]图2是本发明第一实施例中汽水分离装置结构示意图。【具体实施方式】[0028]下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应当理解这些 实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术 人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。[0029]本发明第一实施例如图1所示，为一种蒸汽取样系统。所述蒸汽取样系统包括汽 水分离装置2、采样管3、泄压阀4、第一降温装置5、第二降温装置6和取样口 7。本发明所 述蒸汽取样系统所包含的汽水分离装置2、泄压阀4、第一降温装置5、第二降温装置6和取 样口 7依次设置在采样管3所通过的管线上。本发明的蒸汽取样系统在整个注汽过程中安 装在系统中。[0030]各部分功能如下:[0031]汽水分离装置2:用于对注入的井下蒸汽进行汽水分离；[0032]采样管3:主要用于所述汽水分离装置2分离的水流出油管至泄压阀，其次也起到 汽水分离装置2与泄压阀4的作用。[0033]泄压阀4:主要用于对所述从采样管3流入的分离水进行减压，其次也可以通过对 泄压阀4的开启和关闭来控制分离水的通断。[0034]第一降温装置5:用于对所述经泄压阀4减压后降温至100°C -120°C。[0035]第二降温装置6:用于经第一降温装置5降温得到的分离水再次降温至40°C以下。[0036]取样口 7:用于作为所述降温后的分离水的出口。[0037]在地面10以下，所述汽水分离装置2设置在油管I内，并且与油管I留有间隙。所 述汽水分离装置2内部设有采样管3，所述采样管3内部设置内螺纹31，与上部的采样管3 通过螺纹连接。使用时，所述通过螺纹连接的采样管3内外先连接好，再下入井下。在地面 10以上，所述采样管3在连接泄压阀4的一端，可以设置法兰，用于连接泄压阀4。所述泄 压阀4与第一降温装置5、第二降温装置6之间可依次采用法兰连接。所述取样口 7处可以 连接一根软管，以便把采样得到的冷凝水灵活方便的引至测量蒸汽干度的装置，进行实时 测量。[0038]图2为汽水分离装置2结构示意图。所述汽水分离装置2整体外形可为圆筒形。 所述汽水分离装置在与中心轴线垂直的端面上均开有出口和入口。所述汽水分离装置2内 部主要包括旋流分离室21、扩容分离室22、中心通道23、阻隔分离片24和集水室25。[0039]所述旋流分离室21可位于汽水分离装置2的上部。所述旋流分离室21整体可为 圆筒形，所述旋流分离室21的上端面设有开口与油管I连通，下端面设有开口与扩容分离 室22连通。所述旋流分离室21上下端面的开口均可以开圆形敞口。所述旋流分离室21 内设置有旋流分离片211。所述旋流分离室21可用于实现汽水旋流分离。[0040]所述扩容分离室22可位于汽水分离装置2的中部。所述扩容分离室22为旋转分 离室21以下阻隔分离片24以上中心通道23以外的空间。所述扩容分离室22与其他各室 都连通。所述扩容分离室22的上端面与所述旋流分离室21下端面连通；所述扩容分离室22下端面与集水室25之间通过阻隔分离片24与汽水分离装置2内壁留有的间隙相连通；所述扩容分离室22中间与中心通道23连通；所述扩容分离室22可用于实现汽水的扩容分离。
[0041]所述中心通道23位于所述汽水分离装置2的中下部，可沿着所述汽水分离装置2的中心轴线分布。所述中心通道23上端面与扩容分离室22连通，下端面与油管I连通。所述中心通道23也为上下敞口的圆筒形，用于湿饱和蒸汽的流通。
[0042]所述阻隔分离片24可位于中心通道23的外围，与中心通道23外壁可以为焊接。所述阻隔分离片24整体可为一圆环薄片。所述阻隔分离片24设置成由中心向外围倾斜的结构，便于分离出的水顺利流下。所述阻隔分离片用于实现汽水阻隔分离。
[0043]所述集水室25位于所述汽水分离装置2的下部，位于所述中心通道23以外、阻隔分离片24以下。所述集水室25用于收集整个汽水分离装置2内分离得到的水。所述集水室25底部可为圆锥形，也可为圆弧形或者是从所述集水室25底面往上截面积逐渐变大的其他形状，所述形状有利于集水室25内水位的快速上升。所述集水室25与中心通道23交界处设有孔231，用于控制集水室25内水位的高度。当水位到达孔231的高度时，分离得到的水会从孔231流入中心通道23内，继而流进油管I中。如此可防止因水位过高超过阻隔分离片24，造成阻隔分离失效；同时当分离得到的水进入扩容分离室22，会减少扩容分离室22的容积，从而减弱扩容分离的效果。
[0044]所述采样管3的采样端口为喇叭形，伸到距离集水室25底部。所述采样端口相比直的端口，与分离水接触面积大，对分离水的吸力也更大，因此便于把水更好更快地从集水室25中导出。为了保持汽水分离装置2的平衡，在所述汽水分离装置2的内部预先设有轴向对称的两个取样管段。为了设置上述两个取样管段，需要在旋流分离室21外部的实体上开槽，在阻隔分离片24上对应位置开两个孔。在所述取样管段安放在所述槽、孔内后，需要在开槽和开孔的位置进行固定和密封。所述固定和密封的方式可以为焊接。所述取样管段上部接口处可以设置内螺纹31，便于与所述汽水分离装置2外部的采样管3连接。对应的外部与之连接的采样管接头也设置成二路并一路的结构。
[0045]使用时，先利用外部的采样管3把汽水分离装置2内部的采样管3通过螺纹连接起来，下入油管I内。然后外部采样管3在和泄压阀4连接处设置一法兰头和泄压阀4进行法兰连接。其余泄压阀4和第一降温装置5、第二降温装置6和取样口 7之间可以通过法兰连接安装到位。接着打开小四通11，高温高压湿饱和蒸汽从所述小四通11进入油管I进行注汽。一部分湿饱和蒸汽通过所述汽水分离装置2和油管I之间的间隙进入井下部，另一部分湿饱和蒸汽从旋流分离室21的圆形敞口进入所述汽水分离装置2内进行汽水分离。所述湿饱和蒸汽进入汽水分离装置2经过旋转分离、扩容分离、阻隔分离实现汽水分离，分离后的水进入集水室25。所述汽水分离具体过程如下:
[0046]1、高温高压湿饱和蒸汽从旋流分离室21的圆形敞口进入所述汽水分离装置2。由于旋流分离室21设有旋流分离片211，环状流的饱和蒸汽在旋流分离片211的作用下瞬间改变流动方向，产生强行旋流。由于所述饱和蒸汽和水的比重不同，在旋流时会产生不同离心力，比重较大的水会甩离中心轴线，而比重较小的蒸汽沿着轴线向下流动，从而实现汽水快速分离。经过汽水分离后，在重力作用下，分离出的水沿着旋流分离室21壁流下，流经扩容分离室22，最终流到集水室25中。分离出的饱和蒸汽与所述蒸汽发生器产生的持续不断注入的湿饱和蒸汽一起往下流动。[0047]2、从旋流分离室21分离后的饱和蒸汽及所述从小四通11持续注入的湿饱和蒸汽 进入扩容分离室22内。扩容分离室的容积22要远大于旋流分离室21的容积。所述容积 瞬间的增大，使高温高压湿饱和蒸汽压力迅速下降。所述压力的突变使得饱和蒸汽和水产 生不同的流速。在所述不同流速作用下，所述饱和蒸汽和水与器壁产生冲击摩擦，饱和蒸汽 和水会产生不同的离心力，比重较大的水会在和器壁产生摩擦后沿着器壁流下，比重较小 的蒸汽则继续下行，从而实现汽水快速分离。所述汽水分离出的水在重力作用下沿着扩容 分离室22壁流下，最终流到集水室25中。所述汽水分离后的一部分饱和蒸汽与所述蒸汽 发生器产生的持续不断注入的湿饱和蒸汽一起往下行进，进入中心通道23后，从中心通道 23圆形敞口出来，进入油管1，进行注汽。而所述大部分扩容分离室内的汽水分离后的饱和 蒸汽流向阻隔分离片24。[0048]3、所述从扩容分离室22分离后的大部分饱和蒸汽流向阻隔分离片24，气流急速 冲向阻隔分离片24后再急速转向。由于饱和蒸汽和所具有不同的比重，饱和蒸汽的和水在 所述在急速转向后的运动轨迹就不同。比重较大的水会沿着阻隔分离片流入集水室25中； 比重较小的饱和蒸汽会在撞击阻隔分离片24后反弹回去，所述饱和蒸汽和水就进一步实 现了汽水分离。[0049]集水室25内的水位随着汽水分离过程的进行而不断上升。当蒸汽分离水累积达 到采样管3的喇叭口时，如果采样管线上的泄压阀4处于打开状态，地面与井下内部连通， 则由于井下压力高于地面压力，所以采样管3可以利用压力差把分离水从集水室25中导 出。导出的试样为高温高压状态。所述高温高压分离水的先经过泄压阀4进行降压处理。 经过降压处理的分离水再经过第一降温装置5，使降压后得到分离水降温至100°C -120°C。 继而经第二降温装置6将第一步降温得到的分离水降温至40°C以下。最后从取样口 7取 样，取样结束。所述汽水分离装置2在整个注蒸汽的过程中，都设置在油管I中。在注蒸汽 的过程中，当泄压阀4处于关闭状态时，如果当集水室25中的水积到一定高度达到孔231 的位置时，分离水就会从孔231流出，通过中心通道23流到油管I中。当需要取样是，可以 打开泄压阀4，把从取样口 7流出的降温降压后的水样用软管引至用于蒸汽干度测量的装 置，进行测量，从而得到实时的蒸汽干度值。所述系统可以方便、快速地得到所需理想试样， 使得测量结果更加符合实际蒸汽干度，以便为控制井下蒸汽干度值提供依据。[0050]本发明实施例2与实施例1的主要不同在于:其中为了提高汽水分离装置2的平 衡性和稳固性，在所述汽水分离装置2的内部预先设有轴向均布的三个取样管段。所述取 样管段上部接口处设有内螺纹31，便于与装置外部的采样管3连接。对应的外部与之连接 的采样管3接头也设置成三路并一路的结构。所述三个取样管连接的结构相比两个取样管 连接的结构更加稳定可靠。[0051]本发明还提供了一种蒸汽取样方法，其具体步骤如下:[0052]S1:将所述蒸汽取样系统设置好汽水分离装置2，泄压阀4、第一降温装置5、第二 降温装置6和取样口 7;[0053]S2:将被测蒸汽通过小四通11注入油管1，通过油管I注入汽水分离装置2 ；[0054]S3:将进入汽水分离装置2的被测蒸汽进行汽水分离；[0055]S4:将分离后的水样利用采样管3内的压力差从汽水分离装置2内导出；[0056]S5:将导出的水样引入泄压阀4进行减压处理；
[0057]S6:将减压后的水样引入降温装置进行降温处理；
[0058]S7:将所述降温后的水样从取样口 7取出，取样结束。
[0059]所述的蒸汽取样方法，S3具体包括旋流分离、扩容分离和阻隔分离三者汽水分离的方式。
[0060]所述的蒸汽取样方法，S6具体包括:
[0061]S61:利用第一降温装置5把经泄压阀4减压处理后的水样降温至100°C _120°C ；
[0062]S62:利用第二降温装置6把经第一降温装置5降温后的水样降温至40°C以下。
[0063]所述第一降温装置5可以是压缩空气喷射涡旋管制冷装置。所述第二降温装置6可以是半导体制冷器。
【权利要求】
1.一种蒸汽取样系统，其特征在于，包括汽水分离装置，采样管，泄压阀，试样降温装置，取样口，其中，汽水分离装置，位于油管内，用于对注入的井下蒸汽进行汽水分离；采样管，用于连接汽水分离装置与泄压阀，引导所述汽水分离装置分离的水流出油管至泄压阀；泄压阀，用于对所述从采样管流入的分离水进行减压；试样降温装置，用于对所述经泄压阀减压后的分离水进行降温；取样口，用于作为所述降温后的分离水的出口 ；所述汽水分离装置包括旋流分离室、扩容分离室、中心通道、阻隔分离片和集水室，其中，旋流分离室位于所述汽水分离装置的上部，所述旋流分离室的上端面设有开口与油管连通，下端面设有开口与扩容分离室连通，内部设有旋流分离片，所述旋流分离室用于实现汽水的旋流分离；扩容分离室位于所述汽水分离装置的中部，所述扩容分离室与所述旋流分离室、中心通道、集水室都连通，所述扩容分离室用于实现汽水的扩容分离；中心通道位于所述汽水分离装置的中下部，并沿着所述汽水分离装置的中心轴线分布，所述中心通道上下均开口，上端面与扩容分离室连通，下端面与油管连通，所述中心通道用于蒸汽的流通；阻隔分离片与所述中心通道外壁固定连接，与汽水分离装置内壁留有间隙，所述阻隔分离片用于实现汽水的阻隔分离；集水室位于所述汽水分离装置的下部，位于所述中心通道以外、阻隔分离片以下，所述集水室用于收集分离后的水。
2.如权利要求1所述的蒸汽取样系统，其特征在于:所述集水室从底面向上截面积递增。
3.如权利要求1所述的蒸汽取样系统，其特征在于:所述集水室在与中心通道交界处还设有孔。
4.如权利要求1所述的蒸汽取样系统，其特征在于:所述用于连接汽水分离装置的采样管至少为2根。
5.如权利要求1或4所述的蒸汽取样系统，其特征在于:所述采样管吸水端口为喇叭形。
6.如权利要求1所述的蒸汽取样系统，其特征在于:所述阻隔分离片由中心向外倾斜。
7.一种蒸汽取样方法，其特征在于:S1:将所述蒸汽取样系统设置好汽水分离装置，泄压阀、试样降温装置和取样口 ；S2:将被测蒸汽通过小四通注入油管，通过油管注入汽水分离装置；S3:将进入汽水分离装置的被测蒸汽进行汽水分离；S4:将分离后的水样利用采样管内的压力差从汽水分离装置内导出；S5:将导出的水样引入泄压阀进行减压处理；S6:将减压后的水样引入降温装置进行降温处理；S7:将所述降温后的水样从取样口取出，取样结束。
8.如权利要求7所述的蒸汽取样方法，其特征在于:S3所述的汽水分离具体包括旋流分离、扩容分离和阻隔分离。
9.如权利要求7所述的蒸汽取样方法，其特征在于:S6所述的降温处理具体为将所述减压后的水样经过 降温装置降至40°C以下。
【文档编号】E21B49/08GK103603660SQ201310485122
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】张红朋, 许宝燕, 马庆, 李娟娟, 许玲彬, 付宁 申请人:中国石油天然气股份有限公司