专利名称：高压保真取样装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种取样装置，尤其针对一种液气混合/混溶物的取样，适合于 地下流体取样和实验室试验取样。
背景技术：
地下流体(包括石油、油气、地下水、气藏、盐卤水等)调查工作内容包括 了解地下流体场址的特性与自然条件、流体的成分、浓度、分布范围及其在地下 环境中的传输状况与变化趋势，以及流体对人民健康与生活环境所带来的潜在危 害。在地下流体研究中，取样技术占有非常重要的地位。世界各国非常重视各种 流体取样技术,对取样技术也进行了深入的研究，并研制了多种取样器具。
目前有各种各样的Bailer (外国专家)取样器、不连续间隔取样器、地下 水取样泵及直接推进原位地下水取样用裸露过滤网型取样器、密闭过滤网型取样 器、Waterloo (外国专家)取样器。它们各有特点，但总的来说不能精确控制取 样速率、取样量，也不能完全保证取样的温度和压力条件和取样状态一致，不能 满足现代高精度分析的要求。
现代工程运用中对取样的精度和样品保真的要求越来越高，传统的取样方法 都面临取样速度、取样量难以控制，取样压力和温度无法保持的困难。如何控制 样品在采样和出样压力、温度不变？这是高压保真取样器迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的问题和不足，提供一种高压保真取 样装置(简称取样装置)，满足现有取样的要求。该取样装置应能控制流体的流 量，在取样过程中能精确控制取样速度和流体的压力、温度；释放样品非常方便； 结构简单，拆解清洗方便；不仅适合地下流体的保真采样，同时也可以进行一般
实验室试验过程中的流体取样。 本发明的目的是这样实现的
如图1、 3，本发明包括外围设备外部压力/流量控制设备(60)、分析容器 (70)和温度控制驱动器(80);
设置有压力中继容器(10)、温度调节器(20)、传递口 (30)、取样口 (40)
和电缆(50);
在压力中继容器(10)外壁包裹有温度调节器(20)，在压力中继容器(10) 的左右两端头分别连接有取样口 (40)和传递口 (30);传递口 (30)和外部压 力/流量控制设备(60)连接，取样口 (40)和分析容器(70)连接，温度调节 装置(20)通过电缆(50)和温度控制驱动器(80)连接。
本发明的使用方法
1、 将取样装置通过传递口 (30)连接外部压力/流量控制设备，使压力/流 量控制室(14)中充入液体(例如油、水等液态介质)，将取样室(13)的体 积调整为最小，并将取样装置沉入取样钻孔中，同时调整取样装置的温度与取样
的环境温度~"致,温度fe制在^定氾围内，例如士O. 1度o
2、 开启外部压力/流量控制设备，开启传递阀门(32)和取样阀门(42)， 控制外部压力/流量控制设备的压力或者流速(一般控制流速，例如控制计量 泵活塞运动速度)，保证取样和出样时，流体不会由于取样速度过快引起压力或 温度变化而导致流体性质发生改变。
3、 达到取样体积后，关闭传递阀门(32)和取样阀门(42)，同时缓慢取出 整个取样器。
4、 出样时，将取样口 (40)与分析容器(70)连接；开启传递阀门(32) 和取样阀门(42)，启动外部压力/流量控制设备缓慢推出样品。
本发明具有下列优点和积极效果
1、 能精确控制取样速率和取样过程中温度、压力的变化，在取样过程和取 样后可以保持样品的温度、压力与地下流体的压力、温度较为一致。
2、 结构简单，加工、装配容易，成本低廉。
3、 操作、拆装、清洗方便。
总之，由于本发明性能价格比高，因此可广泛应用于各种现场和室内试验的取样分析中。
图l是本发明结构示意图2是温度控制器结构说明图3是本发明与外围设备连接图。
其中
IO—压力中继容器；
ll一高压容器；
12—中继薄膜；
13 —取样室；
14一压力/流量传递室。 20 —温度调节器；
21—保温层；
22 —分布式加热元件；
23 —导热层；
24 —外部温度传感器；
25—内部温度传感器。
30 —传递口；
31 —传递管；
32—传递阀门。
40 —取样口；
41一取样管；
43 —取样阀门。 50—电缆。
(外围设备) 60—外部压力/流量控制设备。 70—分析容器。 80—温度控制驱动器。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对下列功能块详细说明
1、 压力中继装置(10)
如图1，压力中继装置(10)包括高压容器(11)和中继薄膜(12);在高 压容器(11)内设置有中继薄膜(12)，将高压容器(11)分隔为取样室(13)
和压力/流量控制室(14)。
压力/流量控制室(14)中充满液体或气体，通过连接在其上的外部压力/ 流量控制设备(60)对取样室(13)的压力和流量进行控制。
压力中继装置(10)的制作方法-
① 高压容器(11)由左右两部分组成，通过螺口+密封材料或者螺栓+密封 圈进行压力容器密封；高压容器(11)的材料为大刚度、耐腐蚀、耐压力的材料， 例如聚四氟乙烯塑料、316、 316L等各种不锈钢； 一般采用特种耐腐蚀不锈钢， 从而减少容器因压力变化导致变形，减少化学腐蚀。
② 中继薄膜(12)可以采用薄膜材料；薄膜材料为一般橡胶、塑料等密封性
好的柔性材料，例如聚四氟乙烯、聚乙烯、橡胶、硅橡胶、金属薄膜材料。在
地层流体化学性质较强时，采用聚四氟乙烯、PEEK材料均可以达到较好的效果。 薄膜厚度最好控制在0.5ram以下，这样能减小高压容器(11)的取样室(13)和 压力/流量传递室(14)之间的压力差异，提高压力控制的精度。
③ 安装压力中继装置(10)时，中继薄膜(12)可作为高压容器(11)的密 封材料，作为管螺口或者密封圈式连接方式的部分密封材料，同时将两个压力室 之间严格隔离。
2、 温度调节器(20)
如图1、 2，温度调节器(20)包括保温层(21)、分布式加热元件(22)、 导热层(23)、外部温度传感器(24)和内部温度传感器(25);
在保温层(21)和导热层(23)中间设置有分布式加热元件(22)，在保温 层(21)内设置有外部温度传感器(24)，在导热层(23)内设置有内部温度传 感器(25)。
分布式加热元件或为加热毯，或为分布式电阻丝。
通过温度调节器(20)使得取样器的温度保持与取样地层的温度一致，或保 持取样器的温度为预定的温度。
温度调节器(20)的制作方法
温度调节器(20)采用分布式加热方式，采用保温层(21)、分布式加热元 件(22)、导热层(23)形成"夹心饼干"式的温度控制层，从而保证取样器加 热的均匀性、加热速率和加热元件的密封性。若分布式加热元件(22)可以保证 均匀的加热和绝缘，可以省略导热层(23)，简化整个温度调节器(20)。保温层 (21)采用低导热率的橡胶或塑料构成；在一般情况下，地层的温度相对地表温 度较高，其温度控制主要采用加热，分布式加热元件(22)可以采用分布式电阻 丝、加热毯等加热元件；导热层(23)采用导热性较好或者厚度较薄的橡胶或塑 料，例如聚四氟乙烯等材料。
外部温度传感器(24)紧贴保温层(21)安装或者凹陷在保温层(21)中， 外部温度传感器(24)的外形与整个取样器相协调。
内部温度传感器(25)紧贴高压容器(11)安装，内部温度传感器(25)与
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感知的温度与高压容器(11)内的流体温度一致。
温度调节器(20)还需通过电缆(50)和温度控制驱动器(80)连接。 温度控制驱动器(80)可采用温度传感器采集装置或者一般的控制阔门(采
集电压或电流信号)控制两者之间感知温度差异从而实现温度调节器(20)的温
度控制。
3、 传递口 (30)
如图l、 3，传递口 (30)包括传递管(31)及其上面的传递阀门(32);传 递管(31)的一端和压力中继装置(10)的右端头连通，传递管(31)的另一端 和外部压力/流量控制设备(60)连通。
传递阀门(32)为外部控制；在地层中取样时，传递阀门(32) —般选用电 磁阀，可以较好地控制传递阀门(32)的运作；对一般室内试验系统取样时，阀 门(32)可选用一般的手动阀门即可。
4、 取样口 (40)
如图l、 3，取样口 (40)包括取样管(41)及其上面的取样阀门(42);取
样管(41) 一端和压力中继装置(10)的左端头连通，取样管(41)的另一端和 分析容器(70)连通。
取样阀门(42)为外部控制；在地层中取样时，取样阀门(42) —般选用电 磁阀，可以较好地控制取样阀门(42)的运作；对一般室内试验系统取样时，取 样阀门(42)可选用一般的手动阀门即可。
5、 电缆(50)
电缆(50)包括分布式加热元件(22)电源线和温度传感器数据线。 将外部温度传感器(24)和内部温度传感器(25)的电信号传送到温度控制 驱动器(80)，同时提供分布式加热元件(22)电源。
6、 外部压力/流量控制设备(60)
外部压力/流量控制设备(60)可为液体流量泵、计量泵、压力源。这样
可以精确控制取样器中的流量和压力，保证取样和出样过程中，地层流体不会发
生很大的压力变化；并联合温度调节器(20)保证样本不会发生温度变化。从而
避免由于压力/温度变化而导致的流体的相变和液体溶解物的离析等变化而产生 垤太的物押知仆^被活亦仆 f3市台l^g性烊太的瞎化
7、 分析容器(70) 分析容器(70)是标准件。
8、 温度控制驱动器(80) 温度控制驱动器(80)是标准件。
9、 外部防护
若需要保护温度调节器(20)，可在整个装置外设置铠甲层，保护内部元件和 保温层。铠甲可采用一般金属壳、塑料橡胶等材料制作。制作方法参考一般设备 保护层的制作方法。
权利要求
1、一种高压保真取样装置，包括外围设备外部压力/流量控制设备(60)、分析容器(70)和温度控制驱动器(80)；其特征在于设置有压力中继容器(10)、温度调节器(20)、传递口(30)、取样口(40)和电缆(50)；在压力中继容器(10)外壁包裹有温度调节器(20)，在压力中继容器(10)的左右两端头分别连接有取样口(40)和传递口(30)；传递口(30)和外部压力/流量控制设备(60)连接，取样口(40)和分析容器(70)连接，温度调节装置(20)通过电缆(50)和温度控制驱动器(80)连接。
2、 按权利要求1所述的高压保真取样装置，其特征在于 所述的压力中继装置(10)包括高压容器(11)和中继薄膜(12);在高压容器(11)内设置有中继薄膜(12)，将高压容器(11)分隔为取样室(13)和 压力/流量控制室(14)。
3、 按权利要求1所述的高压保真取样装置，其特征在于温度调节器(20)包括保温层(21)、分布式加热元件(22)、导热层(23)、 外部温度传感器(24)和内部温度传感器(25);在保温层(21)和导热层(23)中间设置有分布式加热元件(22)，在保温 层(21)内设置有外部温度传感器(24),在导热层(23)内设置有内部温度传 感器(25)。
4、 按权利要求1所述的高压保真取样装置，其特征在于 传递口 (30)包括传递管(31)及其上面的传递阀门(32)。
5、 按权利要求1所述的高压保真取样装置，其特征在于 取样口 (40)包括取样管(41)及其上面的取样阀门(42)。
全文摘要
本发明公开了一种高压保真取样装置，涉及一种取样装置。本发明是在压力中继容器(10)外壁包裹有温度调节器(20)，在压力中继容器(10)的左右两端头分别连接有取样口(40)和传递口(30)；传递口(30)和外部压力/流量控制设备(60)连接，取样口(40)和分析容器(70)连接，温度调节装置(20)通过电缆(50)和温度控制驱动器(80)连接；所述的压力中继装置(10)是在高压容器(11)内设置有中继薄膜(12)，将高压容器(11)分隔为取样室(13)和压力/流量控制室(14)。本发明能精确控制取样速率和取样过程中温度、压力的变化，可广泛应用于各种现场和室内试验的取样分析中。
文档编号G01N1/14GK101187602SQ20071016833
公开日2008年5月28日 申请日期2007年11月13日 优先权日2007年11月13日
发明者李小春, 宁 魏 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所