[发明专利]一种维持压力稳定的快速转样方法

说明书

技术领域

本方法涉及一种维持压力稳定的快速转样方法。

背景技术

在石油物理性质参数测量实验中，需要将取样器或配样器中的油、气样品转移到测试容器腔体内，转样过程中要求流程管路中维持油藏高温高压状态，避免压力低于泡点压力，防止原油样品中的组分变化。部分驱油实验也要求油气样品在管路流程内维持压力稳定。转样过程是参数测量及实验研究的前期准备过程，如何保证转样质量是后续实验能够有效进行的基础。通常的做法是利用普通针形阀门控制转换流程的开关和速度，同时用柱塞泵快速为取样器/配样器补充压力，实现压力的稳定。

这种方法的优点是转样操作便捷，却存在以下3个缺点：

1.普通针形阀门是采用锥体密闭的方式关闭阀门。要做到微小流量，开启阀门时，必须使阀杆锥体提起高度非常微小(即：阀杆手柄转动角度很小)，使液/气在通过时依靠自身与锥体间的毛管力控制流速。由于每个阀门的开启用力不同，因而更加大了控制难度。

2.为了维持转样过程的压力稳定，柱塞泵必须快速转动才能有效配合普通阀门的开启过程。阀门开启程度是要求柱塞泵转动速度的主要影响因素，在PVT关系测量实验中，柱塞泵转动速度要求在0.1秒内实现压差1～10MPa的补充，这种情况使得电动控制的柱塞泵无法满足自动维持压力的要求，必须用手动方式处理。转动过程对控制者的经验及反应速度要求很高。

3.手动控制柱塞泵存在严重的安全隐患，在样品压力为50MPa时，手动端约施加1.2KN的力，一个人很难完成控制，通常由两人同时控制，对配合操作提出较高要求。在控制人出现疏忽的情况下，柱塞泵反转，手柄高速转动使控制者极易受伤。同时，样品压力快速降低导致原油中气体组分分离，使样品准备工作完全失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种维持压力稳定的快速转样方法。

本发明所述的维持压力稳定的快速转样方法首先利用齿轮配合原理设计一种转样阀，提高阀杆锥体的转动精度，使锥体与阀体间的距离能有效控制，其次设计一种柱塞泵手轮，在四个单杆控制柄上配制大直径轮盘，不仅安全，而且省力。

测量及实验前，在取样器/配样器出口端、测试或实验模型前安装转样阀，柱塞泵上安装转样手轮。转样时，控制者缓慢开启转样阀并监视压力变化，另一控制者在监视压力变化的同时，转动转样手轮维持流程系统压力，直至转样结束。

测试仪器及工作原理

转样阀的组成和主要功能包括：

1.齿轮，共有三个齿轮。左侧与阀杆锥体相连接的主齿轮直径较大，通过转动开启或关闭管路；右侧齿轮直径较小，与手柄连接，用于控制转动角度；中间齿轮传递右侧齿轮的转动，并且使左侧齿轮与手柄的转动方向保持一致。在考虑齿轮受力情况下，设计大齿轮与小齿轮的半径比为3∶1，能满足70MPa压力的传递。

2.阀杆和压帽，阀杆与左侧齿轮配合，端部呈锥体形状，用于与阀体密封。压帽使螺杆保持稳定，并密封螺杆与周边的空隙。

3.轴承，共有四个。作用是使左侧和中间齿轮转动灵活。

4.手柄，用于控制转动。

5.M8接口，连接取样器/配样器出口和测试腔体/实验流程入口，M8尺寸是实验流程中普遍使用的接口尺寸。

6.1mm管路，是流体通道，管路越细有利于流速的控制，过细则造成流速过低、转样时间延长，结合转样经验，设计管路直径为1mm。

7.“O”形圈，对管路及齿轮传动两个部分起密封作用。

8.紧固螺栓，将管路及齿轮传动两个部分紧固为一体。

转样手轮的组成和主要功能包括：

1.手轮，外直径为1000mm，大直径圆形手轮较原来四杆手柄提高30％的扭矩，操作强度降低。手轮厚度和宽度均为30mm，内侧为手指形状，便于抓握。在操作失误、手轮倒转的情况下，圆盘形状有效保护操作者不被手柄撞击。

2.中轴，内径为100mm，该设计考虑柱塞泵推动活塞的螺杆可以在中轴内穿过不受阻挡，而且易于操作位于螺杆一侧的锁紧钮。考虑到承受扭矩较大，中轴厚度设计为30mm。另外在中轴外侧设计了独特的棘轮结构，结合特制的棘轮扳手(长度650mm)可实现省力及快速转动的目的。整体上棘轮设计可降低转动强度近50％，而且能满足快速转动的要求。棘轮扳手与手柄配合使用在压力较低(30MPa)的情况下，可实现一人操作。

3.承重杆，起连接手柄和中轴的作用，其上部焊接有卡板。