Способ отбора проб жидкости из трубопровода и устройство для его осуществления

Изобретение относится к технике и технологии контроля подготовки потока на участке отбора пробы жидкости из трубопровода и может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров перекачиваемой по трубопроводам жидкости. В способе отбора проб жидкости из трубопровода осуществляют размещение в трубопроводе заборного элемента в виде пробозаборных трубок, и отбор через него с заданных уровней частей потока проб с известными расходами, и производят анализ параметров потока. Осуществляют отбор проб первой пробозаборной трубкой для поочередного отбора проб с заданных уровней и отбор проб второй пробозаборной трубкой, установленной на заданных уровнях. Осуществляют контроль качества отбираемых проб второй пробозаборной трубкой посредством поточного влагомера. Затем осуществляют сравнение проб, получаемых первой и второй пробозаборными трубками для анализа потока жидкости. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода включает заборный элемент для отбора проб с различных уровней в виде двух пробозаборных трубок, установленный по диаметру трубопровода, и вспомогательный трубопровод, последовательно подключенный к заборному элементу. Первая из двух пробозаборных трубок предназначена для поочередного отбора проб с различных уровней и связана с приводом ее перемещения. Вторая пробозаборная трубка предназначена для отбора проб на заданных уровнях и связана вспомогательным трубопроводом с влагомером. Изобретение обеспечит высокую точность при количественном и качественном учете перекачиваемой жидкости. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии и технике контроля подготовки потока на участке отбора пробы жидкости из трубопровода и может найти применение в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров перекачиваемой по трубопроводам жидкости.

Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода, при котором производят размещение в основном трубопроводе заборного элемента для одновременного отбора проб с заданных уровней, осуществляют контроль расходов отбираемых проб [1].

Известно устройство для реализации данного способа, включающее заборный элемент для одновременного отбора проб с заданных уровней, установленный по диаметру трубопровода и соединенный трубками с трубками центрифуг [2].

Недостаток данных технологии и техники отбора проб - сложности одновременного отбора пробы со всех уровней, длительность анализа проб.

Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода, при котором производят размещение в трубопроводе при помощи составного штока заборного элемента в виде одной пробозаборной трубки; отбирают через него с заданных уровней части потока проб с известными расходами и осуществляют анализ параметров потока, при котором время анализа поточными средствами контроля параметров потока больше времени отбора пробы [3] (прототип способа).

Известно устройство для реализации данного способа, включающее заборный элемент для отбора проб с различных уровней и средства контроля параметров потока, зафиксированные на составном штоке для их перемещения по диаметру трубопровода [4] (прототип устройства).

Недостаток данных технологий и техники отбора проб не позволяют проводить анализ потока по полученным параметрам в целом, ибо нарушается процедура контроля подготовки потока на участке отбора пробы. Действительно, изменение уровней отбора пробы по известным решениям сопровождается перерывами анализа потока в трубопроводе. Поэтому в отрезки времени, в течение которых происходит изменение уровней, поток в трубопроводе может изменить свойства - они могут измениться практически мгновенно. Сам же анализ на каждом уровне отбора пробы длителен, поскольку он проводится большее время поточными средствами измерения, нежели время отбора пробы. К тому же конструкция устройства не рассчитана на быстрое изменение уровня, поскольку шток для перемещения пробозаборной трубки составной. В результате при исследовании распределения инградиентов в поперечном сечении потока нелогично сопоставлять между собой полученные данные с различных уровней анализа и, как следствие, теряется представление об относительном распределении параметров в поперечном сечении трубопровода.

Техническим результатом данного изобретения является упрощение и восстановление процедуры контроля подготовки потока на участке отбора пробы.

Для достижения технического результата в способе отбора проб жидкости из трубопровода, при котором осуществляют размещение в трубопроводе заборного элемента в виде пробозаборных трубок, отбор через него с заданных уровней частей потока (проб) с известными расходами, анализ параметров потока, согласно изобретению осуществляют отбор проб первой пробозаборной трубкой для поочередного отбора проб с заданных уровней и отбор проб второй пробозаборной трубкой, установленной на заданном или заданных уровнях, осуществляют контроль качества отбираемых проб второй пробозаборной трубкой посредством поточного влагомера и затем осуществляют сравнение проб, получаемых первой и второй пробозаборными трубками для анализа потока жидкости. При этом измерение параметров потока осуществляют поточными средствами, пробы после определения параметров возвращают в трубопровод.

В заявляемом решении упрощение процедуры контроля за состоянием потока по сравнению с известным [3] достигается тем, что время анализа потока средствами измерения снижено до времени отбора пробы, - отбор пробы и анализ потока поточными средствами измерения при осуществлении заявляемого решения производится параллельно, а отбираемую пробу возвращают назад - в трубопровод. Восстановление же контроля за состоянием потока по сравнению с известным [3] достигается тем, что наряду с анализом потока с заданных уровней отбора при помощи первой пробозаборной трубкой и средств измерений осуществляют дополнительный контроль путем анализа пробы, получаемой второй неподвижной пробозаборной трубки, включая время, когда первую пробозаборную трубку переводят с одного уровня отбора на другой. Действительно, изменение состава потока вследствие турбулентности автоматически вызовет изменение его состава на контрольном уровне отбора пробы, а анализ контрольной пробы поточным влагомером мгновенно покажет это, в каком бы месте поперечного сечения трубопровода не был выбран контрольный уровень отбора пробы для второй пробозаборной трубки.

Применение заявляемого способа позволит упростить и улучшить процедуру контроля за состоянием потока, сделать правильный выбор устройства для отбора представительной пробы.

Для достижения технического результата при реализации заявляемого способа используют устройство, которое включает заборный элемент для отбора проб с различных уровней, устанавливаемый по диаметру трубопровода, дополнительный трубопровод, последовательно подключенный к заборному элементу, согласно изобретению заборный элемент снабжен по меньшей мере двумя пробозаборными трубками, первая из которых предназначена для поочередного отбора проб с различных уровней и связана с приводом ее перемещения, а вторая предназначена для отбора проб на заданном или заданных уровнях и связана дополнительным трубопроводом с влагомером. При этом анализаторами проб служат поточные средства измерения параметров, которые обвязаны с дополнительным трубопроводом для возврата пробы после анализа ее параметров назад в трубопровод.

В заявляемом решении упрощение процедуры контроля за состоянием потока по сравнению с известным [4] достигается тем, что время анализа потока средствами измерения снижено до времени отбора пробы, отбор пробы и анализ потока средствами измерения при осуществлении заявляемого решения производится параллельно, а отбираемую пробу возвращают назад, в трубопровод по дополнительному трубопроводу. Восстановление контроля за состоянием потока по сравнению с известным [4] достигается тем, что наряду с анализом потока с заданных уровней отбора при помощи первой пробозаборной трубки и средств измерений осуществляют дополнительный контроль путем анализа пробы, получаемой второй неподвижной пробозаборной трубкой, включая время, когда первую пробозаборную трубку переводят у одного уровня отбора на другой.

Заявляемые способ отбора проб жидкости из трубопровода и устройство для его осуществления могут конкретно применяться, например, на нефтепромыслах для аттестации пробозаборных систем на коммерческих, оперативных узлах учета нефти.

Заявляемый способ отбора проб жидкости из трубопровода осуществляется следующим образом.

В трубопроводе, по которому транспортируют жидкость, размещают заборный элемент в виде пробозаборных трубок, отбирают пробы пробозаборными трубками с известными расходами: первой - поочередно, с заданных уровней, второй - с одного фиксированного (неизменного) уровня; контролируют качество отбираемых проб второй пробозаборной трубкой посредством поточного влагомера, определяют параметры потока поточными средствами измерений, затем сравнивают и анализируют параметры потока по полученным пробам, по дополнительному трубопроводу, связывающему средства измерения и пробозаборные трубки, пробы после их анализа возвращают в трубопровод.

На чертеже представлен один из вариантов заявляемого устройства для отбора проб жидкости из трубопровода.

Устройство включает заборный элемент из двух заборных трубок подвижной - 1 и неподвижной - 2 одинакового диаметра с загнутыми концами, установленных вертикально по диаметру трубопровода 3, оси входных отверстий которых расположены параллельно продольной оси трубопровода, направлены навстречу потоку; соединение трубопровода 4 с трубкой 1 выполнено из гибкого шланга, вспомогательный трубопровод 4, подключенный к заборным трубкам 1 и 2 и трубопроводу 3, на котором установлены средства контроля - расхода пробы (расходомеры) 5 и 6 и поточные влагомеры 7 и 8, регулировочные краны 9; насос 10, установленный на вспомогательном трубопроводе 4; трубка 1 имеет соединение 11 (шток) со штурвалом 12.

Пробозаборное устройство, чертеж, предназначено для отбора проб из потока трубопровода 2: трубка 1 - для поочередного отбора пробы с различных уровней отбора, при этом уровень отбора регулируют при помощи штурвала со штоком 12; трубка 2 - для отбора пробы с нижнего уровня потока трубопровода 3; расходомеры 5 и 6 - для контроля расхода проб; регулировочные краны 9 - для установки изокинетического отбора пробы через трубки 1 и 2; влагомеры 7 и 8 - для определения воды в пробах, транспортируемых раздельно по трубопроводу 4, отбираемых через трубки 1 и 2; насос 10 служит для создания необходимого перепада давления для обеспечения отбора проб через трубки 1 и 2 и их транспортировки по трубопроводу 4.

Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, чертеж, работает следующим образом. Из потока трубопровода 3 отбирают пробы - одну получают через трубку 2 только с нижнего уровня потока трубопровода 3, вторую получают поочередно с известных уровней отбора пробы, изменение уровней отбора производят при помощи штурвала 12, пробы отбирают под воздействием избыточного давления, создаваемого в трубопроводе 4 при помощи насоса 10; через трубки 1 и 2 устанавливают изокинетический отбор - регулировку производят при помощи кранов 9, контроль - при помощи расходомеров 5 и 6; транспортируемые таким образом пробы по трубопроводу 4 анализируют раздельно при помощи влагомеров 7 и 8; потоки проб, прошедших влагомеры 7 и 8, далее по трубопроводу 4 возвращают назад - в трубопровод 3.

Для испытаний было изготовлено устройство для отбора проб жидкости из трубопровода 3, чертеж, с приводимыми ниже расчетными параметрами.

Трубопровод 3 - горизонтальный, внутренний диаметр - 105 мм; диаметр тоубок 1 и 2 - 16 мм; влагомеры 7 и 8 - УДВН (изготовитель ООО “Годсиб”, г.Фрязино), расходомеры 5 и 6 - лопастные, тип - “Turbokwant”, диаметр трубопровода 4-25 мм. Были выбраны 3 уровня отбора пробы по диаметру трубопровода, как это принято по стандарту ASTM [1]: 25 мм от нижней стенки трубопровода 3, центральная часть трубопровода 3, 25 мм от верхней стенки трубопровода 3.

Жидкость трубопровода 3 представляла собой нефтяную эмульсию с содержанием воды 0,4% - 2,5% об., при этом обводненноть потока в первой серии экспериментов была постоянной и составляла 0,4%, во второй и третьей сериях экспериментов было смоделировано изменение обводненности потока - она была увеличена соответственно с 0,4% до 1,7% и с 1,7% до 2,5% - во второй серии экспериментов обводненность потока изменили, когда уровень отбора пробы меняли с верхнего на центральный уровень отбора, а в третьей серии экспериментов обводненность потока изменили, когда уровень отбора изменяли с центрального на нижний. Скорость потока в трубопроводе 3 составляла 1,2; 2,8; 3,6 и 4,5 м/с.

Данные испытаний заявляемого способа и устройства отбора проб жидкости из трубопровода 3 сведены в таблицу 1. Они наглядно демонстрируют, что по результатам анализа проб, полученных по известной технологии отбора [3-4], нельзя судить об обводненности потока в трубопроводе в целом и об относительном распределении воды в поперечном сечении потока трубопровода. Действительно, для прототипа [3-4] в первой серии экспериментов, когда обводненность потока в трубопроводе была постоянной во время поочередного отбора пробы с трех уровней - верхнего, центрального и нижнего, - результаты анализа проб с различных уровней характеризуют относительное распределение воды в поперечном сечении потока и данные испытаний сравниваемых решений совпадают. Но это, как показывают данные второй и третьей серий экспериментов, всего лишь случайность. При моделировании изменения обводненности (общая) потока во второй серии экспериментов, когда ее увеличили с 0,4% до 1,7% во время изменения уровня отбора с верхнего на центральный, анализ потока по прототипу [3-4] на этот период времени не проводится с постоянного уровня отбора. И, таким образом, увеличение обводненности потока по прототипу [3-4] в последующих экспериментах второй серии будет характеризоваться не за счет увеличения общей обводненности потока, а за счет изменения последующего уровня отбора пробы. То есть результаты по относительной обводненности потока на основе полученных данных будут просто не корректны. Аналогичная картина в третьей серии экспериментов для прототипа [3-4] - когда было смоделировгчо изменение обводненности потока в период времени, когда уровень отбора меняли с центрального на нижний, обводненность потока была изменена с 1,7 до 2,5%. Таким образом, прототип [3-4] не может зафиксировать изменение обводненности потока трубопровода при изменении уровня отбора проб и поэтому нелогично использовать данные анализа проб для оценки относительной обводненности потока на уровнях отбора проб. Напротив, заявляемый способ позволяет осуществлять контроль за обводненностью потока посредством отбора пробы второй пробозаборной трубкой. Изменение результатов анализа пробы от второй - контрольной - пробозаборной трубки при помощи поточного влагомера автоматически укажет на изменение обводненности всего потока (вследствие его турбулентности). Для заявляемой технологии отбора пробы во второй и третьей сериях экспериментов были отобраны после стабилизации обводенности потока по поточному влагомеру, последовательно соединенным со второй пробозаборной трубкой. Очевидно, что по полученным результатам для заявляемой технологии отбора проб можно дать строгую оценку об относительном распределении воды в потоке на уровнях отбора проб. Этому способствует также оперативность проведения анализов благодаря быстрому изменению уровня отбора пробы при помощи штурвала и применению поточных средств измерений параметров потока, в частности влагомеров, при котором время анализа потока сокращено до времени отбора пробы с заданного уровня.

Заявляемый способ отбора проб и устройство для его осуществления промышленно применимы ввиду применения устройств, узлов, серийно выпускаемых отечественной промышленностью.

Источники информации

1. Способ отбора проб жидкости из трубопровода. ASTM D 4177-95. Руководство по автоматическому отбору проб нефти и нефтепродуктов, табл. 1-2.

2. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода. ASTM D 4177-95. Руководство по автоматическому отбору проб нефти и нефтепродуктов, табл. 1-2.

3. Способ отбора проб жидкости из трубопровода. RU 2118747 С1, МПК F 17 D 3/00.

4. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода. RU 2118747 С1, МПК F 17 D 3/00.

Таблица 1 Результаты сравнительных испытаний заявляемого и прототипа способов и устройств, их реализующих
Обводненность потока постоянна и равна 0,4% об.
Скорость потока, v=1,2 м/с
Содержание воды по пробе, % об., на уровне отбора
Верхний	Центральный	Нижний
Заявляемый	Прототип	Заявляемый	Прототип	Заявляемый	Прототип
0,2	0,2	0,3	0,3	0,6	0,6
Скорость потока, v=2,8 м/с
0,3	0,3	0,5	0,5	0,4	0,4
Скорость потока, v=3,6 м/с
0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
Скорость потока, v=4,5 м/с
0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
Обводненность потока в период изменения с верхнего на центральный уровень увеличилась с 0,4% до 1,7% об.
Скорость потока, v=1,2 м/с
1,4	0,2	1,5	1,5	1,9	1,9
Скорость потока, v=2,8 м/с
1,5	0,3	1,8	1,8	1,6	1,6
Скорость потока, v=3,6 м/с
1,7	0,4	1,7	1,7	1,7	1,7
Скорость потока, v=4,5 м/с
1,7	0,4	1,7	1,7	1,7	1,7
Обводненность потока в период изменения с центрального на нижний уровень увеличилась с 1,7% до 2,5% об.
Скорость потока, v=1,2 м/с
2,1	1,4	2,2	1,5	2,9	2.9
Скорость потока, v=2,8 м/с
2,3	1,5	2,6	1,8	2,6	2,6
Скорость потока, v=3,6 м/с
2,4	1,7	2,6	1,7	2,5	2,5
Скорость потока, v=4,5 м/с
2,5	1,7	2,5	1,7	2,5	2,5

1. Способ отбора проб жидкости из трубопровода, при котором осуществляют размещение в трубопроводе заборного элемента в виде пробозаборных трубок и отбор через него с заданных уровней частей потока проб с известными расходами и производят анализ параметров потока, отличающийся тем, что осуществляют отбор проб первой пробозаборной трубкой для поочередного отбора проб с заданных уровней и отбор проб второй пробозаборной трубкой, установленной на заданных уровнях, осуществляют контроль качества отбираемых проб второй пробозаборной трубкой посредством поточного влагомера и затем осуществляют сравнение проб, получаемых первой и второй пробозаборными трубками, для анализа потока жидкости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение параметров потока осуществляют поточными средствами.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что пробы после определения параметров возвращают в трубопровод.

4. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, включающее заборный элемент для отбора проб с различных уровней в виде двух пробозаборных трубок, установленный по диаметру трубопровода, и вспомогательный трубопровод, последовательно подключенный к заборному элементу, отличающееся тем, что первая из двух пробозаборных трубок предназначена для поочередного отбора проб с различных уровней и связана с приводом ее перемещения, а вторая пробозаборная трубка предназначена для отбора проб на заданных уровнях и связана вспомогательным трубопроводом с влагомером.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что анализаторами проб служат поточные средства измерения параметров.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что средства контроля параметров потока обвязаны с трубопроводом для возврата пробы после анализа ее параметров назад в трубопровод.