Способ отбора проб жидкости из трубопровода и устройство для его осуществления

Изобретение относится к технологии и технике отбора проб жидкости из трубопровода и может найти применение в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров перекачиваемой по трубопроводам жидкости. В способе отбора проб жидкости из трубопровода осуществляют соединение автоматического пробоотборника из трубопровода каналом, отбирают автоматическим пробоотборником через этот канал порции проб, и транспортируют пробы через систему полостей в автоматическом пробоотборнике. Отбор пробы осуществляют при транспортировке порций проб через каналы из условия сохранения коэффициента сжимаемости жидкости и отсутствия накопления газовой фазы в полостях автоматического пробоотборника. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода включает автоматический пробоотборник для отбора порций проб и канал, соединяющий трубопровод с автоматическим пробоотборником для отбора порций проб автоматическим пробоотборником из трубопровода, и пробосборник для сбора порций проб, отбираемых автоматическим пробоотборником из трубопровода. Полости автоматического пробоотборника для транспортировки порций проб из трубопровода в пробосборник соединяют посредством каналов, размер которых выбирается из условия поддержания коэффициента сжимаемости жидкости и отсутствия накопления газовой фазы. Изобретение обеспечивает представительный отбор проб и более точный количественный и качественный учет перекачиваемой по трубопроводам жидкости. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии и технике отбора проб 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 трубопроводе пробозаборного элемента из одной пробозаборной трубки с загнутым концом, которую располагают на оси трубопровода входным отверстием навстречу потоку; ручной отбор пробы пропорционально расходу потока трубопровода, при котором скорость отбора составляет не менее половины и не более двойной средней скорости потока трубопровода [1].

Известно устройство для реализации данного способа, включающее пробозаборный элемент в виде одной пробозаборной трубки с загнутым концом, которую устанавливают на оси трубопровода входным отверстием навстречу потоку [2].

Недостаток известной техники отбора проб - невысокая представительность пробы, когда содержание включений в потоке непрерывно изменяется.

Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода (основного), при котором производят размещение на трубопроводе заборного элемента, прокачку под воздействием избыточного давления через заборный элемент и последовательно соединенный с ним канал (систему каналов) части потока трубопровода, отбор порций проб из канала при помощи автоматического пробоотборника в пробосборник, при котором в период отбора пробы их транспортируют с изменяющейся более чем на порядок скоростью через систему полостей в автоматическом пробоотборнике, состыкованных друг с другом отверстиями между каналом и камерой дозатора [3] (прототип способа).

Известно устройство для реализации данного способа, включающее заборный элемент, установленный в трубопроводе (основном), последовательно соединенный с каналом (системой каналов) для прокачки по нему части жидкости основного трубопровода, отбираемую через заборный элемент основного трубопровода под воздействием избыточного давления; автоматический пробоотборник для отбора в пробосборник порций проб, при котором в период отбора пробы их транспортируют через систему полостей в автоматическом пробоотборнике, состыкованных друг с другом отверстиями между каналом и камерой дозатора, площадь поперечного сечения которых изменяется более чем на порядок [4] (прототип устройства).

Недостаток данных технологии и техники отбора проб - низкая представительность пробы, когда в потоке может присутствовать газ. При отборе одной порции пробы (называемой также точечной пробой) ее транспортируют через систему полостей в автоматическом пробоотборнике, состыкованных друг с другом отверстиями между каналом и камерой дозатора, площадь поперечного сечения которых изменяется более чем на порядок. Поэтому и скорость движения порции пробы также изменяется более чем на порядок. Это приводит к большому разряжению и вскипанию пробы, выделению газовой фазы, ее накоплению в период между отбором точечных проб (3-5 мин) в полостях автоматического пробоотборника, предназначенных для транспортировки пробы. Наличие газа в этих полостях изменяет коэффициент сжимаемости жидкости и, поскольку объем полостей для транспортировки порции пробы в автоматическом пробоотборнике оказывается сравним с объемом камеры дозатора, нарушается пропорциональность между расходом отбираемой пробы и расходом потока трубопровода. Это определяет низкую представительность объединенной пробы (получаемой смешением порций проб в проб в сборнике).

Техническим результатом данного изобретения является повышение представительности пробы.

Для достижения технического результата в способе отбора проб жидкости из трубопровода, при котором осуществляют соединение автоматического пробоотборника и трубопровода каналом, отбор автоматическим пробоотборником через канал порций проб, при котором их транспортируют через систему полостей в автоматическом пробоотборнике, согласно изобретению, отбор пробы осуществляют при транспортировке порций проб через каналы из условия сохранения коэффициента сжимаемости жидкости и отсутствия накопления газовой фазы в полостях автоматического пробоотборника.

В заявляемом способе изменение средней скорости транспортировки порций проб через систему полостей от канала, соединяющего автоматический пробоотборник, до камеры дозатора, снижено на порядок (по сравнению со способом прототипом [3]). На порядок снижен и объем этих полостей. Это качественно изменяет гидродинамику пробы в полостях пробоотборника - устраняется резкое изменение перепада давления в полостях, устраняются зоны, в которых мог бы скапливаться газ. В результате прекращается выделение газа или оно незначительно и он не скапливается и не запирается в полостях для транспортировки порций проб в автоматическом пробоотборнике. Восстанавливается коэффициент сжимаемости жидкости и как следствие пропорциональность между расходом отбираемой точечной пробы и расходом потока трубопровода. Поэтому при осуществлении заявляемого способа (в отличие от прототипа [3]) автоматический пробоотборник отбирает представительные порции пробы. В результате проба (объединенная), полученная по заявляемому способу, будет более представительная, нежели проба (объединенная), полученная по способу прототипу [3].

Таким образом, осуществление перечисленных операций заявляемого способа позволит по сравнению со способом прототипом [3] повысить представительность пробы.

Применение заявляемого способа позволит осуществлять более точный количественный и качественный учет перекачиваемой по трубопроводам жидкости, осуществляемый по совокупности параметров, уменьшить потери при товарно-коммерческих операциях.

Для достижения технического результата при реализации заявляемого способа используют устройство, которое включает автоматический пробоотборник для отбора порций проб, канал, соединяющий трубопровод с автоматическим пробоотборником для отбора порций проб автоматическим пробоотборником из трубопровода, пробосборник для сбора порций проб, отбираемых автоматическим пробоотборником из трубопровода, согласно изобретению полости автоматического пробоотборника для транспортировки порций проб из трубопровода в пробосборник соединяют посредством каналом, размер которых выбирается из условия поддержания коэффициента сжимаемости жидкости и отсутствия накопления газовой фазы.

Выполнение полостей автоматического пробоотборника для транспортировки порций проб из трубопровода в пробосборник, их соединение между собой из условия, исключающего выделение и накопление в них газа, обеспечивается благодаря выравниванию поперечного сечения полостей при отсутствии у полостей уклона или перехода вверх от канала, связывающего автоматический пробоотборник с трубопроводом (диапазон изменения диаметра в полостях в заявляемом устройстве снижен на порядок по сравнению с прототипом [4], для чего в примере при реализации способа полости автоматического пробоотборника выполняют, чтобы средняя скорость движения пробы в полостях между каналом и камерой дозатора пробоотборника была одинаковая или отличалась от таковой не более чем в 2-5 раз). В результате выделение и накопление газа в полостях прекращается или оно незначительно. Благодаря этому восстанавливается пропорциональность между расходом отбираемой точечной пробы и расходом потока трубопровода и обеспечивается представительный отбор порций проб (в отличие от прототипа [4]). В результате объединенная проба будет более представительной для заявляемого устройства, нежели для устройства-прототипа [4].

Таким образом, благодаря выполнению элементов заявляемого устройства из указанных условий отбор пробы будет более представительный (в отличие от устройства-прототипа [4]).

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

Заявляемый способ отбора проб жидкости из трубопровода осуществляется следующим образом.

В трубопроводе, по которому транспортируют жидкость, осуществляют соединение автоматического пробоотборника и трубопровода каналом, через который автоматическим пробоотборником из трубопровода отбирают порции проб в пробосборник, при этом обеспечивают транспортировку порций проб по полостям в автоматическом пробоотборнике, исключающую выделение и накопление газовой фазы в полостях автоматического пробоотборника. Отобранную в пробосборник пробу направляют на анализ составляющих ее компонентов.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

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

Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода включает канал 1, который соединяет трубопровод 2 через тройник 3 с автоматическим пробоотборником 4, в котором в момент отбора порции пробы ее транспортируют через систему полостей 5-6-7, состыкованных друг с другом в момент отбора пробы отверстиями, поршень 8, дозатор 9, пробосборник 10, вспомогательные каналы 11 и 12, ограничитель хода 13 дозатора 9, диафрагму 14, расположенную в трубопроводе 2 между точками соединения канала 1 с трубопроводом 2.

Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, см. чертеж, предназначено для отбора через тройник 3 порции проб в пробосборник 10 из части потока трубопровода 2, протекающего по каналу 1 (избыточное давление, обеспечивающее движение жидкости по каналу 1, создается при помощи диафрагмы 14). Каналы 11 и 12 служат для создания перепада давления в камере 15 дозатора 9 для обеспечения периодического перемещения порции пробы из канала 1 через систему полостей 5-6-7 сначала в камеру 15, а затем в пробосборник 10 при периодическом перемещении поршня 8 автоматического пробоотборника 4 вниз и вверх. Ограничитель хода 13 дозатора 9 служит для регулировки объема порции пробы, отбираемой в пробосборник 10 за один цикл работы автоматического пробоотборника 4.

Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, см. чертеж, работает следующим образом.

При транспортировке потока по трубопроводу 2 часть потока под воздействием избыточного давления, создаваемого в трубопроводе 2 при помощи диафрагмы 14, поступает в канал 1. При помощи ограничителя хода 13 дозатора 9 устанавливают необходимый объем для отбора порции пробы в пробосборник 10 за один цикл работы (включения) автоматического пробоотборника 4. При включении автоматического пробоотборника 4 поршень 8 перемещается вниз и образует сообщающуюся систему полостей 3-5-6-7-15, которая соединяет канал 1 и камеру 15 дозатора 9. Под воздействием перепада давления между каналом 11 камерой 15 дозатор 9 перемещается вправо и в камеру 15 по системе полостей 3-5-6-7 поступает порция пробы, скорость которой вдоль полостей 3-5-6-7 одинакова или отличается от нее в 2-5 раз. Далее поршень 8 автоматического пробоотборника 4 поднимается верх, при этом восстанавливается сообщение пробосборника 10 с камерой 15 дозатора 9 через каналы 7-16. Под воздействием перепада давления в каналах 12 и 16 дозатор 9 перемещается влево. Порция пробы из камеры 15 при этом выталкивается через канал 7 в канал 16 и далее в пробосборник 10. Воздух из пробосборника вытесняется через канал 17 в пробосборнике 10 и завершается один цикл работы автоматического пробоотборника 4. Таким образом автоматический пробоотборник отбирает пробу в пробосборник 10.

Для испытаний было использовано устройство для отбора проб жидкости из трубопровода фиг.1 с приводимыми ниже параметрами.

Трубопровод 2 - вертикальный с внутренним диаметром в 20 мм. Внутренний диаметр каналов 1-6 мм. Жидкость трубопровода 2 представляла собой нефтяную эмульсию с содержанием воды 0,10-9,3 об.%; вязкость безводной нефти при 20°С составляла 24-98 сП; скорость потока трубопровода 2 - 2,1-2,5 м/с. В заявляемом и прототипе [4] устройствах использовался автоматический пробоотборник "Проба-1M" (Изготовитель завод "БОЗНА", г. Бугульма, Татарстан), нашедший широкое применение на нефтепромыслах, устройство которого совершенно аналогично заявляемому. Отличие - в конструкции полости 6 поршня 8. Для заявляемого устройства полость 6 представляла собой канал диаметром 4 мм, для прототипа [4] - камеру с зоной для скопления газа в верхней ее части, поперечное сечение которой более чем на два порядка больше поперечного сечения канала диаметром в 4 мм. Диаметры каналов 3, 5, 16 у сравниваемых устройств были одинаковыми (приблизительно - 3 мм).

Сравнительные испытания заявляемых способа и устройства отбора проб жидкости из трубопровода были проведены с использованием реализованных на нефтепромыслах способа отбора проб [3] и устройства отбора проб [4] - данные сведены в табл. 1. Распределение включений в поперечном сечении трубопровода 2 было равномерное, поскольку поток в трубопровод 2 поступал после насоса.

Данные сравнительных испытаний табл.1 свидетельствуют, что при одинаковом положении ограничителя хода 13 дозатора 9 (объем камеры 15 для приема порции пробы одинаков для заявляемого и прототипа [4] устройств), одинаковом интервале времени между отбором точечных проб (5 мин), объем и качество пробы в пробосборнике 10 оказывается различным: для заявляемой технологии объем отобранной пробы более стабильный, нежели для прототипа пропорциональность расходу и, как следствие, более высокую представительность пробы обеспечивает только заявляемая технология. Таким образом данные экспериментов свидетельствуют о правильности заложенных в заявляемую технологию отбора проб решений - объем полостей 5-6-7 для транспортировки точечной пробы в автоматическом пробоотборнике 4 до камеры 15 дозатора должен быть незначительным и скорость движения точеной пробы через систему этих полостей не должна резко изменяться, чтобы не происходило вскипание пробы и выделение из нее газа, нарушающего пропорции отбора порций проб.

Заявляемый способ отбора проб и устройство для его осуществлений промышленно применимы - они не требуют коренной реконструкции существующих узлов учета перекачиваемых по трубопроводам жидкостей, а необходимые для реализации заявляемой техники изменения могут был проведены силами производственников, обслуживающих эти системы.

Источники информации

1. Способ отбора проб жидкости из трубопровода. / ГОСТ 2517-85. п.2.1.13.1.3, 2.13.1.7.

2. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода./ ГОСТ 2517-85, п.2.13.1.7, черт.14.

3. Способ отбора проб жидкости из трубопровода. / ГОСТ 2517-85, п.п.2.13.1.1, 2.13.2.1, 2.13.4.

4. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода. / ГОСТ 2517-85, п.п.2.13.1.1, 2.13.4.

Таблица 1
№эксперимента	Суточный объем пробы в пробосборнике 10, см3	Суточная обводненность потока, об.%
Расчетный	Заявляемый	Прототип	Истинная	Заявляемый	Прототип
1	2880	2790	2420	0,5	0,4	0,3
2	-"-	2840	1450	7,8	7,1	5,8
3	-"-	2670	1940	6,3	5,2	4,3
4	-"-	2710	2100	2,4	2,1	1,6
5	-"-	2800	2350	0,9	0,8	0,5
6	-"-	2910	2680	0,1	0,05	0,03
7	-"-	2750	1880	4,7	4,3	3,1
8	-"-	2800	2270	9,3	8,1	6,8
9	-"-	2790	2450	1,2	0,8	0,5
10	-"-	2710	1670	5,4	4,5	3,6
11	-"-	2890	1850	3,7	3,1	2,5
12	-"-	2820	2480	0,15	0,12	0,09
13	-"-	2810	2050	2,2	1,5	1,2
14	-"-	2760	1730	4,9	4,8	2,8
15	-"-	2900	2450	3,3	3,0	2,1
16	-"-	2690	1350	4,2	3,8	3,1
17	-"-	2780	2130	2,7	2,5	2,0
18	-"-	2800	2090	3,1	2,5	1,8
19	-"-	2780	1650	3,2	2,4	2,3
Среднее значение	2880	2789,4	2052,1	3,48	3,00	2,34

1. Способ отбора проб жидкости из трубопровода, при котором осуществляют соединение автоматического пробоотборника и трубопровода каналом, отбор автоматическим пробоотборником через этот канал порций проб, при котором их транспортируют через систему полостей в автоматическом пробоотборнике, отличающийся тем, что отбор пробы осуществляют при транспортировке порций проб через каналы из условия сохранения коэффициента сжимаемости жидкости и отсутствия накопления газовой фазы в полостях автоматического пробоотборника.

2. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, которое включает автоматический пробоотборник для отбора порций проб, канал, соединяющий трубопровод с автоматическим пробоотборником для отбора порций проб автоматическим пробоотборником из трубопровода, пробосборник для сбора порций проб, отбираемых автоматическим пробоотборником из трубопровода, отличающееся тем, что полости автоматического пробоотборника для транспортировки порций проб из трубопровода в пробосборник соединяют посредством каналов, размер которых выбирается из условия поддержания коэффициента сжимаемости жидкости и отсутствия накопления газовой фазы.