Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода



Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода
Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода
Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода
Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода

 

G01N1/10 - Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (разделение материалов вообще B01D,B01J,B03,B07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например B01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов C12M,C12Q; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов F01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см. G01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание

Владельцы патента RU 2496101:

Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина (RU)

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при отборе проб жидкости из трубопровода. Устройство включает пробозаборную трубку, смонтированную в трубопроводе перпендикулярно движению потока и имеющую входное отверстие щелевидной формы со стороны движения потока. Во входном отверстии щели выполнены по горизонтали по всей высоте трубопровода и направлены навстречу потоку жидкости Глубина щелей меняется от малой вблизи стенок трубопровода до наибольшей вблизи оси трубопровода. Напротив входного отверстия в пробозаборной трубке выполнена вертикальная щель. 1 табл., 4 ил.

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при отборе проб жидкости из трубопровода.

Известно устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, включающее пробозаборные трубки, установленные вертикально по диаметру трубопровода. Оси отверстия трубок расположены параллельно оси трубопровода и направлены навстречу потоку. Противоположные концы трубок входят в смесительную камеру, из которой отобранная проба поступает в блок качества. Диаметры отборных трубок удовлетворяют соотношению 13:10:6:10:13 (Пробоотборник. ГОСТ 2517-85 (п.2.13, черт.15).

Однако известное устройство имеет невысокую представительность отбираемых проб.

Известно устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, содержащее пробозаборную трубку, смонтированную в трубопроводе перпендикулярно движению потока и имеющую входное отверстие щелевидной формы со стороны движения потока, профиль которого выбран из условия поступления под избыточным давлением жидкости из трубопровода пропорционально ее расходу на каждом элементарном горизонтальном сечении трубопровода с одинаковым коэффициентом пропорциональности и со средней скоростью на входе в пробозаборную трубку, равной средней скорости потока в трубопроводе (Авторское свидетельство СССР №1700424, кл. G01N 1/10, 1991).

Однако в известном устройстве пробозаборный элемент имеет большую металлоемкость, а также его гидравлическое сопротивление достаточно велико. В известном устройстве в пробозаборной трубке установлен стабилизатор скорости потока, однако такое размещение стабилизатора уменьшает проходное сечение пробозаборного элемента и увеличивает гидравлическое сопротивление. В результате может оказаться технически сложно обеспечить изокинетический отбор пробы (особенно при большой скорости потока трубопровода). И высокое качество получаемой при этом пробы не всегда может быть гарантировано.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, включающее пробозаборную трубку, смонтированную в трубопроводе перпендикулярно движению потока и имеющую входное отверстие щелевидной формы со стороны движения потока, профиль которого выбран из условия поступления под избыточным давлением жидкости из трубопровода пропорционально ее расходу на каждом элементарном горизонтальном сечении трубопровода с одинаковым коэффициентом пропорциональности, со средней скоростью на входе в пробозаборную трубку, равной средней скорости потока в трубопроводе, диаметр и длина пробозаборной трубки выбраны из соотношения 1:(12-30) (Патент РФ №2085893, опубл. 27.07.1997 - прототип).

Недостатком известного устройства является нарушение кинетики движения потока жидкости в трубопроводе, накопление нефтяной фазы в устройстве, что искажает состав пробы и приводит к неточностям при определении состава пробы.

В предложенном изобретении решается задача повышения однородности пробы и тем самым повышения точности определения состава пробы.

Задача решается тем, что в устройстве для отбора проб жидкости из трубопровода, включающем пробозаборную трубку, смонтированную в трубопроводе перпендикулярно движению потока и имеющую входное отверстие щелевидной формы со стороны движения потока, согласно изобретению во входном отверстии щелевидной формы щели выполнены по горизонтали по всей высоте трубопровода и направлены навстречу потоку жидкости, глубина щелей меняется от малой вблизи стенок трубопровода до наибольшей близи оси трубопровода, напротив входного отверстия в пробозаборной трубке выполнена вертикальная щель.

Сущность изобретения

Эффективность разработки продуктивного пласта, рентабельность эксплуатации скважины, своевременное принятие решений по обработке призабойной зоны пласта скважины, ремонту скважины, оценки эффективности новых технологий непосредственно связаны с получением достоверной информации о содержании нефти и воды в добываемой продукции скважины. Решение проблемы постоянного контроля за содержанием нефти и воды в продукции скважины до сих пор остается актуальным не смотря на имеющиеся в настоящее время технические решения данной проблемы. Существующие пробозаборные устройства щелевого типа ориентированы навстречу потоку жидкости. Недостатками этих устройств являются неполный охват сечения жидкости, отсутствие сквозного прохождения потока, что влечет за собой отложение нефти в устройстве.

Основными условиями отбора качественной пробы продукции скважины является отбор пробы со всего сечения потока жидкости в трубопроводе в однородном или смешанном потоке, без нарушения кинетики движения, без накопления нефтяной фазы в самом пробозаборном устройстве. В предложенном устройстве решается задача повышения однородности пробы и тем самым повышения точности определения состава пробы. Задача решается устройством, представленным на фиг.1-4.

Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода включает пробозаборную трубку 1, смонтированную в трубопроводе 2 перпендикулярно движению потока 3 и имеющую входное отверстие в виде горизонтальных щелей 4 со стороны движения потока 3. Горизонтальные щели 4 выполнены по горизонтали по всей высоте трубопровода 2. Глубина горизонтальных щелей 4 меняется от малой 5 вблизи нижней и верхней точки до наибольшей 6 вблизи оси трубопровода 2. Напротив горизонтальных щелей 4 в пробозаборной трубке 1 выполнена вертикальная щель 7.

Под местом размещения пробозаборной трубки 1 к трубопроводу 2 приварена муфта 8 с образованием сварного шва 9. На муфту 8 навернута пробозаборная трубка 1. Пробозаборная трубка 1 снабжена законтренной контрагайкой 10 меткой 11. Метка 11 и горизонтальные щели 4 направлены навстречу потоку продукции скважины 3. Пробозаборный кран 12 навернут на выходной штуцер 13 пробозаборной трубки 1, который сообщен с внутренним объемом 14 пробозаборной трубки 1.

Устройство работает следующим образом.

Производят монтаж устройства. Скважину останавливают. На выкидном трубопроводе 2 скважины в месте монтажа устройства вырезают «окно». Под вырезанным отверстием тела трубопровода 2 приваривают сварным швом 9 муфту 8. На муфту 8 наворачивают пробозаборную трубку 1. Пробозаборную трубку 1 устанавливают строго по метке 11 и контрят контргайкой 10. Метка 11, а следовательно, и горизонтальные щели 4, направлены навстречу потоку продукции скважины 3. На выходной штуцер 14 пробозаборной трубки 1 наворачивают пробозаборный кран 12. Скважину запускают в работу, проверяют герметичность места сварки 9 и пробозаборной трубки 1. Поток продукции скважины 3 проходит через горизонтальные щели 4 и вертикальную щель 7. При этом происходит переход ламинарного потока в турбулентный. Происходят перемешивание слоев потока, нормализация потока. Отбор пробы продукции скважины 3 осуществляют открытием пробозаборного крана 12 и сливом продукции скважины 3 в стандартную стеклянную посуду (не показана). При открытии пробозаборного крана 12 продукция скважины 3 проходит через горизонтальные щели 4, внутренний объем 14 пробозаборной трубки 1, пробозаборный кран 12 в стандартную стеклянную посуду, и одновременно часть потока проходит через вертикальную щель 7. Отбор пробы при этом осуществляют со всего сечения потока продукции скважины 3, не нарушая кинетику движения. После отбора пробы пробоотборный кран 12 закрывают.

В предложенном устройстве достигается высокая однородность пробы и тем самым повышается точность определения состава пробы. За счет наличия горизонтальных и вертикальной щелей сохраняется кинетика движения потока жидкости в трубопроводе, отсутствует накопление нефтяной фазы в устройстве.

Выбор типоразмера устройства зависит от дебита скважины и определяется исходя из возможности создания турбулентного потока в зоне отбора пробы, в зависимости от расчетного проходного сечения по условному диаметру трубопровода и объема жидкости.

Пример конкретного выполнения

Известно, что турбулентный поток жидкости обеспечивается при числе Рейнольдса Re≥2320, которое определяется по формуле:

Re=V*D/v,

где V- скорость движения жидкости, м/с,

D - диаметр трубы, м,

v - кинематическая вязкость, м2/с.

V=Qж/ S*86400,

где Qж - дебит проходящей жидкости, м3/сут,

S - площадь поперечного сечения трубы, м2,

S=π*D2/4=0.785*D2

v=µжж,

где µж - динамическая вязкость жидкости, Па*с,

ρж - плотность жидкости кг/м3.

Динамическая вязкость нефти известна по каждому объекту разработки в мПа*с (Па*с*10-3). Однозначного определения вязкости жидкости (µж) расчетным путем нет, все формулы являются приближенными и зависят от свойств нефти, воды и газа в продукции скважины. Поэтому в расчетах при определении критерия подбора устройства и места установки на устье скважины в зависимости от дебита скважины вязкость жидкости µж принимается ≈ 15*10-3Па*с.

Число Рейнольдса после преобразования:

Re=V*D/ v=V*D*ρжж=4* Qж* ρж/ π*D* µж*86400=Qж* µж/D* µж*67824

Условный диаметр трубопровода в зоне отбора определяется из расчета свободного проходного сечения после установки пробозаборной трубки: Dy=(√Sтp-Sщпз+ Sв.щпз /0,785) мм или Dy=(√Sтp-ΔSщпз/0,785),

где Sтp - сечение трубы без пробозаборной трубки, мм2,

Sщпз - сечение пробозаборной трубки, перекрывающее общее сечение трубы, мм2,

Sв.щпз - сечение вертикальной щели пробозаборной трубки, выходное, мм2.

Sтp=π*Dтp2/4=0.785*Dтp2;

Sщпз=h3*dн.щпз, или Sщпз=Dвн.тp*dн.щпз;

где h3 - высота пробозаборной трубки ≈ Dвн.трв внутреннему диаметру трубы, мм,

dн.щпз - наружный диаметр прозаборной трубки, мм,

Sв.щпз - Lв Вщ,

где Lв - высота вертикальной щели, мм,

вщ - ширина вертикальной щели, мм

или Dy=(√0.785* Dв.тр2-Dв.тp*dн.щпз+Lвщ/0,785) мм.

Критерии применения различных устройств для отбора жидкости (щелевых пробозаборников) в зависимости от дебита скважины.

1. Щелевой пробозаборник - 100, место установки манифольд устья скважины, диаметр трубопровода равен 100 мм.

Исходные данные:

Dтр=100 мм; dнщпз=24 мм; dв.щпз=18 мм; Lв.щпз=93 мм; вщ=3 мм; sщ=3 мм - шаг

горизонтальных щелей.

Dy=(√0,785*1002-100*24+93*3/0,785)=85 мм,

тогда Qж.min=2320*0,085*15*67,824/1000=200 м3/сут;

при µж=15*10-3Па*с ρж=1000 кг/м3.

2. Щелевой пробозаборник - 50, место установки - арматура или манифольд устья скважины, диаметр трубопровода равен 50 мм.

a) Dтр=50 мм; dнщпз=16 мм; dв.щпз=10 мм; Lв.щпз=46 мм; вщ=2 мм; sщ=2 мм - шаг горизонтальных щелей.

Dy=(√0,785*502-50*16+46*2/0,785)=40 мм

Qж.min=2320*0,04*15*67,824/1000=94 м3/сут

б) dнщпз=22 мм; dв.щпз=18 мм; Lв.щпз=25 мм; вщ=2 мм; sщ=3 мм.

Dy=(√0,785*502-50*22+25*2/0,785)=34 мм

Qж.min=80 м3/сут

Методика расчета щелей

В зависимости от дебита жидкости, обводненности продукции, давления в трубопроводе, места установки щелевого пробозаборника выбираются наружный и внутренний диаметр пробозаборной трубки, количество горизонтальных щелей, их ширина и шаг между щелями, а также высота и ширина вертикальной щели.

Площади горизонтальных щелей рассчитываются из условия пропорциональности площади потока жидкости по сечению трубы к площадям щелей пробозаборной трубки соответственно на уровнях планируемых горизонтальных щелей (горизонтальные плоскости).

Определяется коэффициент пропорциональности сечения потоков жидкости в трубопроводе и в пробозаборной трубке относительно центра трубопровода:

Ks=sо щпз/ Sстр=Lо.щпз*в/ Dо.тр*в=Lо.щпз / Dтp=π* rвн. щпз/ Dтp

где Dо=Dтp - внутренний диаметр трубопровода, мм.

Lo.щпз - длина полуокружности щели по внутреннему радиусу относительно

центра трубопровода, мм.

rвн. щпз - внутренний радиус пробозаборной трубки, мм.

в - планируемая ширина щели, а также воображаемая ширина потока жидкости на этом уровне, мм.

1. Определяются хорды поперечного сечения трубопровода, находящиеся на одной горизонтальной плоскости с горизонтальными щелями,

где xo=Do=Dтp и соответственно хi от 1-ой до N щелей.

2. Определяются длины полуокружностей горизонтальных щелей:

Li=ks*xi

3. При изготовлении пробозаборной трубки в условиях механических мастерских необходимо на каждую горизонтальную щель рассчитать расстояние, показанное на фиг.4:

- от центра пробозаборной трубки до среза щели hi,

- от наружного радиуса пробозаборной трубки до среза щели Δh,

и хорду горизонтальной щели аi,

определяются по формулам:

hi=rвн.щпз*sin{90-(Li*90/π*rвн.щпз)}, мм.

Δhi=rнар.щпз-hi, мм.

a i a i = 2 * ( Δ h i * ( 2 * r в н Δ h i ) ) , м м

4. Высоту вертикальной щели принимаем в пределах Lв.щ~ 0,92-0,93 Dтр, а ширина вертикальной щели не должна быть больше ширины горизонтальных щелей.

Результаты расчетов сводим в таблицу, например для щелевого пробозаборника -100 (см. таблицу №1).

Таблица №1
ЩП3-100 Dтр=100 мм
dнap=24; dвнт=18; Nщ=17; вг=3; вв=3; sг=3; Lвщ=93
№ п/п № щели Хорда трубы
xi
Длина щели (горизонт)
Li
hi Δhi ai Примечание
1 8 26 7 8.2 3.8 6.9
2 7 50 14 6.4 5.6 12.6
3 6 65 18 4.7 7.3 15.2
4 5 75 21 3.5 8.5 16.5
5 4 85 24 2.2 9.8 17.4
6 3 90 25 1.5 10.5 17.7
7 2 95 26 0.8 11.2 17.8
8 1 98 27 0.4 11.6 17.9
9 0 100 28 0 12 18
10 1 98 27 0.4 11.6 17.9
11 2 95 26 0.8 11.2 17.8
12 3 90 25 1.5 10.5 17.7
13 4 85 24 2.2 9.8 17.4
14 5 75 21 3.5 8.5 16.5
15 6 65 18 4.7 7.3 15.2
16 7 50 14 6.4 5.6 12.6
17 8 26 7 8.2 3.8 6.9

Аналогично проводят расчеты по другим типоразмерам щелевых пробозаборников.

При применении заявленного устройства было выявлено точное совпадение множественных измерений с данными контрольных проб, отобранных при остановке потока жидкости в трубопроводе и отборе для анализа части объема остановленной жидкости.

Применение предложенного устройства позволит решить задачу повышения однородности пробы и тем самым повышения точности определения состава пробы

Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, включающее пробозаборную трубку, смонтированную в трубопроводе перпендикулярно движению потока и имеющую входное отверстие щелевидной формы со стороны движения потока, отличающееся тем, что во входном отверстии щели выполнены по горизонтали по всей высоте трубопровода и направлены навстречу потоку жидкости, глубина щелей меняется от малой вблизи стенок трубопровода до наибольшей вблизи оси трубопровода, напротив входного отверстия в пробозаборной трубке выполнена вертикальная щель.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к переработке сыпучих материалов, в том числе содержащих наноструктурированные компоненты, и может быть применено в химической, строительной, пищевой, фармацевтической, радиоэлектронной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, а именно к устройству для отбора проб силоса. Пробоотборник содержит зонд с заостренной режущей кромкой в нижней части, фланец с фаской в верхней, к которому соосно прикреплена штанга меньшего диаметра с мерной шкалой, и извлекатель пробы.

Изобретение относится к устройству для отбора проб уплотненных кормов. Устройство для отбора проб силоса содержит зонд с заостренной режущей кромкой в нижней части, фланец в верхней, к которому жестко прикреплена штанга с мерной шкалой, и извлекатель пробы.

Изобретение относится к области медицины, а именно к патологической анатомии. Для оценки кровоснабжения левой половины толстого кишечника в эксперименте на человеческом трупе проводят поочередное введение раствора красителя в верхнюю брыжеечную артерию, внутренние подвздошные артерии и в нижнюю брыжеечную артерию с последующим визуальным наблюдением за распространением и интенсивностью окрашивания тканей кишечника красителем.

Изобретение относится к области стендовых испытаний газотурбинных авиационных двигателей, а именно к комплексу для отбора проб воздуха из компрессора газотурбинного авиационного двигателя (ГТД).
Изобретение относится к судебной медицине. Для диагностики причины смерти от механической асфиксии проводят секционное исследование головного мозга.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля состава выхлопных газов, определения мощности и выбросов загрязняющих веществ и диагностирования состояния технологических установок.

Изобретение относится к устройству для океанологических и геологических исследований и предназначено для отбора проб воды в придонном слое водоемов с целью изучения состава и концентрации растворенных в воде газов.

Изобретение относится к устройству для автоматического отбора проб в приземном слое атмосферы и может быть использовано при создании техники дистанционного автоматического отбора проб воздуха в приземном слое атмосферы для оценки содержания загрязняющих веществ и динамики их распространения на территориях, прилегающих к наземным стационарным и передвижным источникам загрязнения окружающей среды.

Изобретение относится к нефтегазодобыче и может быть использовано на стадиях строительства, эксплуатации, консервации и ликвидации скважин многопластовых нефтегазоконденсатных месторождений для определения природы углеводородных газов, поступивших в межколонные пространства скважин, или газов бурового раствора.

Изобретение относится к способу исследования, обеспечивающего оценку части природного газа, добываемого из плотных газовых коллекторов, с помощью анализа изотопного состава извлеченного газа и корреляции этого изотопного состава с коэффициентом газоотдачи.

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и предназначено для оперативного исследования пластов бурящихся поисково-разведочных скважин без подъема бурильных труб при проведении исследований.

Изобретение относится к технике отбора глубинных проб в нефтяных и газовых скважинах и предназначено для контроля параметров глубинной пробы без разгерметизации пробоотборной камеры для повышения эффективности процесса доставки пробы из пласта в лабораторию для анализа.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и касается способа и системы для получения характеристик градиентов состава и свойств текучей среды коллектора, представляющего интерес, и анализа свойств коллектора на основе таких градиентов.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к технике отбора глубинных проб. .

Изобретение относится к гидрогеологическим исследованиям скважин и предназначено для отбора глубинных проб жидкости в скважинах. .

Изобретение относится к устройству и способам определения параметров, представляющим свойства пласта и свойства текучей среды пластов подземных коллекторов, конкретно углеводородных коллекторов.

Изобретение относится к области исследований газоконденсатных разведочных и эксплуатационных скважин. .

Изобретение относится к способу планирования и динамического обновления операций отбора проб во время бурения в подземном пласте. Техническим результатом является увеличение эффективности и/или производительности операции отбора проб пластовой текучей среды или работы. Способ включает идентифицирование множества процессов и их параметров, причем процессы включают в себя процессы бурения и отбора проб и параметры включают в себя параметры бурения и отбора проб. Способ также включает обработку параметров для каждого из процессов с помощью спецпроцессора моделирования, создающего прогнозы, связанные с отбором проб в пласте, причем спецпроцессор моделирования включает в себя, по меньшей мере, один из имитатора гидравлической системы ствола скважины, имитатора фильтрационной корки бурового раствора, имитатора пластового течения или имитатора ответной реакции инструмента. Способ также включает систематизацию прогнозов, связанных с отбором проб в пласте, на основании, по меньшей мере, одного из качества текучей среды пробы, продолжительности процесса отбора проб, производительности процесса отбора проб или стоимости отбора проб, и планирование операции отбора проб на основании систематизированных прогнозов. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 15 ил.
Наверх