Способ и устройство для измерения излучательной способности и плотности сырой нефти

Авторы патента:

G01N9/00 - Определение плотности или удельного веса материалов; анализ материалов путем определения их плотности или удельного веса (устройства для взвешивания G01G)

G01N33/28 - масел (пищевых масел или жиров G01N 33/03)

G01K7/00 - Измерение температуры термометрами, действие которых основано на использовании термочувствительных элементов, электрических или магнитных (термометры, дающие иные показания, чем мгновенное значение температуры G01K 3/00; измерение электрических или магнитных величин G01R)

G01J5/00 - Радиационная пирометрия (фотометрия вообще G01J 1/00; спектрометрия вообще G01J 3/00)

Владельцы патента RU 2601225:

АКЕР САБСИ ЛИМИТЕД (GB)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерении плотности сырой нефти в градусах API. Устройство для применения при измерении плотности сырой нефти в градусах API содержит трубопровод (1) для нефти, термопару (4) в трубопроводе для измерения температуры нефти при контакте с ней, сапфировое окно (3) в трубопроводе, инфракрасный термометр (5, 6) для измерения температуры нефти через окно и средство (20) для сравнения измерений температуры, полученных термометрами, с получением меры излучательной способности сырой нефти и, таким образом, ее плотности в градусах API. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится к измерению плотности и, в частности, плотности в градусах АНИ сырой нефти.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Плотность в градусах Американского нефтяного института, или плотность в градусах API, представляет собой меру того, как тяжелую или легкую нефтяную жидкость сравнивают с водой. Она связана с удельной плотностью (УП) линейной зависимостью, плотность в градусах API=141,5/(УП) - 131,5, так что если плотность в градусах API жидкости больше 10, жидкость легче воды и плавает на поверхности воды; если плотность в градусах API жидкости меньше 10, жидкость тяжелее воды и тонет.

Плотность в градусах API используют для сравнения относительных плотностей нефтяных жидкостей. Ее определение представляет собой плотность при температуре 15,6°C. Чем выше плотность в градусах API, тем легче сырая нефть. «Легкая сырая» нефть обычно характеризуется плотностью в градусах API 38 градусов или больше, а «тяжелая сырая» нефть характеризуется плотностью в градусах API 22 градуса или меньше. Сырую нефть с плотностью в градусах API от 22 до 38 градусов обычно называют «сырой нефтью средней плотности». Сырую нефть также характеризуют исходя из содержания серы. «Малосернистую» сырую нефть обычно определяют как нефть с содержанием серы менее 0,5%, тогда как «высокосернистая» сырая нефть характеризуется содержанием серы более 0,5%.

Качество сырой нефти обуславливает уровень обработки и переработки, необходимый для достижения того, что нефтепереработчик видит в качестве оптимальной смеси продуктов. Легкая, малосернистая сырая нефть является более дорогостоящей, чем более тяжелая, высокосернистая сырая нефть, поскольку она требует меньшей обработки, чем более тяжелая, высокосернистая сырая нефть, для получения заданного конечного нефтепродукта.

Таким образом, оперативный дистанционный способ для измерения плотности в градусах API будет полезен для нефтедобывающей промышленности.

Все объекты излучают инфракрасное излучение выше абсолютного нуля согласно закону излучения черного тела. Дистанционное обнаружение температуры объекта требует знания излучательной способности объекта. Под излучательной способностью понимают способность материала излучать тепловое излучение. Каждый материал характеризуется различной излучательной способностью. Излучательная способность материала может находиться в диапазоне от теоретического нуля (абсолютно неизлучающее) до равной теоретической единице (абсолютно излучающее); излучательная способность часто изменяется в зависимости от температуры. Черное тело представляет собой теоретический объект, который будет излучать инфракрасное излучение при его температуре контакта. Если термопара на излучателе-черном теле считывает 50°C, излучение, которое будет выделять черное тело, будет составлять также 50°C. Таким образом, истинное черное тело будет характеризоваться излучательной способностью, равной единице.

Настоящее изобретение основано на факте, что излучательная способность сырой нефти соотносится с ее плотностью в градусах API. При условии, что измерение излучательной способности достаточно точное, оно будет обеспечивать приемлемые показания плотности в градусах API сырой нефти. Изменение излучательной способности сырой нефти относительно плотности в градусах API согласно настоящему изобретению облегчает определение изменения плотности в градусах API путем сравнения различных способов измерения температуры сырой нефти.

Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения контактный термометр, такой как высокоточный термоэлектрический датчик температуры, измеряет фактическую температуру сырой нефти. Второй дистанционный инфракрасный датчик можно откалибровать при помощи того же образца сырой нефти с соответствующей излучательной способностью для измерения одинаковой температуры. Как только сырая нефть протекает мимо обоих датчиков, любое различие в измерениях температуры между дистанционным инфракрасным датчиком (выше дрейфа относительно градуировочной кривой и пределов погрешности) и термоэлектрическим датчиком показывает изменение в излучательной способности сырой нефти и, таким образом, изменение плотности в градусах API.

Краткое описание фигур

На фиг. 1 представлено схематическое изображение измерения разности температур.

На фиг. 2 представлено схематическое изображение измерительной системы.

На фиг. 3 представлена принципиальная схема способа калибровки и измерения согласно настоящему изобретению.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

На фиг. 1 представлено схематическое изображение устройства измерения разницы температур для оценки плотности сырой нефти. В подходящем месте на трубопроводе 1, таком как промысловый трубопровод (или в устройстве измерений на забое), через который сырая нефть 2 может течь, находится окно 3, расположенное так, что можно проводить оптическое измерение сырой нефти в промысловом трубопроводе.

В непосредственной близости к окну 3 также установлен контактный термометр 4 (например, термопара), так что его чувствительный элемент находится в контакте с сырой нефтью. Инфракрасный термометр расположен так, что температуру сырой нефти можно определить через окно 3. Инфракрасный термометр может быть передатчиком и приемником в одном устройстве или, альтернативно, может быть осуществлен (как показано) в виде передатчика 5 с приемником 6 во втором устройстве, причем оба измеряют параметры сырой нефти через сапфировое окно. Инфракрасное излучение от инфракрасного термометра можно фокусировать на сырой нефти при помощи линзы 7, которая может быть сделана из германия. Инфракрасный термометр расположен в кожухе 8, прилегающем к трубопроводу 1 и закрывающем окно 3.

Окно 3 предпочтительно сделано из сапфирового стекла, которое обладает несколькими полезными свойствами, необходимыми для окна в данном применении. Сапфировое стекло представляет собой монокристалл оксида алюминия (Al₂O₃). Оно является устойчивым к механическим воздействиям и имеет высокую прочность при растяжении (400 МПа) и высокий модуль упругости (345 ГПа), что делает его чрезвычайно устойчивым к истиранию и удару. Оно жаропрочное, его механические и оптические свойства не изменяются до температур, превышающих 2000°C. Оно характеризуется превосходными пропускающими свойствами с интервалами пропускания от 190 нм до 5000 нм (толщина 1 мм), делая его подходящим как для стимулирования флуоресценции в ближней ультрафиолетовой области спектра, так и в применениях с использованием инфракрасного излучения.

Инфракрасное излучение представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны больше, чем у видимого света, в диапазоне приблизительно от 780 нм до 300 мкм (в зависимости от классификации). Сапфировое окно с интервалом пропускания от 190 нм до приблизительно 5 мкм подходит только для пропускания инфракрасного излучения в ближнем инфракрасном диапазоне (от 780 нм до 3 мкм) и некоторой части средней инфракрасной области спектра (от 3 мкм до 50 мкм). Германиевое окно будет обеспечивать наилучший вариант для пропускания длин волн инфракрасного диапазона. Однако механические свойства ныне доступных германиевых окон не подходят для использования в промысловом трубопроводе.

На фиг. 2 в упрощенной форме показана система согласно настоящему изобретению. Измерения температуры при помощи контактного термометра 4 и инфракрасного термометра 5 и 6 сравнивают в схемах 20 сравнения и вычисления, которые запрограммированы в соответствии с (например) таблицами взаимосвязи излучательной способности и плотности в градусах API. Схемы сравнения и вычисления могут находиться в корпусе прибора. Альтернативно сигналы, представляющие измерения, можно передавать, например, при помощи кабеля на удаленный пункт для обработки.

На фиг. 3 схематически показан способ калибровки и измерения согласно настоящему изобретению.

Стадии 30, 31 и 32 на фиг. 3 показывают калибровку, по меньшей мере, инфракрасного термометра. Для калибровки как контактного, так и инфракрасного термометров можно выбирать известный образец сырой нефти. Этот образец нефти будет представлять некоторый эталон, и его получают перед размещением системы под водой. Предположим, что плотность в градусах API этого калибровочного образца составляет 30 при 15,6 градусах С. Эта температура является подходящей для использования, поскольку она является температурой, при которой определяют плотность в градусах API. При использовании этого образца температура t_d, показанная контактным термометром (после калибровки, если она была необходима), составляет 15,6°C, и инфракрасный термометр калибруют так, чтобы его показание температуры t_i также составляло 15,6°C. На практике инфракрасный термометр может иметь поправочный коэффициент, который вводит поправку на излучательную способность образца, который он оценивает.

Стадии 33 и 34 на фиг. 3 показывают измерение температуры сырой нефти, протекающей по трубопроводу, т.е. промысловому трубопроводу 1, посредством контактного и инфракрасного термометров. Сырая нефть, пропускаемая мимо обоих термометров, будет иметь различную плотность. Если плотность сырой нефти отличается от плотности в градусах API, равной 30, тогда излучательная способность такого образца сырой нефти будет отличаться от излучательной способности откалиброванного образца. Однако инфракрасный термометр измеряет температуру на основании предположения, что разница d между t_d и t_i такая же, как была в откалиброванном образце. Поэтому инфракрасное излучение сырой нефти будет отличаться от откалиброванного уровня инфракрасного излучения. Следовательно, температура t_i, измеренная инфракрасным термометром, будет отличаться от температуры t_d, измеренной контактным термометром. Эту разницу определяют (стадия 35) и сопоставляют с излучательной способностью сырой нефти и, таким образом, плотностью нефти в градусах API. Получают значение для излучательной способности (стадия 36) и преобразуют его в значение для плотности в градусах АНИ (стадия 37).

Исследования показывают, что изменения излучательной способности в зависимости от плотности небольшие для типичных образцов и диапазонов сырой нефти, поэтому термометры должны быть очень точными и очень стабильными.

1. Устройство для измерения излучательной способности сырой нефти, содержащее трубопровод (1) для нефти, термометр (4) в трубопроводе для измерения температуры нефти при контакте с ней, окно (3) в трубопроводе, инфракрасный термометр (5, 6) для измерения температуры нефти через окно и средство (20) для сравнения измерений температуры, выполненных термометрами, причем средство (20) для измерения выполнено с возможностью определения изменения излучательной способности сырой нефти.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что окно (3) содержит сапфировое стекло.

3. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что контактный термометр (4) расположен в трубопроводе (1) и рядом с окном (3).

4. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что контактный термометр (4) содержит термопару.

5. Устройство по любому из пп. 1 или 2, отличающееся тем, что трубопровод (1) представляет собой промысловый трубопровод.

6. Способ измерения излучательной способности сырой нефти, предусматривающий:
измерение температуры по меньшей мере одного образца сырой нефти при помощи контактного термометра (4);
измерение температуры образца при помощи инфракрасного термометра (5, 6), предназначенного для определения температуры образца через окно (3);
калибровку инфракрасного термометра (5, 6) таким образом, чтобы он показывал такую же температуру указанного образца, которую показывает контактный термометр;
измерение температуры текущей сырой нефти (2) при помощи контактного термометра (4);
измерение через указанное окно (3) температуры указанной текущей сырой нефти при помощи инфракрасного термометра (5, 6) и
сравнение (35) температур текущей сырой нефти, полученных при помощи контактного термометра и инфракрасного термометра, с получением показания излучательной способности текущей сырой нефти.

7. Способ измерения плотности в градусах API текущей сырой нефти посредством измерения излучательной способности сырой нефти способом по п. 6 и преобразования измеренной излучательной способности в меру плотности в градусах API.

Изобретение относится к горно-перерабатывающей промышленности и может быть использовано в процессах переработки и обогащения железорудного сырья, что ферромагнитные свойства.

Способ контроля плотности ферромагнитных суспензий // 2600521

Изобретение относится к горно-перерабатывающей промышленности и может быть использовано для контроля плотности суспензии, содержащей ферромагнитные частицы, которые представлены различными соединениями железа и других металлов, физико-механические свойства которых определяют вероятность взаимодействия с магнитным полем.

Способ определения плотности дислокаций в монокристаллах германия методом профилометрии // 2600511

Изобретение относится к области методов выявления структурных дефектов кристаллов и может быть использовано для исследования дислокационной структуры и контроля качества кристаллов германия.

Вибрационный денситометр с усовершенствованным вибрационным элементом // 2593920

Изобретения относятся к вибрационным денситометрам и, более конкретно, к вибрационному денситометру с вибрационным элементом для вибрационного денситометра, имеющего улучшенное разделение колебательных мод.

Устройство для измерения плотности сыпучих тел // 2593675

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно, к пневматическим устройствам для измерения плотности сыпучих материалов, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Способ или система измерения плотности жидкости // 2592043

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения плотности жидкости. В предложенном в изобретении способе, или системе измерения, соответственно, предусмотрен контактирующий с жидкостью (FL) вибрационный корпус (10), который приводится в состояние вибрации таким образом, что он испытывает, по меньшей мере, частично, механические колебания с резонансной частотой (резонансные колебания), зависящей от плотности жидкости, контактирующей с первой поверхностью (10+) вибрационного корпуса, а также от температуры вибрационного корпуса.

Способ определения физических свойств грунтов // 2585953

Изобретение относится к области инженерной геологии применительно к определению необходимых параметров грунта. Способ включает отбор образца грунта, взвешивание и определение его объема, высушивание и взвешивание высушенного образца, определение плотности и влажности образца грунта и расчет по полученным значениям плотности и влажности грунта, причем предварительно строят графики зависимости относительного содержания воздуха в грунте и степени заполнения пор талого грунта водой и мерзлого грунта льдом от влажности при различных постоянных значениях плотности грунта, причем расчет данных для построения графиков производят в двух точках - при нулевой суммарной влажности талого или мерзлого грунта и при нулевом относительном содержании воздуха в образце грунта из заданных соотношений для талых и мерзлых грунтов.

Способ определения коэффициента полнодревесности технологической щепы в кучах открытого хранения на площадках деревоперерабатывающих предприятий и цбк // 2571158

Изобретение относится к области целлюлозно-бумажного производства, в частности к учету объемов технологической щепы в кучах открытого хранения на площадках деревоперерабатывающих предприятий и ЦБК в плотной мере с переводом ее геометрического объема коэффициентом полнодревесности щепы.

Способ определения плотности грунта при компрессионных испытаниях // 2569915

Изобретение относится к области инженерной геологии, в частности к определению физических характеристик грунтов, и может быть использовано при испытании образцов грунта в условиях невозможности бокового расширения (компрессионных испытаниях).

Способ определения плотности твердых материалов и устройство для его осуществления // 2559175

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения плотности образцов твердых материалов и применяющимся для этого устройствам. Способ определения плотности твердых материалов включает последовательное определение веса сосуда с жидкостью, определение веса образца исследуемого материала, определение веса сосуда с жидкостью и помещенным в жидкость образцом исследуемого материала и последующее математическое вычисление плотности материала.

Миниатюрное устройство для экспресс-оценки состояния моторных масел // 2595811

Изобретение относится к области аналитики и может быть использовано для проведения анализа моторных масел во внелабораторных условиях. Миниатюрное устройство для экспресс-оценки состояния моторных масел состоит из блока детектирования, блока питания и одноразовой или многоразовой емкости для пробы масла, герметично соединяющейся с помощью резьбы с блоком детектирования.

Способ оценки склонности смазочных масел к образованию высокотемпературных отложений // 2589284

Изобретение относится к области физической химии, а именно исследованию термоокислительной деструкции смазочных масел и образованию высокотемпературных отложений на поверхностях теплонагруженных деталей двигателей.

Имитатор теплового разделения фаз // 2586094

Изобретение относится к имитационному моделированию сепараторов отделения воды от нефти, более конкретно к способу испытания термической добычи. Раскрыт имитатор теплового разделения фаз и способ испытания химических веществ.

Оптико-электронное устройство для контроля качества моторного масла // 2582296

Изобретение относится к технике измерений и может использоваться в автомобильной, сельскохозяйственной, авиационной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где необходимо проводить оперативный анализ качества моторного масла.

Способ определения температуры застывания нефтепродуктов и устройство для его осуществления // 2581383

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения температуры застывания нефти и нефтепродуктов. Согласно заявленному решению изменение температуры испытуемого нефтепродукта, помещенного в цилиндрический стакан, выполненный с возможностью размещения в нем мешалки, осуществляют хладагентом в виде смеси этилового спирта с жидким азотом.

Способ и устройство для определения концентрации сажи в моторном масле двигателей внутреннего сгорания // 2573168

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения концентрации сажи в моторном масле двигателей внутреннего сгорания.

Способ оценки деэмульгирующих свойств масел // 2571278

Изобретение относится к области диагностики качества масел. При осуществлении способа предварительно нагревают взятые в равных объемах воду и масло с введенным в него деэмульгатором до заданной температуры, смешивают их и образованную смесь подвергают перемешиванию с поддержанием температуры смеси, равной начальной температуре компонентов до образования прямой эмульсии, после чего помещают полученную эмульсию в калориметр и в процессе разделения ее на фазы регистрируют изменение температуры в слоях водной фазы и масляной фазы, по полученной зависимости изменения температур в указанных слоях находят значения установившихся температур в слоях и по разности указанных температур судят о деэмульгирующих свойствах масла, причем, чем больше разность температур, тем выше деэмульгирующие свойства.

Способ оценки степени отработки моторных масел // 2569759

Изобретение относится к аналитической химии газовых и воздушных сред, а также непищевых материалов. Способ характеризуется тем, что применяют газоанализатор с n=3-8 пьезокварцевыми резонаторами с собственной частотой колебаний 10-15 МГц, электроды которых модифицированы селективными и чувствительными сорбентами к газам-маркерам отработки моторных масел, отбирают анализируемый образец моторного масла и помещают в герметично закрывающийся сосуд для насыщения газовой фазы газами-маркерами отработки моторных масел, после установления равновесия в системе газ - жидкость, не нарушая герметичности сосуда, отбирают пробоотборником 1-5 см3 равновесной газовой фазы и инжектируют ее в закрытую ячейку детектирования анализатора газов, фиксируют изменение частоты колебаний модифицированных пьезокварцевых резонаторов в течение 1 мин, по результатам откликов в программе строят «визуальный отпечаток», рассчитывают его площадь Sв.о, отн.ед.2, рассчитывают разность площадей ΔS между площадью «визуального отпечатка» для анализируемой пробы Si и площадью «визуального отпечатка» для стандартного образца моторного масла Sст по формуле ΔS=(Si-Sст)/Sст×l00%, если относительная разница площадей ΔS≤30%, то моторное масло соответствует норме, если ΔS≥30%, то степень отработки масла критическая, при ΔS>45% - моторное масло отработано и подлежит замене.

Способ определения дитиофосфатов цинка в моторных маслах // 2546534

Изобретение относится к области аналитической химии для определения присадок в моторных маслах и может найти применение в аналитических лабораториях, производственных и технологических лабораториях нефтеперерабатывающих заводов, криминалистической практике.

Анализ фазового поведения с применением микрофлюидной платформы // 2537454

Изобретение относится к способу и системе для анализа свойств флюидов в микрофлюидном устройстве. Флюид вводится под давлением в микроканал, и в ряде мест, расположенных вдоль микроканала, оптически детектируются фазовые состояния флюида.

Датчик, контролирующий температуру процесса производства, оснащенный сенсорным устройством диагностики ее колебаний // 2594623

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля процесса производства. Датчик 10, контролирующий температуру процесса производства, включает температурный сенсор, предусмотренный для подачи выходного сигнала сенсора 18, связанного с температурой процесса производства.