способ отбора проб углеводородных соединений из трубопровода

Формула изобретения

Способ отбора проб углеводородных соединений из трубопровода, при котором осуществляют размещение в нем заборного элемента, средство измерений параметров потока, прокачивают часть потока трубопровода через заборный элемент, устанавливают в трубопроводе расход потока для средств измерений параметров потока в интервалах, в которых производится поверка или калибровка, градуировка, настройка средства измерения и определяют параметры потока в трубопроводе или параметры средств измерений параметров потока, а через средство измерения параметра потока устанавливают расход для обеспечения при отборе пробы на заборном элементе расхода из заданного интервала, отличающийся тем, что при изменении расхода потока вносят поправку, которая обеспечивает идентичное определение средством измерения параметра потока, при его расходе, при котором проводилась поверка или калибровка, градуировка, настройка средства измерения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии отбора проб углеводородных соединений из трубопровода и может найти применение в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется точность определения параметров потока системы трубопроводов.

Известен способ отбора проб углеводородных соединений из трубопровода, при котором производят размещение в трубопроводе пробозаборного элемента из одной пробозаборной трубки с загнутым концом, которую располагают входным отверстием навстречу потоку; отбор пробы пропорционально расходу потока трубопровода, при котором скорость отбора составляет не менее половины и не более двойной средней скорости потока системы трубопроводов [1].

Недостаток данной технологии отбора проб - как установлено экспериментально, при отборе представительной пробы важно обеспечить изокинетичность отбора, а определяемая средством измерения плотность потока зависит от расхода потока и уменьшается либо увеличивается при изменении расхода потока относительно значения расхода, при котором средство измерения параметра было поверено. В результате невозможно одновременно обеспечить расход потока через средство измерения плотности, соответствующий значению, при котором поверено средство измерения и изокинетический отбор пробы.

Известен способ отбора проб углеводородных соединений из трубопровода, реализованный в системе отбора проб, при котором размещают в основном трубопроводе, имеющем регулятор расхода потока, средства измерения и запорную арматуру, заборный элемент, прокачивают под действием избыточного давления часть потока трубопровода через смеситель, размещают в дополнительном трубопроводе пробозаборный элемент, отбирают пробу из потока дополнительного трубопровода, определяют параметры потоков трубопроводов средствами измерения или параметры средств измерений [2] (прототип способа).

Недостаток данной технологии отбора проб - как установлено экспериментально, при отборе представительной пробы важно обеспечить изокинетичность отбора, а определяемая средством измерения плотность потока зависит от расхода потока и уменьшается либо увеличивается при изменении расхода потока относительно значения расхода, при котором средство измерения параметра было поверено. В результате невозможно одновременно обеспечить расход потока через средство измерения плотности, соответствующей значению, при котором поверено средство измерения и изокинетический отбор пробы.

Техническим результатом данного изобретения является осуществление строго количественного и качественного учета потока трубопровода по совокупности параметров.

Для достижения технического результата в способе отбора проб углеводородных соединений из трубопровода, при котором осуществляют размещение в нем заборного элемента, средство измерений параметров потока, прокачивают часть потока трубопровода через заборный элемент, устанавливают в трубопроводе расход потока для средств измерений параметров потока в интервалах, в которых проводится поверка или калибровка, градуировка, настройка средства измерения, и определяют параметры потока в трубопроводе или параметры средств измерений параметров потока, а через средство измерений параметров потока устанавливают расход для обеспечения при отборе пробы на заборном элементе расхода из заданного интервала, согласно изобретению при изменении расхода потока вносят поправку, которая обеспечивает идентичное определение средством измерения параметра потока при его расходе, при котором проводилась поверка или калибровка, градуировка, настройка средства измерения.

Экспериментально установлено, что для отбора представительной пробы важно обеспечить изокинетичность отбора, а определяемая, например, средством измерения [3] плотность потока зависит от расхода потока: она уменьшается при увеличении расхода потока относительно значения, при котором средство измерения было поверено, а при изменении расхода потока в другую сторону - она увеличивается. Поскольку требование изокинетического отбора пробы относится только к установлению соответствующего значения расхода через пробозаборник, то изменение расхода потока в трубопроводе при соблюдении требования изокинетического отбора пробы приведет к изменению расхода потока через средство измерения плотности. Поэтому плотность потока трубопровода с применением способа прототипа [2] будет определяться некорректно. Согласно же заявляемого способа в определяемую средством измерения плотность будет внесена поправка, которая компенсирует ее изменение вследствие пропуска потока через средство измерения плотности с расходом, отличным от расхода, при котором проводилась поверка средства измерения. В результате для заявляемого способа обеспечивается совместимость требований для операций отбора пробы пробозаборником и определения параметров потока средством измерения (средствами измерения). В этом его преимущество по сравнению со способом прототипом [2].

Таким образом, осуществление перечисленных операций заявляемого способа позволит осуществлять более точный, нежели у способа-прототипа [2], учет потока трубопровода по совокупности параметров, от средства измерения плотности потока и параметров, определяемых по пробе.

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

Заявляемый способ отбора проб может конкретно применяться, например, на нефтепромыслах - на коммерческих узлах учета нефти.

Заявляемый способ отбора проб осуществляется следующим образом. В трубопроводе, по которому транспортируют углеводородные соединения, производят размещение заборного элемента, средств измерений параметров потока, осуществляют прокачку под воздействием избыточного давления части потока трубопровода через заборный элемент, устанавливают в трубопроводе расход потока для средств измерений параметров потока в известных интервалах, при этом а) предварительно через средство измерения параметра потока (например, плотности) устанавливают расход, при котором средство было поверено; далее б) через средство измерения параметра потока устанавливают расход из известного интервала (при котором обеспечивается изокинетичность отбора на заборном элементом части потока системы трубопроводов), а в определяемый средством измерения параметр вносится поправка, которая обеспечивает идентичное определение параметра потока при его расходе, устанавливаемом из условия а); средствами измерения определяют параметры потока системы трубопроводов, от заборного элемента поток (пробу) направляют в накопительную емкость для анализа - определение относительного содержания балласта в пробе.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже представлен один из вариантов устройства для реализации заявляемого способа, в котором определяемым параметром средством измерения является плотность.

Устройство включает заборный элемент из пяти заборных трубок 1-5 с загнутыми концами, установленных вертикально по диаметру трубопровода (основного) 6, оси входных отверстий 7-11 которых расположены параллельно продольной оси трубопровода 6, направлены навстречу потоку и удалены друг от друга на расстояние 0,2 диаметра трубопровода, при этом входное отверстие центральной трубки 3 расположено на оси трубопровода 6. Противоположные концы 1-5 входят в смесительную камеру 12. Диаметры заборных трубок 1-5 к центру трубопровода 6 уменьшаются в соответствии с соотношением 26:20:12; устройство включает также трубопровод 13 (дополнительный) для прокачки по нему части потока трубопровода 6, отбираемого через заборный элемент (система трубок 1-5) трубопровода 6 под воздействием избыточного давления, и возвращения его в трубопровод 6; трубопровод 13 последовательно соединен со смесительной камерой 12; на трубопроводе 13 установлен регулятор 14 расхода потока для его регулировки через средства измерения параметров потока - средство измерения плотности 15 (использовался поточный плотномер [3]), температуры 16, давления 17, при этом регулятор расхода потока 14 расположен после средства измерения давления 17 (расположение определяется по ходу следования потока трубопровода 13); пробозаборный элемент трубопровода 13 расположен после регулятора 14 расхода потока и представляет собой трубку 18 с загнутым концом, ось входного отверстия 19 которого расположена параллельно оси трубопровода 13, при этом входное отверстие 19 расположено на продольной оси трубопровода 13 и направлено навстречу потоку; на выходе пробозаборной трубки 18 установлен кран 20 и накопительная емкость 21; контроль за расходом потока трубопровода 13 осуществляется средством измерения расхода 22; для разделении потока при определении оптимального расхода через средство измерения плотности 15 и поправки к нему для определения плотности при отличном от оптимального расхода потока через средство измерения плотности 15 перед ним трубопровод 13 имеет рабочее 23 и контрольное 24 разветвления с общим участком 25, который соединяется с трубопроводом 13 между регулятором 14 расхода потока и пробозаборной трубкой 18; на разветвлении 23 трубопровода 13 установлен кран 26, на 24 - кран 27. Избыточное давление в обводном трубопроводе 13 и на системе заборных трубок 1-5 создается при помощи диафрагмы 28, расположенной между заборным элементом трубопровода 6 и концом трубопровода 13, расположенное (по ходу потока) за заборным элементом трубопровода 6. Узел трубопровода 6, где установлено одно средство измерения расхода потока 30 трубопровода 6, представляет собой сужение 29. Вентиль 33 расположен в конце трубопровода 13.

Пробозаборное устройство, см. чертеж, предназначено для отбора пробы потока трубопровода 6 в два этапа: - первый - это отбор части потока трубопровода 6 через систему заборных трубок 1-5, объединение его в единый поток в смесителе 12 и, далее, прокачка его через трубопровод 13 (дополнительный) с последующим возвращением в трубопровод 6, при этом прокачку части потока трубопровода 6 осуществляют под воздействием избыточного давления, для создания которого служит диафрагма 28 трубопровода 6; второй этап - отбор пробы под воздействием избыточного давления, которую отбирают пробозаборной трубкой 18 из потока трубопровода 13. Для сбора пробы служит накопительная емкость 21. Изокинетичность отбора пробы из трубопровода 13 при этом устанавливается вентилем 20 или 33.

Параллельно с анализом пробы определяются температура, давление, плотность потока трубопровода 6 при помощи средств измерения температуры 16, давления 17, плотности 15 (температура и давление учитываются при определении плотности средством измерения плотности 15). Учет потока трубопровода 6 осуществляется непрерывно при обработке на ЭВМ перечисленных параметров потока (а также пересчет плотности потока к давлению 0 МПа и температуре 20°С) по программам, составленным на основе нормативных документов, например [3].

Для разделения потока перед средством измерения плотности 15 на трубопроводе 13 выполнено разветвление 23, 25. Разветвление 23,25 трубопровода 13 служит для разделения его потока, при котором запорная арматура 26 открыта, а 27 - закрыта, при этом расход части потока трубопровода 13, которая проходит через средство измерения плотности 15, температуры 16, давления 17, устанавливается регулятором 14 расхода потока по средству измерения расхода потока 22 постоянным. Диаметры заборных трубок 1-5 приводятся ниже (определены из условия создания расхода потока, обеспечивающего работу средства измерения плотности 15 в заданном интервале - определяется паспортом средства измерения плотности). Разветвления 23-25 и 24-25 трубопровода 13 служат для разделения потока трубопровода 13 перед средством измерения плотности 15 и поочередного контроля расхода потока в трубопроводе 13 и на средстве измерения плотности 15, а также определения оптимального расхода потока через средство измерения плотности 15 и поправки при выборе расхода через средство измерения плотности 15, отличного от оптимального. Расход потока при этом контролируют при помощи средства измерения 22: при закрытом кране 26 и открытом 27 определяют общий расход трубопровода 13, при открытом кране 26 и закрытом 27 определяют расход потока на средстве измерения плотности 15. Использование диафрагмы 28 в качестве устройства для создания в трубопроводе 13 избыточного давления позволяет обеспечить необходимый расход потока через заборный элемент (заборные трубки 1-5) трубопровода 6 и последовательно соединенный с ним трубопровод 13.

Устройство для отбора проб углеводородных соединений из системы трубопроводов работает следующим образом.

Часть потока трубопровода 6 (основного) под избыточным давлением, создаваемым при помощи диафрагмы 28, поступает через систему заборных трубок 1-5 в смеситель 12 и далее прокачивается по трубопроводу 13 (дополнительному) с последующим возвращением в трубопровод 6. Предварительно поток трубопровода 13 перед средством измерения плотности 15 разделяют на два: одна часть потока направляется через средство измерения плотности 15, температуры 16, давления 17, другая направляется в обход указанных средств измерений 15-17 по рабочему разветвлению 23, 25 трубопровода 13 (когда кран 26 открыт, а 27 закрыт). При этом постоянный расход потока через средство измерения плотности 15 устанавливают регулятором 14 расхода потока с использованием средства измерения расхода потока 22 (конкретные значения расходов приводятся в примерах ниже). При помощи средств измерения плотности 15, температуры 16, давления 17 определяются параметры потока трубопровода 13 - плотность, температура, давление. После прохождения средств измерения 15-17 и рабочего разветвления 23, 25 трубопровода 13 разделенный на две части поток трубопровода 13 перед пробозаборной трубкой 18 вновь объединяется в единый на участке 32; при этом разделении потока определяется оптимальный расход потока через средство измерения плотности 15 и поправки при определении плотности средством измерения плотности 15 при известном расходе через него потока, отличным от оптимального (то есть чтобы определенная средством измерения 15 плотность при известном расходе через него потока, отличном от оптимального, после ее корректировки с учетом определенной поправки, совпадала с плотностью, определяемой средством измерения 15 при оптимальном через него расходе потока). После чего через средство измерения плотности 15 устанавливают известный расход потока, отличный от оптимального, для определения плотности потока средством измерения 15. Известный расход потока через средство измерения плотности 15 устанавливают из условия изокинетического отбора части потока трубопровода 6 при помощи заборного элемента из системы заборных трубок 1-5. Пробозаборной трубкой 18 отбирают пробу в накопительную емкость 21 для ее последующего анализа. Производят учет потока трубопровода 6 по совокупности параметров откорректированной плотности потока (определяемой средством измерения 15с учетом поправки) и параметров, определяемых по пробе, отобранную в накопительную емкость 21.

Среднюю скорость отбора продукта из трубопровода 6 заборным элементом (заборными трубками 1-5) определяют по средству измерения 22, закрывая кран 26 и открывая 27. При закрытом кране 26 и открытом 27 контролируют расход потока через средство измерения плотности 15.

Для испытаний было использовано устройство для отбора проб углеводородных соединений из системы трубопроводов (см. чертеж) с приводимыми ниже расчетными параметрами.

Трубопровод 6 - горизонтальный, диаметр которого на участке заборного устройства из системы заборных трубок 1-5 составлял Ду 400 мм. Внутренний диаметр трубопровода 13-49 мм, его участков 23 и 24 - 25 мм.

Продукт трубопровода 6 представлял собой нефтяную эмульсию с параметрами: содержание воды 0-0.12% об.; вязкость безводной нефти при 20°С - 18 сП; расход потока трубопровода 6 - 210.2 и 839.7 м³/час.

Заборный элемент для установки на трубопроводе 6 представлял собой систему заборных трубок 1-5, диаметры которых убывали от периферии к центру трубопровода 6 согласно соотношению (в миллиметрах) 26 : 20 : 12, внутренний диаметр пробозаборной трубки 18 составлял 12 мм (диаметры трубок 1-5, 18 для заявляемой техники совпадают с диаметрами трубок 1-5, 18 заборного устройства трубопровода 6 для ниже указываемых способа и устройства [5-6], использованных для сравнительных испытаний). Средством измерения плотности потока 15 являлся поточный плотномер [3]. Давление в трубопроводе 6 составляло 0.8 МПа, температура - 24-30°С.

Сравнительные испытания заявляемого способа отбора углеводородных соединений были проведены с использованием применяемого на нефтепромыслах способа отбора проб [5], реализованного с использованием устройства отбора проб по ГОСТ 2517-85 [6]. Данные сравнительных испытаний заявляемой и известной [5] технологии отбора проб сведены в табл. 1.

Сравнительные эксперименты по определению плотности отражены в колонках 12 и 13. Достоверность представленных в табл. 1 данных зависимости плотности от расхода потока была обеспечена благодаря тому, что физико-химический состав потока за время проведения экспериментов для безводного потока (эксперименты №№1-3, 7-9) и обводненного потока (эксперименты №№4-6, 10-12) был неизменным (вывод основан на постоянстве трех параметров - температуры, давления и плотности потока). Это было достигнуто за счет малого отрезка времени проведения экспериментов (время между ближайшими экспериментами и продолжительность каждого эксперимента не превышали 3 мин), в течение которого параметры потока трубопроводов 6 и 13 не изменялись. О неизменности плотности потока судили благодаря высокой воспроизводимости измерения плотности, которая для средства измерения [3] не превышает 0.02 кг/м ³.

В ходе экспериментов было установлено, что плотность потока, определяемая по заявляемому способу, при увеличении или уменьшении расхода потока через заборный элемент из заборных трубок 1-5 практически постоянна - сравните эксперименты №№1-6 с №№7-12 табл. 1. Первая серия экспериментов (№№1-6) соответствует расходу потока через средство измерения плотности 15, меньшему расхода 5 м³/час, при котором проводилась поверка средства измерения плотности 15 (колонка 12 экспериментов №№1-6). Во второй серии экспериментов (№№7-12 табл.1) расход потока через средство измерения плотности 15 был больше 5 м³/час. При этом плотность при осуществлении известной технологии отбора проб [5] в первой серии экспериментов увеличилась на 0.15 кг/м ³ , во второй серии экспериментов уменьшилась на 0.18 кг/м³ (колонка 13 табл. 1). Для заявляемого способа изменение плотности потока составило всего 0.02 кг/м³ - (колонка 12 табл. 1).

Таким образом, при осуществлении заявляемой технологии отбора проб, в отличие от известной [5], не происходит увеличение или уменьшение определяемой средством измерения плотности потока при изменении скорости отбора части потока на заборном элементе из трубок 1-5, и потому она позволит производить оптимальным образом учет потока в трубопроводе по совокупности параметров.

Заявляемый способ отбора проб промышленно применим - для его реализации не требуются коренной реконструкции существующих узлов учета перекачиваемых по системам трубопроводов углеводородных соединений.

Источники информации

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

2. Способ отбора проб углеводородных соединений из трубопровода. GB 2164021 А, кл. G 01 N 1/10, опублик. 12.03.1986 г., 6 с.

3. Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Преобразователи плотности поточные фирмы "THE SOLARTRON ELECTRONIC GROUP LTD" (Великобритания). Методика градуировки МИ 23 0-1-95.

4. РД 39-0147103-343-89 "Инструкция по учету и проведению учетно-расчетных операций при приеме и поставках нефти”, 1989 г.

5. Способ отбора проб углеводородных соединений из трубопровода./ ГОСТ 2517-85, черт. 18, п.2.13.2.2.

6. Устройство для отбора проб углеводородных соединений из трубопровода./ ГОСТ 2517-85, черт. 18.