способ отбора проб жидкости из трубопровода и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ отбора проб жидкости из трубопровода, который включает размещение пробозаборного элемента в трубопроводе, неоднородный поток жидкости в котором изменяет направление, и отбор пробы из неоднородного потока после изменения его направления, отличающийся тем, что при изменении направления поток неоднородной жидкости подвергают диспергированию фаз жидкости друг в друге для формирования потока с неоднородным распределением включений без разделения на сплошные фазы и затем осуществляют отбор пробы жидкости.

2. Устройство для отбора жидкости из трубопровода, содержащее трубопровод с выполненным на нем участком для изменения направления потока жидкости и устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, которое размещают по диаметру трубопровода, а на горизонтальном участке трубопровода - вертикально, отличающееся тем, что участок для изменения направления потока неоднородной жидкости выполнен с возможностью диспергирования одной из фаз жидкости, составляющих поток, в другую для формирования неоднородного потока.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что элементом диспергирования фаз при изменении направления потока с горизонтального на вертикальный, с вертикального на горизонтальный служит Г-образный участок трубопровода.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что вход на пробозаборном элементе может быть пропорционально увеличен по ширине или высоте.

Описание изобретения к патенту

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 в трубопроводе размещают пробозаборное устройство в виде системы из 5 трубок, входные отверстия расположены по диаметру трубопровода и удалены друг от друга на 0.2 диаметра трубопровода, при этом вход средней трубки расположен по центру трубопровода, а диаметры трубок от центра к периферии находятся в соотношении 6:10:13, далее производят отбор и объединение проб [1].

Известно устройство для реализации данного способа, при котором в трубопроводе размещают устройство для отбора пробы в виде системы из 5-ти трубок, входные отверстия расположены по диаметру трубопровода и удалены друг от друга на 0.2 диаметра трубопровода, при этом вход средней трубки расположен по центру трубопровода, а диаметры трубок от центра к периферии находятся в соотношении 6:10:13 [2].

Недостаток известных техники и технологий отбора проб - при транспортировке по трубопроводу расслоенного на фазы потока отбор пробы трубками, которые погружены в различные фазы потока, происходит пропорционально вязкости каждой из фаз. Таким образом, пропорциональность отбора пробы каждой из трубок может быть различной. Происходит качественное изменение состава пробы. Проба характеризуется самой низкой представительностью - превышение фактического содержания одной из фаз жидкости, составляющих поток, может составить 100 и более процентов.

Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода, при котором по трубопроводу транспортируют неоднородный поток, в основном трубопроводе производят размещение по его диаметру пробозаборного устройства, устанавливаемого вертикально на горизонтальном участке трубопровода, отбор пробы и транспортировку ее по дополнительному трубопроводу, ручной или автоматический отбор пробы из дополнительного трубопровода соответственно через ручной или автоматический пробоотборники [3].

Известно устройство для реализации данного способа, включающее пробозаборное устройство для отбора проб из неоднородного потока, устанавливаемое по диаметру основного трубопровода, при этом вертикально на горизонтальном участке трубопровода, которое последовательно соединено с дополнительным трубопроводом, на котором установлены ручной и автоматический пробоотборники [4].

Недостаток известных технологии и техники отбора проб - при транспортировке по трубопроводу расслоенного на фазы потока (см. например, [5]), отбор пробы при помощи устройства для отбора пробы из основного трубопровода, которое погружено в различные фазы потока, происходит пропорционально вязкости каждой из фаз. В результате такого отбора пробы она характеризуется самой низкой представительностью - превышение фактического содержания одной из фаз жидкости в пробе может составить более 100%.

Техническим результатом данного изобретения является повышение представительности пробы.

Для достижения технического результата в способе отбора проб жидкости из трубопровода, который включает размещение пробозаборного элемента в трубопроводе, неоднородный поток жидкости в котором изменяет направление, и отбор пробы из неоднородного потока после изменения его направления, согласно изобретению, при изменении направления поток неоднородной жидкости подвергают диспергированию фаз жидкости в друг друге для формирования потока с неоднородным распределением включений без разделения на сплошные фазы и затем осуществляют отбор пробы жидкости.

Объем признаков заявленного способа, отличительным из которых является то, что при изменении направления поток неоднородной жидкости подвергают диспергированию фаз жидкости в друг друге для формирования потока с неоднородным распределением включений без разделения на сплошные фазы и затем осуществляют отбор пробы жидкости, позволяет повысить представительность пробы, поскольку диспергирование не обязательно должно сопровождаться равномерным распределением включений в потоке во всем поперечном сечении трубопровода - отбор пробы может производиться и из неоднородного потока после диспергирования фаз жидкости друг в друге, лишь бы перед отбором пробы отсутствовало расслоение потока на сплошные фазы несмешиваемых жидкостей, поскольку именно при таком распределении фаз жидкостей качественно изменяется гидродинамика отбора пробы из неоднородного потока (с изменением плотности жидкости по линии размещения пробозаборного устройства), а именно, при таком отборе пробы пробозаборным устройством каждая фаза жидкости в потоке из трубопровода будет представлена в пробе пропорционально расходу потока в трубопроводе. И это, согласно заявляемому способу и в отличие от способа-прототипа [3], достигается благодаря отбору пробы из неоднородного потока жидкости в трубопроводе на участке, на котором происходит формирование неоднородного потока без разделения его на сплошные фазы путем диспергирования фаз жидкостей друг в друге. Благодаря этому проба, отобранная по заявляемому способу, будет, что также подтверждено экспериментально, на порядок-два более представительной, нежели проба, отобранная по способу-прототипу [3].

Таким образом, проба жидкости из трубопровода, отобранная при помощи заявляемого способа, будет более представительной, нежели проба, отобранная при помощи способа-прототипа [3].

Благодаря применению заявляемого способа анализ потока при помощи аналитических средств по пробе жидкости, отобранной из трубопровода при помощи заявляемого способа, будет более точным, нежели по пробе, отобранной при помощи способа-прототипа [3].

Для достижения технического результата при реализации заявляемого способа используют устройство, содержащее трубопровод с выполненным на нем участком для изменения направления потока жидкости и устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, которое размещают по диаметру трубопровода, а на горизонтальном участке трубопровода - вертикально, согласно изобретению, участок для изменения направления потока неоднородной жидкости выполнен с возможностью диспергирования одной из фаз жидкости, составляющих поток, в другую, а устройство для отбора проб жидкости из трубопровода размещают после этого участка. При этом для быстрого изменения направления потока с горизонтального на вертикальный или с вертикального на горизонтальный может быть использован Г-образный участок трубопровода. При этом пробозаборное отверстие может быть пропорционально увеличено по ширине или высоте для обеспечения необходимого расхода пробы.

Если неоднородный поток в трубопроводе представляет собой расслоившиеся на фазы жидкости, проблематичен отбор пробы из каждой фазы пропорционально расходу потока - под воздействием перепада давления, создаваемого на пробозаборном устройстве, части пробы из каждой фазы потока отбираются пропорционально ее вязкости. Вязкость же фаз жидкостей, составляющих поток, вообще говоря, не одинакова - разница может составлять несколько порядков. В результате пропорциональность отбора частей проб для каждой фазы не будет соответствовать расходу потока в трубопроводе - содержание одной из фаз жидкости в пробе может превысить фактическую более чем на 100%. Для того чтобы соотношение фаз в пробе было приведено в соответствие с расходом потока, необходимо качественное изменение состояния потока. В заявляемом устройстве применяется элемент для диспергирования одной из фаз жидкости, выделившихся в свободную при транспортировке многокомпонентной жидкости, в другую, при котором распределение включений после диспергирования можно было бы считать относительно равномерным на каждом уровне отбора пробы. То есть диспергирование не обязательно должно сопровождаться равномерным распределением включений в поперечном сечении трубопровода - отбор пробы может производиться и из неоднородного потока после диспергирования одной из фаз жидкостей в другой, лишь бы перед отбором пробы отсутствовало расслоение потока на сплошные фазы несмешиваемых жидкостей. Именно заявляемое устройство осуществляет отбор пробы из потока в трубопроводе соответствующим образом подготовленного - при помощи диспергирующего устройства. На участках трубопровода, где протекает расслоившийся на сплошные фазы жидкости поток, этим устройством может быть элемент самого трубопровода, как в приводимых ниже экспериментах, либо специально изготовленное диспергирующее устройство для формирования в трубопроводе неоднородного потока - потока с неоднородным распределением включений без образования сплошной второй фазы в потоке. Например, для быстрого изменения направления потока, при котором происходит диспергирование фаз, может быть использован Г-образный участок трубопровода. Пропорциональное изменение параметров пробозаборного отверстия, например, для устройства [6] или [7] позволит обеспечить нормативные требования при отборе пробы, см. [8], в части одновременного обеспечения скорости отбора, пробы и обеспечения при этом необходимого ее расхода через анализаторы качества. Благодаря перечисленным признакам заявляемого устройства в отличие от прототипа [4] качественно изменяется соотношение фаз в отбираемой пробе - устраняются гидродинамические условия, при которых относительная погрешность определения одной из составляющих поток в трубопроводе фаз составляет более 100% и, таким образом, проба становится представительной.

Конкретно заявляемые способ и устройство могут применяться в нефтяной промышленности, например на узлах учета сырой нефти, когда содержание воды в нефти может составлять до 100%, и нефть транспортируется вместе со свободной водой.

Заявляемый способ отбора проб жидкости из трубопровода осуществляется следующим образом.

В трубопроводе, поток жидкости в котором изменяет направление, устанавливают устройство для отбора пробы из неоднородного потока, при изменении направления поток неоднородной жидкости подвергают диспергированию фаз жидкости в друг друге для формирования потока с неоднородным распределением включений без разделения на сплошные фазы, далее отбирают пробу, которую направляют на анализ.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Устройство для отбора проб включает пробозаборное устройство в виде трубки 1 (далее по тексту - трубка 1), установленное вертикально по диаметру трубопровода 2, за Г-образным нисходящим участком 3 трубопровода 2 без изменения направления в горизонтальной плоскости. Вход (пробозаборное отверстие) 4 трубки 1 ориентирован навстречу потоку в трубопроводе 2.

Г-образный участок 3 трубопровода 2 служит устройством для диспергирования фаз несмешиваемых жидкостей, составляющих поток в трубопроводе 2. Трубка 1 с краном 5 служит для отбора пробы из неоднородного потока в трубопроводе 2 через вход 4.

Устройство для отбора пробы жидкости из трубопровода 2 работает следующим образом.

Транспортируемая по трубопроводу 2 жидкость поступает в Г-образный участок 3. Фазы жидкости претерпевают быстрое изменение угла направления с горизонтального на вертикальный и вновь на горизонтальный и при этом диспергируют одна в другой так, что одна из них переходит в дисперсную на Г-образном участке 3, и стремятся к равномерному распределению на каждом уровне отбора пробы при помощи трубки 1. Пробу отбирают, устанавливая изокинетическую скорость на входе 4 при помощи крана 5. Далее отобранную пробу направляют на анализ.

Для испытаний было изготовлено устройство, которое представляло:

- пробозаборную трубку 1 с одним отверстием 4, изготовленную в соответствии с патентом [6];

- диаметр трубопровода 2-114 мм с толщиной стенки 4 мм;

- Г-образный участок 3 трубопровода 2 представлял состыкованные между собой буквой «Г» два отвода диаметром 114 мм и толщиной стенки 5 мм с изменением угла направления для трубопровода 2 на 90° [9] с горизонтального на вертикальный.

В качестве пробозаборной трубки 1 для прототипа-устройства [4] применялась такая трубка 1 с такими же параметрами, что и для заявляемого устройства. Она устанавливалась на трубопроводе по ходу потока перед Г-образным участком трубопровода 2, то есть перед участком диспергирования фаз жидкостей, составляющих поток в трубопроводе 2.

Жидкость в трубопроводе 4 представляла водонефтяную эмульсию с содержанием воды от 3,5% до 5,1% обв. потока в трубе 4 и скорость потока жидкости в трубопроводе составляла 0.34-0.43 м/с.

Данные сравнительных испытаний заявляемых способа и устройства отбора проб жидкости из трубопровода и прототипов способа отбора проб [3] и устройства отбора проб [4], в которых ограничились только отбором проб ручным способом (проба отбиралась при открытии крана 5), сведены в таблицу.

Таблица

№ эксперимента	Скорость потока в трубопроводе 2, м/с	Обводненность потока, % обв.	Обводненность потока, % обв., определяемая по пробе для чертежа
			заявляемый	прототип
1	0,34	3,5	3,4	7,8
2	0,38	4,2	4,3	9,2
3	0,43	5,1	5,2	12,7

Качество пробы, полученной по известной технике отбора проб [3-4], более чем на 100% ниже по сравнению с качеством для заявляемой технологии. Это говорит о том, что проба, отобранная из неоднородного потока абсолютно одинаковыми устройствами для отбора проб 1 до и после участка трансформации воды из сплошной в дисперсную фазу, претерпевает качественное изменение. То есть говорить об отборе качественной пробы можно только для заявляемых технологии и техники отбора проб.

Таким образом, данные сравнительных испытаний таблицы подтверждают, что отбор пробы из потока по заявляемому способу и устройству, в отличие от отбора пробы по прототипу [3-4], обеспечивает более качественный отбор пробы.

Заявляемый способ отбора проб и устройство для его осуществления промышленно применимы - для осуществления заявляемой технологии необходимо применение элементов, выпускаемых отечественной промышленностью, а их сборка в соответствии с заявляемой техникой может быть осуществлена силами, обслуживающими трубопроводы.

Источники информации

1. Способ отбора проб жидкости из трубопровода. ГОСТ 2517-85, п.2.13.1.8.

2. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода. ГОСТ 2517-85, п.2.13.1.8.

3. Способ отбора проб жидкости из трубопровода. ГОСТ 2517-85, черт.18.

4. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода. ГОСТ 2517-85, черт.18.

5. В.П.Тронов. Промысловая подготовка нефти. М.: Недра, 1977, стр.64-71.

6. Патент на изобретение RU 2141105, МПК G01N 1-10.

7. Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода черт.15а) - 15б), «ГОСТ 2517-85. Изменение №1».

8. ГОСТ 2517-85, п.п.2.13.1.3 и 2.13.4.1.

9. Детали трубопровода бесшовные приварные из углеродной низколегированной стали. Отводы. Конструкция по ГОСТ 30753-2001 (ИСО 3419-81) табл.2.