Способ отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе и устройство для его осуществления
METHOD OF SAMPLING FLUID FROM GAS-LIQUID FLOW IN PIPELINE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к технологии и технике отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе и может найти применение в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется осуществление отбора представительной пробы ручным и/или автоматическим способом.
Известен способ отбора проб жидкости из газожидкостного потока  трубопроводе, при котором пробу жидкости отбирают в пробоприемник в виде сосуда открытого типа, при этом вручную или электрическим приводом регулируют запорную арматуру для отбора пробы, - в качестве которой применяют кран, - так, чтобы из него вытекала непрерывная равномерная струя, которую направляют в пробоприемник по трубке, доходящей до его днища, п.2.13.3.7. ГОСТ 2517, [1].
Известно устройство для реализации данного способа, включающее пробоприемиик в виде сосуда открытого типа, кран с трубкой, доходящей до его днища, п.2.13.3.7, ГОСТ 2517, [2].
Недостаток известной техники отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе [1-2] - низкая представительность пробы, медленная наполняемость пробоприемника, выделение большого количества газа  атмосферу.
Наиболее близким по технической сущности является способ отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе, при котором пробу без регулировки ее объема отбирают порциями с байпасного участка трубопровода при помощи запорной арматуры для переключения направления потока и узла отбора пробы с карманом, отбор осуществляют вытеснением воздуха из полости пробоприемника в виде сосуда открытого (Пробоотборник Порт-6, Руководство по эксплуатации УП60.00.00.000РЭ [3]).
Известно устройство для реализации данного способа, включающее запорную арматуру для переключения направления потока, байпасный участок трубопровода, узел отбора проб с карманом, пробоприемник в виде сосуда, сообщающегося с атмосферой (Пробоотборник Порт-6, Руководство по эксплуатации УП60.00.00.000РЭ [4]).
Недостаток известной техники отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе [3-4] - низкая представительность пробы, большое выделение газа из пробы, свободный газ и большая доля растворенного газа из пробоприемиика стравливаются в атмосферу, нерегулируемость объема отбираемой пробы, незначительный объем жидкой фазы в отбираемой пробе и медленная заполняемость пробоприемника, узел отбора проб сообщается с байпасным участком трубопровода через карман (объемом до 40% от объема пробы) в нарушение требования п.1.5.4.5 ГОСТ 2517, в котором накапливается свободная вода, из пробы вытесняется нефть, вследствие чего она характеризуется большим процентом неучтенной нефти и потому пробу нельзя считать представительной. Кроме того, запорная арматура для переключения направления потока периодически перекрывает поток в трубопроводе, что недопустимо при механизированном способе эксплуатации. В момент отбора пробы узел отбора пробы перекрывает живое сечение трубопровода, проходное сечение трубопровода уменьшается в десятки раз, что приводит к скачку давления на устье скважины при каждом отборе порции пробы. Пробоотборник загрязняет окружающую среду попутным нефтяным газом и не соответствует нормативным требованиям, например, ISO 14000 Охрана окружающей среды [5].
Техническим результатом данного изобретения является повышение представительности пробы, надежности, удобства осуществления технологии обслуживания устройства, безопасности, экологичности, устранение риска потери пробы и повреждения конструкции пробоприемника.
Для достижения технического результата в способе отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе, при котором из трубопровода отбирают пробу через узел отбора, согласно изобретению в потоке трубопровода формируют область с преимущественным содержанием в ней жидкой фазы путем придания потоку вращательного движения вокруг оси трубопровода и отбор пробы осуществляют из этой области путем регулирования расхода пробы при помощи запорной арматуры.
Операция в заявляемом решении, при которой в потоке трубопровода формируют область с преимущественным содержанием в нем жидкой фазы, с последующим отбором пробы из этого участка исключает, в отличие от прототипа [3], попадание в пробу свободной газовой фазы и одновременно позволяет увеличить долю жидкости в отбираемой пробе. Формирование этой области закручиванием потока перед отбором пробы вдоль оси трубопровода способствует перемешиванию жидкой фазы, закручивание потока осуществляют в режиме, при котором происходит перемешивание в жидкой фазе присутствующих в ней ингредиентов. Благодаря этому увеличение объема пробы, отобранной из перемешанной жидкой фазы, позволяет более точно определить физико-химический состав жидкой фазы потока трубопровода и одновременно значительно уменьшить содержание в пробе газовой фазы до растворенного, что и обеспечивает преимущество заявляемого способа по сравнению с прототипом [3] как в части представительности пробы, так и в части уменьшения выделения газа из пробы в окружающую среду. Формирование участка потока с содержанием в ней жидкой фазы в области отбора пробы по заявляемому решению можно осуществить, например, путем осуществления сепарации жидкой фазы и газа при закручивании потока, при которой часть жидкой фазы отводят в участок отбора пробы, в котором происходит постоянная смена жидкой фазы набегающим потоком жидкости. Отбирают пробу из этого участка через узел отбора при помощи регулирования запорной арматуры для отбора ручной пробы и/или автоматическим пробоотборником.
Таким образом, благодаря осуществлению отличительных признаков заявляемого способа обеспечивается более высокая представительность пробы, технологичность в части удобства процедуры отбора пробы, надежности, безопасности, экологичности, что и определяет преимущество заявляемого способа по сравнению с прототипом [4|.
Применение заявляемого способа позволит, по сравнению с прототипом [4], повысить эффективность и надежность технологии отбора пробы.
Для достижения технического результата при реализации заявляемого способа используют устройство, которое включает узел отбора пробы, запорную арматуру, согласно изобретению в узел отбора пробы включают участок трубопровода для отбора пробы, в который встраивают сепаратор с образованием области отбора пробы в виде проточной полости и инжекции через нее жидкой фазы, и завихритель для формирования потока жидкой фазы в области отбора пробы.
Применение в заявляемом устройстве сепаратора с завихрителем, встроенными в трубопровод для формирования потока жидкой фазы в области отбора пробы, позволит, в отличие от прототипа [4], отделять жидкую фазу от газовой и одновременно обеспечить перемешивание жидкой фазы и увеличить ее долю в отбираемой пробе. Благодаря этому происходит увеличение объема усредненной по составу жидкой фазы в пробе, заявляемое решение позволит более точно определять физико-химический состав потока и одновременно минимизирует попадание в пробу свободного газа, что обеспечивает преимущество заявляемого устройства по сравнению с прототипом [4]. Формирование участка с содержанием жидкой фазы по заявляемому решению можно осуществить путем сепарации жидкой фазы и газа, в котором часть жидкой фазы отводится в участок, в котором происходит постоянная смена жидкой фазы набегающим потоком жидкости.
Таким образом, благодаря отличительным признакам в заявляемом техническом решении одновременно с повышением представительности пробы обеспечиваются надежность, удобство ручного и/или автоматического способа отбора пробы, экологичность, безопасность применения заявляемого устройства, что обеспечивает значительное его преимущество по сравнению с устройством-прототипа [4].
Применение заявляемого устройства позволит значительно повысить представительность пробы, отбираемой ручным и/или автоматическим способами, и технологичность технологии отбора пробы.
Заявляемые способ отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе и устройство для его осуществления могут конкретно применяться, например, на нефтепромыслах - на коммерческих узлах учета нефти.
Заявляемый способ отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе осуществляется следующим образом.
В газожидкостном потоке в трубопроводе формируют участок потока жидкой фазы путем придания потоку вращательного движения вокруг оси трубопровода из которой отбирают пробу через узел отбора.
Сущность изобретения поясняется чертежом - на фиг.1 представлен один из вариантов заявляемого устройства.
Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода, фиг.1, включает запорную арматуру 1, узел отбора пробы, состоящий из зонда 2, корпуса, участка трубопровода 3, в котором смонтированы зонд 2, соединяемый с запорной арматурой 1, завихритель 4 и сепаратор 5, при этом сепаратор 5 размещен после завихрителя 4 (по ходу потока в трубопроводе) со смещением относительно корпуса 3 таким образом, что образуемая с внешней стороны сепаратора 5 полость 6 в корпусе 3 служит зоной отбора пробы, которая герметично отделена от потока торцом сепаратора 5 со стороны входа потока в сепаратор 5, в стенке сепаратора 5 выполнено тангенциальное отверстие 7 для протоки части жидкой фазы потока через зону отбора пробы, зонд 2 выполнен в виде клапана с шариком и пружинкой и входом размещен в зоне отбора пробы.
Устройство для отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе, фиг.1, предназначено для отбора пробы жидкости из трубопровода 3. При работе устройства запорная арматура 1 предназначена для отбора пробы из трубопровода через зонд 2. Участок трубопровода 3, в котором смонтированы зонд 2, завихритель 4 и сепаратор 5, служит для формирования потока жидкой фазы в области отбора пробы, тангенциальное отверстие 7, - для отделения части потока жидкой фазы и пропуска ее через область отбора пробы.
Устройство для отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе, фиг.1, работает следующим образом.
Поток на участке трубопровода 3 после прохождения им завихрителя 4 закручивается вдоль продольной оси участка 3 трубопровода. При этом жидкая фаза оттесняется к стенке сепаратора 5, газовая фаза выталкивается в центральную область потому, что газожидкостный поток закручивается в встроенном сепараторе после прохождения им завихрителя 4. Ввиду большой разности по плотности газовой и жидкой фаз при закручивании с небольшой угловой скоростью происходит быстрое разделение фаз, сопровождающееся перемешиванием ингредиентов в жидкости (скорость вращения потока достаточна для отделения свободного газа от жидкости и недостаточна для разделения состава жидкой фазы). При этом вследствие увеличения диаметра сечения после выхода потока из сепаратора 5 и наличия в стенке сепаратора тангенциального отверстия 6 происходит инжекция части потока через область отбора пробы, - часть жидкой фазы из сепаратора 5 инжектируется (-ют) через область отбора пробы, то есть полость 6 для отбора пробы непрерывно промывается жидкой фазой. Благодаря этому физико-химический состав жидкой фазы потока в области отбора пробы соответствует основному. Через зонд 2 осуществляют отбор пробы из области отбора регулированием запорной арматуры 1. Пробу сливают в пробоприемник 8. Завершение отбора пробы при ручном способе наступает, когда запорную арматуру 1 закрывают. Пробу в пробоприемнике 8 транспортируют в химико-аналитическую лабораторию.
Сравнительные испытания заявляемых способа и устройства были проведены с использованием прототипов способа [3] и устройства |4|.
Для испытаний было использовано устройство для отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе, фиг. 1, с параметрами: отношение внутреннего диаметра участка трубопровода 3 Ду 50 мм к наружному диаметру сепаратора 5 составляло 1:1, запорная арматура 1 - вентиль Ду 10 мм, завихритель 4 выполнен в виде пропеллера. Зонд 2 представляет собой клапан в виде шарика с пружиной, заключенные в корпус.
3
Поток в трубопроводе представляла нефть с содержанием воды 35%об., газа - 50%. Вязкость безводной нефти при 20°C составляла 8,4 сСт. Расход потока в трубопроводе составлял 1,5 м/час.
Объем жидкой фазы в пробе по заявляемой технологии составил 98%, а по технологии прототипа [3-4] - 45%. При этом, погрешность определения воды в потоке по заявляемой технологии составила 5%, прототипа - 37%. Таким образом, применение заявляемой технологии позволяет осуществлять отбор пробы без выброса свободного газа в атмосферу. Происходит выброс только части растворенного газа, содержащегося в пробе. При этом проба является более представительной, нежели для технологии прототипа [3-4].
Таким образом, данные экспериментов свидетельствуют о преимуществе заявляемого решения по сравнению с прототипом [3-4] как в плане надежности, так и в плане определения физико-химического состава прокачиваемой через устройство газонасыщенного потока.
Заявляемый способ для отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе и устройство для его осуществления промышленно применимы - заявляемое устройство для реализации заявляемого способа несложно в изготовлении.
Источники информации
1. Способ для отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе, п.2.13.3.7. ГОСТ 2517.
2. Устройство для отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе, п.2.13.3.7. ГОСТ 2517.
3. Способ для отбора проб жидкости из газожидкостного потока в трубопроводе, Пробоотборник Порт-6, Руководство по эксплуатации УП60.00.00.000РЭ.
4. Устройство для отбора проб жидкости из газожидкостпого потока в трубопроводе, Пробоотборник Порт-6, Руководство по эксплуатации УП60.00.00.000РЭ.
5. ISO 14000 Охрана окружающей среды [5].