СПОСОБ ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТИ ИЗ ТРУБОПРОВОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF COLLECTING LIQUID SAMPLES FROM PIPELINE AND APPARATUS FOR REALISING SAID METHOD

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 производят размещение в трубопроводе (основном) зонда для отбора проб, последовательно соединенного с П-образным дополнительным трубопроводом (как правило, трубопроводом с условным диаметром Ду 50 мм), который соединяется через обратный клапан с трубопроводом после зонда по ходу потока в трубопроводе, то есть дополнительный трубопровод подключен параллельно к основному трубопроводу, прокачку через зонд и дополнительный трубопровод части потока трубопровода под воздействием избыточного давления, создаваемого насосом, расположенным на дополнительном трубопроводе, размещение в дополнительном трубопроводе зондов для ручного и автоматического пробоотборников, соединяемых через кран с пробоприемниками для ручного или автоматического отбора пробы, ручной или автоматический отбор пробы без прекращения прокачки через зонд в основном трубопроводе и дополнительный трубопровод [1] (аналог).
Известно устройство для реализации данного способа, включающее зонд для отбора проб, устанавливаемый в трубопроводе, последовательно соединенный с П-образным дополнительным трубопроводом с насосом, выход которого соединяется с основным трубопроводом через обратный клапан, установленные в дополнительном трубопроводе зонды, которые трубками соединены с пробоприемниками ручного и автоматического пробоотборников с [2] (аналог).
Недостаток данных технологий - низкая представительность пробы на этапе ручного или автоматического отбора пробы. При ручном или автоматическом отборе пробы полость зонда представляет собой застойную зону, если ручной и автоматический пробоотборники соединены с дополнительным трубопроводом трубками напрямую, - без применения П-образной схемы (параллельной схемы подключения к дополнительному трубопроводу). И в этом случае представительность пробы будет ухудшаться из-за наличия в зонде застойной зоны. В случае если ручной или автоматический пробоотборники подключены к дополнительному трубопроводу трубками по П-образной схеме, то отбор пробы возможен не только через зонд, соединяемый трубкой с автоматическим пробоотборником, но и через противоположный конец трубки (который соединен с дополнительным трубопроводом без зонда). Это отрицательно влияет на представительность пробы, отбираемой автоматическим способом несмотря на то, что при прокачке части потока жидкости основного трубопровода через установленный в нем зонд и соединенный с ним дополнительный трубопровод с обратным клапаном, ручной или автоматический отбор пробы не нарушает постоянное движение жидкости через дополнительный трубопровод, поскольку это движение жидкости обеспечивается перепадом давления, создаваемым насосом. Таким образом, обратный клапан на противоток в обводном трубопроводе никогда не срабатывает и он служит только для удобства монтажа дополнительного трубопровода, когда трубопровод находится под давлением, противотока в дополнительном трубопроводе при отборе пробы ручным или автоматическим способами просто не возникает, и вся жидкость поступает в дополнительный трубопровод только через зонд, установленный в основном трубопроводе.
Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода, при котором производят размещение в основном трубопроводе зонда для отбора проб, последовательно соединенного с трубкой, которая соединяется с трубопроводом после зонда по ходу потока в трубопроводе, то есть подключена параллельно к трубопроводу (трубка является П-образной), прокачку под воздействием избыточного давления под воздействием напора потока через зонд с трубкой части потока трубопровода, отбор пробы из трубки [3] (аналог).
Известно устройство для реализации данного способа, включающее зонд для отбора проб, последовательно соединенный с П-образной трубкой, которая соединяется с трубопроводом после зонда по ходу потока в трубопроводе, и патрубок с краном для отбора пробы [4] (аналог).
Недостаток данных технологии и техники отбора проб - низкая представительность пробы. При ручном и автоматическом способах отбора пробы, последняя должна быть отобрана через зонд. Согласно известным технологии и технике проба при давлении в трубопроводе, превышающем перепад давления на трубке, будет отбираться не только через зонд, но и через обратный конец (не соединенный с зондом) П-образной трубки. Это противоречит указанному требованию отбора пробы из трубопровода через зонд. По указанной причине отбираемая проба будет непредставительной.
Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода, при котором осуществляют размещение в трубопроводе с загнутым концом зонда для отбора проб, который при помощи трубки последовательно или через патрубок подключают к крану для ручного отбора пробы или соединяют с автоматическим пробоотборником с патрубком (или без патрубка), - как правило, внутренним диаметром 6-18 мм, - ручной или автоматический отбор проб в пробоприемник [5] (прототип).
Известно устройство для реализации данного способа, включающее устанавливаемый в трубопроводе зонд для отбора проб с загнутым концом, последовательно соединенный с трубкой, зонд устанавливается (ориентирован) входным отверстием навстречу потоку в трубопроводе, ручной или автоматический пробоотборник [6] (прототип).
Недостаток известных техники отбора проб - низкая представительность пробы. Действительно, если трубка не имеет П-образного соединения с трубопроводом, то есть с одной стороны соединена с зондом (имеет соединение с трубопроводом через зонд), а с другой стороны производится отбор пробы, то в случае, когда выход зонда находится выше трубопровода, тяжелая фаза в жидкости, находящейся в полости зонда под воздействием сил гравитации, начинает стекать в трубопровод, что приводит к уменьшению тяжелой фазы в пробе. Если выход зонда находится ниже трубопровода, происходит непрерывное осаждение тяжелой фазы, что также приводит к увеличению доли тяжелой фазы в пробе. В результате при ручном или автоматическом отборе пробы через зонд будет осуществляться непредставительный отбор пробы.
Если же трубка соединена с трубопроводом по П-образной (параллельной) схеме, то проба может отбираться не только через зонд, но и через обратный конец П-образной трубки, который соединен с трубопроводом без зонда (с двух концов, сторон П-образной трубки). Это противоречит требованию для отбора представительной пробы из трубопровода, см. например, [7].
По указанным причинам отбираемая проба будет характеризоваться низкой представительностью.
Техническим результатом данного изобретения является повышение представительности пробы.
Для достижения технического результата в способе отбора проб жидкости из трубопровода, при котором осуществляют размещение в трубопроводе зонда для отбора проб и ориентацию его входа навстречу потоку, зонд соединяют трубкой с краном для ручного отбора пробы или автоматическим пробоотборником, отбор проб в пробоприемник, согласно изобретению, часть потока жидкости из трубопровода, которую отбирают через зонд, направляют по трубке с установленным на ней регулятором расхода жидкости (далее, - регулятор), выполняющим функцию обратного клапана (клапана), при этом, к случае, когда трубка имеет параллельное соединение с трубопроводом, регулятор устанавливают на участке трубки по ходу потока в ней после места (участка, точки) отбора пробы из трубки в пробоприемник, при этом через полость зонда постоянно пропускают часть потока трубопровода.
Отличительные операции заявляемого способа, - часть потока жидкости из трубопровода, которую отбирают через зонд, направляют по трубке с установленным на ней регулятором расхода жидкости (далее, регулятор), выполняющим функцию обратного клапана, при этом, в случае, когда трубка имеет параллельное соединение с трубопроводом, регулятор устанавливают на участке трубки по ходу потока в ней после места (участка, точки) отбора пробы из трубки в пробоприемник, при этом через полость зонда постоянно пропускают часть потока трубопровода, - обеспечивают для заявляемого способа в случаях его реализации более высокую представительность пробы, нежели при отборе пробы с применением способа прототипа [5].
Действительно,
А) если пробоотборник (ручной, автоматический) имеет параллельное соединение при помощи трубки с трубопроводом, то отбор пробы по заявляемому способу производится в соответствии с требованиями нормативного документа [7], а именно, отбор пробы осуществляется только через зонд, благодаря тому, что в случае возникновения условий для образования противотока жидкости в дополнительном трубопроводе, жидкость в дополнительном трубопроводе за патрубком в момент отбора пробы запирается регулятором, выполняющим функцию обратного клапана как при отборе пробы, так и при направлении ее в пробоприемник (то есть в отличие от прототипа [5], по заявляемому способу отбор пробы не сопровождается составлением ее из двух частей, первой, которая отбирается через зонд, и вторая, которая отбирается через второй конец трубки, имеющей соединение с трубопроводом без зонда), что для способа прототипа [5] недостижимо;
Б) если пробоотборник (ручной, автоматический) соединен с трубкой, которая не имеет параллельного соединения с трубопроводом, то есть один конец трубки соединен с зондом, а второй, - непосредственно с пробоотборником (пробоотборниками с применением дополнительно патрубка для подключения к трубке второго пробоотборника), то жидкость, заполняющая трубку между регулятором и пробоотборником, запирается (изолируется от потока в основном трубопроводе) в ней регулятором, выполняющим функцию обратного клапана, вследствие чего она не подвержена изменению по физико-химическому составу, тогда как для способа прототипа [5] представительность пробы ухудшается к виду того, что тяжелая фаза либо накапливается на указанном участке трубки, если трубка с зондом расположены внизу относительно трубопровода, либо выпадает (перемещается) назад в трубопровод и уносится потоком трубопровода, если зонд с трубкой расположены сверху относительно трубопровода.
Таким образом, в результате осуществления отличительных операций заявляемого способа, получаемая при помощи него проба будет более представительной, нежели проба, отобранная с применением способа-прототипа [5], и осуществление операций заявляемого способа позволит повысить по сравнению со способом-прототипом [5] представительность пробы.
Применение заявляемого способа позволит осуществлять более точный количественный и качественный учет перекачиваемой по трубопроводам жидкости, осуществляемый по совокупности параметров, уменьшить потери при товарно-коммерческих операциях.
Для достижения технического результата при реализации заявляемого способа используют устройство, которое включает зонд для отбора проб, устанавливаемый в трубопроводе, последовательно соединенный с трубкой и который ориентирован входным отверстием навстречу потоку в трубопроводе, согласно изобретению, на трубке с зондом устанавливают регулятор расхода жидкости, выполняющий функцию обратного клапана, при этом, если трубка имеет параллельное соединение с трубопроводом, то регулятор устанавливают по ходу потока на участке трубки после места отбора пробы в пробоприемник, при этом, если трубка не имеет параллельного соединения с трубопроводом, ее выполняют по возможности короче, зонд устанавливают входом навстречу потоку в трубопроводе и выполняют с дополнительным выходом и трубопровод для формирования постоянной протоки жидкости в полости зонда под воздействием напора потока в трубопроводе.
Отличительные признаки заявляемого устройства, - на трубке с зондом устанавливают регулятор, выполняющий функцию обратного клапана, при этом, если трубка имеет параллельное соединение с трубопроводом, то регулятор устанавливают по ходу потока на участке трубки на или после места отбора пробы в пробоприемник, при этом как можно ближе к месту отбора пробы в пробоприемник, при этом, если трубка не имеет параллельного соединения с трубопроводом, ее выполняют по возможности короче, регулятор размещают как можно ближе к входу в зонд, зонд устанавливают входом навстречу потоку в трубопроводе и выполняют с дополнительным выходом в трубопровод для формирования постоянной протоки жидкости в полости зонда под воздействием напора потока в трубопроводе, - обеспечивают отбор пробы без изменения физико-химического состава жидкости в трубопроводе. Благодаря чему при отборе пробы на ее качество не влияет наличие застойных зон в дополнительном трубопроводе, когда он имеет соединение с трубопроводом только через зонд, или наличие второго соединения трубки с трубопроводом при параллельном их подключении. В результате проба, отобранная заявляемым устройством, будет характеризоваться более высокой представительностью пробы, нежели проба, отобранная с помощью устройства прототипа [6]. При этом для заявляемого устройства проба будет представительна как при установке зонда на вертикальном, наклонном или горизонтальном участке, с любым наклоном, радиусом изгиба трубки, соединяющей пробоотборники с трубопроводом, что для прототипа [6] критично.
Таким образом, благодаря выполнению элементов заявляемого устройства из указанных условий будет осуществляться отбор более представительной пробы заявляемым устройством (в отличие от устройства-прототипа [6]).
Заявляемые способ отбора проб жидкости из трубопровода и устройство для его осуществления могут конкретно применяться, например, на нефтепромыслах - на коммерческих узлах учета нефти.
Заявляемый способ отбора проб жидкости из трубопровода осуществляется следующим образом.
В трубопроводе, по которому транспортируют жидкость, осуществляют (производят) размещение зонда и ориентацию его входа навстречу потоку, зонд последовательно соединяют с трубкой с краном для ручного отбора пробы или автоматическим пробоотборником, часть потока жидкости из трубопровода, которую отбирают (прокачивают, пропускают) через зонд, направляют по трубке с установленным на ней регулятором расхода жидкости (далее, регулятор), выполняющим функцию обратного клапана, при этом, к случае, когда трубка имеет параллельное соединение с трубопроводом, регулятор устанавливают на участке трубки по ходу потока после места (участка, точки) отбора пробы из трубки в пробоприемник, при этом, если трубка не имеет параллельного соединения с трубопроводом, а соединяет только зонд для ручного или автоматического отбора пробы в пробоприемник, то регулятор размещают в зонд, при этом через полость зонда постоянно пропускают часть потока трубопровода, осуществляют отбор проб в пробоприемник. Отобранную в пробоприемник пробу направляют на анализ - определение относительного содержания балласта в пробе.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 и 2 представлены два варианта заявляемого устройства для отбора проб жидкости из трубопровода, на фиг.1 представлено устройство без параллельного подключения трубки к трубопроводу (безпараллельная схема подключения трубки и трубопровода), на фиг.2 представлено устройство с параллельным подключением трубки и трубопровода.
Устройство включает зонд 1, установленный вертикально по диаметру трубопровода (основного) 2, трубку 3, последовательно соединенную с зондом 1, и с патрубком 4 для отбора пробы, обратный клапан 5 для пропуска части потока жидкости, отбираемой через зонд 1, при этом патрубок 4 устанавливается в конце трубки 3 в случае подключения ее к трубопроводу 2 по безпараллельной схеме (фиг.1), и в середине трубки 3, - в случае параллельного подключения трубки 3 и трубопровода 2 (фиг.2); зонд 1 входным отверстием ориентирован навстречу потоку в трубопроводе 2, при этом дополнительный выход 6 зонда 1 расположен на боковой поверхности зонда 1 после входа в зонд 1; кран 7 для отбора пробы, пробоприемник 8; дополнительно устройство фиг.2 (при параллельном подключении трубки 3 и трубопровода 2) включает кран 9, устанавливаемый на трубопроводе 2, между зондом 1 и концом трубки 3.
Пробозаборное устройство, фиг.1, 2 предназначено для отбора пробы из потока трубопровода 2, устройство на фиг.1 предназначено для отбора пробы из трубопровода 2 без параллельного подключения к нему трубки 3, устройство на фиг.2 предназначено для отбора пробы из трубопровода 2 при параллельном подключении к нему трубки 3.
Назначение элементов, входящих к состав устройств фиг.1 и 2, следующее: зонд 1 служит для отбора части потока жидкости из трубопровода 2; трубка 3 служит для транспортировки части потока от зонда 1 перед отбором из трубки 3 пробы в пробоприемник; патрубок 4 служит для отбора пробы из трубки 3; обратный клапан 5 служит для предотвращения поступления в пробу жидкости с обратного конца трубки 3 и сохранения физико-химического состава части пробы; кран 7 служит для отбора пробы из потока трубки 3, при этом пробоприемник 8 служит для приема пробы, поступающей через патрубок 4 с краном 7; дополнительный выход 6 в трубопровод 2, выполненный на боковой поверхности зонда 1 с противоположной стороны относительно входа в зонд 1, служит для формирования постоянной протоки жидкости в полости зонда 1; и для устройства фиг.2 (при параллельном подключении дополнительного трубопровода 3 к основному трубопроводу 2), кран 9 служит для создания перепада давления на зонде 1 и последовательно соединенной с ним трубке 3.
Пробозаборное устройство фиг.1 работает следующим образом.
При движении жидкости по трубопроводу 2 происходит постоянная протока жидкости в полости зонда 1, между входом в зонд 1 и дополнительным выходом 6 из него, при которой жидкость из зонда 1 постоянно вытесняется через выход 6 вновь нагнетаемой в зонд 1 потоком трубопровода 2. В результате, практически устраняется застойная зона в полости зонда 1, что является необходимым условием для отбора представительной пробы. Обратный клапан 5 запирает жидкость, находящуюся в полости трубки 3, благодаря чему, даже если интервал времени между отбором очередной порции пробы большой и приводит к расслоению жидкости в полости трубки 3, то это не сказывается на физико-химическом составе расслоившейся жидкости и не приводит к его изменению. В момент отбора пробы, когда открывают кран 7 на патрубке 4, соединенном с трубкой 3, обратный клапан 5 под воздействием возникающего перепада давления открывается и часть жидкости трубопровода 2 поступает в пробоприемник 8 через зонд 1 и соединенные с ним дополнительный трубопровод 3, патрубок 4 и кран 7, то есть, в результате, в пробоприемник 8 поступает проба по физико-химическому составу в наибольшей степени соответствующая требованию адекватности жидкости, транспортируемой по трубопроводу 2.
Пробозаборное устройство (фиг.2) работает следующим образом.
При движении жидкости по трубопроводу 2, под воздействием перепада давления, создаваемого уменьшением проходного сечения трубопровода 2 при помощи крана 9, часть ее проходит (прокачивается) через зонд 1 и соединенную с ним трубку 3 с возвращением прокачиваемой таким образом жидкости по трубке 3 в трубопровод 2. При отборе пробы через кран 7 (при его открытии) с патрубком 4 из трубки 3, регулятор 5 начинает перекрывать проход в трубке 3, и если перепад давления станет превышать суммарное давление скоростного напора потока в трубке 3 и давление, создаваемое краном 9, срабатывает обратный клапан 5, он полностью перекрывает проходное сечение трубки 3 на участке после патрубка 4 и тем препятствует поступлению жидкости через конец трубки 3, соединенный непосредственно с трубопроводом 2. В результате в пробоприемник 8 поступает проба, отбираемая только через зонд 1. Этим обеспечивается выполнение требования нормативного документа [7] для отбора представительной пробы.
Для испытаний было использовано заявленное устройство для отбора проб жидкости из трубопровода 2 в вариантах фиг.1 с приводимыми ниже расчетными параметрами.
3
3
Трубопровод 2 - горизонтальный с внутренним диаметром в 48 мм. Жидкость трубопровода 2 представляла собой нефтяную эмульсию с содержанием воды 0,12-0,35 об.%; вязкость безводной нефти при 20 град. по Цельсию составляла 4 сСт; расход потока трубопровода 2 - 0,5 м/час. Диаметр трубки 3 до и после клапана 5 - 6 мм, диаметр клапана 5 - 12 мм. Обратным клапаном 5 служил шарик с пружинкой ⌀10 мм (служит альтернативой клапану-манипулятору, переключающему поток жидкости в трубке с одного направления на другое, из трубки 3 в пробоприемник 8 и наоборот, или работающее как запорное устройство, например, кран). Зонд 1 представлял трубку, изготовленную в соответствии с [8], то есть, диаметром входа 9 мм, и дополнительно, с выполненным отверстием (дополнительный выход 6) диаметром 6 мм. Температура потока трубопровода составляла - 30°С; плотность безводной нефти, приведенной к 20°С при давлении 0 МПа, составляла 820,4 кг/м). Устройство-прототип [6] отличалось от заявляемого устройства в вариантах фиг.1 и 2 отсутствием на них на трубке 3 клапана 5 и отсутствием на зонде 1 дополнительного выхода (отверстия) 6.
Данные сравнительных испытаний заявляемой и известной (прототип [5-6]) техники отбора проб сведены в табл.1 и 2 (при реализации заявляемой технологии на устройстве в варианте фиг.1, данные приведены в табл.1, при реализации заявляемой технологии на устройстве в варианте фиг.2, данные приведены в табл.2).
Представительность пробы для способа и устройства [5-6] (прототип) на 0,03-0,10 об.% ниже по сравнению с представительностью для заявляемой технологии - сравните данные колонок 3 и 4 табл.1 и 2. Данные испытаний свидетельствуют, что при отборе пробы из потока жидкости из трубопровода через зонд и соединенный с ним пробоотборник посредством трубки (по параллельной или безпараллельной схеме) необходима модернизация известных схем (применяемых в прототипах способе и устройстве [5-6]), например, согласно заявляемых технических решений.
Таким образом, данные сравнительных испытаний табл.1 и 2 подтверждают, что отбор пробы из потока трубопровода по заявляемому способу и устройству, в отличие от отбора пробы по прототипу [5-6], обеспечивает более представительный отбор.
Заявляемый способ отбора проб и устройство для его осуществления промышленно применимы - они не требуют коренной реконструкции существующих узлов отбора, пробы, а необходимые для реализации заявляемой техники изменения могут быть проведены силами производственников, обслуживающих эти системы.
Таблица 1
№ эксперимента
Исходное содержание воды, об.%
Содержание воды в потоке основного трубопровода, об.%, по пробе, полученной по технологии
Заявляемый вариант устройства, фиг.1.
Прототип
1
2
3
4
1
0,12
0,09
0,06
2
0,18
0,15
0,12
3
0,28
0,25
0,21
4
0,35
0,34
0,27
Таблица 2
№ эксперимента
Исходное содержание воды, об.%
Содержание воды в потоке основного трубопровода, об. %, по пробе, полученной по технологии
Заявляемый вариант устройства, фиг.2.
Прототип
1
2
3
4
1
0,12
0,12
0,08
2
0,18
0,18
0,10
3
0,28
0,27
0,18
4
0,35
0,33
0,25