Ячеечный пробоотборник
CELL SAMPLER

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам высечного типа для отбора проб из напорных трубопроводов, и может быть использовано при контроле процессов добычи, подготовки, при транспортировании и хранении нефти, нефтепродуктов независимо от их реологических свойств и температуры окружающей среды, обеспечивая их высокую достоверность.
Известно автоматическое устройство для отбора проб жидких, газообразных сред и их смесей из трубопроводов (патент на полезную модель №52637). Оно характеризуется тем, что цилиндрический ствол зонда и введённый в него поворотный шток, снабжены сквозными продольными прорезями, охватывающими внутренний диаметр трубопровода, при этом длина ствола своим нижним концом выходит за пределы внутреннего диаметра трубопровода, а в трубопроводе выполнено углубление, трёхходовой кран снабжён дозирующей камерой с подвижным дифференциальным поршнем и жёстко связан со штоком зонда и приводом, а перед зондом в трубопровод введён смеситель потока.
Недостатком известного устройства является невысокая достоверность пробы вследствие того, что вода, которая здесь является гидравлическим поршнем, тоже может присутствовать в пробе.
Известно пробоотборное устройство интегрального отбора пробы многокомпонентной газожидкостной среды (патент на изобретение №2253012), содержащее установленный в напорном трубопроводе устьевой арматуры полый корпус, внутри которого расположен поворотный орган управления потоком многокомпонентной газожидкостной среды, отборную камеру с заборными каналами, запорный орган с расположенным внутри корпуса приводным клапаном отбора пробы, рукояткой и направляющей трубой. Полый корпус представляет из себя фрагмент напорного трубопровода преимущественно на вертикальном участке устьевой арматуры, орган управления потоком многокомпонентной газожидкостной среды выполнен в виде установленной на валу заслонки меньшего размера, чем внутренний диаметр полого корпуса, а отборная камера представляет из себя кольцевую полость на полом корпусе, расположенную на уровне заслонки и сообщённую на входе с потоком многокомпонентной газожидкостной среды через заборные каналы, выполненные симметрично оси вращения заслонки, а на выходе - с запорным органом, причём установленный в корпусе запорного органа приводной винт соединён с клапаном отбора пробы с возможностью вращения относительно друг друга и совместного осевого перемещения, а клапан отбора пробы и вал с заслонкой сопряжены с возможностью синхронного ограниченного поворота вокруг общей оси и относительного осевого перемещения.
Недостатком известного устройства является наличие клапана отбора пробы со свойственными ему недостатками (высокое гидравлическое сопротивление, резкие перепады давления в моменты срабатывания, дополнительные конструктивные соединения), а также наличие застойной зоны между зоной отбора и клапаном, значительно влияющей на достоверность пробы.
Известен пробоотборник для высоковязкой нефти (патент на изобретение № 2573658), содержащий трубчатый корпус с присоединительными элементами на концах и вмонтированными пробозаборным и пробоприёмным устройствами, подпружиненный клапан для приёма и слива отобранной пробы в накопительную ёмкость и привод, корпус пробозаборного устройства выполнен составным - верхний и нижний, соединённые фланцами, верхний из которых снабжён гидроцилиндром с подпружиненным поршнем, шток которого соединён с подпружиненной приводной втулкой, опирающейся на плунжер. Надпоршневое пространство гидравлически сообщено с надпоршневым пространством приводного гидроцилиндра, шток поршня которого шарнирно соединён со штоком электрогидравлического толкателя, электрически связанного с контроллером, которые образуют в совокупности с приводным гидроцилиндром привод пробоотборника, нижний корпус с установленной внутри направляющей трубой сообщён с полостью корпуса пробоотборника, внутри направляющей трубы с возможностью осевого перемещения установлен полый отсекатель пробы с подпружиненной скалкой внутри, упомянутый отсекатель верхним концом штифтами связан через соединительное звено с нижним концом приводной втулки, а нижним концом сообщён с полостью корпуса стабилизатора потока, сосредоточивающего поток всего сечения трубопровода в зоне пробозабора отсекателем, корпус пробоприёмного устройства выполнен в виде ступенчатого цилиндра с центральным каналом и вмонтирован соосно корпусу пробозаборного устройства, его меньшая ступень снабжена подпружиненной втулкой и уплотнительным кольцом на наружной поверхности и сообщена с полостью стабилизатора потока, при этом её диаметр выбран меньшим, чем внутренний диаметр отсекателя пробы для возможности стыковки между собой после отжатия отсекателем подпружиненной втулки.
Недостатком известного пробоотборника является наличие клапана отбора пробы со свойственными ему недостатками (высокое гидравлическое сопротивление, резкие перепады давления в моменты срабатывания, дополнительные конструктивные соединения).
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является автоматический пробоотборник (патент на полезную модель №150614), содержащий корпус, закреплённый фланцами в трубопроводе, блок управления, привод, соединённый с пробозаборным зондом, выполненным в виде гильзы, внутри которой размещён подвижно поршень, взаимодействующий с обратным клапаном, установленным в нижней части корпуса, отличающийся тем, что привод выполнен виде двух актуаторов, закреплённых на корпусе, причём шток одного актуатора соединён с гильзой рычажным механизмом, шток другого актуатора соединён с поршнем.
Недостатками известного пробоотборника, относящегося к классу ячеечных пробоотборников, является наличие клапана отбора пробы со свойственными ему недостатками (высокое гидравлическое сопротивление, резкие перепады давления в моменты срабатывания, дополнительные конструктивные соединения), а также невысокая достоверность проб, так как отбор производится не в середине потока.
Технической задачей заявляемого ячеечного пробоотборника является повышение достоверности отбираемой пробы при одновременном устранении обратного клапана как отдельного устройства.
Поставленная техническая задача решается ячеечным пробоотборником, состоящим из корпуса, зонда, поршня, упора поршня, внешнего привода и пробоприёмника. Корпус представляет собой цилиндрическую часть трубопровода с направляющей частью для только возвратно-поступательного движения зонда, со сливным каналом, на выходе из которого установлен пробоприёмник. Зонд имеет несквозную осевую проточку, в которой подвижно установлен поршень, и упор поршня, который закреплён в выходной части проточки зонда. В боковой стенке зонда в наиболее глубокой точке проточки выполнено сквозное окно, между поршнем и зондом установлена пружина поршня, стремящаяся прижать поршень к наиболее глубокой точке проточки и перекрыть сквозное окно. Зонд имеет возможность перемещаться внутри корпуса под действием внешнего привода, зонд имеет два крайних положения, в крайнем положении отбора пробы сквозное окно находится в зоне отбора в центре потока, при этом сквозное окно располагается по ходу движения потока, а в положении слива пробы сквозное окно располагается в зоне слива пробы на уровне сливного канала, между наружной поверхностью зонда и направляющей поверхностью корпуса расположены четыре уплотнения, причём два из этих уплотнений располагаются между зоной отбора и зоной слива пробы и образуют зону отсечения пробы. То есть функцию клапана выполняет само конструктивное устройство зонда и корпуса.
Такое техническое решение обеспечивает полное принудительное вытеснение всего объёма пробы из зонда, максимизируя достоверность пробы.
Заявляемое техническое решение поясняется схемами:
Фиг.1 – Схема ячеечного пробоотборника в момент отбора пробы;
Фиг.2 – Схема ячеечного пробоотборника в момент слива пробы с сечением в зоне отбора;
Ячеечный пробоотборник состоит из корпуса 1, зонда 2, поршня 3, упора поршня 4, внешнего привода (не показан) и пробоприёмника (не показан). Корпус 1 представляет собой цилиндрическую часть трубопровода с направляющей частью для движения зонда 2, со сливным каналом 5, на выходе из которого установлен пробоприёмник. Вращение зонда 2 вокруг своей оси внутри корпуса 1 ограничено, а свободно только его возвратно-поступательное движение. Зонд 2 имеет несквозную осевую проточку 6, в которой подвижно установлен поршень 3, и упор поршня 4, который закреплён в выходной части проточки зонда 2. В боковой стенке зонда 2 в наиболее глубокой точке проточки выполнено сквозное окно 7. Между поршнем 3 и зондом 2 установлена пружина поршня 8, стремящаяся прижать поршень 3 к наиболее глубокой точке проточки 6 и перекрыть сквозное окно 7. Зонд 2 имеет возможность перемещаться внутри корпуса 1 под действием внешнего привода. Зонд 2 имеет два крайних положения, в крайнем положении отбора пробы сквозное окно 7 находится в зоне отбора «o» в центре потока, при этом сквозное окно 7 располагается по ходу движения потока, а в положении слива пробы сквозное окно 7 располагается в зоне слива «d» пробы на уровне сливного канала 5. Между наружной поверхностью зонда 2 и направляющей поверхностью корпуса 1 расположены четыре уплотнения 9, причём два из этих уплотнений располагаются между зоной отбора «o» и зоной слива «d» пробы и образуют зону отсечения «x» пробы.
Поршень 4 может иметь уплотнение.
Направляющая поверхность корпуса 1 на уровне сливного канала 5 может иметь сливную расточку 10, образующую область слива в сливной канал 5.
Наружная поверхность зонда 2 на уровне сквозного окна 7 может иметь расточку 11, образующую со сливной расточкой 10 в корпусе 1 расширенную область слива.
Для большей достоверности пробы форма проходного сечения внутри корпуса 1 вокруг зонда 2 может выполняться симметричной относительно осей цилиндрической части корпуса 1.
Упор поршня 4 может быть закреплён в зонде 2 резьбовым соединением 12 для возможности регулирования объёма пробы.
Внешний привод, представляющий собой, например, электромагнитный привод, может работать как на принудительное перемещение зонда 2 в обоих направлениях, так и только на вытягивание зонда 2, а втягиваться зонд 2 обратно, в таком случае, может при помощи возвратной пружины 13, установленной в корпусе 1.
Пробоприёмник может иметь автоматическое устройство контроля его заполнения, которое при необходимом уровне заполнения пробоприёмника подаёт сигнал, прекращающий работу пробоотборника, при этом сливной канал 5 автоматически перекрывается.
Ячеечный пробоотборник работает следующим образом.
Внешний привод вытягивает зонд 2, помещая (Фиг. 1) сквозное окно 7 в зону отбора «o». При этом вследствие избыточного давления в трубопроводе поршень 3, преодолевая усилие пружины 8, перемещается до упора 4 и освобождает объём для пробы.
После этого зонд 2 возвращается посредством внешнего привода или под усилием возвратной пружины 13. При этом сквозное окно 7 сначала проходит зону отсечения пробы «х», в которой происходит выравнивание давления и удостоверенное отсечение объёма пробы от потока. Затем сквозное окно 7 попадает (Фиг. 2) в зону слива пробы «d», в результате чего поршень 3 под воздействием пружины 13 вытесняет объём пробы в сливной канал 5 с меньшим, чем в трубопроводе давлением, или напрямую, если сливной канал 5 находится прямо перед сливным окном 7, или через область слива, образованную расточками 10 и 11 в корпусе 1 и зонде 2, если сливной канал 5 находится в стороне от сливного окна 7.
Из сливного канала 5 проба попадает в пробоприёмник. При полном заполнении пробоприёмника работа пробоотборника может автоматически прекращаться для устранений вероятности перелива и нанесения вреда окружающей среде. При этом сливной канал также автоматически может перекрываться.
Объём отбираемой пробы может регулироваться вкручиванием/выкручиванием упора 4.
Следует отметить, что заявляемый ячеистый пробоотборник способен выполнять отбор пробы очень быстро, порядка 0,2 секунды, что дополнительно повышает достоверность пробы, так как при долгом срабатывании в зоне отбора среда успевает перемешиваться.