СИСТЕМА И СПОСОБ ОТБОРА ПРОБ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА МНОГОФАЗНОГО ПОТОКА

Полезная модель относится к нефтяной, газовой отраслям промышленности и может быть использована для измерения расхода фаз многофазного потока, состоящего из газо-жидкостной углеводородной смеси и водной части.
Известно устройство для осуществления способа отбора проб (А.с. №866440, опубл. 23.09.1981 г.), включающего разделение потока, отбор незначительной части потока.
Известное устройство обладает недостаточной точностью из-за невозможности гомогенизации, а также обеспечения изокинетичности основного и отбираемого потоков.
Известно устройство для отбора проб газожидкостного потока (Патент РФ №2366813, опубл. 10.09.2009 г.), содержащее полый корпус с каналами для входа и выхода потока и размещенную в полости корпуса пробоотборную трубку. В корпусе и на входе в пробоотборную трубку установлены штуцеры, при этом проходные сечения штуцеров заданы так, что обеспечивают установление критических режимов течения газожидкостных потоков, а пробоотборная трубка размещена так, что вход в нее находится в зоне критического истечения основного газожидкостного потока.
Недостатком данного устройства является низкая точность из-за отсутствия гомогенизации многофазного потока.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение точности измерения расхода фаз, определение содержания механических примесей в потоке без воздействия на транспортируемую по трубопроводу газожидкостную среду.
Технический результат: обеспечение точного и качественного измерения расхода многофазного потока, простота изготовления, монтажа и эксплуатации системы, возможность оперативного применения системы в местах, не оборудованных специальными узлами учета, эргономичность оборудования и соблюдение экологических норм.
Технический результат достигается тем, что система отбора проб для измерения расхода многофазного потока включает пробоотборник, оснащенный головкой с наконечником, последовательно соединенный с регулятором расхода плунжерного типа, установленным в блоке управления, и далее с гравитационным сепаратором.
Заявляемая система отбора проб для измерения расхода многофазного потока поясняется схемой.
Система включает многофазный пробоотборник 1, соединенный последовательно с регулятором расхода плунжерного типа полуавтоматического действия, установленным в блоке управления 3 и далее с гравитационным сепаратором 4.
Многофазный пробоотборник 1 содержит отборную головку 5 с наконечником 6. Отборная головка 5 перемещается с помощью винта подачи 7. На отборной головке 5 установлен штуцер (не показан) для подачи доли потока на периферийное оборудование. В плоскости, до наконечника 6 отборной головки 5, в корпусе пробоотборника установлен штуцер 8 для передачи давления общего потока на периферийное оборудование.
Регулятор расхода плунжерного типа 2 содержит выпускной штуцер 9, с установленным на нем вентилем тонкой регулировки 10, который необходим для более точной и быстродействующей регулировки расхода.
Для контроля работы регулятора расхода на блоке управления 3 установлен электронный преобразователь разности давлений промышленного исполнения 11. При нормальной работе регулятора его показания равны нулю или изменяются в пределах ±0÷КПа.
Для контроля работы преобразователя разности давлений на манифольдах блока управления установлены электронные преобразователи давления промышленного исполнения 12.
Для возможности продувки манифольдов, проведения сличений показаний преобразователей давлений 11, 12, определения "места нуля" преобразователя разности давлений, блок управления оснащен верхней байпасной линией 13. Для сброса давления, заливки ингибитора гидратообразований блок управления снабжен нижней байпасной линией 14.
Для подогрева отобранной многофазной доли потока до регулятора давления установлен электрический теплообменник 15, поддерживающий заданную температуру от 0° до 200°C.
Гидравлическая схема блока рассчитывается на рабочее давление пробоотборника. Электрическая схема имеет взрывозащитное исполнение и искробезопасную электрическую цепь.
Гравитационный сепаратор 4 вертикальной цилиндрической формы совмещен с мерной емкостью 16 и имеет тангенциальный вход 17 газожидкостного продукта, завихритель.
На выходе из сепаратора установлен комбинированный фильтр-отбойник 18, выполненный из нескольких слоев мелкоячеистой сетки, чередующейся с нетканым материалом. Мерная емкость 16 снабжена окнами 19 с прозрачными поликарбонатными вставками, расположенными на 180° для точного определения уровня жидкой фазы под давлением, а после дегазации углеводородной жидкости уровень определяется при атмосферном давлении. Окна 19 снабжены шкалой 20 с ценой деления 0,5 мм.
Для определения объема жидкой фазы проводят калибровку мерной части сепаратора.
Для изменения температуры сепарации в мерную часть встроен термометр 21, штуцер для отбора проб углеводородов (не показан), дренажный кран 22.
Для отбора проб газа сепарации для определения его компонентно-фракционного состава предусмотрен штуцер 23.
Сепаратор 4 заключен в терморубашку 24 для осуществления охлаждения - нагрева при разгазировании углеводородов.
Для подачи ингибитора в выходящий газ предусмотрен штуцер 25 с вентилем тонкой регулировки.
Работа системы осуществляется следующим образом.
В поток, транспортируемый по трубопроводу, устанавливается многофазный пробоотборник 1, его отборная головка 5, имеющая наконечник 6, отбирает его незначительную часть, не более 1% доли потока. Отборная головка 5 перемещается с помощью винта подачи 7, осуществляя сканирование наконечника 6 по внутреннему диаметру пробоотборника. Наконечником 6, установленным на отборной головке 5, производится отбор малой доли по всему внутреннему сечению пробоотборника от края до края. Сканирование при отборе доли потока организовано для учета неоднородности структуры потока, транспортируемого по трубопроводу.
Общий расход многофазного потока определяется через отношение площадей сечений внутренних диаметров пробоотборника 1 и наконечника 6.
Сечение трубопровода условно разделяется на сегменты равные по площади, число сегментов не менее шести, отбор осуществляется наконечником 6 последовательно с каждого сегмента, время отбора в каждом сегменте пропорционально его площади.
При выделении и отборе доли потока необходимо соблюдение равенства линейных скоростей отобранной доли и общего потока, то есть соблюдения режима изокинетического отбора. Для этого используется регулятор расхода плунжерного типа 2, установленный на блоке управления 3.
От многофазного пробоотборника 1 через теплообменник 15 среда поступает на плунжер 2, установленный в блоке управления 3.
Общий многофазный поток подается на плунжер регулятора расхода 2 одновременно с отобранной малой долей потока. Под действием разности давлений поступающих потоков плунжер перемещается в сторону меньшего давления, частично приоткрывая (закрывая) сечение выпускного отверстия, при этом, площадь выпускного отверстия плунжера изменяется, тем самым регулируя расход.
Отобранную долю с выпускного вентиля тонкой регулировки 10 направляют в гравитационный сепаратор 4 для разделения на однородные фазы.
Многофазная смесь поступает по тангенциальному входу 17 сепаратора 4, завихритель придает смеси центробежное ускорение, под действием гравитационной силы жидкая фаза накапливается в мерной части.
Газ с остаточной дисперсной жидкой фазой стремится на выход, остаточная жидкость отбивается на фильтре-отбойнике 18 и также попадает в мерную часть. Площадь фильтра-отбойника 18 рассчитывается так, чтобы при возможно максимальном расходе обеспечить скорость смеси в сепараторе не более 3 см/сек.
В выходящий газ через штуцер 25 вводится ингибитор для предотвращения гидратообразований, интенсивность подачи ингибитора регулируется капельницей с помощью вентиля тонкой регулировки.
Далее газ, отделенный с помощью сепаратора, учитывается счетчиком, обеспечивающим учет газа приведенного к нормальным условиям, с относительной погрешностью не более 1%. Жидкая фаза учитывается с помощью мерной емкости, входящей в сепаратор.
Система применяется в нефтяной, газовой промышленности для оценки эффективности работы газожидкостных сепараторов, нефтяных трапов и других аппаратов, разделяющих многофазный газожидкостный поток на газ, нефть (конденсат), воду, а также для измерения дебита скважин различного назначения и отбора проб продукции для дальнейших физико-химических, термодинамических лабораторных исследований.