УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБЫ НЕФТИ С ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
DEVICE FOR COLLECTING SAMPLES OF OIL FROM WATER SURFACE

3
Устройство для отбора пробы нефти с водной поверхности относится к области эксплуатации пробоотборных устройств для оценки степени загрязнения нефтепродуктами природных водоемов. Способ применяется для оценки масштаба аварийного разлива нефтепродукта над водной поверхностью озера, реки или морской акватории, а также применим для оценки процентного содержания нефти в продукции высокообводненных нефтедобывающих скважин после отбора объемной пробы скважинной жидкости объемом 1-3 м.
Известен трубчатый мерный щуп, состоящий из пробозаборной сквозной трубы и направляющей рейки с сырой пластичной глиной на конце, выполняющий роль отсекателя жидкости в трубе (Василевский В.Н., Петров А.И. Оператор по исследованию скважин. - М.: Недра, 1983. - С. 104). Применение устройства требует фиксации направляющей рейки в зоне водоема, а это усложняет отбор экологических проб, особенно в болотистой местности.
Известен пробоотборник для оценки толщины слоя нефти над водой по патенту РФ №2534791, опубл. 10.12.2014. Устройство состоит из цилиндрического тонкостенного корпуса с конусным переходом в верхней части в измерительную часть. В устройстве предусмотрена возможность подачи органического растворителя из измерительной части в корпус и перевода полученного раствора реагента и нефти в измерительную часть с помощью насоса по созданию вакуума.
Данное устройство имеет следующие технические недостатки. Во-первых, на открытых водоемах часто присутствует поверхностная волна и очень сложно удержать пробоотборник на одном уровне при выполнении непростых технологических операций по подаче растворителя, закрытию одного из двух кранов и отбором полученной пробы в измерительную часть. Во-вторых, в устройстве не предусмотрено активное перемешивание поданного сверху растворителя со слоем нефти, который отсекается корпусом устройства. В-третьих, слой нефти над водой может быть значительным, и тогда объем смеси нефти и растворителя не уместится в измерительной части устройства.
3
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является патент РФ на изобретение №2623412 (опубл. 26.06.2017), по которому отсекатель слоя нефти над водой имеет автономную плавучесть, в полость которого в циклическом режиме подается органический растворитель для снижения вязкости нефти. Поршневым насосом раствор нефти и растворителя отбирается из отсекателя также в циклическом режиме и сбрасывается в обособленную делительную воронку. Испытания данного устройства показали следующие два недостатка: во-первых, поршневой насос имеет относительно небольшой объем - 150 см, поэтому приходится использовать его многократно в режиме накопления и сброса жидкости в делительную воронку. Во-вторых, сбор раствора нефти иглой со срезом малой площади является длительной во времени процедурой. За это время определенное количество легких углеводородов испаряются из раствора, поэтому снижается точность оценки толщины слоя нефти над водой. Необходимо повысить точность оценки толщины слоя нефти над водой и одновременно упростить процедуру отбора жидкостной пробы.
Технической задачей изобретения является создание устройства, в котором бы были достоинства обоих изобретений за №2534791 и №2623412 и отсутствовали их недостатки. Новое устройство должно обеспечить более высокую точность оценки толщины слоя нефти над водой при любой его толщине. К тому же отбор должен производиться за более короткое время.
Техническая задача выполняется тем, что в устройстве для отбора пробы нефти с водной поверхности, содержащем отсекатель нефти над водой с автономной плавучестью и насос для подачи в нефть растворителя, отсекатель в конической головке имеет съемную пробку с герметично встроенной трубкой с двумя запорными вентилями, один из которых служит для подачи в полость отсекателя органического растворителя, а второй соединен прозрачной и гибкой трубкой с делительной воронкой, в полости которой создается вакуум с помощью аспиратора - насоса одностороннего действия с целью перевода жидкостей из отсекателя в делительную воронку.
Для организации спиралеобразного движения органического растворителя по внутренней поверхности конической головки и отсекателя, смыва и растворения адгезированной нефти в пробке конической головки отсекателя установлен завихритель в виде винта Архимеда.
Для придания положительной плавучести коническая головка отсекателя содержит в себе поплавок лепестковой формы, отличительной особенностью которого от тора являются его плавные формы. Это обеспечивает меньшее скопление нефти на внешней поверхности отсекателя.
Схема устройства приведена на рисунке, где обозначены: 1 - поверхностный водоем, 2 - слой нефти над водой, 3 - отсекатель с конической головкой, 4 - поплавок лепестковой формы, 5 - резиновая пробка, 6 - завихритель, 7 - вентиль для подачи растворителя, 8 - вентиль для перевода жидкости из отсекателя в делительную воронку, 9 - делительная воронка, 10 - гибкая и прозрачная трубка для перевода жидкости из отсекателя в делительную воронку, 11 - насос для создания вакуума (аспиратор АМ-5), 12 - соединительная газоотводная трубка, 13 - резиновая пробка с двумя трубками.
Устройство применяют в следующем порядке:
1. Отсекатель 3 с встроенным лепестковым поплавком 4 с открытой горловиной, то есть без пробки 5, осторожно опускают в слой нефти 2 над водоемом 1. Благодаря поплавку, в конусной части отсекателя устройство находится на плаву в объеме нефти и воды.
2. Сквозь открытую горловину с помощью иглы (трубки) в слой нефти подают фиксированный объем органического растворителя и перемешивают их для снижения вязкости нефти.
3. Горловину отсекателя закрывают резиновой пробкой. Вентиль 7 закрывают, вентиль 8 открывают и с помощью аспиратора 11 в делительной воронке (ДВ) создают вакуум, то есть давление ниже атмосферного.
4. Раствор нефти с пониженной вязкостью перетекает по трубке 10 в делительную воронку. При появлении свободной воды в нижней части ДВ 9 вентиль 8 закрывают, а вентиль 7 открывают.
3
5. Через вентиль 7 и завихритель 6 с помощью поршневого насоса (медицинский шприц на 50 см) на внутреннюю поверхность отсекателя подают фиксированный объем органического растворителя, для того чтобы смыть адгезированную нефть с поверхности отсекателя.
6. Цикл по пункту 3 повторяют для перевода растворителя с остаточной нефтью в делительную воронку.
7. Проверка наличия остаточной нефти и растворителя в отсекателе 3 осуществляется тем, что делительную воронку 9 с содержимым снимают с резиновой пробки 13, закрывают другой - герметичной пробкой и доставляют для измерений в лабораторию. К пробке 13 соединяют другую делительную воронку с меньшим объемом - пустую и чистую. Аспиратором 11 создают повторно вакуум в проверочной ДВ и в случае поступления в ДВ только воды приходят к выводу, что из отсекателя удалена вся нефть с растворителем.
Отсекатель извлекают из водоема, промывают чистым растворителем, насухо протирают чистой ветошью и используют повторно для измерения толщины слоя нефти в следующей точке нефтяного пятна или в следующей объемной скважинной пробе.
Приведем результаты применения заявленного способа при лабораторной оценке толщины слоя нефти над водой. Слой нефти создавали в сосуде из прозрачного полимера путем налива на водную поверхность необходимого объема нефти средней вязкости - 24 мП⋅с. Создали слой нефти над водой толщиной в 3 мм и провели инструментальные измерения двумя методами:
- по заявляемому способу;
- по изобретению №2623412.
Результаты измерений приведены в таблице 1.
Заявленный способ выполняет поставленную техническую задачу с высокой степенью точности благодаря предложенным новинкам (отличительным признакам):
1. Перевод смеси нефти с растворителем в делительную воронку осуществляется за два цикла и в закрытом, герметичном объеме, поэтому потери легких углеводородов из нефти и растворителя исключены. При использовании изобретения №2623412 отбор нефти с растворителем происходит за множество циклов при открытом отсекателе, поэтому часть легких углеводородов теряются путем испарения в атмосферу.
По изобретению №2534791 допускается только разовая подача растворителя в полость отсекателя, так как калиброванная пипетка 6 в роли делительной воронки первоначально содержит растворитель, а затем заполняется смесью из отсекателя. Поэтому фактор полной закрытости по изобретению №2534791 не обеспечивает того положительного эффекта, который есть в заявляемом способе, а именно - перевод смеси нефти и растворителя из отсекателя в делительную воронку осуществляется в герметичном режиме в два и более циклов (при необходимости).
2. По изобретению №2534791 отсекатель имеет несъемную коническую головку с отводами, поэтому подача растворителя осуществима только на поверхность нефти, заявляемый способ предусматривает возможность подачи растворителя в объем слоя нефти над водой и его активное перемешивание с нефтью с последующим отбором смеси уже в закрытом пространстве. Таким образом, по изобретению реализован принцип избирательного подхода к каждой технологической операции путем организации съемной пробки значительного диаметра в головной части отсекателя.
3. По изобретению №2534791 один из вентилей (кран 4) служит для пропуска воздуха, в то время как по заявленному устройству оба вентиля служат для движения жидкостей. Благодаря этому достигается полная промывка внутренней полости отсекателя от частиц нефти, и это ведет к повышению точности измерений.
4. Поплавок лепестковой формы обеспечивает более быструю подготовку отсекателя к следующим измерениям из-за того, что плавная форма внешней поверхности снижает количество адгезированной нефти.
Проведенные испытания показали, что предложенное устройство превосходит характеристики указанных прототипов и, по сути, является скорее всего завершающим вариантом серии устройств по определению толщины слоя нефти над водой.