Пробоотборник
SAMPLING DEVICE

Изобретение относится к устройствам для отбора проб газожидкостной среды, особенно с высоким содержанием газовой фазы, из трубопроводов в нефтедобывающей промышленности, где требуется высокая точность определения параметров перекачиваемой по трубопроводу жидкости.
Известен устьевой пробоотборник для добывающей скважины (патент RU №2275503, МПК E21B 49/08, G01N 1/10 опубл. 27.04.2006 Бюл. №12), который содержит трубчатый толстостенный корпус, концевые части которого выполнены в виде усеченного конуса, меньшие основания которого направлены друг к другу и сообщены между собой проходным каналом с диаметром, равным диаметру меньших оснований. Большие основания конусов равны между собой по внутреннему диаметру и равны диаметру напорного трубопровода, на котором монтируются сваркой. В пределах проходного канала корпуса по одной осевой линии выполнены боковые каналы, в одном из которых, например в канале, установлена трубка для подачи реагента - деэмульгатора в продукцию скважины, а в другом, выполненном ступенчато, в большей ступени которого установлено седло запорного элемента, последний выполнен с конической поверхностью под седло и размещен в камере отбора пробы со сливной трубкой, закрываемой после отбора пробы крышкой. Хвостовая часть запорного элемента связана с корпусом резьбовым соединением и выполнена с выступом под торцовый ключ и пазом под отвертку для открытия и закрытия проходного канала седла запорным элементом. Камера после окончания работы по отбору пробы закрывается крышкой. С целью приведения потока продукции скважины в пределах конуса и канала в однородное состояние внутренние его стенки со стороны поступления потока снабжены жестко закрепленными лопастями для турбулизации потока.
Недостатком данного устройства является ненадежность конструкции, а также некачественной отбор пробы. Объясняется это тем, что хвостовая часть запорного элемента связана с корпусом резьбовым соединением, которое находится в непосредственном контакте с отбираемой пробой, что негативно сказывается на герметичности, а в случае осадка в виде твердых механических частиц - нарушением работы устройства, поскольку расположение сливной трубки выше расположения резьбы, что препятствует вымыванию осадка и полной замене старой пробы на новую внутри самой камеры, а смешение двух проб не позволяет провести качественный анализ в конкретные временные промежутки, например раз в два часа и т.д.
Известен пробоотборник накопительный (патент на ИЗ RU №2305770, МПК E21B 49/08, G01N 1/10, опубл. 10.09.2007 Бюл. №25), содержащий трубопровод, корпус в виде патрубка с полым штоком и вентилем. Полый шток жестко и герметично соединен с трубопроводом и выполнен в виде патрубка со скошенным концом и радиальными отверстиями, размещенными против потока жидкости с противоположной срезу скошенного конца стороны штока. Трубопровод за штоком оснащен сужением. Второй конец патрубка герметично соединен с трубопроводом за его сужением в зоне пониженного давления. Патрубок между вентилем и вторым концом оснащен цилиндрическим кожухом с поршнем, выполненным с возможностью осевого перемещения относительно кожуха, со стороны вентиля, снабженного сливным патрубком. Поршень оснащен клапаном, пропускающим жидкость со стороны вентиля. Вентиль выполнен в виде цилиндра с электромагнитом и штоком, вставленным герметично в цилиндр с возможностью осевого перемещения при помощи электромагнита. Цилиндр оснащен выпускным патрубком и сообщен со сливным патрубком. Патрубки перекрыты штоком. Шток оснащен двумя кольцевыми проточками. Первая проточка выполнена с возможностью сообщения патрубка с цилиндром и герметичного перекрытия патрубка при перемещении штока в цилиндре, а вторая - с возможностью сообщения сливного и выпускного патрубков при перемещении штока в цилиндре.
Недостатком данного технического решения является искаженный состав отбираемой пробы, поскольку зона забора расположена ближе к центральной и верхней части трубопровода, что в случае необходимости анализа жидкой фазы, например, нефти в газонасыщенном потоке, оказывает влияние на качественные показатели пробы, так как большая часть газа концентрируется в верхней и средней части потока. Недостаточная надежность обусловлена кавитацией, которая возникает в случае транспортировки потока со значительным содержанием попутного нефтяного газа в зоне полого штока и вентиля и оказывает значительное влияние на работу самого вентиля и цилиндрического кожуха с поршнем и клапаном, особенно с учетом постоянного взаимодействия штока с потоком газожидкостной среды.
Наиболее близким является пробоотборник (патент на ПМ RU №49259, МПК G01N 1/10, опубл. 10.11.2005 Бюл. № 31), присоединенный с двух сторон к трубопроводу фланцами, состоит из корпуса, пробоотборной трубки и крана. Контролируемая жидкость из трубопровода через переходник поступает в лопастной блок перемешивания на пакет лопастных рассекателей, установленных так, что лопасть каждого последующего рассекателя перекрывает зазор между лопастями предыдущего рассекателя и далее в гребенчатый блок перемешивания, состоящий из дисковых гребенчатых рассекателей, выполненных в виде двух дисковых гребенок, каждая из которых имеет зубчатую часть и основание, сочлененных зубьями между собой под углом и установленных так, что зубья последующего дискового гребенчатого рассекателя перекрываются основанием дисковой гребенки предыдущего дискового гребенчатого рассекателя. Устройство обеспечивает повышение степени смешения потока жидкости, но при этом повышается степень смешения и с газовой фазой газожидкостной среды, что снижает эффективность контроля качества жидкой фракции трубопровода.
Недостатками данного технического решения являются недостоверный состав отбираемой пробы, поскольку зона забора расположена в зоне максимального смешения газовой и жидкой фракции, что в случае необходимости анализа жидкой фазы, например, нефти в газонасыщенном потоке, оказывает влияние на качественные показатели пробы, недостаточная надежность, обусловленная кавитацией, которая возникает в случае прохождения потока со значительным содержанием попутного нефтяного газа через большое количество перемешивающих устройств, сложность конструкции, включающая лопастные рассекатели, гребенчатый блок перемешивания.
Техническими задачами предполагаемого технического решения являются повышение качества контроля отбираемой пробы, обеспечение надежной эксплуатации устройства в условиях транспортировки газожидкостной среды с повышенным содержанием газовой фазы при использовании простой конструкции, а также расширение технических средств отбора проб из трубопровода с газожидкостной средой.
Технические задачи решаются пробоотборником, содержащим корпус и пробоотборную трубку.
Новым является то, что корпус выполнен из последовательно и жестко соединенных входной камеры, промежуточной камеры, пробозаборной камеры, камеры пониженного давления и выходной камеры таким образом, что входная и выходная камеры имеют одинаковый диаметр с диаметром трубопровода, промежуточная камера выполнена диаметром больше диаметра входной камеры, диаметр пробозаборной камеры выполнен бльше диаметра промежуточной камеры для обеспечения снижения скорости потока, интенсификации сепарации и повышения концентрации газовой фазы в верхней части пробозаборной камеры, камера пониженного давления выполнена диаметром меньше диаметра входной камеры для увеличения скорости потока и создания зоны пониженного давления.
Также новым является то, что корпус выполнен из последовательно и жестко соединенных входной камеры, промежуточной камеры, пробозаборной камеры, камеры пониженного давления и выходной камеры таким образом, что входная и выходная камеры имеют одинаковый диаметр с диаметром трубопровода, промежуточная камера выполнена диаметром больше диаметра входной камеры, диаметр пробозаборной камеры выполнен бльше диаметра промежуточной камеры, обеспечивающей снижение скорости потока, интенсификацию сепарации и повышение концентрации газовой фазы в верхней части пробозаборной камеры, камера пониженного давления выполнена диаметром меньше диаметра входной камеры, обеспечивающей увеличение скорости потока и создание зоны пониженного давления, которая дополнительно сообщена с пробоотборной камерой через патрубок для отвода газа, жестко соединенный с верхней частью пробоотборной камеры и верхней частью камеры пониженного давления, нижняя часть пробоотборной камеры снабжена отверстием, внутри которого жестко закреплена уплотняющая манжета, обеспечивающая вертикальное перемещение пробоотборной трубки, содержащей глухую герметичную заглушку, жестко установленную в верхнем торце пробоотборной трубки, фиксирующую манжету, жестко закрепленную на нижней части наружной поверхности тела пробоотборной трубки, обеспечивающие герметизацию пробоотборной трубки в положении затвора и отбора соответственно, на верхней части пробоотборной трубки выполнены сквозные приемные отверстия.
Также новым является то, что патрубок отвода газа снабжен клапаном сброса газа.
На фиг. 1 изображен общий вид пробоотборника.
На фиг. 2 изображено сечение общего вида пробоотборника на фиг.1 в верхнем положении для отбора пробы.
На фиг. 3 изображено сечение общего вида пробоотборника на фиг.1 в нижнем положении для герметичного затвора.
Пробоотборник содержит корпус 1 (фиг. 1, 2, 3) и пробоотборную трубку 2 (фиг. 1, 2, 3). Корпус 1 выполнен из последовательно и жестко соединенных входной камеры 3, промежуточной камеры 4, пробозаборной камеры 5, камеры пониженного давления 6 и выходной камеры 7 (фиг. 1, 2, 3) таким образом, что входная и выходная камеры 3 и 7 имеют одинаковый диаметр с диаметром трубопровода (не указано). Промежуточная камера 4 выполнена диаметром больше диаметра входной камеры 3, диаметр пробозаборной камеры 5 выполнен бльше диаметра промежуточной камеры 4 для обеспечения снижения скорости потока, интенсификации сепарации и повышения концентрации газовой фазы в верхней части пробозаборной камеры 5. Камера пониженного давления 6 выполнена диаметром меньше диаметра входной камеры 3 для увеличения скорости потока и создания зоны пониженного давления. Диаметры и длины камер 3, 4, 5, 6 и 7 корпуса 1 выбираются эмпирически, не нарушая прочностных характеристик трубопровода, в зависимости от диаметра эксплуатируемого трубопровода и содержания газа в перекачиваемом продукте. Камеры 3, 4, 5, 6 и 7 выполняются из любых известных материалов для изготовления трубопроводов, например, сталь, чугун, медь и т.д., любым известным способом изготовления, например, электросварным, горячекатаным, холодным деформационным методом и т.д. Камера пониженного давления 6 дополнительно сообщена с пробозаборной камерой 5 через патрубок для отвода газа 8, жестко соединенный с верхней частью пробозаборной камеры 5 и верхней частью камеры пониженного давления 6. Размеры патрубка для отвода газа 8 выбираются эмпирически, в зависимости от состава перекачиваемого продукта. Нижняя часть пробозаборной камеры 5 снабжена отверстием 9 (фиг. 1, 2, 3), внутри которого жестко закреплена уплотняющая манжета 10, обеспечивающая вертикальное перемещение пробоотборной трубки 2. Уплотняющую манжету 10 выполняют из любого известного материала, устойчивого к воздействию перекачиваемой среды и обеспечивающего герметичное вертикальное перемещение пробоотборной трубки, например, резина, полиэтилен, фторопласт и т.д. Вертикальное перемещение может быть осуществлено при помощи выталкивания, ввинчивания при помощи резьбы или любым другим известным способом. Фиксация манжеты 10 к отверстию 9 выполняют любым известным способом, например, при помощи клея, пайки и т.д. Пробоотборная трубка 2 содержит глухую герметичную заглушку 11 (фиг. 2, 3), жестко установленную в верхнем торце пробоотборной трубки. Пробоотборная трубка 2 выполняется из любого известного материала, способного сформировать жесткую трубчатую форму и устойчивого к воздействию перекачиваемой среды, например, сталь, полиэтилен, резина и т.д. Глухая герметичная заглушка 11 выполнена с возможностью плотного герметичного прилегания к уплотняющей манжете 10 (фиг. 3), когда пробоотборная трубка находится в нижнем положении (фиг. 3) для герметичного затвора при прекращении отбора пробы. Глухую герметичную заглушку 11 крепят к верхнему концу пробоотборной трубки любым известным способом, который обеспечит ее надежную фиксацию с условием взаимодействия с перекачиваемым по трубопроводу продуктом, например, при помощи клея, быть припаянной или вкрученной и т.д., и выполняют из любого известного материала, который обеспечит герметичность прилегания и возможность фиксации к уплотняющей манжете 10, например, резина, полимеры, металлические изделия с герметичными прокладками и т.д. Фиксирующая манжета 12 жестко закреплена на нижней части наружной поверхности тела пробоотборной трубки 2 и обеспечивает герметизацию пробоотборной трубки 2 в положении отбора. Фиксирующую манжету 12 выполняют из любого известного материала, который обеспечит герметичность прилегания и возможность фиксации к уплотняющей манжете 10, например, из резины, полимеров, металлических изделий с герметичными прокладками и т.д., и крепят к нижней части наружной поверхности тела пробоотборной трубки 2 любым известным способом, который обеспечит ее надежную фиксацию, например, при помощи клея, быть припаянной или вкрученной и т.д. Сквозные приемные отверстия 13 (фиг. 2, 3) расположены на верхней части пробоотборной трубки и выполнены таким образом, чтобы осуществить через них забор пробы. Дополнительно, в случае высокого содержания газа, патрубок для отвода газа снабжен клапаном сброса газа 14 (фиг. 1, 2, 3).
Конструктивные элементы и технологические соединения, не влияющие на работоспособность устройства, на чертежах (фиг. 1-3) не показаны или показаны условно.
Пробоотборник обеспечивает повышение качества контроля отбираемой пробы, надежную эксплуатацию устройства в условиях транспортировки газожидкостной среды с повышенным содержанием газовой фазы при использовании простой конструкции.
Устройство работает следующим образом.
Пример конкретного пробоотборника изготавливается для стального нефтепровода диаметром 219 мм с толщиной стенки 12 мм. Предлагаемое устройство врезают в трубопровод через фланцы, которые установлены на входной и выходной камере 3 и 7, диаметр которых соответствует диаметру нефтепровода. Камеры 3, 4, 5, 6, 7 и соединения между ними выполнены из стали электросварным методом с толщиной. Промежуточная камера 4 имеет диаметр 240 мм. Пробозаборная камера 5 имеет диаметр 260 мм. Камера пониженного давления 6 имеет диаметр 180 мм. Поток транспортируемой жидкости (не указано) подается в трубопровод (не указано) и из входной камеры 3 попадает в промежуточную камеру 4 (фиг. 1, 2, 3), где за счет расширения диаметра происходит замедление потока и концентрация газа в верхней части промежуточной камеры 4. Поток газожидкостной среды, частично сепарированной в промежуточной камере 4, движется в пробоотборную камеру 5, где за счет увеличения диаметра происходит еще большее снижение скорости потока и интенсификация отделения газа, часть которого будет концентрироваться в верхней части пробоотборной камеры 5 и уходить в камеру пониженного давления 6 для дальнейшей транспортировки в едином потоке. В случае высокого содержания газа и превышения давления газ может быть сброшен в линию сброса газа (не показано) через клапан сброса газа 14 (фиг. 1, 2, 3). В момент сепарации газовой фазы от жидкой и концентрации в верхней части пробоотборной камеры 5, жидкая фаза, необходимая для наиболее качественного анализа транспортируемого продукта (не показано), концентрируется в нижней части пробоотборной камеры 5. При необходимости отбора пробы, работник фиксирует пробоотборную трубку 2 в верхнем положении, при котором фиксирующая манжета 12 плотно и герметично прилегает к уплотняющей манжете 10. Жидкая фаза транспортируемого продукта поступает в пробоотборную трубку 2 через приемные отверстия 13. После отбора необходимого количества пробы работник фиксирует пробоотборную трубку 2 в нижнем положении (фиг. 3) для герметичного затвора и доставляет отобранную пробу для проведения анализа в лабораторию. Поток продукта из пробоотборной камеры 5 поступает в камеру пониженного давления, где происходит ускорение потока и через выходную камеру 7 течет дальше по трубопроводу.
Предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение качества отбираемой пробы за счет интенсификации сепарации газовой фазы за счет увеличения диаметра промежуточной и пробоотборной камер корпуса и отбора пробы из нижней части корпуса, где концентрация жидкой фазы, необходимой для анализа, максимально велика. Сообщение пробоотборной камеры и камеры пониженного давления позволяет возвращать выделившуюся газовую фазу обратно в поток, что не создает условий для критического повышения давления внутри корпуса, которое может привести к его разгерметизации и розливу, а наличие клапана сброса газа позволяет обеспечить дополнительную надежность в случае, если транспортируемая газожидкостная среда имеет аномально высокое содержание газовой фазы и превышение давления неизбежно.
Предлагаемый пробоотборник улучшает качество контроля отбираемой пробы и обеспечивает надежную эксплуатации устройства в условиях транспортировки газожидкостной среды с повышенным содержанием газовой фазы. Конструкция простая в изготовлении и использовании и позволяет расширить технические средства отбора проб из действующего трубопровода, перекачивающего газожидкостную среду.