СПОСОБ ОТБОРА ПРОБ ЖИДКОСТИ ИЗ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2004 года по МПК G01N1/10 

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 пробозаборника и осуществляют отбор пробы пропорционально расходу потока трубопровода, при котором скорость отбора выбирается равной средней скорости потока трубопровода [1].

Известен способ отбора проб жидкости из трубопровода, при котором производят размещение в трубопроводе пробозаборника и осуществляют отбор пробы пропорционально расходу потока трубопровода, при котором скорость отбора составляет не менее половины и не более двойной средней скорости потока трубопровода [2] (прототип).

Недостаток известных технологий отбора проб - низкая представительность пробы. Это следствие пренебрежения сил, различным образом влияющих на распределение дисперсной фазы в поперечном сечении потока трубопровода. На участках изменения направления потока преобладающими на распределение дисперсной фазы потока могут быть инерционные силы потока. На прямолинейных участках трубопровода, достаточно удаленных от участков поворота, преобладающее действие на распределение дисперсной фазы потока оказывают гравитационные силы даже при условии турбулентности потока [5].

Техническим результатом данного изобретения является повышение представительности отбираемой пробы.

Для достижения технического результата в способе отбора проб жидкости из трубопровода, в котором распределение включений в поперечном сечении трубопровода на разных участках трубопровода определяется действием известных двух совокупностей сил, и который включает размещение в трубопроводе пробозаборника, предназначенного для отбора пробы из потока, в котором распределение включений в поперечном сечении трубопровода обусловлено первой из двух совокупностей сил в соответствии с известным правилом размещения в трубопроводе, отбор пробы, согласно изобретению пробозаборник размещают в месте трубопровода, где влияние на распределение включений в потоке под воздействием второй совокупности сил минимально или способствует симметричному распределению включений относительно вертикальной плоскости.

В заявляемом способе пробозаборник, предназначенный для отбора пробы из потока, распределение включений в поперечном сечении которого обусловлено действием первой из двух совокупностей сил, устанавливают на соответствующем этой совокупности сил месте трубопровода, а именно, когда распределение включений в поперечном сечении потока определяется действием первой совокупностью сил (или если вторая совокупность сил проявляет действие на распределение включений, аналогичную первой, например, когда направление гравитационных и инерционных сил потока совпадают). Использование пробозаборника в соответствии с его назначением обеспечивает более высокую представительность пробы, нежели по способу-прототипу [2].

Таким образом, осуществление заявляемого способа позволит по сравнению со способом-прототипом [2] повысить 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.

Заявляемые способ отбора проб жидкости из трубопровода может конкретно применяться, например, на нефтепромыслах - на коммерческих узлах учета нефти.

Заявляемый способ отбора проб жидкости из трубопровода осуществляется следующим образом.

В трубопроводе, в котором распределение включений в поперечном сечении трубопровода на разных его участках определяется действием известных двух совокупностей сил, пробозаборник, предназначенный для отбора пробы из потока, для которого распределение включений в поперечном сечении трубопровода обусловлено первой совокупностью сил, устанавливают на участке трубопровода, где распределение включений в трубопроводе определяется преимущественно этой совокупностью сил, осуществляют отбор пробы в пробосборник, после чего пробу направляют на анализ. Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 и 2 представлены устройства для реализации заявляемого способа отбора пробы: фиг.1 - трубопровод в вертикальной плоскости; фиг.2 - трубопровод в горизонтальной плоскости.

Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода (фиг.1) включает пробозаборники 1 и 2 на вертикальном участке трубопровода 3 и пробозаборник 4 на горизонтальном участке трубопровода 3, краны 5 для регулировки скорости отбора пробы.

Устройство по фиг.1 предназначено для отбора пробы.

Пробозаборники 1 и 6 представляют собой трубку с загнутым концом, отверстием, расположенным на оси трубопровода и направленным навстречу потоку [3]. Краны 5 служат для регулировки скорости отбора пробы через пробозаборники 1, 2, 4, 6. Пробозаборник 6, расположенный на горизонтальном участке трубопровода 3, предназначен для осуществления отбора пробы по способу прототипу [2]. Пробозаборники 1 и 6 предназначены для отбора пробы из однородного потока трубопровода, когда действие гравитационных сил на расслоение потока минимально, а однородность распределения включений в поперечном сечении трубопровода потока определяется гидродинамическими силами потока.

Пробозаборники 2 и 4 представляют собой трубку с щелевым отверстием направленным навстречу потоку, которые на горизонтальных участках трубопровода располагаются вертикально [4]. Данный тип пробозаборников предназначен для отбора представительной пробы из однородного или неоднородного потока трубопровода, когда направление инерционных сил лежит в одной плоскости с гравитационной [4].

Устройство по фиг.1 работает следующим образом. По трубопроводу 3 транспортируют поток. Под воздействием избыточного давления с внешней средой с вертикального и горизонтального участков трубопровода 3 через один из пробозаборников 1-2 или 4 осуществляют отбор пробы в пробосборник, скорость отбора пробы регулируют при помощи крана 5; далее пробу отправляют на анализ.

Устройство для отбора проб жидкости из трубопровода (фиг.2) включает пробозаборники 1 и 2 на горизонтальном трубопроводе 3, установленные вертикально: 1-й - до, 2-й - после поворота трубопровода 3, краны 4.

Устройство фиг.2 предназначено для отбора пробы.

Пробозаборники 1 и 2 представляют собой трубку с щелевым отверстием, направленным навстречу потоку, которые на горизонтальных участках трубопровода располагаются вертикально [4]. Данный тип пробозаборника предназначен для отбора представительной пробы из однородного или неоднородного потока трубопровода, когда действие инерционных сил потока минимально или когда их направление в одной плоскости с гравитационной.

Пробозаборник 5 аналогичен пробозаборникам 1 и 2 и предназначен для осуществления отбора пробы по способу прототипу [2].

Устройство по фиг.2 работает следующим образом. По трубопроводу 3 транспортируют поток. Под воздействием избыточного давления с внешней средой с горизонтального участка трубопровода 3, до или после поворота, через один из пробозаборников 1 или 2 осуществляют отбор пробы в пробосборник, скорость отбора пробы регулируют при помощи крана 4; отобранную пробу отправляют на анализ.

В ходе испытаний было использовано устройство для отбора проб жидкости из трубопровода по фиг.1 и 2 с приводимыми ниже параметрами.

Трубопровод 3 - диаметр 159 мм. Жидкость трубопровода 2 представляла собой нефтяную эмульсию со средним содержанием воды около 15 об.%; вязкость безводной нефти при 20°С составляла 8-12 сП; скорость потока в трубопроводе - около 2 м/с.

При реализации заявляемого способа на устройстве по фиг.1 при отборе пробы с вертикального участка трубопровода 3, на котором действие инерционных сил потока и гравитационной на распределение включений в поперечном сечении трубопровода минимально (инерционные силы потока равны нулю, поскольку движение потока прямолинейное на участке размещения пробозаборников 1 и 2, а направление гравитационной силы совпадает с направлением движения потока) и полностью определяется гидродинамическими силами потока (гидродинамикой). Поэтому поток на вертикальном участке, где расположены пробозаборники 1 и 2 однородный, и через них отобранная проба представительна (табл.1). Также представительна проба и при отборе пробы через пробозаборник 4 (табл.1), предназначенный для отбора пробы из потока, подверженного расслоению под воздействием силы гравитации - направление инерционных сил потока на участке попорота трубопровода 3 с вертикального на горизонтальный участки лежит в одной плоскости с гравитационной силой, поэтому действие инерционных сил потока на расслоение аналогично действию на расслоение потока гравитационной силы. Осуществление способа прототипа [2], - пробу отбирают через пробозаборник 6, предназначенный для отбора пробы из однородного потока [3] (когда действие инерционных сил потока и гравитационной на распределение включений в поперечном сечении трубопровода должно быть минимальным), - не обеспечивает должной представительности пробы (табл.1), поскольку на участке поворота под воздействием инерционных сил потока и силы гравитации поток подвержен расслоению уже в самом начале участка поворота трубопровода 3 под воздействием гравитационной и инерционных сил потока (на участке поворота трубопровода 3 они максимальны).

При реализации заявляемого способа на устройстве по фиг.2 при отборе пробы с горизонтального участка трубопровода 3 до его поворота на 90° инерционные силы потока минимальны (равны нулю), расслоение потока преимущественно определяется гравитационной силой [5], и отбор пробы через пробозаборник 1, предназначенный для отбора пробы из потока, подверженного расслоению под воздействием гравитационной силы [4], обеспечивает высокую представительность (табл.2). Реализация способа - прототипа [2] на устройстве по фиг.2, - пробу отбирают через такой же щелевой пробозаборник 4, - не обеспечивает высокой представительности (табл.2), поскольку пробозаборник 4 расположен на расстоянии двух диаметров трубопровода от поворота - на расстоянии 300 мм, где расслоение потока преимущественно определено инерционными силами потока на участке поворота трубопровода 3 на 90°. Экспериментально установлено, что на удалении 30-35 диаметров трубопровода от участка поворота эффект расслоения потока под воздействием инерционных сил потока на участке поворота на распределение включений в поперечном сечении трубопровода равен нулю и отбор пробы на этом расстоянии через такой же пробоотборник 2 обеспечивает необходимую представительность пробы (табл.2). То есть при размещении в трубопроводе 3 пробозаборника 2 на расстоянии 30-35 диаметров трубопровода 3 от поворота расслоение потока в поперечном сечении трубопровода 3 преимущественно определяется гравитационной силой, то есть отбор пробы будет осуществляться по заявляемому способу.

Таким образом, данные испытаний (табл.1 и 2) подтверждают, что отбор пробы из потока трубопровода по заявляемому способу, в отличие от отбора пробы по прототипу [2], обеспечивает более представительный отбор. Таким образом, размещение пробозаборника на трубопроводе в соответствии с заявляемым способом с учетом сил, определяющих расслоение потока, обеспечивает отбор представительной пробы.

Заявляемый способ отбора проб промышленно применим - он не требует коренной реконструкции существующих узлов учета перекачиваемых по трубопроводам жидкостей, а необходимые для реализации заявляемой техники расчеты и испытания по размещению пробозаборников изменения могут быть проведены силами производственников, обслуживающих эти системы.

Источники информации

1. Способ отбора проб жидкости из трубопровода. ГОСТ 2517-85, п. 2.13.1.1, 2.13.1.2.

2. Способ отбора проб жидкости из трубопровода. ГОСТ 2517-85, п. 2.13.1.1, 2.13.1.3.

3. ГОСТ 2517-85, п. 2.13.1.7, черт. 14, п. 1.5.2.

4. Изменение №1 ГОСТ 2517-85, черт. 15 а), табл.1, п. 2.13.1.8.

5. Нефтяное хозяйство. М.: Недра, 1980 г., №1, с.45.

Изобретение относится к технике отбора проб жидкости из трубопровода и может найти применение в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров перекачиваемой жидкости. В способе отбора проб жидкости из трубопровода распределение включений в поперечном сечении трубопровода на разных участках трубопровода определяется действием двух совокупностей гравитационных и инерционных сил. При осуществлении способа размещают в трубопроводе пробозаборник, предназначенный для отбора пробы из потока, в котором распределение включений в поперечном сечении трубопровода обусловлено гравитационной силой. Пробозаборник размещают в вертикальной плоскости в месте трубопровода, где влияние на распределение включений в потоке под воздействием гравитационных и инерционных сил обеспечивает симметричное распределение включений в потоке относительно вертикальной плоскости. Изобретение позволяет отбирать представительные пробы. 2 ил., 2 табл.

Способ отбора проб жидкости из трубопровода, в котором распределение включений в поперечном сечении трубопровода на разных участках трубопровода определяется действием двух совокупностей - гравитационных и инерционных сил, который включает размещение в трубопроводе пробозаборника, предназначенного для отбора пробы из потока, в котором распределение включений в поперечном сечении трубопровода обусловлено гравитационной силой при известном правиле размещения пробоотборника в трубопроводе, и отбор пробы, отличающийся тем, что пробозаборник размещают в вертикальной плоскости в месте трубопровода, где влияние на распределение включений в потоке под воздействием гравитационных и инерционных сил обеспечивает симметричное распределение включений в потоке относительно вертикальной плоскости.