СПОСОБ ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ИЗ СРЕД, ПОДВЕРЖЕННЫХ РАССЛОЕНИЮ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G01N1/10 E21B49/08 

Изобретение относится к технологии и технике отбора проб из сред, подверженных расслоению и может найти применение в нефтяной и других отраслях промышленности, народного хозяйства, например, для отбора проб нефти и нефтепродуктов, находящихся в резервуарах, других емкостях, для отбора проб воды в реках, озерах, каналах и др.

Известен способ для отбора проб из сред, подверженных расслоению, при котором пробу с разных уровней, отобранных из резервуара через каждые 1000 мм высоты столба среды, которой служит нефть, нефтепродукты, составляют смешением одинаковых по объему их долей, при этом пробы верхнего уровней отбирают на 250 мм ниже поверхности среды, а нижнего уровня, - нижний срез приемо-раздаточного патрубка по внутреннему диаметру или на 250 мм выше дна резервуара; предварительно перед отбором проб с уровней измеряют уровень среды в резервуаре и рассчитывают уровни отбора пробы, после чего осуществляют отбор проб с уровней, - закрытый устройство опускают до заданного уровня так, чтобы отверстие, через которое происходит его заполнение, находилось на уровне отбора пробы; за начало отсчета первой 1000 мм принимают поверхность среды; пробы с нескольких уровней отбирают последовательно сверху вниз; при составлении пробы пробу с каждого уровня перемешивают, берут одинаковый объем и сливают в один пробоприемник, (сосуд), - такую пробу называют объединенной, - ГОСТ 2517-85, п. 2.3.2, п. 2.3.3, черт 4, [1].

Известно устройство для реализации данного способа, включающее корпус с входным патрубком, крышку с пробозаборным элементом, - ГОСТ 2517-85, п. 2.3.2, п. 2.3.3, черт 4, [2].

Известные способ отбора проб из сред, подверженных расслоению, и устройство для его реализации [1-2] имеет ряд недостатков, которые приводят к существенному снижению качества пробы. При погружении устройства до необходимого уровня отбора пробы воздух, находящийся в корпусе, сжимается и, начиная с некоторого уровня погружения, в устройство через патрубок начинает поступать среда со всех нижерасположенных слоев еще до его погружения на заданный уровень, на котором открывают штуцер на крышке для стравливания воздуха. Перемешивание, деление, переливания полученных таким образом проб с уровней отбора не могут обеспечить восстановление нарушенной при отборе пробы с каждого уровня своей пропорции, - проба с каждого уровня отбора будет содержать в себе доли со всех выше расположенных уровней среды. В результате пробы с разных уровней и составленная из них проба путем их объединения или объединения их долей, не будут представительными.

Указанные недостатки приводят к тому, что невозможно установить, что пробы с заданных уровней представляют среду именно с этих заданных уровней отбора. По этой причине известные решения [1-2] не могут быть использованы для корректного сравнения при испытаниях и потому не приняты за прототипы.

Также к важным недостаткам известных решений [1-2] следует отнести то, что в реализуемой ими технологии предложен неверный шаг в части увеличения числа уровней отбора, - нижний уровень отбора в 250 мм от дна заведомо не соответствует шагу в 1000 мм.

Известен способ для отбора проб из сред, подверженных расслоению, при котором пробу составляют смешением одинаковых по объему проб с уровней отбора, отобранных из резервуара через каждые 1000 мм высоты столба среды, которой служит нефть, нефтепродукты, при этом пробы верхнего уровня отбирают на 250 мм ниже поверхности среды, а нижнего уровня, - нижний срез приемо-раздаточного патрубка по внутреннему диаметру или на 250 мм выше дна резервуара; предварительно, перед отбором проб измеряют уровень среды в резервуаре и рассчитывают уровни отбора пробы, после чего осуществляют их отбор, - закрытое устройство для реализации способа опускают при помощи тросика до заданного уровня так, чтобы отверстие, через которое происходит его заполнение, находилось на уровне отбора пробы; за начало отсчета первой 1000 мм принимают поверхность среды; пробы с нескольких уровней отбирают последовательно сверху вниз; при составлении пробы пробу с каждого уровня отбора перемешивают, берут одинаковый объем и объединяют, сливая их в один сосуд, - ГОСТ 2517-85, п. 2.3.2, п. 2.3.3, черт 3, [3].

Известно устройство для реализации данного способа, включающее корпус с входным патрубком и крышку с пробозаборным элементом, - ГОСТ 2517-85, п. 2.3.2, п. 2.3.3, черт 3, [4].

Известные способ отбора проб из сред, подверженных расслоению, и устройство для его реализации [3-4], имеют ряд недостатков, которые приводят к существенному снижению качества пробы. Во-первых, при погружении устройства до необходимого уровня отбора пробы за крышкой устройства, расположенной сверху и вблизи боковой поверхности, возникает пониженное давление. В результате к крышке поступает часть среды с верхних слоев. Причем, чем больше будет высота устройства, тем больший будет объем этой среды. Таким образом, до достижения устройством заданного уровня более легкая среда, увлеченная устройством, будет подниматься к крышке и следовать за ней. Поэтому при открытии крышки в устройство может поступить, в первую очередь, часть этой менее вязкой и менее плотной среды. Увеличению в пробе доли увлекаемой устройством более легкой среды способствуют углубления и выступы на наружной боковой поверхности, а также устройство крепления тросиков к устройству и сами тросики. Во-вторых, при погружении устройства увеличивается давление на крышку, что может привести к его разгерметизации. При этом отсутствует визуальный контроль герметичности крышки, а испытания устройства на герметичность при увеличении давления до процедуры отбора пробы не проводятся. Герметичность крышки также зависит от степени прижатия ее к внутренней стенке устройства. Поэтому вопросы о соблюдении необходимой пропорции отбора пробы с уровня отбора, качестве пробы всегда остаются открытыми. Разгерметизация устройства может произойти и случайно, при удержании тросика на открытие или закрытие крышки, а также при подъеме устройства вследствие более высокого в нем давления. Еще одна причина, по которой возможна разгерметизация устройства, - уплотняющие поверхности устройства подвержены износу, стиранию. По отдельности и, тем более, в совокупности, каждый недостаток приводит к нарушению пропорций проб с уровней отбора.

Указанные недостатки приводят к тому, что невозможно установить, что пробы с заданных уровней представляют среду именно с этих заданных уровней отбора. По этой причине известные решения [3-4] не могут быть использованы для корректного сравнения при испытаниях и потому не приняты за прототипы.

Также к важным недостаткам известных решений [1-2] следует отнести то, что в реализуемой ими технологии предложен неверный шаг в части увеличения числа уровней отбора, - нижний уровень отбора в 250 мм от дня заведомо не соответствует шагу в 1000 мм. Поэтому объединенная проба будет заведомо непредставительной. Иного выбора уровня отбора для повышения представительности пробы не предусмотрено.

Известен способ отбора проб из сред, подверженных расслоению, при котором выбирают место для отбора пробы из определенного объема среды, определяют уровни для отбора пробы, - от верхнего уровня среды до нижнего уровня, - дна, нижнего среза выходного отверстия или входа трубопровода в резервуар,- присоединяют веревку с грузом к устройству для реализации данного способа, в качестве которого используют бутылку, которую помещают в держатель или стакан, если требуется ограничение скорости заполнения среды, вставляют в бутылку регулятор скорости заполнения пробы, - пробку с насечкой, - размещают в среде пробозаборный элемент устройства с открытым входом на заданный уровень, а именно, с постоянной скоростью опускают горловину бутылки как можно ближе к выходному отверстию из резервуара и сразу же поднимают ее так, чтобы при подъеме бутылка была заполнена на три четверти, проверяют, что отобрано необходимое количество пробы, если бутылка заполнена более чем на ³/₄, выливают пробу и вновь повторяют процедуру, скорректировав скорость, с которой поднимают и опускают бутылку, при необходимости, переливают содержимое устройства в пробоприемник (контейнер) для пробы; - ГОСТ 52659-2006, п. 13.5, черт. 4, [5].

Известно устройство для реализации данного способа, включающее корпус с пробозаборным элементом в виде бутылки с держателем или без, оборудованную регулятором скорости заполнения пробы в виде пробки с насеченным отверстием или другим приспособлением, ограничивающим размер отверстия, при котором устройство заполняется на ³/₄ после опускания и подъема устройства, - ГОСТ 52659-2006, п. 13.5, черт. 4, [6].

Недостатки известных способа и устройства (технологии и техники) [5-6], - не смотря на простоту устройства [6] для реализации способа [5], выполнение операций этого способа требует определенных навыков, однако, даже если все операции известного способа выполнены, - представительность пробы не гарантирована. Низкое качество пробы определяется следующими причинами. Во-первых, качество пробы, полученной, по предположению, со всех уровней, зависит от скорости погружения устройства, - чем быстрее будет погружаться устройство, тем большая доля пробы поступит в него с нижних слоев среды. Во-вторых, при погружении устройства за ним и по боковой наружной поверхности возникает пониженное давление. В результате к горлышку устройства поступает часть среды с верхних слоев. Причем, чем больше будет высота устройства, тем больший объем более легкой, менее плотной, жидкости будет собираться у горлышка устройства. Поэтому в устройство будет поступать в первую очередь часть этой, менее вязкой, менее плотной среды. Увлечению объема увлекаемой к уровню отбора устройством более легкой среды способствуют и неровности, выступы по наружной боковой поверхности устройства, например, кожух устройства, если таковой применяется. В-третьих, проба оказывается представлена не со всех слоев среды, - в промежуток времени выхода из устройства порции воздуха, отбор пробы практически не происходит, при поднятии устройства происходит задержка поступления пробы в горлышко устройства вследствие уменьшения давления в бутылке при увеличении высоты подъема и расширения при этом объема воздуха в устройстве, а устройство тем временем проходит уровни отбора, причем, при подъеме устройство проходит слои, в которых изменилось распределение включений из-за возмущения среды при его погружении. В-четвертых, на снижение качества пробы оказывает и стекающий по тросу столб среды, когда устройство выходит из среды, - расходэтого потока увеличивается при приближении устройства к поверхности среды и становится максимальным после выхода устройства на поверхность среды. По тросу он направляется прямо в горловину устройства и наполняет его вытеснением оставшегося в нем воздуха.

Для построения технологии отбора представительной пробы со строго обоснованным правилом выбора уровней отбора пробы, известные решения [5-6] наименее предпочтительны, так как невозможно строго установить пропорции проб с уровней отбора.

Наиболее близким по технической сущности является способ отбора проб из сред, подверженных расслоению, при котором присоединяют веревку к устройству для реализации способа, в пробозаборный элемент которого устанавливают регулятор скорости заполнения пробы, - пробку, - размещают в среде устройство для реализации способа, - опускают его на уровень, при котором устройство достигает дна резервуара, извлекают пробку из пробозаборного элемента и выдерживают его до заполнения пробой, заполненное устройство поднимают и пробу переливают в пробоприемник, - ГОСТ Р 52659-2006, п. 13.4.2, черт. 4, [7].

Известно устройство для реализации данного способа, включающее корпус с входным патрубком и крышку с пробозаборным элементом, регулятор скорости заполнения пробы, - ГОСТ Р 52659-2006, п. 13.4.2, черт. 4, [8].

К недостатку известных решений следует отнести то, что при увеличении высоты среды в резервуаре представительность пробы резко снижается. Однако реализуемая технология имеет два главных больших преимущества, - во-первых, простота осуществления способа [7], во-вторых, отбираемая проба соответствует по составу среде с уровня отбора, - ее можно корректно применять для сравнительного анализа (среда полностью заполненного устройства, - бутылки, - препятствует поступлению в нее среды из резервуара при подъеме и такую пробу можно считать представительной, - в этом случае можно даже полностью исключить смешение стекающей по тросу среды с пробой задержкой подъема бутылки из верхних слоев среды). Поэтому известные решения [7-8] наиболее предпочтительны для принятия их в качестве прототипов.

Техническим результатом данного изобретения являются решения, основанные па строго обоснованном выборе уровней отбора, которые учитывают реальное расслоения среды под воздействием гравитации, которые значительно повышают качество пробы, технологию отбора пробы выводят на новый качественный уровень.

Для достижения технического результата в способе отбора проб из сред, подверженных расслоению, при котором выбирают место для отбора пробы из определенного объема среды, определяют уровни для отбора пробы, размещают в среде пробозаборный элемент устройства входом на заданном уровне или уровнях отбора, отбирают пробу, согласно изобретению, во время покоя или движения среды, пробу отбирают с каждого уровня пропорционально площади среды, которую она заполняет на уровне отбора, при этом, для случая, когда среда подвижна, эту площадь определяют как произведение ширины потока на уровне отбора пробы и расстояния, которое условно прошла бы среда от точки отбора пробы за определенный отрезок времени, заполнив условно образуемую при этом область, при условии сохранения ширины потока; при этом, любая из операций по отбору доли пробы с заданного уровня может быть заменена альтернативным отбором путем отбора этой доли пробы с других уровней или другого уровня при условии, что после подобной альтернативной замены уровней область, которую занимает среда, - фактически для неподвижной среды и условно для подвижной, - допускает разбиение, при котором отношение объемов условно образованных этим разбиением областей или их масс среды, заполняющей эти области, равно отношению объемной или массовой долей проб, отобранных из этих областей; в случае раздельного отбора пробы из условно-образованных областей в пробоприемники с последующим формированием из них объединенной пробы, объединенную пробу формируют из таких долей от этих проб, объемы которых находятся в одинаковом соотношении, образуемыми соответствующими им объемами условно-образованных областей, - то есть из которых взяты эти пробы; в случае подвижной среды, когда устройство перемещается вместе со средой, отбор пробы производят за отрезок времени, в пределах которого ширину и глубину потока можно считать неизменными.

Заявляемый способ для отбора проб из сред, подверженных расслоению, в отличие от прототипа [7], обеспечивает отбор проб (раздельно или одновременно) с уровней отбора в соответствие со строгой зависимостью, - пробу отбирают с каждого предназначенного для отбора пробы уровня пропорционально площади среды, которую она заполняет (для неподвижной среды) или заполнила бы (для подвижной среды). Благодаря этому каждый уровень, слой, область отбора оказываются представленными при формирования пробы не зависимо от того, какое давление имеет место на уровне отбора пробы и затрачиваемое на отбор пробы время. То есть, заявляемый способ отбора позволяет отобрать пробу в один или несколько (в случае отбора из условно образованных областей) приемов с весовой долей, соответствующей площади среды на уровнях отбора, - исключая объективные и субъективные факторы, которые приводят к нарушению пропорции проб с уровней и областей (уровней из областей) отбора. Потому проба по заявляемому способу в наибольшей степени соответствует определению представительной пробы, - ее отбирают в соответствие с весовой долей к общей доле среды на соответствующих уровнях, областях отбора. Этим обеспечивается преимущество заявляемого способа и значительно расширяются рамки границы его применимости по сравнению с прототипом [7], благодаря тому, среда может находиться в движении (по отношению к заявляемому устройству до его размещения на уровнях отбора, по отношению к внешней среде, - например, к оболочке сосуда, емкости искусственного или природного происхождения различной меры вместимости). При этом операции заявляемого способа по отбору представительной пробы из подвижной среды обоснованы, когда устройство перемещается вместе со средой, если отбор пробы производят за отрезок времени, в пределах которого ширину и глубину потока можно считать неизменными.

Таким образом, благодаря осуществлению отличительных признаков заявляемое решение, в отличие от прототипа [7], реализует операции, определяющие высокую представительность пробы, надежность и технологичность процедуры отбора пробы из подвижной или неподвижной среды, подверженной расслоению, не зависимо конфигурации тела, в котором она пребывает или транспортируется.

Применение заявляемого способа, по сравнению с прототипом [7], позволит поднять технологию отбора пробы на более высокий технологический уровень.

Для достижения технического результата при реализации заявляемого способа используют устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению, которое, согласно изобртению, включает пробозаборный элемент, содержащий корпус, представляющий собой вертикальный цилиндр, в нижнем основании которого расположен вход с клапаном, пробозаборный элемент содержит крышку, регулятор скорости заполнения пробы, который представляет собой пакет герметично соединенных между собой по боковой поверхности цилиндрические секции, сообщающиеся между собой и с корпусом пробозаборного элемента через клапаны, или представляет поршень с пружиной сжатия, располагаемой между поршнем и размещенным соосно к крышке цилиндром, штуцер в крышке. При этом пробозаборный элемент и регулятор скорости заполнения пробы рассчитываются совместно или раздельно из нижеприводимых условий:

- отбор пробы с каждого уровня пропорционально площади среды, которую она заполняет на уровне отбора, при этом, для случая, когда среда подвижна, эту площадь определяют как произведение ширины потока на уровне отбора пробы и расстояния, которое условно прошел бы поток от точки отбора пробы за определенный отрезок времени, заполнив условно образуемую при этом область, при условии сохранения ширины потока;

- или из эквивалентного условия, когда любая из операций по отбору пробы среды с заданного уровня заменяется альтернативным отбором путем дополнительного отбора этой доли пробы с других уровней или другого уровня при дополнительном условии, что после подобной альтернативной замены уровней область допускает разбиение, при которой отношение объемов или масс среды в условно образованных этим разбиением областях, будет равно отношению объемов или масс соответствующих этим областям отобранных проб.

Заявляемое устройство с перечисленными признаками позволит осуществлять отбор пробы с разных уровней (областей) отбора в соответствие с площадью, которую занимает среда на уровне(-ях) отбора (в соответствии с объемом/массой области, которую занимает/составляет среда на уровнях отбора). Аналитически этот принцип отбора отражает соотношение

V₁ : V₂ : V₃ : … : V_i = v₁ : v₂ : v₃ : … : v_i,

i=1, …, ∞, - см. ниже приводимые эксперименты и принятые в них обозначения объемов v_i пробы и V_i среды, табл. 1 и 2. Благодаря этому, в отличие от прототипа [8], физико-химический состав пробы будет отвечать реальному распределению включений в среде, подверженной расслоению под воздействием силы гравитации. При отборе пробы заявляемым устройством исключается иная от указанной пропорциональность, иной состав пробы и тем обеспечивается отбор пробы самого высокого качества. В результате проба, отобранная при помощи заявляемого устройства, будет всегда более представительной, в отличие от пробы, отобранной при помощи устройства прототипа [8]. При этом, в отличие от прототипа [8], на работу устройства не влияет изменение давления среды на уровнях отбора.

Таким образом, благодаря наличию указанных отличительных признаков заявляемого устройства устраняются факторы, которые приводят к ухудшению качества пробы и реализуются принципы, учитывающие реальное распределение включений в средах, обеспечивающие самую высокую представительность пробы, то есть, когда последняя является следствием теоретически обоснованных и оптимальных принципов конструирования, заложенных в устройство. Сказанное обеспечивает значительные преимущества заявляемого решения, по сравнению с прототипом [8].

Применение заявляемого устройства позволит повысить технологичность и надежность процедуры отбора пробы, значительно расширить границы его применения.

Заявляемые способ отбора проб из сред, подверженных расслоению, и устройство для его осуществления могут конкретно применяться, например, на нефтепромыслах, на нефтегазоперерабатывающих заводах и нефтехимических предприятиях при анализе сред, заполняющих открытые или закрытые емкости, хранилища, анализе вод в реках, каналах и озерах.

Заявляемый способ отбора проб из сред, подверженных расслоению, осуществляется следующим образом.

В способе отбора проб из сред, подверженных расслоению, при котором во время покоя или движения среды выбирают место для отбора пробы из определенного объема среды, определяют уровни для отбора пробы, размещают в среде пробозаборный элемент устройства входом на заданном уровне или уровнях отбора, отбирают пробу с каждого уровня пропорционально площади среды, которую она заполняет на уровне отбора, при этом, для случая, когда среда подвижна, эту площадь определяют как произведение ширины потока на уровне отбора пробы и расстояния, которое условно прошла бы среда от точки отбора пробы за определенный отрезок времени движения среды, заполнив условно образуемую при этом область, при условии сохранения ширины потока; при этом, любая из операций по отбору доли пробы с заданного уровня может быть заменена альтернативным отбором, когда ее, эту долю пробы, отбирают с других уровней или другого уровня при условии, что после

подобной альтернативной замены уровней область допускает разбиение, при которой отношение объемов условно образованных этим разбиением областей или их масс среды, заполняющей эти области равно отношению массовой или объемной долей проб, отобранных из этих областей; в случае раздельного отбора пробы из условно-образованных областей с последующим формированием объединенной пробы, объединенную пробу формируют из долей от этих проб, объем которых находятся в одинаковом соотношении, образуемым соответствующими им объемами условно-образованных областей; в случае подвижной среды, когда устройство перемещается вместе со средой, отбор пробы производят за отрезок времени, в пределах которого ширину и глубину потока можно считать неизменными.

Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-2, - на фиг. 1 приведено устройство без сообщения с внешней средой, на фиг. 2, - устройство, сообщающееся с внешней средой.

Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению, фиг. 1, включает пробозаборный элемент 1, корпус которого представляет собой вертикальный цилиндр, в нижнем основании которого расположен вход 2 с клапаном 3, а верхняя часть соединена с регулятором скорости заполнения пробы, представляющим собой пакет герметично соединенные между собой по боковой поверхности цилиндрические секции 4, сообщающие между собой и с корпусом пробозаборного элемента 1 через клапаны 5; в верхней части устройства установлена крышка 6 с проушиной 7.

Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению, фиг. 1, предназначено для пропорционального отбора проб с каждого уровня среды из емкости (или канала), сообщающегося с атмосферой, когда устройство опускают в среду при помощи тросика и оно погружается до нижнего уровня отбора под собственным весом. При этом, проушина 7 служит для крепления тросика. Пробозаборный элемент 1 служит для отбора пробы через вход 2 с каждого уровня среды при погружении устройства и накопления (сбора) отбираемой пробы в его цилиндрической полости. Регулятор скорости заполнения пробы, - пакет цилиндрических секций 4 с клапанами 5, - служит для обеспечения необходимого перепада давления на входе 2, чтобы проба отбиралась с каждого уровня пропорционально площади взлива среды на уровне отбора; выполнение регулятора в виде пакета из герметично соединенных между собой цилиндрических секций с клапанами 5 обеспечивает перепад давления на входе 2 в пробозаборный элемент 1, при котором обеспечивается пропорциональный отбор проб с уровней отбора через клапан 3.

Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению, фиг. 1, работает следующим образом.

Устройство, подсоединенное через проушину 7 к тросику, опускают в среду, - погружение устройства в среде до нижнего уровня отбора происходит под собственным весом. При погружении устройства давление в среде возрастает, - соответственно возрастает перепад давления на клапане 3, - проба начинает поступать через вход 2 с клапаном 3 в полость устройства, находящийся в нем воздух сжимается, давление в полости устройства возрастает. При этом клапана 5 в секциях 4 срабатывают и, таким образом, регулируют перепад давления на входе 2 с клапаном 3, обеспечивая линейную зависимость поступления количества пробы в зависимости от глубины отбора, - в результате чего проба поступает в полость пробозаборного элемента 1 пропорционально площади взлива среды на уровнях отбора. При достижении устройством нижнего уровня отбора пробы завершается процедура отбора пробы со всех уровней по высоте погружения устройства. Устройство поднимают, - уменьшение давления в среде приводит к тому, что клапан 3 перекрывает выход пробы через вход 2. Отобранная в пробозаборный элемент 1 проба транспортируется в лабораторию на анализ.

Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению, фиг. 2 включает пробозаборный элемент 1, корпус которого представляет собой вертикальный цилиндр, в нижней части которого расположен вход 2 с клапаном 3; регулятор скорости заполнения пробы, который представляет собой систему элементов 8-9-6-10, - поршня 8 с пружиной сжатия 9, располагаемой между поршнем 8 и расположенным соосно к крышке 6 цилиндра 10; на крышке 6 установлен штуцер 11 для подсоединения к тросику и шлангу, через который осуществляют сообщение полости устройства с атмосферой; между боковой наружной поверхностью корпуса пробозаборного элемента 1 и внутренней цилиндрической поверхностью крышки 6 установлено герметизирующее кольцо 12. Крышка 6 имеет резьбовое соединение с корпусом пробозаборного элемента 1, позволяющее полностью сжимать свободно устанавливаемую в корпусе пробозаборного элемента 1 пружину 9.

Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению, фиг. 2, предназначено для пропорционального отбора проб с каждого уровня среды из емкости для неподвижной среды или канала для подвижной среды, сообщающегося с атмосферой, когда устройство опускают в среду при помощи тросика, а погружение устройства происходит до нижнего уровня отбора под собственным весом. Пробозаборный элемент 1 служит для отбора проб через вход 2 с клапаном 3 с одного заданного, - верхнего, - уровня среды до другого, нижерасположенного, - нижнего. Регулятор скорости заполнения пробы из системы элементов 8-9-6-10 служит для обеспечения необходимого перепада давления на входе 2 с клапаном 3 и отбора пробы с заданных уровней пропорционально площади взлива среды на уровнях отбора.

Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению, фиг. 2, работает следующим образом.

Устройство, подсоединенное к тросику, опускают в среду, находящейся в состоянии покоя или движения, - погружение устройства в среде происходит под собственным весом устройства. При погружении устройства давление в среде возрастает, - соответственно возрастает давление в полости устройства между пробозаборным элементом 2 с клапаном и поршнем 8. На заданном, верхнем, - уровне отбора пробы давление на поршень 8 начинает превышать силу сжатия пружины 9, при этом поршень 8 перемещается вверх - проба начинает поступает в полость пробозаборного элемента 1 пропорционально площади взлива среды на уровнях отбора, которая в случае, если среда подвижна, определяется как произведение ширины потока на уровне отбора пробы и расстояния, которое условно прошел бы поток от точки отбора пробы за время движения среды, заполнив условно образуемую при этом область, при условии сохранения ширины потока. При достижении устройства нижнего заданного уровня отбора погружение устройства приостанавливают и извлекают из среды при помощи тросика. Пробу сливают в пробоприемник с соответствующей маркировкой заданных верхнего и нижнего уровней. Измеряют ход поршня, - расстояние на которое переместился поршень при отборе пробы между заданными уровнями. Для очередного отбора пробы с нижерасположенных уровней пружину 9 сжимают вращением крышки 6 до величины, при которой была отобрана предыдущая проба, и производят размещение устройства на очередной, нижерасположенный, верхний уровень отбора пробы, с которого происходит выравнивание давлений, оказываемые на поршень 8 средой и пружиной 9. При дальнейшем погружении устройства давление на поршень 8 со стороны входа 2 становится больше давления, которое оказывает на поршень 8 пружина 9, - в полость устройства начинает поступать проба. Отбор очередной порции пробы заканчивается как только устройство достигло заданного нижнего уровня отбора, - давление на поршень 8 со стороны среды и пружины 9 выравниваются, клапан 3 на входе 2 закрывается, под воздействием давления в полости пробозаборного элемента 1 проба в устройстве запирается при его поднятии на поверхность. Отобранную в пробозаборный элемент 1 очередную пробу переливают в пробоприемник с маркировкой, соответствующей уровням, с которых был осуществлен отбор пробы. Процедуру отбора проб повторяют с нижерасположенных уровней среды. После завершения отбора порций проб из них готовят объединенную пробу, - доля, или часть, от каждой пробы должна находится в пропорции, в которой находятся объемы (или массы) областей, соответствующих уровням отбора проб. Объединенную пробу транспортируют в лабораторию на анализ.

Для испытаний были использованы устройства для отбора проб из сред, подверженных расслоению, фиг. 1-2, с приводимыми ниже параметрами.

Для устройства, фиг. 1: Объем полости пробозаборного элемента 1 для пробы в устройстве фиг. 1 составлял 0,7 л, количество секций 4 и клапанов 5 составляло по 7 шт., объем полости секций 4 составлял 0,07 л, диаметр клапанов 5, - 20 мм, высота от 5 до 12 мм, диаметр отверстий под клапанами 5, через которые сообщались секции 4, - от 2,5 до 5,5 мм.

Для устройства, фиг. 2: Объем камеры для пробы в устройстве фиг. 2, - 1,2 л. Диаметр пружины 5 составлял 3 мм, шаг 5 см, длина 320 мм.

Клапан 3 устройств фиг. 1-2 представлял собой цилиндр прорезиненный металлический диаметром 35 мм, высотой 2 мм, диаметр входа 2, - 20 мм.

Сравнительные испытания заявляемых способа и устройства были проведены с использованием способа и устройства прототип [7-8], - объем полости устройства [8] составлял 0,7 л.

Пробу отбирали из вертикального резервуара с неподвижной средой, которой была нефть, и канала, в поперечном сечении представляющего собой прямоугольник; среда в канале представляла проточную воду.

Диаметр резервуара составлял 23,5 м, высота 12 м. Содержание воды в нефти и уровень (высота налива нефти, или взлив нефти от поверхности до дна резервуара) Н отражены в строке 1 и колонок 5-8 приводимой ниже табл. 1. По нижнему краю выходного отверстия из резервуара, отстоящего на 250 мм от его дна, определялся нижний уровень отбора для заявляемого решения.

Нижнее основание канала на участке отбора пробы составляло 37,5 м, уровень воды 9,75 м, нижний уровень отбора - на 250 мм выше дна канала. Скорость течения составляла 0,15 м/с. Оценивали содержание мехпримесей в воде. Исходное содержание составляло 17 мг/л. Объем анализируемой воды оценивали за 0,5 часа ее движения.

Замечание. Способ прототип [7] не осуществляется для подвижной среды (относительно земли, стенок полости, границ иной материи, в пределах которых она заключена, находится). Заявляемая технологии, по сравнению с прототипами [7-8], реализуется и для случая, когда среда подвижная, а заявляемой устройство может перемещаться вместе со средой. Однако, и для подвижной среды были проведены испытания прототип способа и устройства [7-8], когда прототип устройство [8] перемещается с одинаковой скоростью вместе со средой и среда относительно устройства для отбора пробы является неподвижной.

Ниже приводим описание проведенных экспериментов для неподвижной и подвижной сред, согласно сказанному выше.

Испытания для случая, когда среда неподвижна.

Данные экспериментов для прототипов [7-8] следующие:

Содержание воды по пробе, полученной при помощи прототипов [7-8] способа и устройства на уровне 250 мм от дна, составило

- 2,5% при фактической обводнности нефти 0,18%;

- 6,2% при фактической обводнности нефти 0,35%;

- 72,3%) при фактической обводнности нефти 30,4%;

- 100% при фактической обводнности нефти 93,8%.

С других уровней при помощи прототипов [7-8] отбор пробы не производился (не предусмотрено способом [7]).

Для заявляемых решений данные экспериментов сведены в табл. 1, - за исключением экспериментов с использованием устройства фиг. 1, - поскольку оно применяется только для отбора пробы со всех уровней, фиг. 3.1₁; данные экспериментов с использованием устройства фиг. 1 приводятся ниже.

Проведем их анализ и их сопоставление с выше представленными экспериментами для прототипов [7-8].

Эксперименты серии №3.11:

В этой серии осуществляли отбор пробы со всех уровней h устройствами фиг. 1 и фиг. 2, когда каждый уровень, фиг. №3.1₁, представлял собой элементарную область ΔH_i, число которых N=∞ бесконечно, -i=1, …, ∞, между двумя заданными уровнями отбора пробы, от Н_0,0=0 до H_3,3=(H-250), где H, - высота столба нефти, размерность в мм. Здесь пулевой уровень Н_0,0=0 соответствует поверхности жидкости в резервуаре (взлив жидкости), уровень H_3,3, - нижний уровень отбора, определяемый как отбор пробы выше на 250 мм от дна резервуара (на котором расположен нижний край выходного отверстия из резервуара, нижний уровень слива).

При отборе пробы устройством фиг. 1 от поверхности (уровень Н_0,0) до нижнего уровня (слива) нефти из резервуара, расположенного на расстоянии 250 мм от дна, фиг. 3.1₁ (уровень Н_3,3=(Н-250)), содержание воды в пробе составило: 0,21% при обводненности нефти 0,18%,

0,42% при обводненности нефти 0,35%,

29,8% при обводненности нефти 30,4%,

92,1% при обводненности нефти 92,7%.

При отборе пробы устройством фиг. 2 от поверхности (уровень H_0,0) до нижнего уровня (слива) нефти из резервуара, расположенного на расстоянии 250 мм от дна, фиг. 3.1₁ (уровень H_3,3=(H-250)), результаты по определению содержания воды в пробе сведены в строку №3.1₁, табл. 1. Данные эксперименты подтверждают, что если пробу отбирают с каждого уровня пропорционально площади среды которую она заполняет на уровне отбора, обеспечивается высокая представительность пробы, - относительная погрешность на один-два порядка ниже, чем для прототипов [7-8], поскольку фактические значения обводненности для заявляемых решений (колонки 5-8, табл. 1) практически совпадают с фактическими (первая строка этих колонок) и отличаются от данных для прототипов [7-8] на один-два порядка. Указанную пропорциональность отбора (пробу отбирают с каждого уровня пропорционально площади среды, которую она заполняет на уровне отбора) аналитически можно выразить соотношениями через элементарные объемы V_i, которую среда заполняет на уровне отбора, и элементарный объем v_i отбираемой пробы, - что и представлено в табл. 1 для случая серии экспериментов №3.1₁, - см. колонки 3 и 4.

Эксперименты серии №3.2₁:

В этой серии экспериментов осуществляли раздельный отбор проб устройством фиг. 2 с различных уровней h между заданными уровнями отбора пробы, условно разбивающими всю область среды на области (условно-образованные области) ΔH_i, фиг. 3.2₁, для отбора пробы на уровнях h между заданными уровнями: область ΔH₁ определена от H_0,0=0 до H_1,1=1/3(Н-250), область ΔH₂ определена от H_1,1 до H_2,2=2/3(Н-250), область ΔH₃ определена от H_2,2 до H_3,3=(H-250), где Н, - высота столба нефти, размерность в мм (нулевой уровень Н_0,0=0 соответствует поверхности жидкости в резервуаре (взлив жидкости), уровень H_3,3=(Н-250), - нижний уровень отбора, определяемый как отбор пробы выше на 250 мм от дна резервуара), - а также при иных значениях высот уровней H_1,1, Н_2,2, которые выбираются в соответствие с изменением объемов V₁, V₂, V₃ областей - см. колонку 3 табл. 1 (поскольку в нашем случае указанные высоты являются производными объемов ΔH_i, ограничиваемся приведением в табл. 1 соотношениями, определяющими объемы областей ΔH_i, колонка 3). Результаты по определению содержания воды в пробе представлены в табл. 1, - колонка 5, серия экспериментов №3.2₁ (строки №№3.2.1₁-3.2.13₁, 3.2.2₁*-3.2.13₁*), табл. 1. В этих экспериментах показано, что в случае отбора пробы из условно-образованных областей ΔH_i в пробоприемники с последующим формированием из них объединенной пробы, когда объединенную пробу формируют из долей от этих проб, объемы которых v_i находятся в одинаковом соотношении, - колонка 4 табл. 1, - с образуемыми соответствующими им объемами V_i условно-образованных областей ΔH_i, - колонка 3 табл. 1, эксперименты без звездочки №№3.2.1₁-3.2.13₁, - достигается оптимальность, то есть обеспечиваются наиболее точные результаты, - см. колонки 5-8, табл. 1. Как только это соответствие нарушается, - эксперименты, отмеченные звездочкой «*», - №№3.2.2₁*-3.2.13₁*. - см. колонки 3 и 4, резко ухудшается представительность пробы, - см. колонки 5-8, табл. 1. Таким образом, заявляемое решение, является оптимальным, погрешность определения воды с использованием заявляемых решений обеспечивает снижение относительной погрешности на один-два порядка, по сравнению с прототипами [7-8], поскольку фактические значения обводненности для заявляемых решений (колонки 5-8, табл. 1) практически совпадают с фактическими (первая строка этих колонок), а от данных для прототипов [7-8] отличаются на один-два порядка.

Эксперименты серии №3.3₁ и №№3.4₁-3.59₁:

Эксперименты серии №3.3, (№№3.3.1₁-3.3.10₁, 3.3.2₁*-3.3.10₁*), табл. 1, фиг. 3.3₁, не только еще раз подтверждают оптимальность заявляемого решения, но и служат исходной точкой для реализации заявляемого способа для случая, представляющего эквивалентное решение, - эксперименты №№3.4₁-3.59₁, - когда любая из операций по отбору доли пробы с заданного уровня может быть заменена альтернативным отбором путем отбора этой доли пробы с других уровней или другого уровня при условии, что после подобной альтернативной замены уровней область допускает разбиение, при котором отношение объемов условно образованных этим разбиением областей (или, что эквивалентно, их масс среды, заполняющей эти области), равно отношению объемной (или, что эквивалентно, массовой) долей проб, отобранных из этих областей.

В этой серии экспериментов осуществляли раздельный отбор проб устройством фиг. 2 на уровнях h между заданными уровнями отбора пробы, образующими области (условные) отбора пробы ΔH_i, фиг. 3.3₁, а именно, между заданными уровнями: область ΔH₁ определена от Н_0,0=0 до Н_0,1=1/6 (Н-250), область ΔН₂ определена от Н_0,1 до H_1,1=2/3 (Н-250), область ΔH₃ определена от H_1,1 до H_1,2=5/12 (Н-250), область ΔН₄ определена от Н_1,2 до Н_2,2=2/3 (Н-250), область ΔН₅ определена от H_2,2 до Н_2,3=5/6 (Н-250), область ΔH₆ определена от Н_2,3 до Н_3,3=(Н-250), - а также при иных значениях высот уровней Н_0,1 Н_1,1, H_1,2, Н₂,₂, Н_2,3, которые выбираются в соответствие с изменением объемов областей ΔH_i - см. колонку 3 табл. 1 (поскольку указанные высоты являются производными объемов ΔH_i, ограничиваемся приведением в табл. 1 соотношениями, определяющими объемы областей ΔH_i, колонка 3).

Эксперименты серии №3.3₁ (№№3.3.1₁-3.3.10₁, 3.3.2₁*-3.3.10₁*) показывают, что в случае отбора пробы из условно-образованных областей ΔH_i в пробоприемники с последующим формированием из них объединенной пробы, когда объединенную пробу формируют из долей от этих проб, объемы которых v_i находятся в одинаковом соотношении (колонка 4 табл. 1) с образуемыми соответствующими им объемами V_i условно-образованных областей ΔH_i, - колонка 3 табл. 1, эксперименты без звездочки №№3.3.1₁-3.3.10₁, - достигается оптимальность, то есть обеспечиваются наиболее точные результаты, - см. колонки 5-8, табл. 1. Как только это соответствие нарушается, - эксперименты, отмеченные «звездочкой «*», - №№3.3.2₁*-3.3.10₁*, - см. колонки 3-4, - резко ухудшается представительность пробы, - см. колонки 5-8, табл. 1. Таким образом, заявляемое решение, является оптимальным, погрешность определения воды с использованием заявляемых решений обеспечивает снижение относительной погрешности на один-два порядка, по сравнению с прототипами [7-8], поскольку фактические значения обводненности для заявляемых решений (колонки 5-8, табл. 1) практически совпадают с фактическими (первая строка этих колонок), а от данных для прототипов [7-8] отличаются на один-два порядка.

В экспериментах №№3.4₁-3.59₁, фиг. 3.3₁, показано, что любая из операций по отбору доли пробы с заданного уровня, - рассматривали операции по отбору пробы, реализованные в ходе экспериментов из серий 3.1₁, 3.2₁, 3.3₁, - может быть заменена альтернативным отбором путем отбора этой доли пробы с других уровней или другого уровня, - колонка 3 табл. 1, при условии, что после подобной альтернативной замены уровней область допускает разбиение ΔH_i, - колонка 2 табл. 1, - при котором отношение объемов V_i условно образованных этим разбиением областей ΔH_i, (или, что эквивалентно, их масс среды, заполняющей эти области ΔH_i), - колонка 3 табл. 1, - равно отношению объемной (или, что эквивалентно, массовой) доли, долей v_i, проб, - колонка 4 табл. 1, - отобранных из этих областей или взятых из них для формирования объединенной пробы с различных уровней отбора:

- эксперименты №№3.4₁-3.33₁ заменяют эксперименты из серий 3.2₁;

- эксперименты №№3.34₁-3.39₁ заменяют эксперименты из серии 3.3₁;

- эксперименты №3.40₁-3.59₁, а также указанные №№3.4₁-3.39₁ и из серий 3.2₁ и 3.3₁, заменяют эксперимент из серии 3.1₁.

Таким образом, результаты экспериментов, представленных в табл. 1, свидетельствуют о том, что если отбор пробы осуществляется по заявляемой технологии, представительность пробы будет всегда выше, нежели представительность пробы, отобранной при помощи прототипов способа [7] и устройства [8], - при разнообразных вариантах осуществления заявляемой техники отбора пробы, данные испытаний показывают ее существенное преимущество перед прототипом [7-8] и это было ожидаемо, поскольку заявляемая технология имеет теоретическое обоснование, - при увеличении числа уровней отбора и соответствующих им весовых долях пробы представительность пробы должна повышаться, - то есть, если при различных вариантах разбиения всего объема среды на области ΔH_i (колонка 2 табл. 1), объемы отбора пробы v_i с уровней отбора из областей ΔH_i (колонка 4 табл. 1) находятся в той же пропорции, что и объемы V_i этих областей ΔH_i (колонка 3 табл. 1), то представительность пробы наиболее высокая, - эксперименты, не отмеченные звездочкой «*».

Испытании для подвижной среды.

Экспериментальное обоснование заявляемых решений для случая, когда среда подвижна, а устройство относительно канала неподвижно или когда оно перемещалось со средой со скоростью 0,5 или со скоростью движения среды (колонки 5-7 табл. 2 соответственно), совершенно аналогично ранее проведенному обоснованию для случая, когда среда неподвижна, - эксперименты проведены по аналогии с экспериментами для неподвижной среды. В ходе сравнительных экспериментов в потоке воды из капала определяли содержание мехпримесей.

Данные экспериментов для прототипов [7-8]:

При фактическом содержании мехпримесей 0,12% их содержание по пробе, полученной при помощи прототипов способа и устройства [7-8] на уровне 250 мм от дна, составило 0,63% (с других уровней, согласно рамок решения [7], отбор пробы не производится). Уровень отбора, определяемый как отбор пробы выше на 250 мм от дна капала, устанавливали для того, чтобы отложения со дна канала не влияли на результат экспериментов.

Таким образом, превышение мехпримесей по пробе от прототипов решений [7-8], - кратное, - в 5 раз.

Эксперименты серии №3.1₂, табл. 2:

Для заявляемых решений в этой серии осуществляли отбор пробы со всех уровней h устройствами фиг. 1 и фиг. 2, когда каждый уровень, фиг. №3.1₂, представлял собой элементарную область ΔH_i, число которых i=1, …, ∞, бесконечно, - между двумя заданными уровнями отбора пробы, от Н_0,0=0 до Н_3,3=(Н-250), где Н, - высота столба воды в канале (глубина), размерность в мм. Здесь нулевой уровень Н_0,0=0 соответствует поверхности воды в канале, уровень Н_3,3=(Н-250), - нижний уровень отбора, определяемый как отбор пробы выше на 250 мм от дна канала, чтобы отложения со дна канала не влияли на результат экспериментов и чтобы он соответствовал уровню отбора пробы, при котором реализован способ прототип [7].

При отборе пробы устройством фиг. 1 от поверхности (уровень Н_0,0) до нижнего уровня воды в канале, расположенного на расстоянии 250 мм от дна, фиг. 3.1₂ (уровень Н_3,3=(Н-250)), содержание мехпримесей в пробе для заявляемых решений, составило:

0,12%, для заявляемых способа и устройства фиг. 1;

0,12%, для заявляемых способа и устройства фиг. 2,

причем не зависимо от того, перемещалось устройство фиг. 1 или фиг. 2 относительно среды или было неподвижно относительно ее.

Эти данные эксперименты для заявляемых способа и устройств фиг. 1 и фиг. 2 подтверждают, что если пробу отбирают с каждого уровня пропорционально площади среды, которую она заполняет на уровне отбора, - эту площадь определяют как произведение ширины потока на уровне отбора пробы и расстояния, которое условно прошел бы поток от точки отбора пробы за время движения среды, заполнив условно образуемую при этом область, при условии сохранения ширины потока, - обеспечивается высокая представительность пробы, - относительная погрешность на порядок ниже, чем для прототипов [7-8], поскольку фактические значения содержания мехпримесей для заявляемых решений (колонка 5 для неподвижного устройства, колонки 6 и 7 соответственно для перемещающегося устройства относительно среды со скоростью 0,5 или равной скорости среды, табл. 2) совпадают с фактическими (первая строка этих колонок) и отличаются от данных для прототипов [7-8] на порядок (наблюдается количественное и качественное изменение представительности). Указанную пропорциональность отбора (пробу отбирают с каждого уровня пропорционально площади среды, которую она заполняет на уровне отбора) аналитически можно выразить соотношениями через элементарные объемы V_i, которую среда заполняет на уровне отбора, и элементарный объем v_i отбираемой пробы, - что и представлено в табл. 2 для случая серии экспериментов №3.1₂, - колонки 3-4.

Эксперименты серии №3.2₂, табл. 2:

Эксперименты заявляемых решений проведены по аналогии с экспериментами для неподвижной среды.

В этой серии экспериментов осуществляли раздельный отбор проб устройством фиг. 2 с различных уровней h между заданными уровнями отбора пробы, условно разбивающими всю область среды на области (условно-образованные области) ΔH_i, фиг. 3.2₁, для отбора пробы на уровнях h между заданными уровнями: область ΔH₁ определена от Н_0,0=0 до H_1,1=1/3(Н-250), область ΔН₂ определена от H_1,1 до Н₂,₂=2/3(Н-250), область ΔН₃ определена от Н_2,2 до H_3,3=(Н-250), где Н, - высота столба воды в канале (глубина канала), размерность в мм (нулевой уровень Н_0,0=0 соответствует поверхности воды в канале, уровень Н_3,3=(Н-250), - нижний уровень отбора, определяемый как отбор пробы выше на 250 мм от дна канала, - а также при иных значениях высот уровней Н_1,1, Н_2,2, которые выбираются 15 соответствие с изменением объемов V₁, V₂, V₃ областей - см. колонку 3 табл. 2 (поскольку в нашем случае указанные высоты являются производными объемов ΔH_i, ограничиваемся приведением в табл. 2 соотношениями, определяющими объемы областей ΔH_i, колонка 3). Результаты по определению содержания мехпримесей в пробе представлены в табл. 2, - колонки 5-7, серия экспериментов №3.2₂ (строки №№3.2.1₂-3.2.13₂, 3.2.2₂*-3.2.13₂*).

В этих экспериментах показано, что в случае отбора пробы из условно-образованных областей ΔH_i в пробоприемники с последующим формированием из них объединенной пробы, когда объединенную пробу формируют из долей от этих проб, объемы которых v_i находятся в одинаковом соотношении, - колонка 4 табл. 2, - с образуемыми соответствующими им объемами V_i условно-образованных областей ΔH_i, - колонка 3 табл. 2, эксперименты без звездочки №№3.2.1₂-3.2.13₂, - достигается оптимальность, то есть обеспечиваются наиболее точные результаты, - см. колонки 5-7, табл. 2. Как только это соответствие нарушается, - эксперименты, отмеченные звездочкой «*», - №№3.2.2₂*-3.2.13₂*. - см. колонки 3 и 4, резко ухудшается представительность пробы, - см. колонки 5-7, табл. 2. Таким образом, заявляемое решение, является оптимальным, погрешность определения воды с использованием заявляемых решений обеспечивает снижение относительной погрешности на порядок, по сравнению с прототипами [7-8], поскольку фактические значения содержание мехпримесей для заявляемых решений (колонки 5-7, табл. 2) совпадают с фактическими (первая строка этих колонок), а от данных для прототипов [7-8] отличаются на один порядок.

Эксперименты серии №3.3₂ и №№3.4₂-3.59₂:

Эксперименты серии №3.3₂ (№№3.3.1₂-3.3.10₂, 3.3.2₂*-3.3.10₂*), табл. 2, фиг. 3.3₂, не только еще раз подтверждают оптимальность заявляемого решения, но и служат исходной точкой для реализации заявляемого способа для случая, представляющего эквивалентное решение, - эксперименты №№3.4₂-3.59₂, табл. 2, - когда любая из операций по отбору доли пробы с заданного уровня может быть заменена альтернативным отбором путем отбора этой доли пробы с других уровней или другого уровня при условии, что после подобной альтернативной замены уровней область допускает разбиение, при котором отношение объемов условно образованных этим разбиением областей (или, что эквивалентно, их масс среды, заполняющей эти области), равно отношению объемной (или, что эквивалентно, массовой) долей проб, отобранных из этих областей.

В этой серии экспериментов осуществляли раздельный отбор проб устройством фиг. 2 на уровнях h между заданными уровнями отбора пробы, образующими области (условные) отбора пробы ΔH_i, фиг. 3.3₂, а именно между заданными уровнями: область ΔН₁ определена от Н_0,0=0 до Н_0,1=1/6(Н-250), область ΔH₂ определена от Н_0,1 до H_1,1=2/3(Н-250), область ΔН₃ определена от H_1,1 до H_1,2=5/12 (Н-250), область ΔН₄ определена от Н_1,2 до Н_2,2=2/3(Н-250), область ΔН₅ определена от Н₂,₂ до Н_2,3=5/6 (Н-250), область ΔН₆ определена от Н_2,3 до Н_3,3=(Н-250), - а также при иных значениях высот уровней Н_0,1, Н_1,1, Н_1,2, Н_2,2, Н_2,3, которые выбираются в соответствие с изменением объемов областей ΔH_i - см. колонку 3 табл. 2 (поскольку указанные высоты являются производными объемов ΔH_i, ограничиваемся приведением в табл. 2 соотношениями, определяющими объемы областей ΔH_i, колонка 3 табл. 2).

Эксперименты серии №3.3₂ (№№3.3.1₂-3.3.10₂, 3.3.2₂*-3.3.10₂*) показывают, что в случае отбора пробы из условно-образованных областей ΔH_i в пробоприемники с последующим формированием из них объединенной пробы, когда объединенную пробу формируют из долей от этих проб, объемы которых v_i находятся в одинаковом соотношении (колонка 4 табл. 2) с образуемыми соответствующими им объемами V_i условно-образованных областей ΔH_i, - колонка 3 табл. 2, эксперименты без звездочки №№3.3.1₂-3.3.10₂, - достигается оптимальность, то есть обеспечиваются наиболее точные результаты, - см. колонки 5-7, табл. 2. Как только это соответствие нарушается, - эксперименты, отмеченные «звездочкой «*», - №№3.3.2₂*-3.3.10₂*. - см. колонки 3 и 4, резко ухудшается представительность пробы, - см. колонки 5-7, табл. 2. Таким образом, заявляемое решение, является оптимальным, погрешность определения содержания мехпримесей с использованием заявляемых решений обеспечивает снижение относительной погрешности на порядок, по сравнению с прототипами [7-8], поскольку фактические значения содержания мехпримесей для заявляемых решений (колонки 5-7 табл. 2) практически совпадают с фактическими (первая строка этих колонок), а от данных для прототипов [7-8] отличаются на один порядок.

В экспериментах №№3.4₂-3.59₂, фиг. 3.3₂, показано, что любая из операций по отбору доли пробы с заданного уровня, - рассматривали операции по отбору пробы, реализованные в ходе экспериментов из серий 3.1₂, 3.2₂, 3.3₂, - может быть заменена альтернативным отбором путем отбора этой доли пробы с других уровней или другого уровня, - колонка 3 табл. 2, при условии, что после подобной альтернативной замены уровней условная область допускает разбиение ΔH_i, - колонка 2 табл. 2, - при котором отношение объемов V_i условно образованных этим разбиением областей ΔH_i, (или, что эквивалентно, их масс среды, заполняющей эти области ΔH_i), колонка 3 табл. 2, - равно отношению объемной (или, что эквивалентно, массовой) доли, долей v_i, проб, - колонка 4 табл. 2, - отобранных из этих областей или взятых из них для формирования объединенной пробы с различных уровней отбора:

- эксперименты №№3.4₂-3.33₂ заменяют эксперименты из серий 3.2₂;

- эксперименты №№3.34₂-3.39₂ заменяют эксперименты из серии 3.3₃;

- эксперименты №3.40₂-3.59₂, а также указанные №№3.4₂-3.39₂, а также эксперименты из серий 3.2₂ и 3.3₂, заменяют эксперимент из серии 3.1₂.

Таким образом, результаты экспериментов, представленных в табл. 1 и 2, свидетельствуют о том, что если отбор пробы осуществляется по заявляемой технологии, обеспечивается самая высокая представительность пробы, в том числе и по сравнению с прототипами [7-8], - данные этих экспериментов для подвижных и неподвижных сред практически доказывают правильность теоретических и конструктивных решений, заложенных в заявляемые технологию и технику, свидетельствуют о возможности широкого их применения для отбора представительной пробы из сред, подверженных расслоению.

Заявляемый способ для отбора проб из сред, подверженных расслоению, и устройство для его осуществления промышленно применимы, - заявляемые устройство для реализации заявляемого способа несложно в изготовлении, реализуемая им технология позволит отбирать представительную пробу.

Источники информации

1. Способ для отбора проб из сред, подверженных расслоению. / ГОСТ 2517-85, черт. 4, п. 2.3.2, п. 2.3.3.

2. Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению. / ГОСТ 2517-85, черт. 4, п. 2.3.2, п. 2.3.3.

3. Способ для отбора проб из сред, подверженных расслоению. / ГОСТ 2517-85, черт. 3, п. 2.3.2, п. 2.3.3.

4. Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению. / ГОСТ 2517-85, черт. 3, п. 2.3.2, п. 2.3.3.

5. Способ для отбора проб из сред, подверженных расслоению. / ГОСТ Р 52659-2006, п. 13.5, черт. 4.

6. Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению. / ГОСТ Р 52659-2006, п. 13.5, черт. 4.

7. Способ для отбора проб из сред, подверженных расслоению. / ГОСТ Р 52659-2006, п. 13.4.2, черт. 4.

8. Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению. / ГОСТ Р 52659-2006, п. 13.4.2, черт. 4.

Группа изобретений относится к технологии и технике отбора проб из сред, подверженных расслоению, и может найти применение в нефтяной и других отраслях промышленности народного хозяйства. Способ отбора проб из сред, подверженных расслоению, заключается в том, что выбирают место для отбора пробы из определенного объема среды, определяют уровни для отбора пробы, размещают в среде пробозаборный элемент устройства входом на заданном уровне или уровнях отбора, отбирают пробу. Во время покоя или движения среды пробу отбирают с каждого уровня пропорционально площади среды, которую она заполняет на уровне отбора. При этом для случая, когда среда подвижна, эту площадь определяют как произведение ширины потока на уровне отбора пробы и расстояния, которое условно прошла бы среда от точки отбора пробы за определенный отрезок времени, заполнив условно образуемую при этом область, при условии сохранения ширины потока. При этом любая из операций по отбору доли пробы с заданного уровня может быть заменена альтернативным отбором путем отбора этой доли пробы с других уровней или другого уровня при условии, что после подобной альтернативной замены уровней область, которую занимает среда, - фактически для неподвижной среды и условно для подвижной, - допускает разбиение, при котором отношение объемов условно-образованных этим разбиением областей или их масс среды, заполняющей эти области, равно отношению объемной или массовой долей проб, отобранных из этих областей. В случае раздельного отбора пробы из условно-образованных областей в пробоприемники с последующим формированием из них объединенной пробы, объединенную пробу формируют из таких долей от этих проб, объемы которых находятся в одинаковом соотношении, образуемыми соответствующими им объемами условно-образованных областей. В случае подвижной среды, когда устройство перемещается вместе со средой, отбор пробы производят за отрезок времени, в пределах которого ширину и глубину потока можно считать неизменными. Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению, включает пробозаборный элемент, содержащий корпус, крышку, регулятор скорости заполнения пробы. Корпус пробозаборного элемента выполнен в виде вертикального цилиндра, в нижнем основании которого расположен вход с клапаном. Регулятор скорости заполнения пробы может быть выполнен в виде пакета герметично соединенных между собой по боковой поверхности цилиндрических секций, сообщающихся между собой и с корпусом пробозаборного элемента через клапаны. Или регулятор скорости заполнения пробы может быть выполнен в виде поршня с пружиной сжатия, расположенной между поршнем и размещенным соосно к крышке цилиндром, при этом штуцер расположен в крышке. Обеспечивается повышение качества отбора пробы, ее высокая представительность и повышение надежности и технологичности процедуры отбора пробы. 2 н.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.

1. Способ отбора проб из сред, подверженных расслоению, при котором выбирают место для отбора пробы из определенного объема среды, определяют уровни для отбора пробы, размещают в среде пробозаборный элемент устройства входом на заданном уровне или уровнях отбора, отбирают пробу, отличающийся тем, что во время покоя или движения среды, - состояние покоя которой относительно, - пробу отбирают с каждого уровня пропорционально площади среды, которую она заполняет на уровне отбора, при этом для случая, когда среда подвижна, эту площадь определяют как произведение ширины потока на уровне отбора пробы и расстояния, которое условно прошла бы среда от точки отбора пробы за определенный отрезок времени, заполнив условно образуемую при этом область, при условии сохранения ширины потока; при этом любая из операций по отбору доли пробы с заданного уровня может быть заменена альтернативным отбором путем отбора этой доли пробы с других уровней или другого уровня при условии, что после подобной альтернативной замены уровней область, которую занимает среда, - фактически для неподвижной среды и условно для подвижной, - допускает разбиение, при котором отношение объемов условно образованных этим разбиением областей или их масс среды, заполняющей эти области, равно отношению объемной или массовой долей проб, отобранных из этих областей; в случае раздельного отбора пробы из условно-образованных областей в пробоприемники с последующим формированием из них объединенной пробы, объединенную пробу формируют из таких долей от этих проб, объемы которых находятся в одинаковом соотношении, образуемыми соответствующими им объемами условно-образованных областей; в случае подвижной среды, когда устройство перемещается вместе со средой, отбор пробы производят за отрезок времени, в пределах которого ширину и глубину потока можно считать неизменными.

2. Устройство для отбора проб из сред, подверженных расслоению, используемое в способе по п. 1, включающее пробозаборный элемент, содержащий корпус, представляющий собой вертикальный цилиндр, в нижнем основании которого расположен вход с клапаном, пробозаборный элемент содержит крышку, регулятор скорости заполнения пробы, который представляет собой пакет герметично соединенных между собой по боковой поверхности цилиндрических секций, сообщающихся между собой и с корпусом пробозаборного элемента через клапаны, или представляет собой поршень с пружиной сжатия, расположенной между поршнем и размещенным соосно к крышке цилиндром, где штуцер в крышке.