Устройство отбора проб многофазного флюида и способ его реализации Российский патент 2024 года по МПК G01N1/18 F17D3/10 

Изобретение относится к устройствам и способам для испытания или калибровки приборов измерения многофазных потоков и может быть использовано в нефтегазовой отрасли, а также в металлургической, машиностроительной, энергетической, химической, и других отраслях промышленности, где возникает необходимость измерений расхода и компонентного состава многофазного флюида при различных термобарических условиях.

Известно устройство для покомпонентного измерения расхода фаз многофазного потока в трубопроводе (см. патент RU № 2319111, МПК G01F7/00, G01F15/08, G01F1/86, опубликован 10.03.2008 г.), включающее в себя щелевой отборник, установленный в трубопроводе навстречу потоку и выполненный в виде креста для обеспечения представительности отобранной пробы, и измерительный участок, соединенный с выходным коллектором щелевого отборника, состоящий из двух последовательно установленных сепараторов для отделения жидкой фазы от газовой с предусмотренной возможностью работы одного сепаратора при малых концентрациях жидкости в потоке, мерной емкости, установленной на тензометрических весах, позволяющих определять расход жидкой фазы в режиме изокинетического отбора пробы, и сообщенной с прозрачной градуированной трубкой, предназначенной для тарировки мерной емкости, и оснащенной емкостными датчиками для измерения плотности отдельных компонентов жидкой фазы отобранной пробы и границы между ними, а также мерной шайбы для измерения расхода газовой фазы, при этом выходные магистрали для жидкости и газа измерительного участка соединены через краны с эжектором, создающим разрежение и компенсирующим гидравлические потери измерительного участка, а на входе в измерительный участок установлен кран, выполненный с возможностью регулирования гидравлического сопротивления измерительного участка и выхода на изокинетический режим отбора пробы.

Известна сепарационная установка для определения потенциального содержания жидких углеводородов в природном газе (см. патент RU № 2768128, МПК B01D 3/14, опубликован 23.03.2022 г.), включающая сепарационный блок, разъемно соединенный с линиями подачи и отвода природного газа, на линии подачи природного газа последовательно установлены устройство нагрева природного газа, байпасная линия с фильтр-патроном с осушителем, фильтр механических примесей, первый манометр, редуктор и второй манометр, а на линии отвода природного газа последовательно установлены анализатор точки росы по углеводородам, третий манометр и газовый расходомер, при этом сепарационный блок погружен в ванну термокриостата и состоит из разъемно соединенных между собой первого и второго узла сепарации, каждый из которых состоит из разъемно соединенных между собой змеевика и сепаратора, имеющего внутреннее коническое днище и снабженного чувствительным элементом средства измерения (СИ) температуры, чувствительным элементом СИ давления и приспособлением для отбора проб разгазированного углеводородного конденсата, размещенным в нижней части сепаратора и имеющим канал для ввода иглы шприца, закрытый уплотнительной прокладкой, на которую установлена гайка, имеющая отверстие для ввода иглы шприца, кроме того, входные и выходные запорно-регулирующие устройства первого и второго узлов сепарации выполнены с возможностью установки на них герметизирующих заглушек.

Известные устройства позволяют проводить периодический отбор проб многофазного флюида и последующий расчет его компонентного анализа, однако с их помощью невозможно контролировать параметры потока в режиме он-лайн, поскольку реализуемые ими способы требуют существенных временных затрат для обработки каждой полученной пробы (соответственно, по меньшей мере в течение этого времени реальные параметры контролируемого потока будут неизвестны).

Известны принятые в качестве ближайшего аналога устройство воспроизведения расходов газожидкостных потоков и реализуемый с его помощью способ (см. патент RU № 2505790, МПК G01F 25/00, опубликован 27.01.2014 г.), при этом устройство включает емкости для газа, нефти и воды, линии воспроизведения и измерения расходов, сепарационную емкость, блок смешения нефти и воды, сепарационная емкость и блок смешения нефти и воды гидравлически сообщены и размещены в пространстве первая над другой с возможностью естественного стекания жидких компонентов в блок смешения нефти и воды, выполненным в виде емкости предварительной подготовки жидких компонентов, содержащей смеситель в виде системы циркуляции затопленных струй, сообщенным через жидкостные расходомер и насос с частотным регулированием с активным соплом двухфазного струйного аппарата, газовая полость сепарационной емкости через газовые расходомер и дозирующий кран соединена с его пассивным соплом, а приемная полость через испытуемый и контрольный многофазные расходомеры сообщена с его камерой смешения, а способ заключается в создании в устройстве эталонного многофазного флюида с заранее известным компонентным составом и пропускание его в заданном режиме через калибруемый расходомер, сравнение показаний расходомера с известными параметрами, корректировка настроек расходомера в случаях различий между эталонными значениями и показаниями самого расходомера на величины, большие допустимой погрешности.

Известное устройство и реализуемый с его помощью способ обеспечивают увеличение достоверности поверки многофазных расходомеров (МФР) путем повышения точности воспроизведения расходов многофазных потоков, однако требуют демонтажа МФР непосредственно с контролируемого трубопровода для периодической поверки и калибровки в случае нарастания погрешности измерений.

Задачей заявляемого изобретения является разработка устройства отбора проб многофазного флюида, обеспечивающего контроль работоспособного состояния МФР непосредственно на месте его эксплуатации.

Технические результаты изобретения заключаются в реализации непрерывного контроля компонентного состава многофазного флюида в трубопроводе, обеспечиваемого возможностью калибровки и периодических поверок МФР без его демонтажа, а также в высокой точности калибровки МФР.

Технические результаты достигаются за счет того, что устройство отбора проб многофазного флюида содержит порт подключения, предназначенный для подключения в линию трубопровода, с пробоотборным зондом для забора пробы из линии, первый сепаратор, снабженный уровнемером, манометром и по меньшей мере двумя датчиками температуры, соединенный с пробоотборными контейнерами, для разделения флюида на три фазы: воду, нестабильный конденсат и сепарационый газ, второй сепаратор, снабженный уровнемером, манометром, нагревателем и по меньшей мере одним датчиком температуры, соединенный с пробоотборными контейнерами, для разделения сепарационого газа на газ дегазации и дегазированный конденсат, установленный на выходной линии второго сепаратора расходомер газа, линию соединения первого и второго сепараторов с датчиками давления и устройством сброса давления.

Технические результаты также достигаются за счет того, что способ реализации устройства отбора проб многофазного флюида включает отбор пробы многофазного флюида из линии трубопровода через пробоотборный зонд порта подключения в первый и второй сепараторы, при этом перепад давления между линией трубопровода и выходом из первого сепаратора не должен быть больше, чем 0.1 МПа, начальное давление во втором сепараторе перед поступлением пробы устанавливают на уровне 4 МПа, а температуру - на уровне 15°С, последующий отбор компонентов проб в соответствующие пробоотборные контейнеры в следующей последовательности: нестабильный конденсат, сепарационый газ - из первого сепаратора, газ дегазации, дегазированный конденсат - из второго сепаратора, воду из первого сепаратора, причем после отбора дегазированного конденсата производят контроль расхода газа через расходомер газа.

Заявляемое решение поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема устройства отбора проб многофазного флюида.

устройства отбора проб содержит:

• Порт подключения, предназначен для подключения пробоотборного зонда в линию

• Пробоотборный зонд, предназначен для забора пробы из линии

• Сепаратор 1, предназначенный для разделения флюида на три фазы: воду, нестабильный конденсат и сепарационый газ

• Сепаратор 2, предназначенный для разделения сепарационого газа на газ дегазации и дегазированный конденсат

• Нагреватель сепаратора 2, предназначенный для поддержания температуры во втором сепараторе

• Уровнемер У1, предназначенный для измерения уровня жидкости в первом сепараторе

• Штуцер Ш1, предназначенный для сброса давления линии до давления во втором сепараторе

• Штуцер Ш2, предназначенный для сброса давления второго сепаратора до атмосферного давления

• Игольчатые вентили ВИ1, ВИ2, предназначенные для точной настройки давления в втором сепараторе

• Расходомер Р1, предназначенный для измерения расхода газа

• Манометры М1, М2, М3, М4, предназначенные для: М1 - для измерения давления в первом сепараторе, М2 - для измерения давления перед вторым сепаратором, М3 - для измерения давления после второго сепаратора, М4 - для измерения давления во втором сепараторе

• Датчики температуры Т1, Т2, предназначенные для измерения температуры в первом сепараторе и Т3 - во втором сепараторе.

• Вентиль ВЖ2, предназначенный для слива жидкости из точки подключения зонда

• Игольчатые вентили ВИ3, ВИ4, ВИ5, предназначенные для регулирования скорости забора проб

• Вентили ВШ1, ВШ2, предназначенные для перекрытия линий со штуцерами

• Вентиль В1, предназначенный для перекрытия линии между первым и вторым сепаратором

• Вентили В2, В3, В4, предназначенные для отключения второго сепаратора и пропуска сепарационого газа в обход второго сепаратора

• Вентили ВП1, ВП2, ВП2.1, ВП3, ВП4, ВП5, предназначенные для перекрытия подключения пробоотборных контейнеров

• Вентили ВМ1. ВМ2, ВМ3, ВМ4, предназначенные для отключения манометров

Способ отбора проб, реализуемый при помощи заявляемого устройства, осуществляют следующим образом.

Подключение:

1. Перед отбором проб сначала подключается пробоотборный зонд в порт в линии. При подключении пробоотборного зонда вентиль ВЖ2 должен быть закрыт.

2. Далее к зонду подключают сепаратор 1 с помощью соединений С1, С2, С3. Вентили ВИ3, ВИ4, ВИ5 должны быть закрыты.

3. Проверяют закрытие всех вентилей на сепараторе 1: В1, В5, В6, ВМ1, ВП1, ВП2, ВП2.1, ВП3, ВГ1, ВЖ1.

4. Далее подключают сепаратор 2 с помощью соединения С4.

5. Проверяют закрытие всех вентилей на сепараторе 2: В3, В4, ВМ2, ВМ3, ВМ4, ВИ1, ВИ2, ВШ1, ВШ2, ВП4, ВП5.

6. Подключают сепаратор 1 к линии сброса газа и к линии сброса жидкости.

7. Подключают сепаратор 2 к линии сброса газа.

8. Подключают нагреватель сепаратора 2 к питанию.

9. Ожидают прогрева сепаратора 2 до заданной температуры.

Подготовка пробоотборных контейнеров:

Пробоотборные контейнеры подразумеваются поршневыми с поддержанием давления. Перед подключением пробоотборных контейнеров необходимо:

1. Контейнеры для проб 1, 2, 3 надо накачать до давления чуть больше, чем в линии на точке отбора.

2. Контейнеры для проб 4, 5 накачать до давления 41 бар.

Проведение отбора проб:

1. Подключают линию с зондом к основной линии.

2. Подключают подготовленные пробоотборные контейнеры.

3. Открывают вентили ВИ3, ВИ4, ВИ5, В5, В6, ВМ1, ждут выравнивания давления в сепараторе 1 и линии, контролируя процесс с помощью манометра М1.

4. Далее открывают вентили В1, ВМ2, ВШ1, В3, ВМ3, ВШ2.

5. С помощью вентилей ВИ1, ВИ2 настраивают давление на манометре М3 равным 4 МПа, при этом давление на манометрах М1, М2 не должно быть ниже давления в линии больше, чем на 0.1 Мпа.

6. Далее открывают вентили В2, ВМ2, ждут установления заданного давления и температуры в сепараторе 2.

7. Перекрывают вентиль В3, открывают вентиль В4, ждут установления давления и температуры в сепараторе 2.

8. После установления давления в сепараторе 2, начинают отсчет расхода газа в расходомере Р1.

9. Далее ждут набора жидкости в сепараторе 1 до нужного уровня с помощью уровнемера У1, при достижении необходимого уровня жидкости открывают вентиль ВП2 и вентили на пробоотборном контейнере 2 и набирают пробу нестабильного конденсата, медленно стравливая жидкость, поддерживающую давление. После набора необходимого количества, перекрывают вентиль на пробоотборном контейнере 2 и вентиль ВП2.

10. Далее делают отбор пробы сепарационого газа: открывают вентиль ВП3 и вентиль на пробоотборном контейнере 3, после медленно стравливают жидкость, поддерживая давление. После набора необходимого количества сепарационого газа, закрывают вентиль на пробоотборном контейнере 3 и вентиль ВП3.

11. После забора пробы сепарационого газа, начинают отбирать пробу газа дегазации: открывают вентиль ВП5 и вентиль на пробоотборном контейнере 5, далее медленно стравливают жидкость из пробоотборного контейнера 5, поддерживая давление в нем. После забора пробы перекрывают вентиль на пробоотборном контейнере 5 и вентиль ВП5.

12. Далее ожидают, когда наберется необходимый уровень дегазированного конденсата в сепараторе 2, контролируют уровень с помощью уровнемера У2. После достижения необходимого уровня, открывают вентиль ВП4 и вентиль на пробоотборном контейнере 4. Далее медленно стравливая жидкость набирают дегазированный конденсат, поддерживая давление. После окончания забора дегазированного конденсата перекрывают вентиль на пробоотборном контейнере 4 и вентиль ВП4. Записывают расход газа на расходомере Р1.

13. Далее отбирают воду: Уровень воды наблюдают с помощью уровнемера У1 в сепараторе 1. Отбирают необходимое количество воды открыв вентиль ВП1 и вентиль на пробоотборном контейнере 1. После отбора закрывают вентиль на пробоотборном контейнере 1 и вентиль ВП1.

Завершение отбора проб

После отбора проб необходимо стравить газ и слить жидкость из сепараторов 1 и 2:

1. Отключают нагреватель сепаратора 2.

2. Перекрывают вентили ВИ3, ВИ4, ВИ5.

3. Сначала стравливают газ из сепаратора 2: перекрывают вентиль В2, и ждут, когда установиться атмосферное давление в сепараторе 2. После чего перекрывают вентили В4, ВП4, ВП5, ВИ2, ВМ3, ВМ2.

4. Далее стравливают газ из сепаратора 1: закрывают вентиль ВИ1, открывают вентиль ВГ1, ждут установления давления в сепараторе 1, равным атмосферному. После установления давления перекрывают вентили ВП3, ВМ2, ВШ1, ВМ1.

5. После стравливания газа из сепаратора 1 сливают жидкость: открывают вентиль ВЖ1 и ждут слива жидкости.

6. Закрывают вентили ВП1, ВП2, ВП3 и отсоединяют пробоотборные контейнеры 1, 2, 3, 4, 5.

Заявляемое устройство и реализуемый при его помощи способ обеспечивают точное определение компонентного состава многофазного флюида из линии трубопровода в непосредственной близости от установленного МФР, что позволяет проводить его точную калибровку и периодическую поверку без демонтажа из линии и, соответственно, производить непрерывный мониторинг при помощи самого МФР компонентного состава флюида в линии трубопровода.

Изобретение относится к устройствам и способам для испытания или калибровки приборов измерения многофазных потоков и может быть использовано в нефтегазовой отрасли, а также в металлургической, машиностроительной, энергетической, химической и других отраслях промышленности, где возникает необходимость измерений расхода и компонентного состава многофазного флюида при различных термобарических условиях. Устройство отбора проб многофазного флюида содержит порт подключения, предназначенный для подключения в линию трубопровода, с пробоотборным зондом для забора пробы из линии, первый сепаратор, снабженный уровнемером, манометром и по меньшей мере двумя датчиками температуры, соединенный с пробоотборными контейнерами, для разделения флюида на три фазы: воду, нестабильный конденсат и сепарационный газ, второй сепаратор, снабженный уровнемером, манометром, нагревателем и по меньшей мере одним датчиком температуры, соединенный с пробоотборными контейнерами, для разделения сепарационного газа на газ дегазации и дегазированный конденсат, установленный на выходной линии второго сепаратора расходомер газа, линию соединения первого и второго сепараторов с датчиками давления и устройством сброса давления. Способ реализации отбора проб многофазного флюида включает отбор пробы многофазного флюида из линии трубопровода через пробоотборный зонд порта подключения в первый и второй сепараторы, при этом перепад давления между линией трубопровода и выходом из первого сепаратора не должен быть больше чем 0.1 МПа, начальное давление во втором сепараторе перед поступлением пробы устанавливают на уровне 4 МПа, а температуру - на уровне 15°С, последующий отбор компонентов проб в соответствующие пробоотборные контейнеры в следующей последовательности: нестабильный конденсат, сепарационный газ - из первого сепаратора, газ дегазации, дегазированный конденсат - из второго сепаратора, вода из первого сепаратора, причем после отбора дегазированного конденсата производят контроль расхода газа через расходомер газа. Технический результат - точное определение компонентного состава многофазного флюида из линии трубопровода в непосредственной близости от установленного многофазного расходомера (МФР), что позволяет проводить его точную калибровку и периодическую поверку без демонтажа из линии и, соответственно, производить непрерывный мониторинг при помощи самого МФР компонентного состава флюида в линии трубопровода. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство отбора проб многофазного флюида, содержащее порт подключения, предназначенный для подключения в линию трубопровода, с пробоотборным зондом для забора пробы из линии, первый сепаратор, снабженный уровнемером, манометром и по меньшей мере двумя датчиками температуры, соединенный с пробоотборными контейнерами, для разделения флюида на три фазы: воду, нестабильный конденсат и сепарационный газ, второй сепаратор, снабженный уровнемером, манометром, нагревателем и по меньшей мере одним датчиком температуры, соединенный с пробоотборными контейнерами, для разделения сепарационного газа на газ дегазации и дегазированный конденсат, установленный на выходной линии второго сепаратора расходомер газа, линию соединения первого и второго сепараторов с датчиками давления и устройством сброса давления.

2. Способ отбора проб многофазного флюида при помощи устройства по п. 1, включающий отбор пробы многофазного флюида из линии трубопровода через пробоотборный зонд порта подключения в первый и второй сепараторы, при этом перепад давления между линией трубопровода и выходом из первого сепаратора не должен быть больше чем 0.1 МПа, начальное давление во втором сепараторе перед поступлением пробы устанавливают на уровне 4 МПа, а температуру - на уровне 15°С, последующий отбор компонентов проб в соответствующие пробоотборные контейнеры в следующей последовательности: нестабильный конденсат, сепарационный газ – из первого сепаратора, газ дегазации, дегазированный конденсат – из второго сепаратора, вода из первого сепаратора, причем после отбора дегазированного конденсата производят контроль расхода газа через расходомер газа.