Пробоотборник Российский патент 2024 года по МПК E21B49/08 G01N1/10 

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к добыче, сбору, подготовке и транспорту жидких и газовых продуктов и может быть использовано на нефтегазодобывающих, нефтегазоперерабатывающих и нефтетранспортных или иных предприятиях, где производятся работы по отбору проб жидкости из трубопроводов.

Известен пробоотборник (патент RU № 2768234, МПК Е21В 49/08, G01N 1/22, опубл. 23.03.2022 Бюл. № 9), содержащий корпус и пробоотборную трубку, причем корпус выполнен из последовательно и жестко соединенных входной камеры, промежуточной камеры, пробозаборной камеры, камеры пониженного давления и выходной камеры таким образом, что входная и выходная камеры имеют одинаковый диаметр с диаметром трубопровода, промежуточная камера выполнена диаметром больше диаметра входной камеры, диаметр пробозаборной камеры выполнен больше диаметра промежуточной камеры, обеспечивающей снижение скорости потока, интенсификацию сепарации и повышение концентрации газовой фазы в верхней части пробозаборной камеры, камера пониженного давления выполнена диаметром меньше диаметра входной камеры, обеспечивающей увеличение скорости потока и создание зоны пониженного давления, которая дополнительно сообщена с пробозаборной камерой через патрубок для отвода газа, жестко соединенный с верхней частью пробозаборной камеры и верхней частью камеры пониженного давления, нижняя часть пробозаборной камеры снабжена отверстием, внутри которого жестко закреплена уплотняющая манжета, обеспечивающая вертикальное перемещение пробоотборной трубки, содержащей глухую герметичную заглушку, жестко установленную в верхнем торце пробоотборной трубки, фиксирующую манжету, жестко закрепленную на нижней части наружной поверхности тела пробоотборной трубки, обеспечивающие герметизацию пробоотборной трубки в положении затвора и отбора соответственно, на верхней части пробоотборной трубки выполнены сквозные приемные отверстия.

Недостатками данного пробоотборника являются сложность и металлоемкость конструкции из-за большого количества соединенных в единую конструкцию сложных камер, узкая область применения из-за возможности отбора только газообразных проб, низкая точность измерения из-за наличия в пробах различного количества паров жидкости в зависимости от свойств жидкости, перекачиваемой по трубопроводу.

Наиболее близким по технической сущности является пробоотборник (патент на ПМ RU № 51102, МПК Е21В 49/08, опубл. 27.01.2006 Бюл. № 3), содержащий трубопровод, корпус, приваренный к трубопроводу, вентиль, причем трубопровод перед корпусом снабжен втулкой, при этом на входе потока жидкости втулка снабжена конусной поверхностью, сужающейся от периферии к центру, а внутри втулки жестко установлен завихритель, выполненный в виде плоского закручивающего устройства, винтовая поверхность которого выполнена с переменным шагом, уменьшающимся в осевом направлении потока жидкости, причем концентрично в трубопроводе за завихрителем установлено устройство, сужающее поток жидкости, а корпус выполнен в виде обводного отвода, в нижней части которого установлен вентиль, при этом обводной отвод с одной стороны жестко и герметично соединен с трубопроводом за завихрителем, а с другой стороны - с трубопроводом за устройством, сужающим поток жидкости.

Недостатками данного пробоотборника являются низкая повторяемость проб из-за отбора в нижней части трубопровода после заверителя без отвода газа и, как следствие, низкая достоверность проб (как показала практика, погрешность может достигать до 9%).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение погрешности измерения за счет взятие проб по всему диаметру трубопровода с предварительным отделением газа.

Техническое решение достигается пробоотборником, включающим трубопровод, корпус, сообщенный с трубопроводом входным и выходным отводами, вентиль, сообщенный одним концом с внутренней полостью трубопровода, а другим – с отборной емкостью, завихритель потока жидкости, установленный внутри трубопровода перед входным отводом, и концентрично установленное в трубопроводе за завихрителем устройство, сужающее поток жидкости перед входным отводом.

Новым является то, что корпус расположен сверху трубопровода, завихритель выполнен в виде резьбы, спирали или пружины с постоянным шагом на внутренней поверхности трубопровода, устройство оснащено на выходе патрубком с внутренним диаметром, обеспечивающим турбулентный поток жидкости, а вентиль сообщен внутри трубопровода с патрубком устройства, при этом входной отвод оснащен коаксиальной трубкой с Г-образным выходом, расположенным соосно трубопроводу, направленным против потока жидкости и сообщенным с завихрителем для отвода выделяющегося в завихрителе газа из жидкости в корпус.

Новым является также то, что трубка внутри входного отвода выполнена перфорированной.

Новым является также то, что корпус сверху оснащен клапаном с запорным элементом с плотностью меньшей плотности жидкости, пропускающим газ из корпуса.

На чертеже изображена схема пробоотборника в продольном разрезе.

Пробоотборник включает в себя трубопровод 1, корпус 2, расположенный сверху трубопровода 1 и сообщенный с ним входным 3 и выходным 4 отводами, вентиль 5, сообщенный одним концом с внутренней полостью трубопровода 1, а другим – с отборной емкостью (не показана), завихритель 6 потока жидкости, установленный внутри трубопровода 1 перед входным отводом 3 (все параметры по потоку жидкости в трубопроводе 1), и концентрично установленное в трубопроводе 1 за завихрителем 6 устройство 7, сужающее поток жидкости перед входным отводом 4. Завихритель 6 выполнен в виде резьбы, спирали или пружины с постоянным шагом h на внутренней поверхности трубопровода 1. Устройство 7 оснащено на выходе патрубком 8 с внутренним диаметром d, обеспечивающим турбулентный поток жидкости. Вентиль 5 сообщен внутри трубопровода 1 с патрубком 8 устройства 7. Входной отвод 3 оснащен коаксиальной трубкой 9 с Г-образным выходом 10, расположенным соосно трубопроводу 1, направленным против потока жидкости и сообщенным с завихрителем 6 для отвода выделяющегося в завихрителе 6 газа из жидкости в корпус 2. При небольшом количестве газа в жидкости для уменьшения сопротивления столбом жидкости восходящему газу трубка 9 внутри входного отвода 3 может быть оснащена перфорационными отверстиями 11 для слива жидкости из нее. При большом количестве газа в жидкости корпус 2 сверху может быть оснащен клапаном 12 с запорным элементом 13 (например, конусом, шаром или т.п.) с плотностью меньшей плотности жидкости, пропускающим наружу из корпуса 2 газ, который далее отводится, например, в газопровод (не показан), или собирается в газовой камере (не показана).

Конструктивные элементы, технологические соединения, уплотнения и/или т.п., не влияющие на работоспособность пробоотборника, на чертеже не показаны или показаны условно.

Пробоотборник работает следующим образом.

Предварительно определяют необходимый внутренний диаметр d патрубка 8 устройства 7. Перед началом изготовления устройства 7 определяют ареометром плотность (ρ) и динамическую вязкость (η) жидкости, перекачиваемой по трубопроводу 1.

Для определения динамической вязкости жидкости, ее прогоняют через трубку (обычно стеклянную) с известными длиной и диаметром, при этом измеряя скорость потока данного раствора и давления в начале и в конце трубки. Исходя из формулы:

[1]

где v – скорость смеси жидкостей раствора вдоль трубки, м/с;

R – радиус трубки, м;

p₁ − p₂ = ΔP – разность давлений на входе и на выходе из трубки, Па;

η – динамическая вязкость смеси, Па·с или кг/(м·с);

L – длина трубки, м.

Из формулы [1] получаем:

[2]

где η – динамическая вязкость смеси, Па·с или кг/(м·с);

v – скорость смеси вдоль трубки, м/с;

R – радиус трубки, м;

p₁ − p₂ – разность давлений на входе и на выходе из трубки, Па;

L – длина трубки, м.

Зная, что для получения турбулентного потока жидкости в прямом патрубке 8 число Рейнольдса (Re) должно быть больше граничного равного 2000 (Re>2000)

Причем число Рейнольдса (Re) для труб определяют по формуле:

[3]

где Re – число Рейнольдса;

ρ - плотность смеси, кг/м³;

v - скорость потока, м/с;

d – гидравлический диаметр (внутренний диаметр патрубка 8 трубопровода 10), м;

η – динамическая вязкость среды – смеси, Па⋅с или кг/(мс) (см. формулу [2]).

[4]

где v - скорость потока, м/с;

2000 – Re – граничное число Рейнольдса;

η – динамическая вязкость среды, Па⋅с или кг/(мс);

ρ - плотность жидкости, кг/м³;

d – гидравлический (внутренний) диаметр патрубка 8, м.

Скорость потока жидкости в участке трубопровода 1 с определяют по формуле:

[5]

где v - скорость потока, м/с;

Q – расход жидкости в участке трубопровода 1 с пробоотборником, исходя из производительности насосной установки (не показана), перекачивающей жидкость по трубопроводу 1, м³/ч;

d – внутренний диаметр патрубка 8, м.

Подставляя формулу [5] в формулу [4] определяем расчетный внутренний диаметр d патрубка 8 по формуле:

[6]

где d –внутренний диаметр патрубка 8, м;

Q – расход жидкости в участке трубопровода 1, м³/ч;

ρ - плотность жидкости, кг/м³;

2000 – Re – граничное число Рейнольдса;

η – динамическая вязкость среды, Па⋅с или кг/(мс).

Полученный результат из формулы [6] для внутреннего диаметра d патрубка 8 уменьшают на 10–20 % для получения гарантированного турбулентного потока в патрубке 8. После чего изготавливают устройство 7, которое размещают в трубопроводе 1 перед выходным отводом 4 корпуса 2.

После установки пробоотборника на трубопровод 1 через него начинают прокачивать газированную жидкость.

Попадая на завихритель 6 за счет наличия крупной резьбы, спирали или пружины с равным шагом h на внутренней поверхности трубопровода 1 поток жидкости закручивается. При этом более плотная жидкость отжимается к стенкам трубопровода 1, а газ - к оси трубопровода 1, откуда газ и часть жидкости попадает в Г-образный патрубок 10 и далее в трубку 9. Газ за счет меньшей плотности через трубку 9 поднимется в корпус 2, при этом увлекая и выталкивая захваченную Г-образный патрубок 10 жидкость из трубки 9 через ее верх или перфорационные отверстия 11, причем жидкость за счет своей большей плотности стекает по входному отводу 3 обратно в трубопровод 1, где захватывается потоком. Далее поток со своего трубопровода 1 попадает в устройство 7, в патрубке 8 которого интенсивно перемешивается до равномерного состояния за счет турбулентного потока внутри. Из патрубка 8 устройства 7 выходит высокоскоростной поток жидкости, обеспечивая низкое статическое давление в зоне выходного отвода 4, что позволяет отсасывать газ из корпуса 2 обратно в трубопровод 1 и, перемешиваясь с жидкостью, перекачиваться совместно с жидкостью по трубопроводу 1 в виде газированной жидкости.

При большом количестве газа в жидкости его часть остается вверху корпуса 2, откуда он отбирается (например, в газопровод, газовую камеру или т.п.) через газовый клапан 12. Для исключения излива жидкости через него при достижении клапана 12 жидкостью запорный элемент 13 всплывает, перекрывая седло 14 клапана 12 и исключая излив жидкости из корпуса 2.

Для взятия проб вентиль 5 открывают, и равномерно перемешанная жидкость отбирается из патрубка 8 в отборную емкость. После чего вентиль 5 перекрывают, а отборную емкость с пробой жидкости, включающей все фракции с практически отсутствующим газом, отправляют в лабораторию для анализа. Как показала практика, точность измерения по сравнению с наиболее близким аналогом возросла примерно в 3 раза за счет снижения погрешности и исключения расслоения жидкости.

Предлагаемый пробоотборник позволяет снизить погрешность измерения за счет взятие проб из перемешенного турбулентностью потока жидкости по всему диаметру трубопровода с предварительным отделением газа.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к добыче, сбору, подготовке и транспорту жидких и газовых продуктов, и может быть использовано для отбора проб жидкости из трубопроводов. Техническим результатом является снижение погрешности измерения за счет взятия проб по всему диаметру трубопровода с предварительным отделением газа. Заявлен пробоотборник, включающий трубопровод, корпус, сообщенный с трубопроводом входным и выходным отводами, вентиль, сообщенный одним концом с внутренней полостью трубопровода, а другим – с отборной емкостью, завихритель потока жидкости, установленный внутри трубопровода перед входным отводом, и концентрично установленное в трубопроводе за завихрителем устройство, сужающее поток жидкости. Корпус пробоотборника расположен сверху трубопровода. Завихритель выполнен в виде резьбы, спирали или пружины с постоянным шагом на внутренней поверхности трубопровода. На выходе устройство, сужающее поток жидкости, оснащено патрубком с внутренним диаметром, обеспечивающим турбулентный поток жидкости, а вентиль сообщен внутри трубопровода с патрубком указанного устройства. При этом входной отвод оснащен коаксиальной трубкой с Г-образным выходом, расположенным соосно трубопроводу, направленным против потока жидкости и сообщенным с завихрителем для отвода выделяющегося в завихрителе газа из жидкости в корпус. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пробоотборник, включающий трубопровод, корпус, сообщенный с трубопроводом входным и выходным отводами, вентиль, сообщенный одним концом с внутренней полостью трубопровода, а другим – с отборной емкостью, завихритель потока жидкости, установленный внутри трубопровода перед входным отводом, и концентрично установленное в трубопроводе за завихрителем устройство, сужающее поток жидкости перед входным отводом, отличающийся тем, что корпус расположен сверху трубопровода, завихритель выполнен в виде резьбы, спирали или пружины с постоянным шагом на внутренней поверхности трубопровода, устройство, сужающее поток жидкости, оснащено на выходе патрубком с внутренним диаметром, обеспечивающим турбулентный поток жидкости, а вентиль сообщен внутри трубопровода с патрубком этого устройства, при этом входной отвод оснащен коаксиальной трубкой с Г-образным выходом, расположенным соосно трубопроводу, направленным против потока жидкости и сообщенным с завихрителем для отвода выделяющегося в завихрителе газа из жидкости в корпус.

2. Пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что трубка внутри входного отвода выполнена перфорированной.

3. Пробоотборник по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что корпус сверху оснащен клапаном с запорным элементом с плотностью меньшей плотности жидкости, пропускающим газ из корпуса.