Результат интеллектуальной деятельности: ПРОБООТБОРНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к добыче, сбору, подготовке и транспорту жидких и газовых продуктов и может быть использовано на нефтегазодобывающих предприятиях, где производятся работы по отбору проб жидкости из трубопроводов.

Известно пробоотборное устройство (патент RU №2298096, МПК Е21B 49/08, G01N 1/10, опубл. в бюл. №12 от 27.04.2007 г.), содержащее основной трубопровод, пробоотборную секцию, закрепленную с основным трубопроводом с возможностью отбора пробы с охватом поперечного сечения потока жидкости, отборный кран, манометр, отличающееся тем, что пробоотборная секция на входе потока жидкости внутри основного трубопровода снабжена патрубком с радиальными отверстиями, размещенными против потока жидкости, со скошенным верхним концом, при этом срез скошенного верхнего конца размещен с противоположной радиальным отверстиям стороны патрубка, причем за патрубком в основном трубопроводе установлено устройство, сужающее поток, а отборный кран выполнен в виде подпружиненного относительно пробоотборной секции шибера-сердечника, корпуса со сливным отверстием и катушкой, причем шибер-сердечник герметично установлен внутри корпуса, выполненного из диэлектрического материала, а катушка расположена на корпусе, причем в исходном положении шибер-сердечник перекрывает сливное отверстие корпуса, а в рабочем под действием электромагнитного поля, создаваемого катушкой при подаче на нее электрического тока, имеет возможность осевого перемещения внутри корпуса, сжимая пружину и открывая сливное отверстие корпуса.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкое качество отобранных проб, которые не позволяют достоверно определить обводненность продукции, так как отбор проб происходит через скошенный верхний конец патрубка, который не может обеспечить полный охват по всему периметру поперечного сечения расслоенного потока жидкости в трубопроводе, ввиду чего через скошенный верхний конец патрубка в пробоотборную секцию не попадают фракции, расположенные на периферии основного трубопровода и, как результат, искаженные объемным расходом долей фаз (воды, нефти) в потоке;

- во-вторых, низкая надежность отборного крана в работе, связанная с высокой вероятностью отказа шибера-сердечника, срабатываемого под действием электромагнитного поля, создаваемого катушкой при подаче на нее электрического тока;

- в-третьих, низкая степень корректности определяемых технологических параметров (пластовое давление, забойное давление, коэффициент продуктивности) скважин и пластов по анализам отобранных проб;

- в-четвертых, наличие источника электрического тока для открытия (закрытия) отборного крана.

Также известно пробоотборное устройство (патент RU на полезную модель №40391 МПК 7 E21B 49/08, F17D 3/10, опубл. в бюл. №25 от 10.09.2004 г.), смонтированное на основном трубопроводе и выполненное в виде двух секций, закрепленных с основным трубопроводом посредством фланцевых соединений, и снабженное регулируемыми трехходовыми шаровыми задвижками, отборным краном и манометром, при этом трехходовые шаровые задвижки соединены валом с рычагом управления с возможностью попеременно отсекать одну из секций, а каждая из секций выполнена с возможностью пропуска всего потока жидкости, причем одна из секций является байпасной, а другая - пробоотборной (мерной) с возможностью отбора пробы с охватом поперечного сечения потока жидкости без потерь.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей, а также громоздкость и металлоемкость;

- во-вторых, при частом отборе проб детали отборного крана изнашиваются и он теряет герметичность, в связи с чем снижается срок службы устройства в целом и требуется ревизия уплотнительных элементов отборного крана или полная его замена;

- в-третьих, низкое качество отобранных проб, которые не позволяют достоверно определить обводненность продукции;

- в-четвертых, низкая степень корректности определяемых технологических параметров (пластовое давление, забойное давление, коэффициент продуктивности) скважин и пластов по анализам отобранных проб.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пробоотборное устройство (патент RU №2292514, МПК F17D 3/10, опубл. в бюл. №3 от 27.01.2007 г.), содержащее основной трубопровод, пробоотборную секцию, закрепленную с основным трубопроводом с возможностью отбора пробы с охватом поперечного сечения потока жидкости, отборный кран, манометр, при этом пробоотборная секция на входе потока жидкости внутри основного трубопровода снабжена патрубком с радиальными отверстиями, размещенными против потока жидкости, со скошенным верхним концом, при этом срез скошенного верхнего конца размещен с противоположной радиальным отверстиям стороны патрубка, причем за патрубком в основном трубопроводе установлено устройство, сужающее поток, а отборный кран выполнен в виде втулки, жестко соединенной с рукояткой и герметично установленной внутри корпуса, снабженного сквозным горизонтальным пазом, через который пропущена вышеупомянутая рукоятка, при этом в исходном положении втулка перекрывает сливное отверстие корпуса, а рукоятка посредством опорного кольца подпружинена относительно корпуса и имеет возможность осевого перемещения совместно со втулкой, открывая сливное отверстие корпуса в рабочем положении. Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкое качество отобранных проб, которые не позволяют достоверно определить обводненность продукции, так как отбор проб происходит через скошенный верхний конец патрубка, который не может обеспечить полный охват по всему периметру поперечного сечения расслоенного потока жидкости в трубопроводе, ввиду чего через скошенный верхний конец патрубка в пробоотборную секцию не попадают фракции, расположенные на периферии основного трубопровода и, как результат, искаженные объемным расходом долей фаз (воды, нефти) в потоке;

- во-вторых, низкая надежность отборного крана в работе, связанная с высокой вероятностью поломки пружины сжатия при знакопеременных нагрузках (открытии и закрытии отборного крана);

- в-третьих, низкая степень корректности определяемых технологических параметров (пластовое давление, забойное давление, коэффициент продуктивности) скважин и пластов по анализам отобранных проб.

Технической задачей предложения является повышение качества отобранных проб жидкости, повышение надежности отборного крана в работе и повышение степени корректности определяемых технологических параметров скважин и пластов по анализам отобранных проб.

Поставленная техническая задача решается пробоотборным устройством, содержащим основной трубопровод, пробоотборную секцию, закрепленную с основным трубопроводом с возможностью отбора пробы с охватом поперечного сечения потока жидкости, отборный кран и манометр, причем пробоотборная секция на входе потока жидкости внутри основного трубопровода снабжена патрубком, при этом манометр установлен на патрубке перед отборным краном, а за патрубком в основном трубопроводе установлено устройство, сужающее поток, отборный кран выполнен в виде корпуса и втулки, жестко соединенной с рукояткой, при этом в исходном положении втулка перекрывает сливное отверстие корпуса, а рукоятка имеет возможность перемещения совместно с втулкой, открывая сливное отверстие корпуса в рабочем положении.

Новым является то, что в основном трубопроводе установлен полый цилиндр с центральным каналом, причем полый цилиндр со стороны движения потока жидкости оснащен входным конусом, сужающим поток, и выходным конусом, расширяющим поток с другой стороны полого цилиндра, при этом в центральный канал полого цилиндра со стороны входного конуса установлен завихритель, снабженный внутри тангенциальными каналами, при этом завихритель напротив входного конуса заглушен и снабжен радиальными пазами, а в центральном канале полого цилиндра за завихрителем размещен патрубок пробоотборной секции для входа потока жидкости, сообщающийся с отборным краном, при этом втулка отборного крана герметично снаружи охватывает корпус со сливным отверстием и имеет возможность ограниченного осевого перемещения относительно корпуса, при этом корпус оснащен первой и второй наружными цилиндрическими проточками, а втулка оснащена внутренней кольцевой выборкой, в котором размещено разрезное пружинное стопорное кольцо, причем в исходном положении разрезное пружинное стопорное кольцо зафиксировано в первой наружной цилиндрической проточке корпуса и имеет возможность сжатия разрезного пружинного стопорного кольца во внутренней кольцевой выборке втулки при осевом перемещении втулки относительно корпуса и фиксации разрезного пружинного стопорного кольца во второй наружной цилиндрической проточке корпуса в рабочем положении.

На фигуре 1 изображено предлагаемое пробоотборное устройство.

На фигуре 2 изображено сечение А-А предлагаемого пробоотборного устройства.

Пробоотборное устройство содержит основной трубопровод 1 (см. фиг. 1), пробоотборную секцию 2, закрепленную с основным трубопроводом 1 с возможностью отбора пробы с охватом поперечного сечения потока жидкости, отборный кран 3 и манометр 4.

Пробоотборная секция 2 на входе потока жидкости внутри основного трубопровода 1 снабжена патрубком 5.

Манометр 4 установлен на патрубке 2 перед отборным краном 3, а за патрубком 2 в основном трубопроводе 1 установлено устройство, сужающее поток, 6.

Отборный кран 3 выполнен в виде корпуса 7 и втулки 8, жестко соединенной с рукояткой 9. В исходном положении втулка 8 перекрывает сливное отверстие 10 корпуса 7, а рукоятка 9 имеет возможность перемещения совместно с втулкой 8, открывая сливное отверстие 10 корпуса 7 в рабочем положении.

В основном трубопроводе 1 установлен полый цилиндр 11 с центральным каналом 12. Полый цилиндр 11 со стороны движения потока жидкости оснащен входным конусом 13, сужающим поток, и выходным конусом 14, расширяющим поток с другой стороны полого цилиндра 11.

В центральный канал 12 полого цилиндра 11 со стороны входного конуса 13 установлен завихритель 15 (см. фиг 1 и 2), снабженный внутри тангенциальными каналами 16. Например, завихритель 15 выполнен в виде стакана, в котором размещены тангенциальные каналы 16, выполненные в виде шнека с тангенциальными лопатками.

Завихритель 15 напротив входного конуса 13 заглушен и снабжен радиальными пазами 17. В центральном канале 9 (см. фиг. 1) полого цилиндра 8 за вихрителем 15 размещен патрубок 5 пробоотборной секции 2 для входа потока жидкости, сообщающийся с отборным краном 3.

Втулка 8 отборного крана 3 герметично посредством уплотнительных колец 18 охватывает снаружи корпус 7 со сливным отверстием 10 и имеет возможность ограниченного осевого перемещения относительно корпуса 7.

Корпус 7 оснащен первой и второй наружными цилиндрическими проточками 19 и 20 соответственно, а втулка 8 оснащена внутренней кольцевой выборкой 21, в котором размещено разрезное пружинное стопорное кольцо 22, например, круглого сечения.

В исходном положении разрезное пружинное стопорное кольцо 22 зафиксировано в первой наружной цилиндрической проточке 19 корпуса 7 и имеет возможность сжатия разрезного пружинного стопорного кольца 22 во внутренней кольцевой выборку 21 втулки 8 при осевом перемещении втулки 8 относительно корпуса 7 и фиксации разрезного пружинного стопорного кольца 22, во второй наружной цилиндрической проточке 20 корпуса 7 в рабочем положении.

Пробоотборное устройство работает следующим образом.

В процессе движения по основному трубопроводу 1 (см. фиг. 1 и 2) поток жидкости, достигнув полого цилиндра 11, по входному конусу 13 сужается и направляется к завихрителю 15. Поток жидкости через радиальные пазы 17 завихрителя 15 попадает в тангенциальные каналы 16, где закручивается. В результате создается турбулентность потока жидкости и за счет центробежной силы смешанная жидкая фаза движется по периферийной части центрального канала 12 полого цилиндра 11 за завихрителем 15. В центральном канале 12 (см. фиг. 1) полого цилиндра 11 за завихрителем 15 поток жидкости перемешивается и при закрытом отборном кране 3 пробоотборной секции 2 разделяется на два направления:

- первое, из центрального канала 12 полого цилиндра 11 через выходной конус 14 поток жидкости расширяется и поступает сначала в основной трубопровод 1, а затем в устройство, сужающее поток, 6 и далее вновь в основной трубопровод 1 за пробоотборной секцией 2;

- второе, по патрубку 5 поток жидкости стекает вниз и попадает в пробоотборную секцию 2, где, заполняя ее внутреннее пространство поток жидкости и по патрубку 5 за отборным краном 3, вновь вытекает в основной трубопровод 1 за устройством, сужающим поток, 6 и соединяется с потоком, движущимся в первом направлении.

При постоянно работающем основном трубопроводе 1 движение потока жидкости происходит с охватом всего его поперечного сечения в двух направлениях и пробоотборная секция 2 постоянно заполнена пробой жидкости с составом, соответствующим времени и условиям ее отбора без образования застойных зон.

Манометр 4 установлен в пробоотборной секции 2 с целью контроля давления при эксплуатации и отборе проб.

Отбор пробы происходит следующим образом.

Открывают отборный кран 3 путем физического воздействия на рукоятку 9 в сторону второй наружной цилиндрической протоки 20 корпуса 7, при этом разрезное пружинное стопорное кольцо 22, находящееся в исходном положении в зацеплении с первой наружной цилиндрической проточкой 19 корпуса 7, сжимается во внутренней кольцевой выборке 21 втулки 8 и выходит из зацепления с первой наружной цилиндрической проточкой 19 корпуса 7.

За рукоятку 9 перемещают втулку 8 относительно неподвижного корпуса 7 до тех пор, пока разрезное пружинное стопорное кольцо 22 радиально разожмется и войдет в зацепление со второй наружной цилиндрической проточкой 20 корпуса 7, в которой разрезное пружинное стопорное кольцо 22 фиксируется, занимая рабочем положение.

В определенный момент, в процессе перемещения втулки 8 относительно неподвижного корпуса 7 открывается сливное отверстие 10 корпуса 7 отборного крана 3, при этом происходит снижение давления за устройством, сужающим поток, 6, вследствие возникновения разрежение из-за открытия сливного отверстия 10 корпуса 7 отборного крана 3. В результате весь поток жидкости из центрального канала 12 полой втулки 11 устремляется во втором направлении, т.е. поток жидкости направляется только в пробоотборную секцию 2 по патрубку 5 и корпусу 7 отборного крана 3 и через сливное отверстие 10 корпуса 7 отборного крана 3 сливается в контейнер (на фиг. 1 и 2 не показано), предназначенный для отбора проб.

Расслоенная жидкая фаза, движущаяся по всему поперечному сечению основного трубопровода 1 (см. фиг. 1), вследствие наличия центробежной силы (тангенциальных каналов 16 в завихрителе 15) смешивается в центральном канале 12 полого цилиндра 11 и за завихрителем 15 и движется по периферийной части центрального канала 12 полого цилиндра 11, поэтому при отборе проб через патрубок 5 пробоотборной секции 2 в контейнер для отбора проб попадает смешанная жидкость, а не расслоенная жидкая фаза, как описано в прототипе, что позволяет иметь высокую степень идентификации отобранных проб с реальным объемным расходом долей фаз (воды, нефти) в потоке.

По результатам анализа отобранных проб с помощью предлагаемого пробоотборного устройства повышается корректность определяемых технологических параметров (пластовое давление, забойное давление, коэффициент продуктивности) скважин и пластов.

Набрав необходимый объем пробы, закрывают отборный кран 3. Для этого осуществляют физическое воздействие на рукоятку 9 в сторону первой наружной цилиндрической проточки 19 корпуса 7, при этом разрезное пружинное стопорное кольцо 22, находящееся в рабочем положении в зацеплении со второй наружной цилиндрической проточкой 20 корпуса 7, сжимается во внутренней кольцевой выборке 21 втулки 8 и выходит из зацепления со второй наружной цилиндрической проточкой 20 корпуса 7.

За рукоятку 9 перемещают втулку 8 относительно неподвижного корпуса 7 до тех пор, пока разрезное пружинное стопорное кольцо 22 радиально разожмется и войдет в зацепление с первой наружной цилиндрической проточкой 19 корпуса 7, занимая исходное положение, в котором отборный кран 3 закрыт.

Отсутствие в конструкции устройства пружины сжатия исключает вероятность ее поломки при открытии и закрытии отборного крана 3 и выхода его из строя, в связи с чем повышается надежность отборного крана в работе.

Предлагаемое устройство позволяет повысить качество отобранных проб жидкости, повысить надежность отборного крана в работе и повысить степень корректности определяемых технологических параметров скважин и пластов по анализам отобранных проб.