Устройство для отбора проб текучей среды
Формула / Реферат
1. Устройство (50) для отбора пробы из протекающего по трубопроводу (13) потока жидкой среды, содержащее съемную часть (200) и стационарную часть (100), выполненную с возможностью разъемного соединения со съемной частью (200), отличающееся тем, что стационарная часть (100) содержит
приемную камеру (119), которая снабжена закрываемым проточным отверстием (110) для обеспечения жидкостного соединения с потоком жидкой среды;
закрываемое приемное отверстие (113) для ввода пробоотборника (217) в приемную камеру (119) в направлении, перпендикулярном направлению, обращенному к закрываемому проточному отверстию (110),
при этом съемная часть (200) содержит указанный пробоотборник (217), выполненный с возможностью ввода в приемную камеру (119), когда съемная часть (200) соединена со стационарной частью (100).
2. Устройство (50) по п.1, отличающееся тем, что приемная камера (119) расположена в шаре шарового клапана (110), при этом шар имеет полость (119) с отверстием, которое представляет собой указанное закрываемое отверстие для прохода жидкой среды, а также отверстие для ввода пробоотборника (217).
3. Устройство (50) по п.2, отличающееся тем, что шар установлен с возможностью поворота вокруг оси поворота и при этом ось поворота расположена параллельно отверстию для ввода пробоотборника (217) и/или проходит через это отверстие.
4. Устройство (50) по пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что стационарная часть (100) соединена с трубопроводом (13) вместе с препятствием потоку, которое обеспечивает смешивание компонентов протекающей жидкой среды в сечении приемной камеры (119).
5. Устройство (50) по п.4, отличающееся тем, что препятствие потоку представляет собой изменение направления потока, при этом стационарная часть (100) соединена с глухим концом Т-образной части трубопровода (13).
6. Устройство (50) по п.4, отличающееся тем, что препятствие потоку представляет собой уменьшение поперечного сечения потока.
7. Устройство (50) по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что
пробоотборник (217) имеет прямоугольную форму и содержит часть (223) с уменьшенным поперечным сечением, которая образует закрываемую полость (224);
съемная часть (200) содержит также гильзу (227) пробоотборника, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль части (223) с сужающимся поперечным сечением, с образованием герметичного соединения с головкой (225) на одном конце части (223) с сужающимся поперечным сечением.
8. Устройство (50) по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что пробоотборник (217') снабжен множеством входных отверстий (237) и соединенных с ними пробоотборных каналов (235), выполненных с возможностью втягивания определенного объема жидкой среды из потока в приемную камеру (119), при этом, по меньшей мере, некоторые из входных отверстий (237) расположены в различных позициях по оси пробоотборника (217').
9. Устройство (50) по п.8, отличающееся тем, что пробоотборник (217') содержит также общий пробоотборный канал (247) для направления пробы жидкой среды, втянутой через входные отверстия (237), при этом пробоотборник (217') переходит в режим втягивания другой пробы жидкой среды из приемной камеры (119).
10. Устройство (50) по п.1, отличающееся тем, что стационарная часть (100) содержит запорный клапан (103), предназначенный для закрытия закрываемого приемного отверстия (113).

Текст
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Устройство для отбора проб, предназначенное для отбора пробы жидкой среды, протекающей по трубопроводу (13). Устройство содержит пробоотборный клапан (110), в частности шаровой клапан, содержащий наружный корпус и внутреннее тело, установленное внутри корпуса с возможностью поворота. Внутреннее тело установлено с возможностью поворота вокруг оси поворота и содержит полость (119), в которой предусмотрено первое отверстие (119b),предназначенное для поворота с целью открытия и закрытия жидкостного соединения с потоком жидкой среды, и второе отверстие (119 с), обращенное в направлении, параллельном оси поворота внутреннего тела вращения. Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к устройствам, предназначенным для отбора репрезентативных проб из потока жидкой среды, содержащий углеводород. Более конкретно, изобретение относится к таким устройствам, которые можно использовать без остановки потока и под давлением, существующим в потоке. Предшествующий уровень техники Для систем, которые используются для получения нефти и газа, представляет интерес содержание нефти, газа, воды и других компонентов в смеси, которая поднимается из каждой отдельной нефтяной скважины (технологическая жидкая среда). Эти данные имеют ценность для оптимизации производства,поскольку информация о производительности каждой отдельной скважины образует основу для выбора технологии добычи нефти с целью максимально возможно увеличения добычи нефти и газа. Это важно также в тех случаях, когда различные владельцы нефтяных скважин хотят знать размеры суммарных доходов, на которые они могут претендовать. Для осуществления этого в настоящее время существует широкий выбор измерительного оборудования, которое позволяет получать результаты измерения основных параметров, однако, оно не обеспечивает достаточной стабильности для получения одинаково стабильных данных с течением времени. Эти данные точно связаны с прибылью от их использования, а, именно, с повышением отдачи пласта, и, следовательно, представляют собой большую ценность для владельца. Для калибровки указанного измерительного оборудования необходимо использовать жидкую среду известного состава или точно знать компоненты анализируемой жидкой среды. Использование жидкой среды известного состава связано с остановкой добычи нефти на время калибровки и с неопределенностью относительно двух аспектов. С одной стороны, никогда не известно, загрязнена ли жидкая среда известного состава, и, следовательно,является ли корректировка правильной. С другой стороны существует неопределенность, связанная с тем, что остановка добычи может приводить к постоянному или временному понижению дебита скважины. Остановка добычи связана с большими потерями, качество калибровки является неопределенным,поэтому такой способ не используется на практике. Кроме того, существующая измерительная техника не учитывает перспективную потребность в информации, поскольку принципы измерения и установленное оборудование тесно связаны с данными,которые требуются в текущий период времени. При этом имеется множество характеристик технологической жидкой среды, которые представляют интерес в настоящее время, но которые невозможно определить существующими способами, будь то природные или искусственно добавленные компоненты. Для того чтобы решить проблему калибровки и получить информацию о неизвестных компонентах,можно использовать способ, согласно которому отбирают репрезентативную пробу технологической жидкой среды и анализируют эту пробу в лаборатории для определения компонентов. Для этого в настоящее время используют традиционную точку отбора, при этом создают точку соединения с трубопроводом, предназначенным для отбора проб, а затем используют перепад давлений для слива пробы технологической жидкой среды. Пробу можно либо направлять по трубопроводу (пробоотборные магистрали) в центральную лабораторию, расположенную на берегу или на морской платформе,либо использовать для заполнения контейнера, который транспортируют в ту же самую центральную лабораторию для анализа. С этим способом связано множество проблем, которые относятся как к стоимости, так и к степени репрезентативности. Вследствие того, что точка отбора находится в конкретном месте, проба в сильной степени зависит от репрезентативности технологической жидкой среды. Однако такую репрезентативность очень сложно обеспечить, поскольку режим потока и состав смеси сильно изменяются в зависимости от условий и продолжительности эксплуатации скважины. Кроме того, указанная точка отбора не предназначена для отбора пробы из динамического потока, поэтому невозможно получить объективное представление о том, является, ли например, количество жидкой среды и частиц репрезентативным для распределения в технологической жидкой среде. При использовании пробоотборных магистралей и резервуара с наружным давлением для отбора проб отвод и трубопроводная система могут загрязняться в результате выпадения осадка и засорения, что также приводит к плохой репрезентативности технологической жидкой среды. Кроме того, существует способ, который использует установленный разветвленный пробоотборный затвор с тремя-четырьмя трубами малого диаметра. Указанные трубы малого диаметра расположены в разных местах поперечного сечения и в конце трубы, которая соединяется с пробоотборным затвором, с целью повышения репрезентативности технологической жидкой среды за счет одновременного отбора проб из различных мест поперечного сечения трубы. Такая система является стационарной и подвержена тем же самым недостаткам, которые описаны выше и связаны с загрязнением, засорением и неравномерным перепадом давлений в различных трубах, и которые приводят к искажению репрезентативности. Геометрическая форма указанной системы также непригодна для монтажа без остановки добычи нефти, поэтому ее нецелесообразно устанавливать каждый раз, когда требуется произвести отбор пробы. Это означает, что описанные выше устройства современного уровня техники с их ограничениями непригодны для применения иным способом для усовершенствования результата. Международная патентная заявка WO 02/086455 описывает способ и устройство для отбора проб из многофазной жидкой смеси. Проба жидкой среды отбирается в фазовый сепаратор при открывании клапана, при этом фазы можно разделить, и пробу, которая содержит водную фазу, можно переместить в пробоотборную колбу для анализа. Кроме того, международная патентная заявка WO 2008/056097 описывает систему и способ отбора проб жидкой среды или газа из многофазной смеси, которая протекает по трубопроводу, транспортирующему углеводород. Сущность изобретения Настоящее изобретение решает вышеописанные проблемы, значительно сокращает источники возможных ошибок и, таким образом, обеспечивает очень высокую степень репрезентативности пробы технологической жидкой среды. Согласно первому аспекту изобретения обеспечено устройство для отбора проб, предназначенное для отбора проб жидкой среды, проходящей по трубопроводу. Указанное устройство для отбора проб содержит пробоотборный клапан, в частности шаровой клапан, содержащий наружный корпус с установленным в нем внутренним телом вращения. Внутреннее тело подвешено с возможностью поворота вокруг оси поворота и содержит полость с первым отверстием, которое может поворачиваться, открывая и закрывая жидкостное соединение с потоком жидкой среды. Внутреннее тело содержит также второе отверстие, которое обращено в направлении, параллельном оси поворота внутреннего тела вращения. Термин "параллельно" используется здесь в самом широком смысле, поскольку подразумевается,что он включает также значение "по меньшей мере примерно параллельно". Поэтому может иметь место некоторый угол с параллелью и направлением, в котором обращено второе отверстие. Однако предпочтительно, чтобы второе отверстие было обращено в направлении, строго параллельном оси поворота. В одном варианте осуществления первого аспекта настоящего изобретения может быть использован шаровой клапан, в котором шар имеет внутреннюю полость с двумя отверстиями. Одно отверстие, которое может закрываться, открывает вход во внутреннюю полость для прохождения жидкой среды. Второе отверстие можно использовать для выхода жидкой среды (пробы жидкой среды) или для ввода прообоотборника, предназначенного для отбора/захвата жидкой среды из внутренней полости. Такое устройство для отбора проб позволяет использовать поток жидкой среды, входящий во внутреннюю полость в горизонтальном направлении, поэтому во внутренней полости обеспечивается хорошая репрезентативность жидкой среды. Кроме того, пробу жидкой среды можно отводить в вертикальном направлении, либо под действием перепада давлений, либо путем отбора пробы при помощи устройства, предназначенного для этой цели. Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается устройство, для отбора пробы из протекающего по трубопроводу потока жидкой среды. При этом указанное устройство содержит съемную часть и стационарную часть, которая предназначена для разъемного соединения со съемной частью. Стационарная часть содержит приемную камеру, в которой предусмотрены закрываемое проточное отверстие для жидкостного соединения с потоком жидкой среды и закрываемое приемное отверстие для ввода пробоотборника в приемную камеру. Съемная часть содержит указанный пробоотборник, который предназначен для ввода в приемную камеру, когда съемная часть соединена со стационарной частью. Пробоотборник предпочтительно содержит закрываемую полость для отделения пробы от потока жидкой среды. Устройство согласно второму аспекту изобретения можно выполнить таким образом, чтобы приемная камера была расположена в шаре шарового клапана, при этом шар имеет полость с отверстием, которое образует указанное закрываемое проточное отверстие, а также отверстие для ввода пробоотборника. При этом следует понимать, что вместо шара может быть использован цилиндр или тело другой формы с внутренней полостью, которое может поворачиваться внутри клапана. В одном варианте осуществления шар можно поворачивать вокруг оси поворота, при этом ось поворота является параллельной оси отверстия для ввода пробоотборника и/или проходит через это отверстие. Как указано выше, термин "параллельно" не ограничивается строгой параллельностью, но указывает на возможность содержания параллельного компонента. Стационарная часть может иметь соединение с трубопроводом, в котором создается препятствие для потока, обеспечивающее смешивание компонентов потока жидкой среды в зоне приемной камеры. Препятствие потоку может представлять собой изменение направления потока. Стационарная часть может быть присоединена к глухому концу Т-образной части трубопровода. Препятствие потоку может быть также выполнено в виде уменьшения поперечного сечения потока. Это можно реализовать, например, в виде простого сужения, трубы в форме Вентури или шара. Согласно одному варианту осуществления второго аспекта изобретения пробоотборник имеет прямоугольную форму и содержит часть с уменьшенным поперечным сечением, которое образует закрываемую полость. Кроме того, съемная часть может содержать гильзу прообоотборника, которая может скользить вдоль пробоотборника и части с уменьшенным поперечным сечением. При этом гильза пробоотборника может плотно прижиматься к головке в одном конце части с уменьшенным поперечным сечением. В альтернативном варианте осуществления второго аспекта настоящего изобретения пробоотборник снабжен множеством входных отверстий, которые соединяются с пробоотборными каналами, подводящими определенный объем жидкой среды в приемную камеру. По меньшей мере некоторые из входных отверстий расположены в различных осевых позициях на пробоотборнике. Благодаря этому, обеспечивается отбор жидкой среды с различных вертикальных уровней. В таком варианте осуществления пробоотборник может также содержать общий пробоотборный канал для отвода пробы жидкой среды, которая поступает по входным отверстиям. При этом пробоотборник может постоянно получать новую пробу жидкой среды из приемной камеры. Такое техническое решение позволяет осуществлять быстродействующее повторение пробоотбора. Это означает, что пробоотборник не нужно вводить и выводить для каждого отбора пробы. Наоборот, первую пробу можно взять при помощи входных отверстий, затем приемная камера может быть снова заполнена жидкой средой из протекающего потока для второго пробоотбора и т. д. При этом пробы жидкой среды можно отбирать с регулярными интервалами без прерывания жидкостного соединения между приемной камерой и потоком жидкой среды между каждым пробоотбором. В одном варианте осуществления закрываемое приемное отверстие для ввода пробоотборника может быть образовано шаровом клапаном со сквозным отверстием. Если съемная часть не присоединена к стационарной части, закрываемое приемное отверстие буде функционировать в качестве преграды(предпочтительно - одной из нескольких преград) между потоком жидкой среды и окружающей средой. Согласно третьему аспекту настоящего изобретения обеспечено устройство для анализа жидкой среды, содержащее вводимый элемент, который предназначен для ввода полость с жидкой средой, подлежащей анализу. Указанное устройство содержит элемент, установленный с возможностью перемещения в осевом направлении и содержащий суженную часть и головку; наружную гильзу, установленную с возможностью перемещения в осевом направлении вдоль суженной части и головки, при этом между гильзой и суженной частью образуется закрытая полость,и при этом элемент, установленный с возможностью перемещения, перемещается таким образом,что осевое растяжение закрытой полости уменьшается. Такое устройство, согласно третьему аспекту изобретения предпочтительно является пригодным для превращения газовой фазы в жидкую фазу под действием давления. Элемент, установленный с возможностью перемещения, предпочтительно содержит поршень с гидравлическим приводом. Устройство согласно третьему аспекту изобретения пригодно для измерения объема газовой фазы в пробе жидкой среды на месте. Это осуществляется путем измерения уменьшения объема, когда газовая фаза сжимается в указанной закрытой полости. Согласно четвертому аспекту изобретения обеспечен пробоотборник для отбора пробы жидкой среды, предназначенный для ввода в полость, содержащую указанную жидкую среду. Пробоотборник снабжен множеством входных отверстий и соединяется с пробоотборными каналами, которые подают некоторый объем потока жидкой среды в приемную камеру. По меньшей мере некоторые из входных отверстий расположены в различных позициях относительно оси пробоотборнике. Пробоотборник предпочтительно содержит общий пробоотборный канал для отвода пробы жидкой среды, которая поступает по входным отверстиям. Таким образом, пробоотборник может постоянно получать новую пробу жидкой среды из приемной камеры. Один вариант осуществления четвертого аспекта настоящего изобретения отличается тем, что в общем пробоотборном канале установлен клапан одностороннего действия для отвода потока в направлении от пробоотборных каналов, и при этом общий пробоотборный канал имеет жидкостное соединение с пробоотборными каналами посредством коллекторных каналов; пробоотборные каналы и коллекторные каналы снабжены клапанами одностороннего действия,предназначенными для отвода потока от входных отверстий в направлении общего пробоотборного канала; в каждом пробоотборном канале установлен пробоотборный поршень, предназначенный для создания отрицательного давления с целью втягивания пробы жидкой среды и положительного давления для отвода пробы жидкой среды в общий пробоотборный канал. Согласно пятому аспекту настоящего изобретения обеспечен пробоотборник для отбора пробы жидкой среды, предназначенный для ввода в полость, содержащую указанную жидкую среду. Пробоотборник содержит прямоугольный корпус с частью, имеющей уменьшенное поперечное сечение, при этом в конце уменьшенного поперечного сечения установлена головка, и, кроме того, на прямоугольном корпусе установлена скользящая наружная гильза, которая может перемещаться вдоль части пробоотборника с уменьшенным поперечным сечением для плотного прижатия к головке, таким образом, образуется полость, ограниченная внутренней стороной наружной гильзы и частью пробоотборника с уменьшенным поперечным сечением. Общее достоинство различных аспектов настоящего изобретения заключается в том, что они позволяют отбирать одну или более проб жидкой среды из текущей жидкой среды без необходимости остановки потока для отбора пробы. Перечень фигур чертежей Выше приведено общее описание изобретения, в то время как далее описан неограничительный пример осуществления изобретения. Этот вариант осуществления описан со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлены: фиг. 1 - схематичный вид в разрезе устройства согласно изобретению; фиг. 2 - схематичный вид в разрезе устройства с фиг. 1, при этом запорный клапан открыт; фиг. 3 - схематичный вид в разрезе устройства с фиг. 1, при этом пробоотборник перемещен к приемной камере; фиг. 4 - схематичный вид в разрезе устройства с фиг. 1, при этом пробоотборник введен в приемную камеру; фиг. 5 - схематичный вид в разрезе устройства на фиг. 1, при этом определенное количество жидкой среды содержится в приемной камере; фиг. 6 - схематичный вид в разрезе устройства на фиг. 1, при этом проба жидкой среды содержится в закрытой полости; фиг. 7 - вид в разрезе варианта осуществления пробоотборника; фиг. 8 - вид в разрезе с фиг. 7 в другой позиции; фиг. 9 - поперечное сечение отверстия шарового клапана в различных позициях; фиг. 10 - поперечное сечение отверстия другого шарового клапана в различных позициях; фиг. 11 - конкретный вариант осуществления пробоотборника; фиг. 12 - поперечное сечение пробоотборника с фиг. 11; фиг. 13 - другое поперечное сечение пробоотборника с фиг. 11; и фиг. 14 - подробный вид торцевой части пробоотборника с фиг. 11. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На фиг. 1 в соответствии с описанием показан пример осуществления согласно первому аспекту изобретения. Здесь представлен трубопровод 13, по которому протекает жидкая среда. К трубопроводу 13 при помощи сварки присоединен пробоотборный клапан в виде шарового клапана 110. Шаровой клапан 110 содержит внутреннее тело вращения, выполненное в виде шара, который снабжен полостью 119. Шар или его полость содержат первое отверстие 119b, которое может открываться и закрываться для жидкостного соединения с потоком жидкой среды при помощи поворота шара вокруг вертикальной оси поворота. На фиг. 1 первое отверстие 119b показано в открытой позиции. Путем поворота шара вокруг оси поворота первое отверстие 119b можно закрыть, при этом проба потока жидкой среды может быть заключена в полости 119. Кроме того, предусмотрено второе отверстие, которое проходит в вертикальном направлении. В этом варианте осуществления второе отверстие расположено параллельно и коаксиально относительно оси поворота. Второе отверстие можно закрыть запорным клапаном 103. Через второе отверстие 113 при помощи перепада давлений пробу жидкой среды можно выводить из полости 119, например в контейнер, который непосредственно соединяется с шаровым клапаном, или,как показано на фиг. 1, на верхнюю сторону запорного клапана 103. Альтернативно этому пробоотборник можно ввести в полость 119 шарового клапана 110 и заключить пробу в полости 119, или иным путем вывести жидкую среду из полости 119. Возможно также техническое решение, в котором полость 119 шарового клапана 110 (или другой тип клапана с телом вращения, содержащим полость) имеет только одно закрываемое отверстие 119b. При этом проба жидкой среды будет незамедлительно выводиться из полости 119 в горизонтальном направлении, если ось поворота является вертикальной, как показано на фиг. 1. Ниже также со ссылками на фиг. 1 приведено описание примера осуществления второго аспекта настоящего изобретения. На фиг. 1 показано устройство 50 согласно изобретению, предназначенное для отбора пробы из потока жидкой среды. Устройство имеет жидкостное соединение с трубопроводом 13,которое может закрываться, для прохода технологической жидкой среды. В этом примере осуществления поток течет по трубопроводу 13, который проложен на дне моря и направляет поток углеводородсодержащей жидкой среды, соединяющийся с одной или более подводными скважинами. Жидкая среда содержит углеводороды главным образом в жидкой фазе и в газовой фазе, а также воду. Устройство 50 соединяется с трубопроводом 13 при помощи сварки, как показано на фиг. 1, сварочным швом 13 а. Стрелки показывают направление потока. При этом устройство 50 согласно изобретению присоединяется к трубопроводу 13 в глухом конце Т-образного элемента. Благодаря наличию Т-образного элемента в трубопроводе 13, происходит существенное изменение направления потока. Поэтому в глухой части Тобразного элемента обеспечивается получение хорошей смеси композиции протекающей жидкой среды с точки зрения, как различных фаз, так и компонентов. Устройство 50 согласно изобретению содержит стационарную часть 100 и съемную часть 200. Стационарная часть 100 присоединена к трубопроводу 13 при помощи сварки, как описано выше. Кроме того, в стационарной части 100 предусмотрено соединение со съемной частью 200, при этом съемная часть может соединяться со стационарной частью при помощи подводного аппарата дистанционного управления (ROV, remotely operated vehicle). Разъемное соединение между съемной частью 200 и стационарной частью снабжено блокировоч-4 024498 ным механизмом, который содержит собачки 205 и приводную гильзу 204. Приводная гильза 204 приводится в действие при помощи множества гидравлических поршней 207 и вводит собачки 205 в зацепление с блокировочным профилем 117 в стационарной части 100. Собачки 205 можно выводить из зацепления при помощи перемещения приводной гильзы 204 в противоположном направлении. Множество уплотнений 115 обеспечивает непроницаемое для жидкой среды соединение между стационарной частью и съемной частью. Ниже описана последовательность операций при отборе пробы, при этом съемная часть 200 соединяется со стационарной частью 100, затем производится отбор пробы, и в конце съемная часть 200, содержащая пробу жидкой среды, снова отделяется от стационарной части 100. Обратимся снова к фиг. 1. Перед соединением съемной части 200 со стационарной частью 100, как описано выше, камерный клапан 110 поворачивается на 90 градусов относительно вертикальной оси, для того, чтобы создать уплотнение, непроницаемое для потока жидкой среды, протекающей по трубопроводу 13. Запорный клапан 103 также закрывается. В показанном примере осуществления запорный клапан 103 также выполнен в виде шарового клапана. Камерный клапан 110 в показанном примере выполнен в виде шарового клапана с приемной камерой 119, расположенной в шаре. Стационарная часть 100 содержит кожух 112, конец которого имеет форму воронки для установки съемной части 200. После того, как съемная часть 200 при помощи ROV (не показан) соединяется со стационарной частью 100 путем срабатывания собачек 205, производится испытание на герметичность уплотнений 115 и запорного клапана 103. Поскольку те из уплотнений 115, которые обращены радиально наружу, начинают функционировать уже тогда, когда съемная часть 200 начинает входить в зацепление со стационарной частью 100,поршень 219 перемещается немного назад, т. е. дальше в основной корпус 215. Это делается для того,чтобы избежать гидростатических проблем в процессе соединения съемной части 200 и стационарной части 100. Затем запорный клапан 103 может быть открыт, как показано на фиг. 2. После того, как запорный клапан 103 будет открыт, предпочтительно провести еще одно испытание на герметичность. После этого открывается камерный клапан 110, и между отверстием 213 в съемной части 200 и потоком жидкой среды в трубопроводе 13 образуется жидкостное соединение. Отверстие 213 расположено в основном корпусе 215 съемной части 200, а запорный клапан 103 установлен в соединении с отверстием 113 в стационарной части 100. Отверстие 213 в съемной части 200 находится на одной оси с отверстием 113 стационарной части 100. Поворот клапанов можно осуществлять любым из подходящих способов, известных специалистам в данной области техники. Так, например, их можно поворачивать при помощи гидравлики или механически. После этого, как показано на фиг. 3, через отверстие в запорном клапане 103 вводится пробоотборник 217. Пробоотборник 217 входит в отверстие 213, при этом на одном из его концов предусмотрен поршень 219. Поршень 219 находится в поршневой камере 221 основного корпуса, поэтому пробоотборник под действием гидравлического давления может проходить вперед и назад через отверстие 213. Для специалистов в данной области техники очевидно, что пробоотборник 217 можно также приводить в движение другим способом, например при помощи электрического привода. Противоположный конец пробоотборника 217 определяет объем отбираемой пробы, который ограничен уменьшенным диаметром 223 и длиной пробоотборника 217. На конце пробоотборника 217 предусмотрена головка 225 с установленными периферическими уплотнениями. Пробоотборник 217 проходит через отверстие 213 до тех пор, пока головка 225 не будет упираться в выборку 119 а, выполненную в приемной камере 119. После этого камерный клапан 110 закрывается,как показано на фиг. 5, при этом в приемной камере 119 окажется репрезентативная проба проточной жидкой среды, которая протекает по трубопроводу 13. Как показано на фиг. 6, когда камерный клапан 110 закрыт для прохождения потока жидкой среды,пробоотборная гильза 227 перемещается к головке 225, при этом внутренняя сторона пробоотборной гильзы 227 прижимается к уплотнениям, установленным по периферии головки 225. Пробоотборная гильза 227 приводится в движение гидравлической средой, которая проходит по гидравлическим каналам 229, 231, для перемещения пробоотборной гильзы 227 вверх и вниз соответственно. Каналы 229, 231 соединяются с управляемыми источниками 229 а, 231 а гидравлической среды, схематично показанными на фиг. 6. Пробоотборная гильза 227 содержит первую и вторую головки 227 а, 227b поршня для гидравлического управления перемещением пробоотборной гильзы 227 в отверстие 213 и за пределы пробоотборника 217. Проба проточной жидкой среды теперь находится в закрытом пространстве 224, которое ограничено уменьшенным диаметром 223 пробоотборника, головкой 225 и пробоотборной гильзой 227. Для специалистов в данной области техники очевидно, что эта проба не будет репрезентативной для состава потока жидкой среды, поскольку стенки приемной камеры 119 являются овальными. Так, например, столб нефти между столбом воды и столбом газа будет иметь меньшую высоту, чем он имел бы в случае приемной камеры 119 с вертикальными стенками, в частности в цилиндрической камере. Однако, поскольку форма приемной камеры 119 известна, можно легко рассчитать реальный состав потока жидкой среды при помощи герметизированной пробы. Кроме того, когда пробоотборная гильза 227 перемещается в приемную камеру 119 до упора в уплотнения головки 225, некоторая часть жидкой среды вытесняется из приемной камеры 119, чтобы освободить пространство для объема, который пробоотборная гильза 227 занимает в приемной камере 119. Эта жидкая среда будет просачиваться вдоль узкой щели между пробоотборной гильзой 227 и отверстием 113 в стационарной части, и далее в промежуток 233, который остается позади пробоотборной гильзы 227 при ее перемещении. Количество жидкой среды, которое просачивается в промежуток 233, будет известно. Поэтому, несмотря на то, что указанная часть жидкой среды выходит из приемной камеры 119 и, таким образом, нарушает репрезентативность пробы, можно рассчитать состав потока жидкой среды. Вместе с пробоотборником 217 предпочтительно установить различные измерительные приборы для определения характеристик жидкой среды в ее отделенной пробе. Так, например, пробоотборник 217 может быть снабжен измерителем давления (не показан), в частности элементом РТ 100. Кроме того,пробоотборную гильзу 227 и часть прообоотборника, имеющую уменьшенный диаметр 223, можно соединить электрически в виде конденсатора. В этом случае можно на месте определять водную фракцию в отделенной пробе. Можно также предпочтительно установить измеритель солености воды, например около головки 225, где водная фракция будет собираться под действием силы тяжести. Он может включать трехполюсный зонд для определения солености, известный специалистам в данной области техники. Когда пробоотборная гильза 227 отделит пробу, как показано на фиг. 6, камерный клапан 110 снова открывается для прохождения потока жидкой среды, а пробоотборник 217 отводится назад при помощи поршня 219. Пробоотборная гильза 227 остается на месте относительно уменьшенного диаметра 223 и головки 225. После того, как проба выйдет через отверстие 213 в основном корпусе, запорный клапан 103 также закрывается. После испытания на герметичность вновь закрытого камерного клапана 110 и запорного клапана 103 съемную часть 200 можно отсоединить от стационарной части 100 и вынуть на поверхность вместе с пробой. Кроме описанного варианта осуществления можно также представить устройство пробоотборника 217 с уменьшенным диаметром 223 или с другим техническим решением для получения свободного пространства для пробы, с перемещающейся пробоотборной гильзой 227, и, возможно, с измерительным оборудованием (как указано выше), а также с запорным клапаном 103. Такое устройство можно использовать без камерного клапана 110, например непосредственно на проточном трубопроводе, предпочтительно - в сочетании с сужением, изгибом или аналогичным элементом конструкции трубопровода. После удаления съемной части 200 к стационарной части 100 для ее защиты предпочтительно присоединяют заглушку (не показана). Заглушка может предпочтительно плотно упираться в уплотнения 115, образуя при этом дополнительную преграду, а также защищая уплотнения 115. На фиг. 7 и 8 показан конкретный вариант осуществления съемной части 200 устройства 50 согласно изобретению для отбора проб из потока жидкой среды. На чертежах показан конец пробоотборника 217, при этом пробоотборная гильза 227 переместилась к головке 225 для отделения пробы. В этом варианте осуществления сужающаяся часть 223' выполнена в виде штока поршня, который имеет поршень 223 а', расположенный в поршневой камере 217 а пробоотборника 217. С обеих сторон поршня 223 а' осуществляется подача гидравлического давления, схематически представленная в виде двух гидравлических насосов. Ситуация на фиг. 7 показывает пробу, состоящую из газа G, нефти О и воды W. При подаче гидравлического давления под поршень 223 а' головка 225 перемещается вверх, при этом газ G в пробе прижимается к жидкой фазе и поглощается жидкой средой. Это показано на фиг. 8, где проба содержит теперь только воду W и нефть О (или углеводороды в жидком виде). Измеряя количество гидравлической жидкой среды, использованной для сжатия газа G, или позицию головки 225, можно определить количество сжатого газа. Эту информацию вместе с количеством воды W и нефти О можно использовать для расчета состава жидкой среды в потоке. Достоинством такого решения является возможность в процессе работы производить анализ, который показывает соотношение между газом и жидкой средой, т. е., объемную долю газа (Gas-Volume-Fraction, GVF), и получать результат без необходимости доставлять пробу на поверхность. Еще одним достоинством является возможность получать повторные пробы перед отсоединением и, таким образом, иметь базу для расчета точности определения GVF. Согласно одному аспекту изобретения обеспечен пробоотборник, показанный на фиг. 7 и фиг. 8. При этом может быть обеспечен такой пробоотборник, который можно использовать с различными устройствами кроме устройства, показанного на фиг. 1-6. Например, такое устройство можно использовать без вывода пробы жидкой среды из трубопроводной системы. Кроме того, пробоотборник, показанный на фиг. 7 и фиг. 8, можно также предпочтительно снабдить устройствами для определения характеристик жидкой среды, в частности устройствами для определения солености, давления, конденсатором, как указано выше. Такое устройство пригодно для проведения повторных измерений на месте, поэтому для множества различных параметров можно рассчитать среднее из множества результатов измерения. Это производится без удаления пробы жидкой среды с места пробоотбора. Для специалистов в данной облас-6 024498 ти техники очевидно, что устройство, показанное на фиг. 7 и фиг. 8, разумеется, является пригодным для переноса пробы жидкой среды от места пробоотбора, например в лабораторию. В объеме, который освобождается после этого перемещения головки 225, может быть вакуум. На фиг. 9 и фиг. 10 показано закрываемое отверстие камерного клапана 110 круглой и прямоугольной формы соответственно. Для того чтобы обеспечить наилучшую возможную репрезентативность пробы жидкой среды, которая содержится в приемной камере 119, предпочтительно, чтобы закрываемое отверстие было прямоугольным, как показано на фиг. 10. Вместо шарового клапана, в частности камерного клапана 110, показанного в вышеприведенном примере, можно также использовать клапан другого типа, который открывается и закрывается для прохождения потока в приемную камеру 119. При этом приемная камера 119 не обязательно должна быть расположена в клапане, но вместо этого она может представлять собой неподвижную закрываемую камеру, предназначенную для ввода пробоотборника 217. Кроме того, стационарная часть 100 устройства 50 может быть выполнена таким образом, чтобы съемная часть 200 присоединялась снизу в отличие от описанного выше примера. Для обеспечения хорошей репрезентативности пробы ее отбор предпочтительно производить вертикально - сверху или снизу, при этом с точки зрения эксплуатации наиболее предпочтительно устанавливать съемную часть сверху. При соответствующей корректировке конструкции можно также обеспечить установку съемной части 200 в невертикальной позиции. Кроме того, устройство 50 согласно изобретению можно устанавливать в других местах, где существует хорошая репрезентативность потока жидкой среды, например после препятствия в технологическом трубопроводе. Такое препятствие может представлять собой, например, уменьшение поперечного сечения потока, в частности в форме трубы Вентури, или объемное препятствие, например шар или конус, и т. п. Кроме того, отбор пробы можно осуществлять в сочетании с системой сепарации, если требуется контролировать эффективность разделения жидких сред/частиц или очистку воды, которая повторно подлежит подводному закачиванию. Достоинство такой системы заключается в том, что она повышает качество выполнения процессов сепарации и очистки. Это имеет экономические и экологические последствия, поскольку несовершенство процесса приводит к потере доходов от добычи и к увеличению загрязнения очищенной технической воды. Вместо гильзы 227 пробоотборника, которая перемещается в осевом направлении вдоль уменьшенного диаметра 223 для отделения пробоотборного пространства, как описано выше, можно использовать альтернативные варианты осуществления пробоотборника 217. Например, можно установить поворотную наружную гильзу, отверстие в которой может совпадать с отверстием в наружной стенке внутренней гильзы для обеспечения впуска жидкой среды. После впуска две гильзы можно повернуть относительно друг друга таким образом, чтобы отверстие закрылось. Еще один пример осуществления пробоотборника 217' показан на фиг. 1-14. На фиг. 11 показано поперечное сечение альтернативного пробоотборника 217', предназначенного для ввода в приемную камеру 119, как описано выше. В торцевой части пробоотборника 217' предусмотрено множество пробоотборных каналов 235, которые проходят параллельно оси пробоотборника 217'. Каждый пробоотборный канал 235 соединяется с входным отверстием 237, расположенным на боковой стороне пробоотборника 217'. Входные отверстия 237 расположены в различных осевых позициях в пробоотборнике 217. Когда пробоотборник 217' находится в приемной камере 119, и требуется произвести отбор пробы жидкой среды, определенное количество жидкой среды втягивается через каждый соответствующее входное отверстие 237 и пробоотборный канал 235. Эта операция обеспечивается общим перемещением множества пробоотборных поршней 239. Каждый пробоотборный поршень 239 соединяется с общим поршнем 241,который имеет гидравлический привод для обеспечения общего перемещения. На фиг. 12 и фиг. 13 показаны поперечные сечения пробоотборника 217' через шток 241' общего поршня 241 и штоки 239', к которым присоединены пробоотборные поршни 239 соответственно. На фиг. 14 показан схематический вид сбоку распределения входных отверстий 237 на лицевой стороне пробоотборника 217'. В результате пробоотбора получается определенное количество жидкой среды, которое втягивается из множества различных осевых или вертикальных позиций. В этом примере осуществления пробоотборник 217' снабжен девятью пробоотборными каналами 235. Как показано на фиг. 11, каждый пробоотборный канал 235 снабжен клапаном 243 одностороннего действия, который предотвращает возврат жидкой среды, втягиваемой через соответствующие входные отверстия 237, в приемную камеру 119 (см. фиг. 1). Кроме того, после одного перемещения вверх (относительно изображения на фиг. 11) пробоотборных поршней 239 противоположное перемещение вниз пробоотборных поршней 239 будет продавливать пробу жидкой среды через общий клапан одностороннего действия 245 и общий пробоотборный канал 247. Затем проба жидкой среды, вытягиваемая из приемной камеры 119, будет отводиться из этой части пробоотборника 217. Пробу жидкой среды предпочтительно направлять в коллекторную камеру (не показана), расположенную в другом месте съемной части 200. Таким образом, можно выводить множество проб жидкой среды и уменьшать возможные ошибки измерения за счет многократного повторения процесса. На фиг. 11 показаны технические элементы варианта осуществления пробоотборника 217', который обеспечивает возможность повторного пробоотбора и представляет собой только один из множества возможных вариантов осуществления. Так, например, можно получить пробоотборник 217', предназначенный для однократного вывода пробы жидкой среды, поскольку в нем отсутствует общий пробоотборный канал 247 с клапаном одностороннего действия 245. Кроме того, следует подчеркнуть, что пробоотборник 217', описанный со ссылками на фиг. 11-14, не ограничен применением с устройством, показанным на фиг. 1-6, но может быть использован в сочетании с любым видом пригодного устройства для отбора проб, что очевидно для специалистов в данной области техники. Согласно одному из аспектов изобретения обеспечено также упрощенное устройство по сравнению с вариантом осуществления, показанным на фиг. 1-6. Такое устройство содержит шаровой клапан или соответствующий клапан с поворотным внутренним телом клапана, при этом тело клапана содержит полость. При этом внутреннее тело может иметь сферическую форму или, например, цилиндрическую форму, с осью поворота, параллельной оси цилиндра. Клапан соединяется с трубопроводом таким образом,что сквозь первое отверстие он может пропускать жидкую среду из проходящего потока в полость, а затем закрывать первое отверстие путем поворота внутреннего тела. Кроме того, оно установлено с возможностью поворота вокруг оси поворота, при этом полость имеет отверстие, расположенное на указанной оси поворота. Таким образом, жидкую среду под действием перепада давлений можно отводить в присоединенный пробоотборный контейнер. Альтернативно этому пробоотборное устройство можно вводить во внутреннюю полость в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 1-6, как описано выше. Можно также вводить измерительные устройства в полость, когда клапан закрывает отверстие для прохода потока жидкой среды, чтобы производить измерения без удаления пробы жидкой среды из полости. Для специалистов в данной области техники очевидно, что отдельные технические элементы, описанные здесь, можно комбинировать различными способами, а также использовать отдельно или в сочетании с устройствами, не указанными в данном описании. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство (50) для отбора пробы из протекающего по трубопроводу (13) потока жидкой среды,содержащее съемную часть (200) и стационарную часть (100), выполненную с возможностью разъемного соединения со съемной частью (200), отличающееся тем, что стационарная часть (100) содержит приемную камеру (119), которая снабжена закрываемым проточным отверстием (110) для обеспечения жидкостного соединения с потоком жидкой среды; закрываемое приемное отверстие (113) для ввода пробоотборника (217) в приемную камеру (119) в направлении, перпендикулярном направлению, обращенному к закрываемому проточному отверстию(110),при этом съемная часть (200) содержит указанный пробоотборник (217), выполненный с возможностью ввода в приемную камеру (119), когда съемная часть (200) соединена со стационарной частью (100). 2. Устройство (50) по п.1, отличающееся тем, что приемная камера (119) расположена в шаре шарового клапана (110), при этом шар имеет полость (119) с отверстием, которое представляет собой указанное закрываемое отверстие для прохода жидкой среды, а также отверстие для ввода пробоотборника(217). 3. Устройство (50) по п.2, отличающееся тем, что шар установлен с возможностью поворота вокруг оси поворота и при этом ось поворота расположена параллельно отверстию для ввода пробоотборника(217) и/или проходит через это отверстие. 4. Устройство (50) по пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что стационарная часть (100) соединена с трубопроводом (13) вместе с препятствием потоку, которое обеспечивает смешивание компонентов протекающей жидкой среды в сечении приемной камеры (119). 5. Устройство (50) по п.4, отличающееся тем, что препятствие потоку представляет собой изменение направления потока, при этом стационарная часть (100) соединена с глухим концом Т-образной части трубопровода (13). 6. Устройство (50) по п.4, отличающееся тем, что препятствие потоку представляет собой уменьшение поперечного сечения потока. 7. Устройство (50) по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что пробоотборник (217) имеет прямоугольную форму и содержит часть (223) с уменьшенным поперечным сечением, которая образует закрываемую полость (224); съемная часть (200) содержит также гильзу (227) пробоотборника, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль части (223) с сужающимся поперечным сечением, с образованием герметичного соединения с головкой (225) на одном конце части (223) с сужающимся поперечным сечением. 8. Устройство (50) по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что пробоотборник (217') снабжен множеством входных отверстий (237) и соединенных с ними пробоотборных каналов (235), выполненных с возможностью втягивания определенного объема жидкой среды из потока в приемную камеру (119), при этом, по меньшей мере, некоторые из входных отверстий (237) расположены в различных позициях по оси пробоотборника (217'). 9. Устройство (50) по п.8, отличающееся тем, что пробоотборник (217') содержит также общий пробоотборный канал (247) для направления пробы жидкой среды, втянутой через входные отверстия (237),при этом пробоотборник (217') переходит в режим втягивания другой пробы жидкой среды из приемной камеры (119). 10. Устройство (50) по п.1, отличающееся тем, что стационарная часть (100) содержит запорный клапан (103), предназначенный для закрытия закрываемого приемного отверстия (113).
МПК / Метки
Метки: устройство, среды, отбора, текучей, проб
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/15-24498-ustrojjstvo-dlya-otbora-prob-tekuchejj-sredy.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство для отбора проб текучей среды</a>
Предыдущий патент: Пептид, связывающийся с молекулой главного комплекса гистосовместимости человека i класса, и его применение для лечения рака
Следующий патент: Впускное устройство насоса
Случайный патент: Одоризатор газа