анализ факторов, влияющих на погрешность отбора проб сырой

МЕЖРЕГИОНАЛЬНОЕ ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НЕФТЕАВТОМАТИКА"
УДК 620.11
АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ПОГРЕШНОСТЬ ОТБОРА ПРОБ
СЫРОЙ НЕФТИ ИЗ ТРУБОПРОВОДА
М.С. Немиров, Т.Г. Силкина, Р.Р. Нурмухаметов
(ОП ГНМЦ ОАО "Нефтеавтоматика")
Измерение качества сырой нефти выполняют с торая присутствует в общем объеме сырой нефти,
применением систем измерений качества и парамет- проходящей через трубопровод за установленное
ров сырой нефти (СИКНС). В оборудование, входя- время.
щее в состав СИКНС, включаются средства отбора
Средства отбора проб – комплекс средств, преднапроб. В соответствии с ГОСТ Р 8.615 [1] отбор проб значенных для отбора представительной пробы сырой
сырой нефти выполняют по ГОСТ 2517 [2] и аттесто- нефти. Средства отбора проб могут включать в себя
ванным методикам отбора проб. Особенность сырой смеситель, предназначенный для перемешивания сынефти – смеси нефти и воды заключается в том, что рой нефти перед местом установки пробозаборного
объемная доля воды в ней может изменяться от 1,0 до устройства, пробозаборное устройство, автоматиче99,0 % и режим течения сырой нефти в горизонталь- ские и ручной пробоотборники, индикатор расхода
ном трубопроводе изменяется в широком диапазоне сырой нефти в контуре отбора проб, насосы для со(рисунок) [3].
здания расхода сырой нефти в контуре отбора проб и
Действующий ГОСТ 2517 [2] не учитывает эти устройства обращения с пробами.
особенности и не позволяет отбирать представительПри разработке стандарта исходили из основного
ные пробы и определять погрешности отбора проб. положения, что отбор проб является одной из стадий
Поэтому при отборе представительных проб сырой измерительного процесса. Погрешность методики
нефти необходимо применять аттестованные методи- измерений зависит от погрешности отбора проб и поки отбора проб.
грешности измерений в отобранной пробе [8].
В настоящее время нами разрабатывается проект
В мировой практике погрешности отбора проб
стандарта "Сырая нефть. Методы отбора проб из тру- нефти учитываются при измерениях объемной доли
бопровода". В этом проекте устанавливаются методы воды в нефти [4–6]. В нашем случае при измерении
отбора проб и обращения с пробами сырой нефти, массы нетто сырой нефти по ГОСТ Р 8.615 [1] значидаются термины на основе анализов стандартов ИСО тельный вклад в погрешность измерений вносит по3171:1988 [4], ASTM D 4177 [5], ASTM D 5854 [6],
грешность измерений объемной доли воды. Поэтому
ГОСТ Р 52361 [7].
подход, изложенный в ИСО 3171:1988 [4] и ASTM
Основные термины следующие:
D 4177 [5] по определению погрешности отбора проб,
Методика отбора проб – совокупность
операций в соответствии с применяемыми
средствами отбора проб, выполнение которых обеспечивает получение представительных проб сырой нефти.
Аттестация методики отбора проб –
исследование применяемых средств отбора проб, оценка погрешности отбора
представительной пробы и подтверждение соответствия методики отбора проб
установленным требованиям.
Представительная проба – объединенная проба сырой нефти, извлеченная из
трубопровода и содержащая компоненты
сырой нефти в той же самой пропорции, в
которой они присутствуют в общем объеме сырой нефти, проходящей через трубопровод за установленное время.
Погрешность отбора проб – отклонение значения величины, характеризующей
состав, свойства отобранной пробы от
значения той же величины, характеризуРежимы течения потока нефть–вода в горизонтальной трубе
ющей состав, свойства сырой нефти, коАвтоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, 4/2012
69
70
Отбор проб сырой
нефти
Факторы, влияющие автоматическими
пробоотборниками
на погрешность
отбора проб
в контус полноре отбого потока
ра проб
Неравномерное
распределение воды
в сырой нефти по
+
поперечному сечению трубопровода в
месте отбора проб
Необоснованность
частоты отбора проб
и непропорциональ+
+
ность объемному
или массовому расходу сырой нефти
Несоблюдение изо+
кинетичности
Несохранение состава сырой нефти при
доставке пробы в
лабораторию и раз+
+
делении ее на отдельные пробы для
анализа
Влагомеры,
установленные
в контуре отбора проб
имеет принципиальное значение.
Представительность пробы и погрешности отбора
проб сырой нефти зависят от следующих условий:
1. Первое условие состоит в том, чтобы пробы,
взятые из трубопровода, имели такой же состав, как
усредненный состав сырой нефти по всему поперечному сечению трубопровода в месте и в момент отбора этих проб. Это трудновыполнимое условие, так
как режим течения потока сырой нефти изменяется в
широких пределах (см. рисунок). Поэтому разные
типы пробозаборных устройств будут отбирать разные по достоверности пробы, вплоть до того, что одна
проба будет почти чистой нефтью, а другая будет состоять в основном из воды.
Для уменьшения погрешности отбора проб рекомендуется использовать статические или динамические
смесители для создания однородного распределения
воды в сырой нефти по площади поперечного сечения
трубопровода и применения пробозаборных устройств,
размеры входного отверстия которых должны определяться вязкостью и режимом течения сырой нефти.
В настоящее время нами разработаны оборудование для определения равномерности распределения
нефть–вода в поперечном сечении трубопровода [9] и
методика проведения этих работ.
2. Второе условие состоит в том, чтобы представительность пробы сохранялась в течение всего установленного периода перекачки сырой нефти, объемная доля воды в которой может меняться случайным
образом в широких пределах между началом и концом отбора проб. При использовании автоматического пробоотборника частота отбора проб и объем точечной пробы должны быть обоснованы для гарантии
приемлемой представительности пробы. Частота отбора проб должна быть пропорциональна объемному
или массовому расходу сырой нефти в трубопроводе.
Установлено, что число точечных проб за время
перекачки сырой нефти за 1 ч в условиях эксплуатации СИКНС должно быть не менее 50.
Допускается отбирать пробы через заданные промежутки времени только при условии изменения расхода сырой нефти в трубопроводе не более 10 % от
среднего расхода сырой нефти в трубопроводе за
время отбора проб.
3. Третьим условием является обеспечение изокинетического отбора проб, когда отбор осуществляется
таким образом, что средняя линейная скорость потока
сырой нефти через отверстие пробозаборного устройства равна средней линейной скорости потока сырой
нефти в трубопроводе. Так, проведенные исследования [10] показали, что при 10%-м отклонении от изокинетического расхода объемная доля воды в отобранной пробе отличается на 1 % от заданного значения в трубопроводе.
4. Четвертое условие касается сохранения состава отобранной объединенной пробы при доставке ее
в испытательную лабораторию и разделении на отдельные пробы для анализа лабораторными мето-
Полнопоточные влагомеры
МЕЖРЕГИОНАЛЬНОЕ ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НЕФТЕАВТОМАТИКА"
+
+
дами. Следует подчеркнуть, что четвертое условие
является критичным при работе с пробами и любая
ошибка способна нарушить представительность,
достигнутую в результате выполнения первых трех
условий.
С учетом ASTM D 5854 [6] разработана методика
перемешивания и обращения с пробами сырой нефти.
Методика позволяет определять погрешности отбора
проб для аттестованных лабораторных методов при
перемешивании и разделении проб на порции.
Неисполненные условия, рассмотренные выше,
становятся факторами, вызывающими погрешности
отбора проб. В таблице факторы, влияющие на погрешность отбора проб автоматическими пробоотборниками и влагомерами, отмечены "+".
Из таблицы видно, что только при применении
полнопоточных влагомеров погрешность отбора проб
отсутствует. Наибольшая погрешность отбора проб
может присутствовать при использовании автоматического пробоотборника, установленного в контуре
отбора проб.
Строгое соблюдение приведенных выше условий
позволяет свести погрешности отбора проб до статистически незначащих значений при непрерывном отборе проб или при периодическом отборе погрешность можно уменьшить за счет увеличения числа
отбора проб.
Поэтому необходимо разрабатывать методики
отбора проб, в которых учитываются совокупность
операций отбора проб, комплекс средств отбора
проб и возможные погрешности отбора проб. Для
подтверждения методик отбора проб установленным требованиям необходимо их аттестовывать,
Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, 4/2012
МЕЖРЕГИОНАЛЬНОЕ ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НЕФТЕАВТОМАТИКА"
при этом исследовать применяемые средства отбора проб в условиях эксплуатации и оценивать возможные погрешности отбора представительной
пробы.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ Р 8.615-2005. ГСИ. Измерения количества извлекаемых из недр нефти и нефтяного газа. Общие метрологические и технические требования.
2. ГОСТ 2517-85. Нефть и нефтепродукты. Методы отбора проб.
3. Liu Wenhong, Guo Liejin, Wu Tiejun and Zhang Ximin. An
experimental study on the flow characteristics of oil – water
two-phase flow in horizontal straight pipes // Chinese J. Chem.
Eng., 11 (5) 491 – 496 (2003).
4. ИСО 3171:1988. Нефтяные жидкости. Автоматический
отбор проб из трубопровода.
5. ASTM D 4177-95. Жидкости нефтяные. Автоматический
отбор проб из трубопроводов.
6. ASTM D 5854-96. Нефть и нефтепродукты. Руководство
по смешиванию и обработке жидких проб.
7. ГОСТ Р 52361-2005. Контроль объекта аналитический.
Термины и определения.
8. Данцер К., Тан Э., Мольх Д. Аналитика. Системный обзор. / пер. с нем.: под ред. Ю.А. Клячко. – М.: Химия, 1981. –
208 с.
9. Пат. 2395801 Российская Федерация, МПК G 01 N 27/22.
Устройство для определения распределения содержания
воды в нефти в трубопроводе на месте установки пробозаборного устройства/ М.С. Немиров, Т.Г. Силкина,
В.А. Тропынин, Р.Р. Нурмухаметов. – № 2008122820/28:
заявл. 28.05.2008: опубл. 27.07.2010.
10. Buurman C., Plaschkes A., Bukkems F.H.J. Representative
crude oil sampling during transfer operations // Petroleum Review. – 1984. – № 11. – C. 47–49.
Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, 4/2012
71