ITPD20110354A1 - Apparecchiatura per il controllo in tempo reale delle caratteristiche del greggio che fluisce in un oleodotto - Google Patents

Description

APPARECCHIATURA PER IL CONTROLLO IN TEMPO REALE DELLE CARATTERISTICHE DEL GREGGIO CHE FLUISCE IN UN OLEODOTTO

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto un'apparecchiatura per il controllo in tempo reale delle caratteristiche del greggio che fluisce in un oleodotto.

Oggigiorno, nel settore dell'industria petrolifera, sono noti i problemi ingenerati dalla variabilità della composizione del fluido estratto da un giacimento.

Infatti, tale fluido è composto prevalentemente da petrolio greggio, tuttavia può altresì comprendere acqua, fanghi, gas, zolfo ed altri elementi.

In generale si definiscono due grandi categorie di greggio: una a bassa densità e basso contenuto di zolfo, l'altra ad elevata densità ed elevato contenuto di zolfo. Tuttavia, il petrolio greggio estratto da un giacimento difficilmente presenta una concentrazione di zolfo uniforme durante l'estrazione, con conseguente variazione della sua qualità .

Tali differenze di composizione fanno sì che spesso una raffineria venga progettata per greggi di previste caratteristiche, la cui variazione può essere accettata purché contenuta entro previsti limiti .

Da questo appare evidente come nel settore dell'industria petrolifera sia sentita la necessità di impiegare tecnologie volte a monitorare in tempo reale la composizione del greggio in bocca di pozzo, sia in giacimenti in fase di sfruttamento che in giacimenti in fase di studio per il mercato del greggio del futuro.

È importante che tali tecnologie permettano di controllare la qualità del greggio movimentato negli oleodotti rispetto al tenore di zolfo e di segnalare la presenza di gas, fanghi o altri elementi in esso presenti.

Tutt 'oggi vengono eseguite misure che si basano sull'analisi chimica di un campione di prodotto estratto da una derivazione dalla conduttura principale, o altre che si basano invece sulla fluorescenza X per un'analisi mult ielementale di campioni fuori dalla linea di trasporto del greggio .

Questi metodi non consentono però un controllo del greggio in tempo reale.

Sono anche presenti sul mercato strumenti basati sulla misura dell'attenuazione di radiazione X impiegati per il controllo della densità del liquido trasportato in una conduttura.

Tuttavia, a causa della bassa penetrazione della sorgente X, tale tecnica può essere applicata limitatamente ad una derivazione dalla conduttura principale, più precisamente ad una cella di passaggio del greggio di pochi centimetri di diametro, normalmente cinque.

Tale tecnica consente, pertanto, un'analisi in tempo reale del petrolio greggio, ma, come le tecniche di controllo non in tempo reale, richiede la realizzazione di una derivazione dalla conduttura principale.

Ciò non consente di avere un'apparecchiatura di controllo che possa essere spostata agevolmente in diversi punti dello stesso impianto o da un impianto ad un altro.

Un altro inconveniente degli strumenti di controllo è spesso quello di richiedere l'intervento di operatori per effettuare la ricalibrazione, al fine di evitare che le misure restituiscano risultati sbagliati.

Compito del presente trovato è quello di realizzare un'apparecchiatura per il controllo del greggio impiegabile sia in bocca di pozzo che all'ingresso della raffineria o in qualsiasi punto lungo le condutture di trasporto del greggio, senza richiedere l'installazione di derivazioni. Nell'ambito di tale compito, uno scopo del trovato è quello di mettere a punto un'apparecchiatura portatile .

Un altro scopo del trovato è quello di mettere a punto un'apparecchiatura che non richieda onerosi interventi di ricalibrazione.

Un ulteriore scopo del trovato è quello di realizzare un'apparecchiatura in grado di operare minimizzando gli interventi degli operatori.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un'apparecchiatura per il controllo in tempo reale delle caratteristiche del greggio che fluisce in un oleodotto, caratterizzata dal fatto di presentare un corpo scatolare, di forma sostanzialmente a C, nel quale sono compresi:

almeno un emettitore di neutroni ed almeno un emettitore di raggi gamma localizzati in un'unica cella di emissione,

- almeno un rivelatore a scintillazione,

- mezzi di calibrazione,

detta cella di emissione e detto rivelatore a scintillazione essendo disposti in detto corpo scatolare gli uni di fronte all'altro, cosicché l'emissione di neutroni e di raggi gamma avviene nella direzione della loro congiungente.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, dell'apparecchiatura secondo il trovato, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 illustra l'apparecchiatura secondo il trovato in vista prospettica e in condizioni di utilizzo;

- la figura 2 illustra una schematizzazione dell'apparecchiatura secondo il trovato vista in sezione e nelle medesime condizioni di utilizzo della figura 1.

Con riferimento alle figure citate, l'apparecchiatura secondo il trovato, indicata globalmente con il numero di riferimento 10, presenta un corpo scatolare 11, di forma sostanzialmente a C, nel quale sono compresi un emettitore di neutroni 12 ed un emettitore di raggi gamma 13 localizzati in un'unica cella di emissione 14, un rivelatore a scintillazione 15 e mezzi di calibrazione 16.

La cella di emissione 14 ed il rivelatore a scintillazione 15 sono disposti all'interno del corpo scatolare 11 gli uni di fronte all'altro, cosicché l'emissione di neutroni e di raggi gamma avvenga nella direzione della loro congiungente 17 .

Il corpo scatolare 11, data la sua forma, presenta uno spazio aperto preposto a contenere un tubo 19 dell'oleodotto, così che, nella rappresentazione illustrata, la congiungente 17 passi vantaggiosamente per il centro 21 del tubo 19.

Nella forma realizzativa descritta, l'emettitore di neutroni 12 è preferibilmente costituito da una sorgente di AmBe e l'emettitore di raggi gamma 13 è preferibilmente costituito da una sorgente<22>Na, ma questa potrà anche essere del tipo<137>Cs-<6D>Co.

Il rivelatore a scintillazione 15 è del tipo liquido .

Opportunamente, i mezzi di calibrazione 16 comprendono una struttura a sandwich 18, simulante la composizione del tubo 19 e del greggio in esso contenuto; preferibilmente tale struttura a sandwich 18 consiste in un blocco costituito da strati di ferro e di polietilene.

La cella di emissione 14 è vantaggiosamente movibile dalla posizione operativa A ad una posizione di calibrazione B (entrambe le posizioni sono indicate in figura 2), in cui la struttura a sandwich 18 si trova ad essere interposta tra l'elemento di emissione 14 ed il rivelatore a scintillazione 15.

Convenientemente, sono previsti mezzi non illustrati che consentono tale spostamento, idealmente indicato dal percorso 23.

L'apparecchiatura 10 comprende inoltre due collimatori: un primo collimatore 21 del fascio di radiazione proveniente dall'elemento di emissione 14 in posizione operativa A sul tubo 19; un secondo collimatore 22 del fascio di radiazione proveniente dall'elemento di emissione 14 in posizione di calibrazione B sulla struttura a sandwich 18.

Il funzionamento dell'apparecchiatura secondo il trovato è il seguente.

L'apparecchiatura 10 viene posizionata con il corpo scatolare 11 a contenere il tubo 19 dell 'oleodotto .

Durante la fase di analisi del greggio l'elemento di emissione 14 si trova nella posizione operativa A, nella quale i neutroni e i raggi gamma emessi attraversano il tubo 19 contenente il greggio ed incidono sul rivelatore a scintillazione 15, il quale discrimina e conteggia i neutroni ed i raggi gamma che lo raggiungono.

La discriminazione si basa sulla differenza della forma dell'impulso di scintillazione prodotto: in funzione della scintillazione nel liquido vengono separati gli spettri di impulso dovuti a neutroni e raggi gamma. Il loro conteggio è invece basato sulla misura simultanea dell'attenuazione dei fasci di neutroni e di raggi gamma nel percorso dalla cella di emissione 14 al rivelatore a scintillazione 15. Tale misura permette di estrarre il valore del rapporto dei coefficienti di attenuazione (di seguito indicato con "R"), che è, in prima approssimazione, funzione del numero atomico medio del materiale analizzato.

Prima del rilevamento si definisce un valore di riferimento del parametro R, dipendente dalla qualità del greggio in esame, e i limiti di tolleranza per la sua misura.

In fase operativa il valore di R misurato viene confrontato con il valore di riferimento e risulta uguale ad esso, nel rispetto dei limiti di tolleranza, e costante in assenza di variazioni del fluido. Variazioni del parametro misurato in tempo reale possono essere associate ad una variazione della qualità o anche alla presenza di bolle di gas o ad inclusioni di sabbie nel fluido in transito nel tubo 19.

Più in particolare, la presenza di bolle gassose, di sabbie, così come una variazione del tenore di zolfo nel greggio, provocano una variazione della densità e/o del numero atomico medio del greggio a cui corrisponde una variazione del parametro R. Da tale variazione di R vengono identificati i materiali in transito presenti nel tubo 19.

Un tipico ciclo di misura prevede la separazione dai dati acquisiti degli spettri di impulso (grazie alla scintillazione nel liquido) dovuti a neutroni e raggi gamma.

Successivamente, per poter calcolare il valore del parametro R, noti i flussi di neutroni e di raggi gamma che arriverebbero al rivelatore a scintillazione 15 in assenza di petrolio, vengono conteggiati i flussi di neutroni e di raggi gamma che attraversano il tubo 19 e giungono al rivelatore a scintillazione 15 superando i valori di soglia prestabiliti.

Poiché il valore misurato del parametro R dipende sensibilmente dai valori di soglia nel conteggio di neutroni e raggi gamma, per ogni misura occorre prima di tutto verificare la calibrazione.

L'apparecchiatura provvede allora alla calibrazione automatica dello spettro: i massimi della distribuzione degli impulsi dello spettro dei fotoni emessi dalla cella di emissione 14 vengono riprodotti da funzioni empiriche, ottenute da una combinazione tra le previsioni teoriche dell'interazione fotoni-materia e la risposta spettrale del rivelatore, che vengono adattate alla curva sperimentale.

In tal modo eventuali derive del rivelatore nel tempo dovute, ad esempio, a forti sbalzi termici, possono essere compensate in tempo reale da opportuni parametri correttivi tramite software, stabilizzando il valore di R misurato a parità di caratteristiche del greggio nel tubo 19.

Una volta ricalibrato lo spettro è possibile determinare il valore del parametro R e confrontarlo con quello misurato in precedenza. Se il parametro R non varia in maniera significativa dal suo valore standard l'apparecchiatura effettua un nuovo ciclo di misura, altrimenti fornisce un sistema di allarme ed i mezzi preposti, se presenti, provvedono automaticamente allo spostamento della cella di emissione 14 in posizione di calibrazione B per effettuare la calibrazione dell'apparecchiatura prima di ripetere nuovamente la misura. In tal modo si verifica se la variazione è effettivamente dovuta ad un'alterazione delle caratteristiche del greggio o ad un errore di misura.

Inoltre, convenientemente, anche dopo un certo numero di cicli di misura è opportuno effettuare una calibrazione dell'apparecchiatura, ancora spostando la cella di emissione 14 in posizione di calibrazione B, mediante i mezzi preposti.

Durante le calibrazioni i neutroni e i raggi gamma uscenti dagli emettitori incidono sul rivelatore a scintillazione 15 solo dopo aver attraversato la struttura a sandwich 18; inoltre, in posizione di calibrazione, viene misurato il parametro R della struttura a sandwich 18 tenendo conto degli effetti geometrici dovuti alla posizione della cella di emissione 14 relativa al rivelatore a scintillazione 15.

È da notare che in fase di installazione tale struttura a sandwich 18 può essere modificata con altri spessori, anche di diversi materiali, così da verificare la calibrazione in funzione delle caratteristiche del greggio da controllare.

È anche da notare che la scelta del tipo di sorgente gamma, come la sorgente<22>Na o<137>Cs-<6D>Co, associata alla sorgente AmBe per l'emissione di neutroni, assicura l'emissione di fotoni con energia e frequenza ottimali per il tipo di misure che si intendono realizzare.

La combinazione di queste sorgenti permette non solo di ottimizzare la misura del parametro R, ma anche di calibrare automaticamente ed in tempo reale il rivelatore a scintillazione.

È da notare, inoltre, che tale sistema risulta compatto e agevole da movimentare e trasportare, oltre che agevole nel suo impiego anche per operatori non specializzati, grazie alla possibilità di calibrazione automatica.

L'attrezzatura risulta infatti concepita per operare senza intervento di un operatore durante il suo funzionamento, con cicli automatici di misura e controllo della stabilità e di calibrazione periodica.

Nella forma realizzativa descritta, lo spostamento della cella di emissione dalla posizione operativa A alla posizione di calibrazione B avviene grazie ad un meccanismo per lo spostamento automatico, che potrà essere, ad esempio, un servomeccanismo, ma potrà anche avvenire manualmente per intervento di un operatore, nel caso di assenza o di malfunzionamento di tale meccanismo.

Si è in pratica constatato come il trovato raggiunga il compito e gli scopi preposti realizzando un'attrezzatura per il controllo in tempo reale del greggio impiegabile in qualsiasi punto lungo l'oleodotto, senza apportare modifiche all'impianto come l'installazione di derivazioni e assicurando un controllo completo del materiale trasportato .

Il trovato, così concepito, è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni e le forme contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e dello stato della tecnica.

Ove le caratteristiche e le tecniche menzionate in qualsiasi rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni sono stati apposti al solo scopo di aumentare l'intelligibilità delle rivendicazioni e di conseguenza tali segni di riferimento non hanno alcun effetto limitante sull'interpretazione di ciascun elemento identificato a titolo di esempio da tali segni di riferimento .

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1) Apparecchiatura per il controllo in tempo reale delle caratteristiche del greggio che fluisce in un oleodotto, caratterizzata dal fatto di presentare un corpo scatolare (11), di forma sostanzialmente a C, nel quale sono compresi: - almeno un emettitore di neutroni (12) ed almeno un emettitore di raggi gamma (13) localizzati in un'unica cella di emissione (14), - almeno un rivelatore a scintillazione (15), - mezzi di calibrazione (16), detta cella di emissione (14) e detto rivelatore a scintillazione (15) essendo disposti in detto corpo scatolare (11) gli uni di fronte all'altro, cosicché l'emissione di neutroni e di raggi gamma avviene nella direzione della loro congiungente (17) .
2. 2) Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto emettitore di neutroni (12) è costituito preferibilmente da una sorgente di AmBe.
3. 3) Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto emettitore di raggi gamma (13) è costituito preferibilmente da una sorgente scelta tra una sorgente<22>Na o una sorgente<137>Cs-<6D>Co.
4. 4) Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto rivelatore a scintillazione (15) è del tipo liquido.
5. 5) Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di calibrazione (16) comprendono una struttura a sandwich (18) simulante la composizione di un tubo (19) dell'oleodotto e del greggio in esso contenuto .
6. 6) Apparecchiatura, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta struttura a sandwich (18) è preferibilmente costituita da strati di ferro e di polietilene .
7. 7) Apparecchiatura, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta cella di emissione (14) è movibile dalla posizione operativa (A) ad una posizione di calibrazione (B) in cui detta struttura a sandwich (18) si trova ed essere interposta tra detta cella di emissione (14) e detto rivelatore a scintillazione (15).
8. 8) Apparecchiatura, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto corpo scatolare (11) presenta uno spazio aperto preposto a contenere detto tubo (19) dell'oleodotto così che detta congiungente (17) passi per il centro (20) di detto tubo (19).
9. 9) Apparecchiatura, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere un primo collimatore (21) del fascio di radiazione, proveniente da detta cella di emissione (14) in posizione operativa (A), su detto tubo (19).
10. 10) Apparecchiatura, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto detti mezzi di calibrazione (16) comprendono un secondo collimatore (22) del fascio di radiazione, proveniente da detta cella di emissione (14) in posizione di calibrazione (B), su detta struttura a sandwich (18).