Выбор регуляторов расхода газа и жидкости для обеспечения достоверности замеров АГЗУ

О влиянии типа регуляторов расхода на достоверность измерений.

Ниже приведена краткая версия статьи.

►Прочитать полную версию статьи

Задача обеспечения достоверности замеров сепарационными установками АГЗУ

В сепарационных установках измерения дебита нефтегазовой скважины наиболее часто на измерительных линиях сырой нефти и свободного нефтяного газа применяются массовые кориолисовые расходомеры (далее — массомеры). С помощью массомеров производится измерение дебита сырой нефти и газа, а также контроль плотности измеряемой среды. Нештатный режим работы массомеров приводит к недостоверности замеров. Задача обеспечения достоверности замеров АГЗУ сводится к обеспечению достоверности измерений расходомерами. Для обеспечения нормального режима работы массомеров и для получения необходимой точности измерений, требуется соблюдать условия эксплуатации массомеров:

• исключить избыточные напряжения на фланцы и корпус прибора;
• исключить несоосные напряжения на фланцы расходомера;
• свести к минимуму многофазность измеряемой среды (Рис.1);
• обеспечить необходимый минимальный расход, который должен в несколько раз превышать значение нестабильности ноля массомера (Рис.2, рис.3).

Рис.1 – Влияние двухфазного потока на стабильность измеряемых значений расхода массомером.

Рис.2 – Зависимость погрешности измерения от расхода жидкости [1].

Рис.3 – Зависимость погрешности измерения от расхода газа [1].

Требования свести к минимуму случаи попадания второй фазы измеряемой среды в измерительные линии на выходе нефтегазового сепаратора и обеспечить необходимый минимальный расход через массовые расходомеры (далее — массомеры) достигаются с помощью применения регуляторов расхода жидкости и газа (далее — РРГ и РРЖ). Задача выбора типов регуляторов расхода является актуальной.

Неуправляемые РРГ и РРЖ в АГЗУ

В установках АГЗУ старых моделей типа «Спутник» часто применяются механические неуправляемые регуляторы расхода (Рис.4):

• на ИЛЖ: РР, КМР, МПК и другие;
• на ИЛГ: газовая заслонка.

Рис.4 – Неуправляемые механические регуляторы расхода в АГЗУ.

У неуправлямых регуляторов расхода газа и жидкости (далее – НРРГ и НРРЖ) отсуствует возможность принудительного изменения их состояния с помошью внешней команды. Газовая заслонка (НРРГ) сцеплена с поплавком, положение НРРГ зависит от уровня жидкости в сепараторе. Состояние КМР или РР (НРРЖ) зависит от перепада давления между его входом и выходом.

Преимущества применения неуправляемых РРГ и РРЖ:

• Возможность выполнения «ручных» замеров при отсутствии электропитания установки.
• Разнообразие и взаимозаменяемость моделей устройств НРРГ и НРРЖ при унифицированных посадочных местах.
• Отсутствие необходимости прокладки кабельной продукции к НРРГ или к НРРЖ.

Недостатки применения неуправляемых РРГ и РРЖ:

• Отсутствие возможности автоматической настройки их работы в составе установки.
• Отсутствие возможности использования индивидуальных настроек работы НРРГ и НРРЖ для каждой скважины. 
• «Зависание» в промежуточном положении и отсутствие переключения в конечное положение «Закрыто» или «Открыто» в зависимости от характеристик измеряемой среды.
• Частые случаи заброса жидкости в ИЛГ или уноса сепарированного газа в ИЛЖ.
• Низкая скорость потока жидкости при малом газовом факторе или при высокой обводненности скважины.
• Частые случаи неудовлетворения условий нормального режима работы массомеров.  
• Низкая достоверность замеров.

На Рис.5 приведены графики массового расхода газа и жидкости при работе НРРГ и НРРЖ в составе АГЗУ. Расход близок к минимально допустимому, что ухудшает достоверность измерений расходов жидкости и газа.

Рис.5 – Массовый расход газа и жидкости при работе НРРГ и НРРЖ в составе АГЗУ (красный – расход газа, зеленый – расход жидкости).

Управляемые РРГ и РРЖ в АГЗУ

В установках АГЗУ нового поколения применяются механические управляемые регуляторы расхода с электроприводом (Рис.6) или с пневмоприводом: на ИЛЖ и на ИЛГ – AUMA, Fisher Rosemount, Rotork и другие.

Рис.6 – Управляемые механические регуляторы расхода с электроприводами в АГЗУ после проведения модернизации.

Управляемые регуляторы расхода газа и жидкости (далее – УРРГ и УРРЖ) имеют возможность принудительного изменения их состояния с помощью внешней команды переключения. Состояние запорной арматуры (или запорно-регулирующей арматуры) УРРЖ или УРРГ изменяется с помощью привода по команде от управляющего контроллера АГЗУ, в том числе с панели оператора (Рис.7).

Рис.7 – Состояние УРРГ и УРРЖ и настройки управления в автоматическом режиме на видеокадрах панели оператора.

Преимущества применения управляемых РРГ и РРЖ:

• Имеется возможность автоматической настройки работы УРРГ и УРРЖ.
• Имеется возможность использования индивидуальных настроек работы УРРГ и УРРЖ для каждой скважины. 
• Отсутствие «Зависания» в промежуточном положении при обычной работе АГЗУ в независимости от характеристик измеряемой среды.
• Уровень жидкости в сепараторе поддерживается по заданным порогам, что позволяет исключить случаи заброса жидкости в ИЛГ или уноса сепарированного газа в ИЛЖ.
• Обеспечивается удовлетворительная минимальная скорость потока жидкости даже при малом газовом факторе или при высокой обводненности скважины.
• Удовлетворяют условиям нормального режима работы массомеров. 
• Высокая достоверность замеров.

Недостатки применения управляемых РРГ и РРЖ:

• Большинство моделей зависит от элетропитания установки: отсутствие возможности выполнения замеров при пропадании электропитания.
• Необходимость применения защитных устройств от запирания скважины и превышения давления в сепараторе в случае одновременного совпадения условий: пропадания питания установки и при положении УРРГ и УРРЖ в состоянии «Закрыто».
• Требуется прокладка кабельной продукции к УРРГ или к УРРЖ.

На Рис.8 приведен график массового расхода газа при работе УРРГ в составе АГЗУ. На графике можно увидеть, что управляемый регулятор расхода создает удовлетворительную скорость потока через расходомер – это является одним из необходимых условий для обеспечения достоверности замеров.

Рис.8 – Массовый расход газа при работе УРРГ в составе АГЗУ.

Совмещение управляемых и неуправляемых РРГ и РРЖ в АГЗУ

При проведении модернизации, в целях экономии или при отсуствии свободного места для монтажа, появляется задача найти бюджетное, но тем не менее, эффективное решение «по серединке». Действительно, можно совместить применение УРР и НРР. Ниже приведены преимущества и недостатки такого варианта при использовании в АГЗУ.

   Преимущества применения управляемых и неуправляемых РРГ и РРЖ:

• Экономичный вариант модернизации.
• Возможность выполнения «ручных» замеров при отсуствии электропитания установки.
• Частичная возможность автоматической настройки работы АГЗУ с УРР для каждой скважины.
• Обеспечивается удовлетворительная минимальная скорость потока жидкости даже при малом газовом факторе или при высокой обводненности скважины.
• Удовлетворяют условиям нормального режима работы массомеров, если на кустовой площадке есть хотя бы одна скважина с удовлетворительным газовым фактором.
• Нет необходимости применения защитных устройств от запирания скважины и превышения давления в сепараторе в случае пропадания электропитания установки. 
• Хорошая достоверность замеров.

Недостатки применения управляемых и неуправляемых РРГ и РРЖ:

• Для скважин с малым газовым фактором не исключены случаи заброса второй фазы в измерительную линию.
• Требуется прокладка кабельной продукции к УРР.

Выводы

• Достоверность замеров и качество измерений обеспечиваются работой расходомеров в оптимальном режиме, исключающим такие негативные факторы как наличие двухфазной среды и малые скорости потоков в измерительных линиях жидкости и газа.
• Применение управляемых регуляторов расходов позволяет поддерживать оптимальный режим работы расходомеров как для малодебитных, так и для высокодебитных скважин, как для скважин с высоким газовым фактором, так и с низким газовым фактором.
• Обеспечивается накопление давления газовой «подушки» для выдавливания жидкости из сепарационной емкости.
• Осуществляется возможность настройки параметров управления регуляторами расходов с помощью панели оператора и телемеханики (Modbus RTU).
• Для экономичного варианта модернизации АГЗУ или в случае отсутствия свободного места для монтажа, целесообразно применить УРР и НРР в составе АГЗУ.

Для подбора вариантов модернизации АГЗУ с применением РРГ и РРЖ обращайтесь к специалистам компании «СИПРОМАВТ».

Список источников:

1. Эксплуатационная документация Emerson Micro Motion.