Модернизация групповой замерной установки «Мера-ММ2»-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

«Групповая замерная установка». Дипломный проект разрабатывался в привязке к Ванкорскому месторождению, разрабатываемому ЗАО «Ванкорнефть». Эксплуатация данного месторождения производится с использованием АГЗУ «Мера-ММ2». АГЗУ «Мера» выполнена в блочном исполнении и обладает следующими тех. характеристиками: … и состоит из трубопроводов, запорной арматуры, сепаратора и КИПов.
Для замера количества ГЗЖ на выходе из сепаратора в базовой версии установлен вихревой расходомер. Принцип действия
Однако, судя по отзывам эксплуатирующего персонала, данный КИП начал давать неприемлемую погрешность измерений по прошествии 3 мес. работы.
Предлагается заменить вихревой расходомер на более надежный кориолисовый расходомер компании Micro-Motion. Принцип работы. Данное оборудование обладает высокой надежностью и малой погрешностью измерений. Компания Micro-Motion имеет большой опыт во внедрении данного оборудования в нефтедобывающей сфере. В частности данные расходомеры устанавливались на месторождениях компаний Газпром-Нефть и Лукойл.
С целью расширения функциональных возможностей данной установки был произведен патентно-информационный обзор. Пройтись по патентам. Однако, ни одно из рассмотренных авторских свидетельств не удовлетворяет нашим целям в полной мере. Что, в свою очередь, подталкивает нас к поиску собственных вариантов модернизации.
Проведя тщательный анализ научно-технической литературы и научных публикаций мы пришли к следующему техническому предложению: совместить функции сепаратора ГЗУ с функциями сепаратора первой ступени системы подготовки нефти. Для чего на входном трубопроводе сепаратора ГЗУ предлагается установить проточно-кавитационный реактор. Принцип действия (фильм). Для реализации данной идеи был произведен патентно-информационный обзор. Патенты.
В процессе проработки дипломного проекта были произведены расчеты геометрии кавитационного реактора, а также прочностные расчеты. Однако результаты данных расчетов следует считать ориентировочными, т.к. исследования кавитационных реакторов все еще ведутся в настоящий момент и далеки от завершения. Технология кавитационных реакторов является очень перспективной. (можно еще воды налить по применению в разных сферах…)
Таким образом, за счет установки проточно-кавитационного реактора на входном трубопроводе сепаратора ГЗУ мы предлагаем отказаться от использования сепаратора первой ступени системы подготовки нефти, т.к. процесс разделения будет проходить уже в сепараторе ГЗУ. Экономический эффект.
Установка предназначена для непрерывных или дискретных (цикличе-ских) измерений расходов и количеств компонентов (цикличность измерения зависит от производительности), полученных в результате сепарации про-дукции нефтяных скважин, а также индикации, архивирования и передачи результатов измерений и аварийных сигналов на диспетчерский пункт нефтяного промысла.
В описании приняты следующие сокращения обозначений и наимено-ваний составных частей установки:
ИУ - измерительная установка;
СППК - клапан пружинный предохранительный;
БТ - блок технологический;
БК - блок контроля и управления;
РР - регулятор расхода;
ЗРК - запорно-регулирующий клапан;
СИ - средства измерений;
РЖ - расходомер жидкости;
РГ - расходомер газа;
ЕС - сепаратор;
ФЖ - фильтр жидкости;
ФГ - фильтр газовый;
Вл - влагомер.
ст.м3 - единица измерения объема газа, приведенного к стандартным условиям.
Установка обеспечивает для каждой подключенной на измерение нефтяной скважины выполнение следующих функций:
1. поочередное измерение расхода компонент рабочей среды;
2. автоматическое и ручное управление процессом измерения;
3. вычисление в соответствии с утвержденной методикой ведения измерений и отображение на дисплее станции управления:
o текущих показаний датчиков;
o пройденное время в серии измерений;
o значений масс и массовых расходов сырой нефти, нефти и воды в рабочих условиях и приведенных к стандартным условиям объемов и среднесуточных объемных расходов нефтяного газа;
o исходные данные для расчетов и измерений - параметры установки, параметры продукции нефтяных скважин;
4. архивирование в энергонезависимой памяти и выдача по запросу с дис-петчерского пункта:
o геологического номера скважины;
o даты и времени окончания серии измерений;
o объемного расхода сырой нефти, массового расхода нефти и воды; приведенного к стандартным условиям объемного расхода нефтяно-го газа;
o плотность сырой нефти;
5. обработка и выдача по запросу с диспетчерского пункта сигнальной ин-формации:
o превышение рабочего давления в установке за предельные значения;
o предельная загазованность в БТ;
o отказ токовых датчиков;
o выход температуры газа и жидкости за пределы измерения;
o выход значения перепада давления на фильтрах за пределы;
o выход расхода жидкости за пределы заданного диапазона измере-ний;
o выход температуры в блоке за пределы заданного диапазона изме-рений;
o перезапуск контроллера;
6. Обработка и выдач по запросу с диспетчерского пункта информации о те-кущем состоянии:
o открытие дверей в БТ и БК;
o номер подключённой скважины;
7. автоматизированное управление:
o системой обогрева БТ и БК;
o включением вентилятора при достижении объемной концентрации 10% от нижнего предела воспламенения (НКПВ) и включением местной световой звуковой сигнализации;
o отключением всех токоприемников в БТ при 50% НКПВ;
o отключением всех токоприемников БТ и БК с выдержкой времени для передачи аварийного сигнала на ДП при возникновении пожа-ра.
Установка состоит из блока технологического (БТ) блока контроля и управ-ления (БК).
БТ предназначен для размещения, укрытия и обеспечения нормаль-ных условий работы технологического оборудования и средств измерений установки. В БТ размещены:
- сепаратор (ЕС), служащий для отделения попутного газа от жидкости, оснащенный датчиком уровня радарным, определяющим уровень жидко-сти, накапливаемой в ЕС, и управляющий работой запорно-регулирующих клапанов ЗРК1 и ЗРК2;
- трубопроводная обвязка, служащая для соединения выходов ЕС по газу и жидкости с выходным коллектором, а входа ЕС - с входом жидкости в ИУ;
- регулятор расхода (РР), установленный байпасно с ЗРК1, в трубопрово-де, соединяющем выход ЕС по жидкости с коллектором, служит для предотвращения аварийной ситуации которая может возникнуть при од-новременном закрытии ЗРК1 и ЗРК2. При одновременном закрытии обо-их ЗРК и превышении перепада давления в ЕС более 5 кгс/м2 происходит открытие РР и сброс жидкости и газа через жидкостную линию в коллек-тор;
- средства измерений (СИ), служащие для измерения расхода и массы жид-кости, влагосодержания W0, расхода и массы (объема) газа, давления и температуры;
- естественная вытяжная вентиляция из верхней зоны с однократным возду-хообменом в час;
- механическая вытяжная вентиляция периодического действия с восьмикратным воздухообменом в час;
- системы отопления, освещения и сигнализации.
БК предназначен для размещения, укрытия и обеспечения нормальных условий работы устанавливаемого в нем оборудования.
В БК размещены (в зависимости от исполнения установки):
- контроллер для сбора и обработки информации с примененных в БТ СИ, для управления БТ, а также для передачи информации на верхний уро-вень;
- шкаф силовой для питания контроллера, систем отопления, освещения, вентиляции;
- вторичные устройства СИ, примененных в БТ;
- системы отопления, освещения и сигнализации;
- клеммные колодки.
Установка работает следующим образом.
Циклический режим работы установки с периодическим опорожнени-ем ЕС.
Скважинная жидкость поступает по трубопроводу в завихритель ЕС. В завихрителе происходит первичное отделение попутного газа от сырой нефти. Далее частично разделенные сырая нефть и газ попадают в ЕС, где жидкость равномерно тонким слоем поступает на лотки (что обеспечивает дальнейший процесс сепарации) и самотеком поступает в выходную линию ЕС по жидкости.
Выделившийся газ, при открытом регуляторе расхода газа ЗРК1 и за-крытом регуляторе расхода жидкости ЗРК2, через газовый фильтр и расхо-домер газа РГ поступает в общий трубопровод, а жидкость накапливается в нижней части ЕС.
По показаниям датчика уровня BL, контроллер управляет ЗРК1 и ЗРК2 и обеспечивает периодический слив накопившейся жидкости через рас-ходомер жидкости РЖ. Измеренная жидкость направляется в общий трубо-провод.
Режим работы с поддержанием заданного уровня в ЕС.
Продукция скважин поступает в ЕС, где происходит отделение газа от жидкости. При закрытом РР и ЗРК2 и открытом ЗРК1 происходит накопле-ние жидкости в нижней части ЕС, газ через ЗРК1 и РГ сбрасывается в кол-лектор.
При достижении жидкостью заданного уровня Н по показаниям датчи-ка уровня BL контроллер дает команду на частичное открытие ЗРК2; жид-кость избыточным давлением вытесняется из сепарационной емкости через РЖ в коллектор. Газ вытесняется из ЕС через ЗРК1 и РГ в коллектор. Значе-ние Н устанавливается оператором с помощью панели управления и зависит от величины расхода жидкости. В случае, если уровень жидкости в ЕС про-должает повышаться и достигает значения Н1>Н+А, по команде контролле-ра К дополнительно открывается ЗРК2. В случае, когда при полностью от-крытом ЗРК2 уровень жидкости продолжает расти и достигает значения Н2>Н+А, контроллер К частично закрывает ЗРК1, что оказывает дополни-тельное сопротивление выходу газа. В результате этого газ воздействует на уровень жидкости в ЕС, что приводит к его снижению до значения Н;
- при достижении уровня жидкости значения НЗ<Н-А контроллер дает команду на дополнительное открытие ЗРК1 что приводит к уменьшению со-противления для выхода газа из ЕС и повышению уровня жидкости в ЕС. В случае, когда при полностью открытом ЗРК1 уровень жидкости продолжает снижаться и достигает значения Н4<Н-Д, контроллер К частично закрывает ЗРК2, что оказывает дополнительное сопротивление выходу жидкости и ве-дет к повышению уровня жидкости в ЕС. Таким образом, работа контролле-ра обеспечивает поддержание уровня жидкости в ЕС в диапазоне значений от Н-А до Н+А и непрерывность процесса измерения.
Режим работы с измерением, через ЕС на ручном управлении;
В этом режиме контроллер выключен, продукция проходит через входной трубопровод и ЕС. Производится настройка «0» расходомеров.
Режим работы с измерением через ЕС на автоматическом управлении;
Контроллер включен, продукция проходит через входной трубопро-вод, ЕС, измерительные приборы и уходит в коллектор.
Режим работы по обводному трубопроводу без измерения;
В этом режиме продукция скважин через входной трубопровод направляется в байпасную линию и далее в коллектор.
Длительность процесса измерения, зависящая от конкретных условий: дебита скважин, способов добычи, состояния разработки месторождения и др, задается потребителем.
В установках предусмотрена возможность контроля работы скважин по отсутствию (за определенное время) сигналов от РЖ и РГ.
Технологический блок установки показан в приложении В.
Все оборудование смонтировано на металлическом основании.
На основании, по периметру рамы, крепятся трехслойные панели укрытия. Укрытие установки отличается легкостью, прочностью, устойчиво-стью к атмосферным воздействиям, хорошими теплоизолирующими свой-ствами, что обеспечивает нормальные условия для работы аппаратуры и об-служивающего персонала. Установка комплектуется обратными клапанами, устанавливаемыми при эксплуатации на входные патрубки БТ.
Технические характеристики установки соответствуют требованиям ГОСТ Р 8.615-2005 и приведены в таблице 2.

Техническим предложением является:
Замена вихревого манометра на выходе из сепаратора, служащего для замера количества жидкости, на кариолисовый расходомер фирмы Micro-Motion.
Замена обусловлена тем, что, судя по отзывам эксплуатирующего пер-сонала, данный прибор начал давать неприемлемую погрешность измерений по прошествии 3 мес. работы.
Предлагается заменить вихревой расходомер на более надежный ко-риолисовый расходомер компании Micro-Motion.
Данное оборудование обладает высокой надежностью и малой по-грешностью измерений. Компания Micro-Motion имеет большой опыт во внедрении данного оборудования в нефтедобывающей сфере. В частности данные расходомеры устанавливались на месторождениях компаний Газ-пром-Нефть и Лукойл.
С целью расширения функциональных возможностей АГЗУ «Мера» предлагается установить на входе в сепаратор АГЗУ проточно-кавитационный реактор. Это позволит производить разделение ГЖЗ на этапе измерения и, т.о. совместить функции замера сепаратора АГЗУ и функции разделения ГЖЗ сепаратора первой ступени системы подготовки нефти. Ис-пользование проточно-кавитационных реакторов для процесса сепарации является довольно перспективным, но, вместе с тем, мало изученным. Таким образом, в случае успеха полевых испытаний, возможен отказ от сепараора первой ступени системы подготовки нефти.
Кориолисовые расходомеры и плотномеры предназначены для прямо-го измерения массового расхода, плотности, температуры, вычисления объ-емного расхода жидкостей, газов и взвесей. Все измерения выполняются в реальном времени. Какого_либо дополнительного оборудования для изме-рений не требуется. Выпускается 9 серий датчиков расхода (сенсоров) и 9 моделей микропроцессорных преобразователей, функциональные озможно-сти которых отвечают самым различным требованиям.
Кроме высокой точности и повторяемости результатов измерений, сен-соры кориолисовых расходомеров характеризуются низкой стоимостью экс-плуатации. Сенсоры не накладывают особых требований по монтажу, не
требуют прямолинейных участков или специального оборудования для формирования потока, в них нет движущихся деталей.
Кориолисовые расходомеры и плотномеры позволяют увеличить про-изводительность и эффективность производства, а также экономическую эф-фективность предприятия.
Кориолисовый расходомер состоит из датчика расхода (сенсора) и ре-образователя. Сенсор напрямую измеряет расход, плотность среды и темпе-ратуру сенсорных трубок. Преобразователь конвертирует полученную с сенсора информацию в стандартные выходные сигналы.
Сборки магнитов и катушек_соленоидов, называемые детекторами, установлены на сенсорных трубках (рис. 9). Катушки смонтированы на од-ной трубке, магниты на другой. Каждая катушка движется сквозь однород-ное магнитное поле постоянного магнита. Сгенерированное напряжение от каждой катушки детектора имеет форму синусоидальной волны. Эти сигналы представляют собой движение одной трубки относительно другой. Когда расход отсутствует, синусоидальные сигналы, поступающие с детекторов, находятся в одной фазе (рис. 9).
При движении измеряемой среды через сенсор проявляется физическое явление, известное как эффект Кориолиса. Поступательное движение среды во вращательном движении сенсорной трубки приводит к возникновению кориолисового ускорения, которое, в свою очередь, приводитк появлению кориолисовой силы. Эта сила направлена против движения трубки, придан-ного ей задающей катушкой, т.е. когда трубка движется вверх во время по-ловины ее собственного цикла, то для жидкости, поступающей внутрь, сила Кориолиса направлена вниз. Как только жидкость проходит изгиб трубки, направление силы меняется на противоположное. Таким образом, во вход-ной половине трубки сила, действующая со стороны жидкости, препятствует-смещению трубки, а в выходной способствует. Это приводит к изгибу трубки (рисунок 10). Когда во второй фазе вибрационного цикла трубка движется вниз, направление изгиба меняется на противоположное. Сила Кориолиса и, сле-довательно, величина изгиба сенсорной трубки прямо пропорциональны массовому расходу жидкости. Детекторы измеряют фазовый сдвиг при дви-жении противоположных сторон сенсорной трубки. Как результат изгиба сенсорных трубок генерируемые детекторами сигналы не совпадают по фазе, так как сигнал с входного детектора запаздывает поотношению к сигналу с выходного детектора (рис. 11). Разница во времени между сигналами (ΔT) измеряется в микросекундах и прямо пропорциональна массовому расходу. Чем больше ΔT, тем больше массовый расход.