Разработка и усовершенствование конструкции узла влагомера «Phase Dynamics» измерительной установки «ОЗНА-Массомер-3000» для измерения массового расхода нефти и объемного расхода газа-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Разработка и усовершенствование конструкции узла влагомера «Phase Dynamics» измерительной установки «ОЗНА-Массомер-3000» для измерения массового расхода нефти и объемного расхода газа-Курсовая работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
Дипломный проект: 136 страниц, 19 рисунков, 22 таблиц, 21 источник
НЕФТЬ, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ, ИЗМЕРЕНИЕ, БОЛЬШОЙ ДЕБИТ, ОБВОДНЕННОСТЬ, ВЛАГОМЕР, ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ

Объектом исследования является измерительная установка «ОЗНА-Массомер-3000» для измерения массового расхода нефти и объемного рас-хода газа.
Цель работы — разработка и усовершенствование конструкции узла влагомера, путём внедрения нового оборудования.
Суть технического решения заключается в замене линии качества на влагомер полнопоточный 4 дюйма, что позволит избежать затрат на доро-гостоящие компоненты этого узла (3 задвижки, трехходовой кран с электро-приводом, турбинный счетчик), а также повысится точность измерения об-водненности продукции.
В результате исследования приводится аргументации в пользу внедре-ния нового влагомера «Phase Dynamics» для трубопроводов диаметром 4 дюйма.
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: повышенная точность измерения обводненности продукции при значитель-ной степени упрощения конструкции.
Степень внедрения — использование усовершенствования для изготов-ления новых установок на предприятии.
1 УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УЗЛА ВЛАГОМЕРА ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ
УСТАНОВКИ «ОЗНА-МАССОМЕР-3000»

1.1 Обзор существующих конструкций
1.1.1 Номенклатура измерительных установок

1.1.1.1 Установка измерительная «ОЗНА-ИМПУЛЬС». Трехкомпо-нентная измерительная установка «ОЗНА-ИМПУЛЬС» предназначена для:
- измерения массы и среднесуточного массового расхода сепарирован-ной сырой нефти - водонефтяной смеси;
- измерения объема и среднесуточного объемного расхода свободного нефтяного газа;
- определения массы и среднесуточного массового расхода сепариро-ванной безводной нефти.
Погрешность измерений параметров - в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.615-2005.
Установка состоит из технологического и аппаратурного блоков, раз-мещаемых в блок-боксах.
В состав технологического блока входят сепарационная емкость ори-гинальной конструкции с камерой измерения дебита и камерой измерения плотности, трубопроводная арматура и контрольно-измерительные прибо-ры.
В состав аппаратурного блока входят: блок измерений и обработки информации (БИОИ) и блок силового управления (БСУ).
Установки различаются количеством подключаемых скважин (от 1 до 14). Установки могут выпускаться с пропускной способностью по жидкости: 400,750,1500,2000 т/сут (Таблица 1.1).
Принцип работы установки представлен на рисунке 1.1.
Газоводонефтяная смесь от скважины (или переключателя скважин), пройдя входную задвижку, поступает в циклонную гильзу сепаратора, где она разделяется на жидкостную и газовую фазы. Газ, обогнув обечайку цик-лонной гильзы, пройдя каплеотбойные пластины и горизонтальный газо-осушитель, через трехходовой кран и выходную задвижку уходит в коллек-тор. Жидкость, отделившись от газа, попадает в накопитель жидкости и начинает заполнять ее. При этом жидкость не может попасть ни в отстойник, ни в выходной трубопровод, так как проходной кран закрыт, а запорный орган трехходового крана расположен таким образом, что с выходным тру-бопроводом соединен отводящий трубопровод газоосушителя, а трубопро-вод, отводящий жидкость из сепаратора, отсечен от него.

В зависимости от совокупности основных средств измерений, применя-емых при модернизации, образующих комплексы средств измерений (далее — КСИ), установки имеют 54 исполнения.


1.1.1.3 Установки измерительные «ОЗНА-МАССОМЕР». Сертификат об утверждении типа средств измерения RU.С.29.006.A №27855
Измерительные установки «ОЗНА-МАССОМЕР» предназначены для:
- измерений массы и среднесуточного массового расхода сепари-рованной сырой нефти — водонефтяной смеси;
- измерений объема и среднесуточного объемного расхода свободного нефтяного газа;
- измерений массы и среднесуточного массового расхода сепари-рованной безводной нефти.
Погрешность измерений параметров – в соответствии с требованиями ГОСТ8.615-2005
Установки применяются в системах внутрипромыслового сбора нефти.
Установки «ОЗНА-МАССОМЕР» включают в себя технологический, аппаратурный блоки и элементы системы жизнеобеспечения.
В состав технологического блока входят измерительный и рас-пределительный модули.
Основным элементом измерительного модуля является двухкамерный горизонтальный сепаратор. Камеры сепаратора выполнены в виде цилин-дров разного диаметра, расположенных один над другим. Верхняя камера, оборудованная циклоном, является первой ступенью сепарации и служит для первичного выделения газа из жидкости, а так же для осушки газа с помо-щью каплеотбойников, смонтированных в полости этой камеры.
Нижняя камера, большего диаметра, служит для сбора сырой нефти, стекающей из верхней камеры и вторичного выделения газа из жидкости.
Распределительный модуль представляет собой арматурный узел, ос-новным элементом которого является автоматически управляемый переклю-чатель скважин многоходовой (ПСМ) или блок трехходовых кранов, обеспе-чивающий поочередное подключение скважин к измерительному модулю.
Аппаратурный блок включает в себя блок измерений и обработки ин-формации (БИОИ) и блок силового управления (БСУ).
БИОИ производит обработку измерительной информации, посту-пающей от преобразователей расхода, давления и температуры, формирова-ние измерительной информации по массе и среднесуточному массовому рас-ходу сырой нефти и нефти, объему и среднесуточному объемному расходу газа, индикацию и передачу значений измеряемых и определяемых парамет-ров по коммуникационным каналам, а также управление процессом измере-ний.
Элементы системы жизнеобеспечения обеспечивают укрытие (блок-боксы), обогрев, освещение, вентиляцию и пожаро-газосигнализацию.
По признаку номинальной пропускной способности установки имеют пять вариантов исполнения.
По признаку количества подключаемых скважин установки имеют семь вариантов исполнения.
Установки могут выпускаться с двумя расходомерами, установленными на газовом трубопроводе и на трубопроводе, отводящем жидкость из ниж-ней камеры сепаратора (жидкостном трубопроводе) или с одним расходоме-ром, установленном на жидкостном трубопроводе.
Принцип действия измерительного модуля (Рисунок 1.3) технологиче-ского блока установок:
- с двумя расходомерами основывается на периодическом измерении массового расхода (массы), плотности и температуры жидкости и объемного расхода (объема), давления и температуры газа.
- с одним расходомером основывается на периодическом измерении массового расхода, плотности и температуры жидкости и ГЖС, определении объемного расхода жидкости и ГЖС, измерении давления и температуры га-за и определении расхода газа по разности значений объемного расхода ГЖС и жидкости.

1.1.2.5 Поточные влагомеры сырой нефти и нефтепродуктов фирмы «Phase Dynamics». Разработаны для точного количественного анализа соста-ва воднонефтяных эмульсий в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности (Рисунок 1.4).
Основные преимущества над другими изделиями:
- уникальные показатели чувствительности, повторяемости и точности измерений
- мониторинг водной фракции как в фазе «эмульсия воды в нефти», так и в фазе «эмульсия нефти в воде»
- нечувствительность к скорости потока
- возможность определения расхода нефти и воды
- терпимость к газовым и твердым примесям
- самодиагностика и простая замена модулей
- сертификация Госстандарта РФ
Модификация поточного влагомера нефти, позволяющая вставлять его непосредственно в трубопроводы и резервуары, обладает всеми уникальны-ми измерительными возможностями влагомеров «Phase Dynamics». Крепле-ние осуществляется стандартным фланцами.

1.2 Анализ работы оборудования
1.2.1 Назначение, устройство и принцип работы установки

 За последние годы стандартный ряд оборудования для измерения де-бита продукции нефтедобывающих скважин пополнился трехкомпонентными установками нового поколения. Потребительские свойства новинок отвечают требованиям национального стандарта Российской Федерации ГОСТ Р 8.615-2005 и предварительного стандарта ПС 153-39.0-133-2002 согласно которому измерительные установки должны иметь функции измерений мас-сового расхода жидкости, нефти, воды и объемного расхода газа.
Измерительные установки «ОЗНА-Массомер-3000» (Рисунок 1.5) от-личают новые прогрессивные решения, высокая надежность, хорошие мет-рологические характеристики. Возможность исполнения установок в стацио-нарном и передвижном вариантах служит дополнительным привлекающим фактором для потребителя.
Трехкомпонентные измерительные установки «ОЗНА-Массомер» пред-назначены для измерений среднесуточного массового расхода жидкости, из-мерений или вычислений среднесуточного объемного расхода газа, опреде-лений среднесуточного массового расхода нефти в составе газо-жидкостной смеси добываемых из нефтяных скважин.
В измерительном модуле установки «ОЗНА-МАССОМЕР-3000» краны с электроприводом устанавливаются и на жидкостном и на газовом трубо-проводах. Жидкостные трубопроводы измерительных модулей имеют боль-шие диаметры (100 и более мм.), поэтому они оборудуются линиями каче-ства.
Технологический блок предназначен для приема ГЖС, разделения ее на жидкость и газ, формирования измерительной информации по массовому расходу и плотности жидкости, объемному расходу и давлению газа, темпе-ратуре жидкости и газа и последующего сброса этой смеси в коллектор.
В состав технологического блока (рисунок 1.7) входит измерительный и распределительный модули.
В измерительном модуле используются кориолисовые массовые счет-чики-расходомеры (далее – расходомеры), обеспечивающие измерения мас-сового, объемного расхода и плотности жидкости, объемного расхода газа, а также температуры этих продуктов (Рисунок 1.6).
Измерительный модуль установки «ОЗНА-МАССОМЕР-3000» уком-плектован тремя расходомерами (два на жидкостной линии и один на газо-вой).
Технологический блок установки размещен на металлическом основа-нии, представляющем собой раму.
На раме установлен горизонтальный сепаратор (2) и элементы жизне-обеспечения: блок-бокс, обогреватели и вентиляторы.
Сепаратор выполнен в виде горизонтально расположенного цилиндри-ческого сосуда.
На сепараторе смонтирован предохранительный клапан (3), указатель уровня, задвижка (5) для сброса газа на «свечу» и манометр (7).
Единица электроники - компьютер, который обеспечивает разнообра-зие функций,
1) Жидкий кристаллический дисплей,
2) Четыре выключателя для оператора,
3) Регулирование напряжения входа,
4) DC напряжение для модуля генератора,
5) Все функции входа /выхода, необходимые для надлежащего дей-ствия.

1.4.2 Принцип работы влагомера

Кабель системы обеспечивает "связь", по которой единица электроники обеспечивает необходимые сигналы к модулю генератора. Генератор также посылает соответствующие сигналы частоты, температуры, и отраженной энергии на компьютер для вычисления водного содержания.
При нормальных условиях, операционная работа анализатора может быть описана следующим образом.
Напряжение входа преобразовано в необходимые DC напряжения. При включении единица электроники исполняет набор самодиагностических ис-пытаний. Электропитание обеспечивает 15 и 30 Вольт постоянного напряже-ния к модулю генератора: 15 Вольт на генератор и 30 Вольт на нагреватель, который обслуживает генератор при 700С. Это устраняет любую погреш-ность частоты из-за изменений температуры, которая могла бы закончиться ошибками при измерении. 5 Вольт используется единицей электроники для цифровой схемы.
Жидкости, текущие через секцию измерения действуют на микроволно-вый генератор, чтобы вынудить изменение в естественной частоте колебания.
Температурный датчик вставлен непосредственно в жидкий поток через стену трубы седла недалеко от микроволнового генератора. Провода датчи-ка, проложенные в безупречной стальной трубке, передают этот сигнал к мо-дулю генератора и затем к единице электроники.
Отраженный сигнал энергии  генератора измеряется. Эта инфор-мация используется, чтобы определить фазу эмульсии - вода в нефти или нефть в воде. Внутри модуля генератора, счетчик частоты и цепь разделения понижают микроволновый сигнал на частоте, которая может быть передана по кабелю системы (изолированная скрученная пара).
Частота, температура, и отраженные сигналы энергии передаются через кабель системы от модуля генератора до единицы электроники. Эти сигналы поступают на микропроцессор, где соленость и температура вносят в ком-пенсацию, а содержание воды рассчитываются с помощью имеющихся за-водских коэффициентов.
Одновременно, сигнал, пропорциональный водному содержанию по-является в аналоговом выходе, а дисплей обеспечивает мгновенное считыва-ние содержание воды и измеренной температуры.
Цикл измерения частоты повторяется приблизительно раз в секунду, чтобы обеспечить мгновенное, непрерывное, и в реальном масштабе времени измерение водного содержания.
В то время как происходит непрерывное измерение водного содержа-ния, единица электроники периодически выполняет самодиагностические проверки. Иногда, дисплей показывает различные проверяемые испытания и результат, Эти испытания самодиагностики закончены "на заднем плане" и никоим образом не затрагивают фундаментальное измерение или вычисление водного содержания. Если будет обнаружена ошибка, то срабатывает специ-альное реле и на дисплее отображается ее код.
Четыре выключателя, позволяют оператору выбирать разнообразие параметров и коэффициентов. Эти параметры могут быть изменены и введе-ны в операционную память, чтобы обеспечить надлежащие измерения.
Анализаторы работают, используя микроволновое изменение нагрузи генератора. Изменение нагрузи дано, чтобы описать изменение частоты ге-нератора при изменении влагосодержания нефти. Компоненты электрической цепи и внешняя нагрузка определяют частоту генератора. Микроволны, ко-торые распространяются через жидкость в секции измерения, определяют нагрузку генератора.
Секция измерения состоит из тонкого твердого сердечника, установ-ленного внутри большей трубы, как показано на рисунке 1.11. Сердечник одним концом связан с генератором. Он покрыт твердой пластмассой, чтобы предотвратить прямой контакт между металлическим сердечником и водоне-фтяными эмульсиями. Электрически эта труба, сердечник и пластмасса - ко-аксиальная линия передачи, образующая цепь измерения. Жидкости текут по секции измерений через волны, которые устанавливают перпендикуляр к по-току жидкости. Микроволновый сигнал проходит длину трубы дважды; вниз по трубе от генератора, затем отражается и возвращается к модулю генера-тора.
Поглощаемость эмульсии изменяется пропорционально содержанию воды в нефти. Поглощаемость эмульсии состоит из двух частей - диэлектри-ческой постоянной и потерь. Относительная диэлектрическая постоянная нефти - 2.2, а воды - приблизительно 70. Потеря определяется прежде всего содержанием соли в воде. Точное измерение водной солености и надлежаще-го ввода этой информации в электронный блок необходимо для лучшей точ-ности вычисления.
Поглощаемость водонефтяной эмульсии в секции измерения обеспечи-вает комплекс электроники. Нагрузка действует непосредственно на генера-тор, чтобы вынудить предсказуемое повторение и точное изменение по ча-стоте. Эта частота пропорциональна водному содержанию эмульсии. Темпе-ратура и потери также изменяют частоту; оба параметра используются при компенсациях, чтобы вычислить правильное водное содержание. Микропро-цессор использует измеренную частоту, чтобы вычислять и модернизировать водное содержание каждую секунду.
Водонефтяные эмульсии могут существовать в двух основных стадиях. Эмульсия может быть описана как водные капли, находящиеся в нефти (нефтяная фаза) или нефтяных капель, находящихся в воде (водная фаза). Стадия эмульсии определена множеством факторов, включая содержание воды, температуру, давление, соленость, плотность, присутствие эмульгато-ров и т.д.
Кроме того, имеется широкий диапазон водного содержания (прибли-зительно 40-90%) который может существовать в любой стадии. Система должна сначала определить правильную стадию прежде, чем рассчитать точную долю содержания воды
Модуль генератора каждой системы содержит два отдельных контура, которые действуют в различных частотах. Каждый контур оптимизирован для лучшей работы в специфической стадии - один генератор для нефтяных фаз эмульсий и другого для водных.
Две эмульсии, нефтяная и водная, со значительно различным водным содержанием, могут дать одинаковую измеренную частоту, поэтому этот па-раметр должен быть измерен, чтобы отличить стадию.
Измеренный параметр, для того чтобы отличить состояние стадии эмульсии - это отраженная энергия генератора. Водные эмульсии возвра-щают намного меньше отраженной энергии, чем нефтяные. Очень небольшое количество энергии отражается назад к модулю генератора, как показано на рисунке 1.12.
Нефтяные эмульсии - намного меньше поглощают энергию, чем водя-ные. Для этого случая, микроволновая энергия проходит вниз секции трубы измерения и назад с очень небольшой потерей энергии в эмульсии непосред-ственно; отраженный уровень энергии выше чем для водных эмульсий.
Система контролирует отраженный уровень энергии, чтобы опреде-лить стадию. Нефтяные эмульсии показывают высокие уровни энергии, и водные эмульсии дают низкие уровни энергии. Как только стадия определе-на, система переключается на соответствующий генератор для измерения ча-стоты и определения (намерения) водного содержания.
Уровень экономического развития страны и темпы технического про-гресса во многом определяются обеспеченностью нефтегазовыми ресурсами.
Необходимость реализации новых технологий, получивших массовое применение, обусловило создание и столь же массовое внедрение большого числа типов и типоразмеров совершенно новых видов машин и оборудова-ния, без которых осуществление новых технологий невозможно. Столь же необходимо высококачественное измерительное оборудование.
 Достоинством предлагаемого усовершенствования является то, что благодаря упрощению конструкции узла влагомера, исключению линии ка-чества из базовой версии измерительной установки «ОЗНА-Массомер-3000», повышается точность измерения обводненнности продукции скважин, уменьшается время сборки данного узла и исключаются операции техниче-ского обслуживания элементов данного узла.
 При работе измерительной установки при включении линии качества возникал довольно значительный дисбаланс системы и из-за этого значи-тельно усложнялся алгоритм работы. Благодаря применению нового узла влагомера сводятся к минимуму работы по настройке данного модуля и ре-монту.
 В разделе «Безопасность и экологичность проекта» рассмотрены во-просы охраны окружающей среды, безопасности труда, обеспечения пожа-робезопасности, электробезопасности, освещенности, вентиляции сварочных постов в сборочном цеху.