Периодичното калибриране на съдовите инструменти е от съществено значение, за да се осигури непрекъсната производителност и функция на технологичния съд. Неправилното калибриране на инструмента често влошава лошия дизайн на технологичния съд, което води до незадоволителна работа на сепаратора и ниска ефективност. В някои случаи позицията на инструмента също може да причини грешни измервания. Тази статия описва как условията на процеса могат да причинят неправилни или неразбрани показания за ниво.
Индустрията е положила много усилия за подобряване на дизайна и конфигурацията на сепараторните и скруберните съдове. Въпреки това изборът и конфигурацията на свързаните инструменти не получиха много внимание. Обикновено инструментът е конфигуриран за първоначалните работни условия, но след този период работните параметри се променят или се въвеждат допълнителни замърсители, първоначалното калибриране вече не е подходящо и трябва да се промени. Въпреки че цялостната оценка на етапа на избор на инструмент за ниво трябва да бъде изчерпателна, процесът на поддържане на непрекъсната оценка на работния обхват и всички промени в подходящото повторно калибриране и преконфигуриране на свързаните инструменти, ако е необходимо през целия жизнен цикъл на съда за процес. Следователно опитът показа, че в сравнение с необичайната вътрешна конфигурация на контейнера, повредата на сепаратора, причинена от неправилни данни на инструмента, е много повече.
Една от ключовите променливи за контрол на процеса е нивото на течността. Обичайните методи за измерване на нивото на течността включват наблюдателни стъкла/индикатори за ниво на стъкло и сензори за диференциално налягане (DP). Контролното стъкло е метод за директно измерване на нивото на течността и може да има опции като магнитен последовател и/или нивопредавател, свързан към модифицирано стъкло за ниво на течността. Нивомерите, които използват поплавъци като основен сензор за измерване, също се считат за директно средство за измерване на нивото на течността в технологичния съд. Сензорът за DP е индиректен метод, чието отчитане на нивото се основава на хидростатичното налягане, упражнявано от течността, и изисква точно познаване на плътността на течността.
Конфигурацията на горното оборудване обикновено изисква използването на две връзки с фланцови дюзи за всеки инструмент, горна дюза и долна дюза. За да се постигне необходимото измерване, позиционирането на дюзата е от съществено значение. Конструкцията трябва да гарантира, че дюзата винаги е в контакт с подходящия флуид, като водната и маслената фаза за интерфейса и маслото и парата за насипното ниво на течността.
Характеристиките на флуида при действителни работни условия може да се различават от характеристиките на флуида, използвани за калибриране, което води до грешни показания на нивото. В допълнение, местоположението на нивомера може също да причини фалшиви или неразбрани показания за ниво. Тази статия предоставя някои примери за научени уроци при решаването на проблеми със сепаратора, свързани с инструменти.
Повечето техники за измерване изискват използването на точни и надеждни характеристики на измерваната течност за калибриране на инструмента. Физическите спецификации и условията на течността (емулсия, масло и вода) в контейнера са критични за целостта и надеждността на прилаганата измервателна технология. Следователно, ако калибрирането на свързаните инструменти трябва да бъде извършено правилно, за да се увеличи максимално точността и да се сведе до минимум отклонението на показанията на нивото на течността, е много важно точно да се оценят спецификациите на обработваната течност. Следователно, за да се избегнат всякакви отклонения в отчитането на нивото на течността, трябва да се получат надеждни данни чрез редовно вземане на проби и анализ на измерената течност, включително директно вземане на проби от контейнера.
Промяна с времето. Естеството на технологичния флуид е смес от масло, вода и газ. Процесният флуид може да има различно специфично тегло на различни етапи в съда за процес; тоест влизат в съда като течна смес или емулгирана течност, но напускат съда като отделна фаза. В допълнение, в много полеви приложения технологичният флуид идва от различни резервоари, всеки с различни характеристики. Това ще доведе до смес от различни плътности, които се обработват през сепаратора. Следователно непрекъснатата промяна на характеристиките на течността ще окаже влияние върху точността на измерване на нивото на течността в контейнера. Въпреки че границата на грешка може да не е достатъчна, за да повлияе на безопасната работа на кораба, тя ще повлияе на ефективността на разделяне и оперативността на цялото устройство. В зависимост от условията на разделяне, промяна в плътността от 5-15% може да е нормална. Колкото по-близо е инструментът до входната тръба, толкова по-голямо е отклонението, което се дължи на естеството на емулсията близо до входа на контейнера.
По същия начин, тъй като солеността на водата се променя, нивомерът също ще бъде засегнат. В случай на добив на нефт, солеността на водата ще се промени поради различни фактори, като например промени в пластовата вода или пробив на инжектирана морска вода. В повечето петролни находища промяната на солеността може да бъде по-малка от 10-20%, но в някои случаи промяната може да достигне до 50%, особено в кондензни газови системи и системи от подсолни резервоари. Тези промени могат да окажат значително влияние върху надеждността на измерването на нивото; следователно актуализирането на химията на флуида (масло, кондензат и вода) е от съществено значение за поддържане на калибрирането на инструмента.
Чрез използване на информация, получена от симулационни модели на процеси и анализ на течности и вземане на проби в реално време, данните за калибриране на нивомера също могат да бъдат подобрени. На теория това е най-добрият метод и сега се използва като стандартна практика. Въпреки това, за да се поддържа инструментът точен във времето, данните от анализа на течността трябва да се актуализират редовно, за да се избегнат потенциални грешки, които могат да бъдат причинени от работните условия, водното съдържание, увеличаването на съотношението масло-въздух и промените в характеристиките на течността.
Забележка: Редовната и правилна поддръжка е основата за получаване на надеждни данни за инструмента. Стандартите и честотата на поддръжката зависят до голяма степен от свързаните превантивни и ежедневни фабрични дейности. В някои случаи, ако се счете за необходимо, отклоненията от планираните дейности трябва да бъдат пренаредени.
Забележка: В допълнение към използването на най-новите характеристики на флуида за периодично калибриране на измервателния уред, могат да се използват само подходящи алгоритми или инструменти за изкуствен интелект за коригиране на ежедневните колебания на работния флуид, за да се вземат предвид работните колебания в рамките на 24 часа.
Забележка: Данните от мониторинга и лабораторният анализ на производствения флуид ще помогнат да се разберат потенциалните аномалии в показанията на нивото, причинени от маслената емулсия в производствения флуид.
Според различни входни устройства и вътрешни компоненти, опитът показва, че увличането на газ и мехурчетата на входа на сепараторите (главно вертикални сепаратори за газов конденз и скрубери) ще имат значително въздействие върху показанията на нивото на течността и могат да доведат до лош контрол и извършени . Намаляването на плътността на течната фаза, дължащо се на съдържанието на газ, води до фалшиво ниско ниво на течността, което може да доведе до увличане на течност в газовата фаза и да засегне блока за компресия на процеса надолу по веригата.
Въпреки че е наблюдавано увличане на газ и образуване на пяна в системата за нефт и газ/кондензатно масло, инструментът е калибриран поради колебанията в плътността на кондензатното масло, причинени от диспергирания и разтворения газ в кондензатната фаза по време на увличането на газ или газовия продух- по процес. Грешката ще бъде по-висока от маслената система.
Нивомерите в много вертикални скрубери и сепаратори могат да бъдат трудни за правилно калибриране, тъй като има различни количества вода и кондензат в течната фаза и в повечето случаи двете фази имат общ изход за течност или изходна линия за вода Излишно поради лоша отделяне на вода. Следователно има непрекъснати колебания в работната плътност. По време на работа долната фаза (главно вода) ще бъде изхвърлена, оставяйки по-висок кондензатен слой в горната част, така че плътността на течността е различна, което ще доведе до промяна на измерването на нивото на течността с промяната на съотношението на височината на слоя течност. Тези флуктуации могат да бъдат критични в по-малки контейнери, рискуват да загубят оптималното работно ниво и в много случаи да работят правилно спускащата тръба (спускащата тръба на аерозолния елиминатор, използван за изпускане на течността) Необходимото течно уплътнение.
Нивото на течността се определя чрез измерване на разликата в плътността на двата флуида в равновесно състояние в сепаратора. Всяка вътрешна разлика в налягането обаче може да причини промяна в измереното ниво на течността, като по този начин даде различна индикация за нивото на течността поради спада на налягането. Например, промяна на налягането между 100 до 500 mbar (1,45 до 7,25 psi) между отделенията на контейнера, дължаща се на преливане на преградата или коалесциращата подложка, ще доведе до загуба на равномерно ниво на течността, което води до ниво на интерфейса в сепаратора. измерването се губи, което води до хоризонтален градиент; правилното ниво на течността в предния край на съда под зададената точка и задния край на сепаратора в рамките на зададената точка. Освен това, ако има известно разстояние между нивото на течността и дюзата на горния нивомер на течността, полученият газов стълб може допълнително да причини грешки при измерване на нивото на течността при наличие на пяна.
Независимо от конфигурацията на технологичния съд, често срещан проблем, който може да причини отклонения в измерването на нивото на течността, е кондензацията на течността. Когато тръбата на инструмента и корпусът на контейнера се охлаждат, спадът на температурата може да доведе до кондензация на газа, който произвежда течност в тръбата на инструмента, което води до отклонение на показанията на нивото на течността от действителните условия в контейнера. Това явление не е уникално за студената външна среда. Това се случва в пустинна среда, където външната температура през нощта е по-ниска от температурата на процеса.
Проследяването на топлината за нивомери е обичаен начин за предотвратяване на кондензация; настройката на температурата обаче е критична, защото може да причини проблема, който се опитва да разреши. При задаване на твърде висока температура по-летливите компоненти могат да се изпарят, причинявайки увеличаване на плътността на течността. От гледна точка на поддръжката, топлинното проследяване също може да бъде проблематично, тъй като лесно се поврежда. По-евтин вариант е изолацията (изолацията) на инструменталната тръба, която може ефективно да поддържа температурата на процеса и външната околна температура на определено ниво в много приложения. Трябва да се отбележи, че от гледна точка на поддръжката изоставането на инструменталния тръбопровод също може да бъде проблем.
Забележка: Стъпка на поддръжка, която често се пренебрегва, е промиването на инструмента и поводите. В зависимост от услугата такива коригиращи действия може да са необходими седмично или дори ежедневно, в зависимост от работните условия.
Има няколко фактора за осигуряване на потока, които могат да повлияят отрицателно на инструментите за измерване на нивото на течността. всичко това са:
Забележка: В етапа на проектиране на сепаратора, когато се избира подходящият инструмент за ниво и когато измерването на нивото е необичайно, трябва да се вземе предвид проблемът с осигуряването на правилния дебит.
Много фактори влияят на плътността на течността в близост до дюзата на трансмитера за ниво. Местните промени в налягането и температурата ще повлияят на баланса на течността, като по този начин ще повлияят на показанията на нивото и стабилността на цялата система.
Местни промени в плътността на течността и промени в емулсията бяха наблюдавани в сепаратора, където точката на изпускане на изпускателната/отводнителната тръба на демистера е разположена близо до дюзата на трансмитера за ниво на течността. Течността, уловена от елиминатора на мъгла, се смесва с голямо количество течност, причинявайки локални промени в плътността. Флуктуациите на плътността са по-чести при течности с ниска плътност. Това може да доведе до непрекъснати колебания в измерването на нивото на маслото или кондензата, което от своя страна засяга работата на кораба и контрола на устройствата надолу по веригата.
Забележка: Дюзата на трансмитера за ниво на течността не трябва да е близо до точката на изпускане на изпускателната тръба, защото съществува риск от причиняване на периодични промени в плътността, които ще повлияят на измерването на нивото на течността.
Примерът, показан на Фигура 2, е обикновена конфигурация на тръбопровода за нивомер, но може да причини проблеми. Когато има проблем на полето, прегледът на данните от трансмитера за ниво на течността заключава, че нивото на течността на интерфейса е загубено поради лошо разделяне. Факт е обаче, че с отделянето на повече вода, клапанът за контрол на нивото на изхода постепенно се отваря, създавайки ефект на Вентури близо до дюзата под трансмитера за ниво, който е на по-малко от 0,5 м (20 инча) от нивото на водата. Водна дюза. Това причинява спад на вътрешното налягане, което води до отчитането на нивото на интерфейса в трансмитера да бъде по-ниско от показанието на нивото на интерфейса в контейнера.
Подобни наблюдения са докладвани и в скрубера, където дюзата за изпускане на течността е разположена близо до дюзата под трансмитера за ниво на течността.
Общото позициониране на дюзите също ще повлияе на правилната функция, т.е. дюзите на корпуса на вертикалния сепаратор са по-трудни за блокиране или запушване от дюзите, разположени в долната глава на сепаратора. Подобна концепция се прилага за хоризонталните контейнери, където колкото по-ниска е дюзата, толкова по-близо е тя до всички твърди частици, които се утаяват, което прави по-вероятно да бъде запушена. Тези аспекти трябва да се вземат предвид по време на етапа на проектиране на кораба.
Забележка: Дюзата на трансмитера за ниво на течността не трябва да е близо до входната дюза, изходната дюза за течност или газ, защото съществува риск от спад на вътрешното налягане, което ще повлияе на измерването на нивото на течността.
Различните вътрешни структури на контейнера влияят на разделянето на течности по различни начини, както е показано на Фигура 3, включително потенциалното развитие на градиенти на нивото на течността, причинени от преливане на преградата, което води до падане на налягането. Това явление е наблюдавано многократно по време на изследвания за отстраняване на неизправности и диагностика на процеси.
Многослойната преграда обикновено се монтира в контейнера в предната част на сепаратора и е лесно да бъде потопена поради проблема с разпределението на потока във входната част. След това преливането причинява спад на налягането в съда, създавайки градиент на нивото. Това води до по-ниско ниво на течността в предната част на контейнера, както е показано на фигура 3. Въпреки това, когато нивото на течността се контролира от измервателя на нивото на течността в задната част на контейнера, ще възникнат отклонения в извършеното измерване. Градиентът на нивото може също да причини лоши условия на разделяне в технологичния съд, тъй като градиентът на нивото губи поне 50% от обема на течността. В допълнение, възможно е съответната високоскоростна зона, причинена от спада на налягането, да произведе циркулационна зона, която води до загуба на обем на разделяне.
Подобна ситуация може да възникне в плаващи производствени инсталации, като FPSO, където множество порести подложки се използват в технологичния съд за стабилизиране на движението на течността в съда.
В допълнение, силното увличане на газ в хоризонталния контейнер, при определени условия, поради ниската газова дифузия, ще доведе до по-висок градиент на нивото на течността в предния край. Това също ще повлияе неблагоприятно на контрола на нивото в задния край на контейнера, което ще доведе до отклонение в измерването, което ще доведе до лоша производителност на контейнера.
Забележка: Нивото на градиента в различни форми на технологични съдове е реалистично и тази ситуация трябва да бъде сведена до минимум, тъй като те ще доведат до намаляване на ефективността на разделяне. Подобрете вътрешната структура на контейнера и намалете ненужните прегради и/или перфорирани плочи, съчетани с добри работни практики и осведоменост, за да избегнете проблеми с градиента на нивото на течността в контейнера.
Тази статия обсъжда няколко важни фактора, които влияят върху измерването на нивото на течността в сепаратора. Неправилните или погрешно разбрани показания на нивото могат да причинят лоша работа на съда. Бяха направени някои предложения, за да се избегнат тези проблеми. Въпреки че това в никакъв случай не е изчерпателен списък, той помага да се разберат някои потенциални проблеми, като по този начин помага на оперативния екип да разбере потенциалните измервателни и оперативни проблеми.
Ако е възможно, установете най-добри практики въз основа на научените уроци. Въпреки това, няма специфичен индустриален стандарт, който може да се приложи в тази област. За да се сведат до минимум рисковете, свързани с отклонения при измерване и аномалии в управлението, следва да се вземат предвид следните точки в бъдещите практики за проектиране и работа.
Бих искал да благодаря на Кристофър Кали (доцент в Университета на Западна Австралия в Пърт, Австралия, пенсионер на Chevron/BP); Лорънс Кафлан (консултант на Lol Co Ltd. Aberdeen, пенсионер на Shell) и Пол Джорджи (консултант на Glasgow Geo Geo, Глазгоу, Обединеното кралство) за тяхната подкрепа. Докладите се рецензират и критикуват. Бих искал също така да благодаря на членовете на техническия подкомитет за технологии за разделяне на SPE за улесняването на публикуването на тази статия. Специални благодарности на членовете, които прегледаха статията преди последния брой.
Уоли Джорджи има повече от 4 години опит в нефтената и газовата индустрия, а именно в нефтени и газови операции, обработка, разделяне, обработка на течности и цялост на системата, отстраняване на оперативни неизправности, премахване на тесни места, разделяне на масло/вода, валидиране на процеси и технически оценка на експертизата на практиката, контрол на корозията, мониторинг на системата, инжектиране на вода и обработка с подобрено възстановяване на маслото и всички други въпроси, свързани с обработката на течности и газове, включително производство на пясък и твърдо вещество, производствена химия, осигуряване на потока и управление на целостта в системата за процес на обработка.
От 1979 г. до 1987 г. той първоначално работи в сектора на услугите в Съединените щати, Обединеното кралство, различни части на Европа и Близкия изток. Впоследствие той работи в Statoil (Equinor) в Норвегия от 1987 г. до 1999 г., като се фокусира върху ежедневните операции, разработването на нови проекти за петролни находища, свързани с проблемите на разделянето на нефт и вода, системите за десулфуризация и дехидратация на газ, управление на добитата вода и обработка на проблеми с производството на твърди вещества и производствена система. От март 1999 г. работи като независим консултант в подобен добив на нефт и газ по света. Освен това Джорджи е служил като експерт-свидетел по съдебни дела за нефт и газ в Обединеното кралство и Австралия. Той е бил изтъкнат преподавател на SPE от 2016 до 2017 г.
Има магистърска степен. Магистър по полимерна технология, Университет Лафбъро, Обединеното кралство. Получава бакалавърска степен по инженерство по безопасност от Университета на Абърдийн, Шотландия, и докторска степен по химични технологии от Университета на Стратклайд, Глазгоу, Шотландия. Можете да се свържете с него на wgeorgie@maxoilconsultancy.com.
Джорджи беше домакин на уебинар на 9 юни „Разделяне на проектните и експлоатационните фактори и тяхното въздействие върху работата на системите за произведена вода в наземни и офшорни инсталации“. Предлага се при поискване тук (безплатно за членове на SPE).
Journal of Petroleum Technology е водещото списание на Обществото на петролните инженери, предоставящо авторитетни брифинги и теми за напредъка на технологиите за проучване и производство, въпроси от нефтената и газовата индустрия и новини за SPE и неговите членове.
Време на публикуване: 17 юни 2021 г
