Periodieke kalibratie van vatinstrumenten is essentieel om de voortdurende prestaties en werking van het procesvat te garanderen. Onjuiste instrumentkalibratie verergert vaak een slecht ontwerp van het procesvat, wat resulteert in een onbevredigende werking van de afscheider en een laag rendement. In sommige gevallen kan de positie van het instrument ook tot foutieve metingen leiden. In dit artikel wordt beschreven hoe procesomstandigheden onjuiste of verkeerd begrepen niveaumetingen kunnen veroorzaken.
De industrie heeft veel moeite gedaan om het ontwerp en de configuratie van afscheidings- en scrubberschepen te verbeteren. De selectie en configuratie van gerelateerde instrumenten heeft echter weinig aandacht gekregen. Normaal gesproken is het instrument geconfigureerd voor de initiële bedrijfsomstandigheden, maar na deze periode veranderen de bedrijfsparameters of worden er extra verontreinigingen geïntroduceerd. De initiële kalibratie is niet langer geschikt en moet worden gewijzigd. Hoewel de algehele beoordeling in de fase van instrumentselectie op niveau alomvattend moet zijn, is het proces van het handhaven van een continue beoordeling van het werkingsbereik en eventuele wijzigingen in de passende herkalibratie en herconfiguratie van gerelateerde instrumenten, indien nodig gedurende de levenscyclus van het procesvat. heeft aangetoond dat, vergeleken met de abnormale interne configuratie van de container, het falen van de separator veroorzaakt door onjuiste instrumentgegevens veel groter is.
Een van de belangrijkste procescontrolevariabelen is het vloeistofniveau. Gebruikelijke methoden voor het meten van het vloeistofniveau zijn onder meer kijkglazen/niveauglasindicatoren en drukverschilsensoren (DP). Het kijkglas is een methode om het vloeistofniveau direct te meten en kan opties hebben zoals een magnetische volger en/of een niveautransmitter die is aangesloten op een aangepast vloeistofpeilglas. Niveaumeters die vlotters als belangrijkste meetsensor gebruiken, worden ook beschouwd als een direct middel om het vloeistofniveau in het procesvat te meten. De DP-sensor is een indirecte methode waarvan de niveaumeting is gebaseerd op de hydrostatische druk die door de vloeistof wordt uitgeoefend en waarvoor nauwkeurige kennis van de vloeistofdichtheid vereist is.
De configuratie van de bovenstaande apparatuur vereist gewoonlijk het gebruik van twee flensmondstukaansluitingen voor elk instrument, een bovenste mondstuk en een onderste mondstuk. Om de vereiste meting te bereiken, is de positionering van het mondstuk essentieel. Het ontwerp moet ervoor zorgen dat het mondstuk altijd in contact is met de juiste vloeistof, zoals de water- en oliefasen voor het grensvlak en de olie en stoom voor het bulkvloeistofniveau.
De vloeistofkarakteristieken onder werkelijke bedrijfsomstandigheden kunnen afwijken van de vloeistofkarakteristieken die worden gebruikt voor kalibratie, wat kan leiden tot foutieve niveaumetingen. Bovendien kan de locatie van de niveaumeter ook valse of verkeerd begrepen niveaumetingen veroorzaken. Dit artikel geeft enkele voorbeelden van lessen die zijn geleerd bij het oplossen van instrumentgerelateerde scheidingsproblemen.
De meeste meettechnieken vereisen het gebruik van nauwkeurige en betrouwbare kenmerken van de vloeistof die wordt gemeten om het instrument te kalibreren. De fysieke specificaties en omstandigheden van de vloeistof (emulsie, olie en water) in de container zijn van cruciaal belang voor de integriteit en betrouwbaarheid van de toegepaste meettechnologie. Als de kalibratie van gerelateerde instrumenten correct moet worden uitgevoerd om de nauwkeurigheid te maximaliseren en de afwijking van de vloeistofniveaumetingen te minimaliseren, is het daarom erg belangrijk om de specificaties van de verwerkte vloeistof nauwkeurig te evalueren. Om elke afwijking in de aflezing van het vloeistofniveau te voorkomen, moeten daarom betrouwbare gegevens worden verkregen door regelmatig de gemeten vloeistof te bemonsteren en te analyseren, inclusief directe bemonstering uit de container.
Verander met de tijd. De aard van de procesvloeistof is een mengsel van olie, water en gas. De procesvloeistof kan in verschillende stadia van het procesvat een verschillend soortelijk gewicht hebben; dat wil zeggen, het vat binnenkomen als een vloeistofmengsel of geëmulgeerde vloeistof, maar het vat verlaten als een afzonderlijke fase. Bovendien komt de procesvloeistof bij veel veldtoepassingen uit verschillende reservoirs, elk met verschillende kenmerken. Dit zal ertoe leiden dat een mengsel van verschillende dichtheden door de separator wordt verwerkt. Daarom zal de voortdurende verandering van de vloeistofkarakteristieken een impact hebben op de nauwkeurigheid van de vloeistofniveaumeting in de container. Hoewel de foutmarge misschien niet voldoende is om de veilige werking van het schip te beïnvloeden, heeft dit wel invloed op de scheidingsefficiëntie en de bruikbaarheid van het hele apparaat. Afhankelijk van de scheidingsomstandigheden kan een dichtheidsverandering van 5-15% normaal zijn. Hoe dichter het instrument zich bij de inlaatbuis bevindt, hoe groter de afwijking, die te wijten is aan de aard van de emulsie nabij de inlaat van de container.
Op dezelfde manier zal de niveaumeter ook worden beïnvloed als het zoutgehalte van het water verandert. In het geval van olieproductie zal het zoutgehalte van het water veranderen als gevolg van verschillende factoren, zoals veranderingen in het formatiewater of de doorbraak van geïnjecteerd zeewater. In de meeste olievelden kan de verandering in het zoutgehalte minder dan 10-20% bedragen, maar in sommige gevallen kan de verandering wel 50% bedragen, vooral in condensaatgassystemen en sub-zoutreservoirsystemen. Deze veranderingen kunnen een aanzienlijke impact hebben op de betrouwbaarheid van de niveaumeting; daarom is het bijwerken van de vloeistofchemie (olie, condensaat en water) essentieel om de kalibratie van het instrument te behouden.
Door gebruik te maken van informatie verkregen uit processimulatiemodellen en vloeistofanalyse en real-time bemonstering kunnen de kalibratiegegevens van niveaumeters ook worden verbeterd. In theorie is dit de beste methode en wordt nu standaard toegepast. Om het instrument echter in de loop van de tijd nauwkeurig te houden, moeten de vloeistofanalysegegevens regelmatig worden bijgewerkt om mogelijke fouten te voorkomen die kunnen worden veroorzaakt door de bedrijfsomstandigheden, het watergehalte, de toename van de olie-luchtverhouding en veranderingen in de vloeistofeigenschappen.
Opmerking: Regelmatig en goed onderhoud is de basis voor het verkrijgen van betrouwbare instrumentgegevens. De normen en frequentie van onderhoud hangen in grote mate af van de daarmee samenhangende preventieve en dagelijkse fabrieksactiviteiten. In sommige gevallen moeten, indien dit noodzakelijk wordt geacht, afwijkingen van geplande activiteiten worden herschikt.
Opmerking: Naast het gebruik van de nieuwste vloeistofkarakteristieken om de meter periodiek te kalibreren, kunnen alleen relevante algoritmen of hulpmiddelen voor kunstmatige intelligentie worden gebruikt om de dagelijkse fluctuaties van de procesvloeistof te corrigeren om rekening te houden met bedrijfsfluctuaties binnen 24 uur.
Opmerking: Monitoringgegevens en laboratoriumanalyses van de productievloeistof helpen bij het begrijpen van mogelijke afwijkingen in de niveaumetingen, veroorzaakt door de olie-emulsie in de productievloeistof.
Volgens de verschillende inlaatapparaten en interne componenten heeft de ervaring geleerd dat het meeslepen van gas en het borrelen bij de inlaat van afscheiders (voornamelijk verticale gascondensaatafscheiders en wassers) een aanzienlijke impact zullen hebben op de vloeistofniveaumetingen, en kunnen leiden tot een slechte controle. . De afname van de dichtheid van de vloeistoffase als gevolg van het gasgehalte resulteert in een vals laag vloeistofniveau, wat kan leiden tot vloeistofmeevoering in de gasfase en de stroomafwaartse procescompressie-eenheid kan beïnvloeden.
Hoewel gasmeevoering en schuimvorming zijn opgetreden in het olie- en gas-/condensaatoliesysteem, is het instrument gekalibreerd vanwege de fluctuatie van de condensaatoliedichtheid veroorzaakt door het verspreide en opgeloste gas in de condensaatfase tijdens het meevoeren van gas of het opblazen van gas. per proces. De fout zal hoger zijn dan die van het oliesysteem.
De niveaumeters in veel verticale wassers en afscheiders kunnen moeilijk correct te kalibreren zijn omdat er verschillende hoeveelheden water en condensaat in de vloeistoffase zitten en in de meeste gevallen hebben de twee fasen een gemeenschappelijke vloeistofuitlaat of wateruitlaatleiding. Overbodig vanwege slechte waterscheiding. Daarom zijn er voortdurend fluctuaties in de bedrijfsdichtheid. Tijdens bedrijf wordt de onderste fase (voornamelijk water) afgevoerd, waardoor er bovenaan een hogere condensaatlaag achterblijft, waardoor de vloeistofdichtheid anders is, waardoor de vloeistofniveaumeting zal veranderen met de verandering van de hoogteverhouding van de vloeistoflaag. Deze fluctuaties kunnen van cruciaal belang zijn in kleinere containers, waardoor het risico bestaat dat het optimale bedrijfsniveau verloren gaat en in veel gevallen de valpijp correct wordt bediend (de valpijp van de aerosol-eliminator die wordt gebruikt om de vloeistof af te voeren). De vereiste vloeistofafdichting.
Het vloeistofniveau wordt bepaald door het dichtheidsverschil tussen de twee vloeistoffen in de evenwichtstoestand in de afscheider te meten. Elk intern drukverschil kan echter een verandering in het gemeten vloeistofniveau veroorzaken, waardoor een andere vloeistofniveau-indicatie ontstaat als gevolg van de drukval. Een drukverandering tussen de containercompartimenten tussen 100 en 500 mbar (1,45 tot 7,25 psi) als gevolg van het overstromen van het keerschot of het coalescentiekussen zal bijvoorbeeld het verlies van een uniform vloeistofniveau veroorzaken, wat resulteert in het grensvlakniveau in de afscheider. de meting gaat verloren, wat resulteert in een horizontale gradiënt; dat wil zeggen, het juiste vloeistofniveau aan de voorkant van het vat onder het instelpunt en aan de achterkant van de afscheider binnen het instelpunt. Als er bovendien een bepaalde afstand is tussen het vloeistofniveau en het mondstuk van de bovenste vloeistofniveaumeter, kan de resulterende gaskolom verder vloeistofniveaumeetfouten veroorzaken in de aanwezigheid van schuim.
Ongeacht de configuratie van het procesvat is vloeistofcondensatie een veelvoorkomend probleem dat afwijkingen in de vloeistofniveaumeting kan veroorzaken. Wanneer de instrumentenpijp en het containerlichaam worden gekoeld, kan de temperatuurdaling ervoor zorgen dat het gas dat vloeistof in de instrumentpijp produceert, condenseert, waardoor de afgelezen vloeistofniveau afwijkt van de werkelijke omstandigheden in de container. Dit fenomeen is niet uniek voor de koude externe omgeving. Het komt voor in een woestijnomgeving waar de buitentemperatuur 's nachts lager is dan de procestemperatuur.
Verwarming voor niveaumeters is een gebruikelijke manier om condensatie te voorkomen; de temperatuurinstelling is echter van cruciaal belang omdat deze het probleem kan veroorzaken dat het probeert op te lossen. Door de temperatuur te hoog in te stellen kunnen de meer vluchtige componenten verdampen, waardoor de dichtheid van de vloeistof toeneemt. Vanuit onderhoudsoogpunt kan heat-tracing ook problematisch zijn omdat deze gemakkelijk beschadigd raakt. Een goedkopere optie is de isolatie (isolatie) van de instrumentenbuis, die bij veel toepassingen de procestemperatuur en de externe omgevingstemperatuur effectief op een bepaald niveau kan houden. Opgemerkt moet worden dat vanuit onderhoudsoogpunt ook de vertraging van de instrumentpijplijn een probleem kan zijn.
Let op: Een onderhoudsstap die vaak over het hoofd wordt gezien, is het doorspoelen van het instrument en de teugels. Afhankelijk van het onderhoud kunnen dergelijke corrigerende maatregelen wekelijks of zelfs dagelijks nodig zijn, afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden.
Er zijn verschillende factoren die de doorstroming garanderen die een negatieve invloed kunnen hebben op meetinstrumenten voor het vloeistofniveau. dit zijn allemaal:
Opmerking: In de ontwerpfase van de afscheider moet bij het selecteren van het juiste niveau-instrument en wanneer de niveaumeting abnormaal is, rekening worden gehouden met het probleem van de correcte stroomsnelheid.
Veel factoren beïnvloeden de dichtheid van de vloeistof nabij het mondstuk van de niveautransmitter. Lokale veranderingen in druk en temperatuur zullen de vloeistofbalans beïnvloeden, waardoor de niveaumetingen en de stabiliteit van het hele systeem worden beïnvloed.
Lokale veranderingen in de vloeistofdichtheid en veranderingen in de emulsie werden waargenomen in de afscheider, waar het afvoerpunt van de valpijp/afvoerpijp van de druppelvanger zich vlakbij het mondstuk van de vloeistofniveauzender bevindt. De vloeistof die door de misteliminator wordt opgevangen, vermengt zich met een grote hoeveelheid vloeistof, waardoor plaatselijke dichtheidsveranderingen ontstaan. Dichtheidsschommelingen komen vaker voor in vloeistoffen met een lage dichtheid. Dit kan resulteren in voortdurende schommelingen in de olie- of condensaatniveaumeting, wat op zijn beurt de werking van het schip en de besturing van stroomafwaartse apparaten beïnvloedt.
Opmerking: Het mondstuk van de vloeistofniveautransmitter mag zich niet in de buurt van het afvoerpunt van de daalpijp bevinden, omdat er een risico bestaat op intermitterende dichtheidsveranderingen, die de meting van het vloeistofniveau zullen beïnvloeden.
Het voorbeeld in Figuur 2 is een gebruikelijke configuratie van niveaumeterleidingen, maar kan problemen veroorzaken. Als er zich in het veld een probleem voordoet, wordt uit de beoordeling van de gegevens van de vloeistofniveautransmitter geconcludeerd dat het vloeistofniveau van het grensvlak verloren gaat als gevolg van een slechte scheiding. Feit is echter dat naarmate er meer water wordt afgescheiden, de niveauregelklep van de uitlaat geleidelijk opengaat, waardoor een Venturi-effect ontstaat nabij het mondstuk onder de niveautransmitter, dat minder dan 0,5 m (20 inch) van het waterniveau verwijderd is. Watermondstuk. Dit veroorzaakt een interne drukval, waardoor de uitlezing van het interfaceniveau in de zender lager is dan de uitlezing van het interfaceniveau in de container.
Soortgelijke waarnemingen zijn ook gerapporteerd in de wasser waar het vloeistofuitlaatmondstuk zich vlakbij het mondstuk onder de vloeistofniveauzender bevindt.
De algemene positionering van de mondstukken heeft ook invloed op de juiste werking, dat wil zeggen dat de mondstukken op de behuizing van de verticale afscheider moeilijker te blokkeren of te verstoppen zijn dan de mondstukken die zich in de onderste kop van de afscheider bevinden. Een soortgelijk concept is van toepassing op horizontale containers, waarbij hoe lager het mondstuk is, hoe dichter het bij eventuele vaste stoffen is die bezinken, waardoor de kans groter is dat het verstopt raakt. Met deze aspecten moet rekening worden gehouden tijdens de ontwerpfase van het schip.
Opmerking: Het mondstuk van de vloeistofniveautransmitter mag zich niet dicht bij het inlaatmondstuk, het vloeistof- of gasuitlaatmondstuk bevinden, omdat er een risico bestaat op een interne drukval, die de meting van het vloeistofniveau zal beïnvloeden.
Verschillende interne structuren van de container beïnvloeden de scheiding van vloeistoffen op verschillende manieren, zoals weergegeven in figuur 3, inclusief de mogelijke ontwikkeling van vloeistofniveaugradiënten veroorzaakt door overstroming van het keerschot, resulterend in drukval. Dit fenomeen is vele malen waargenomen tijdens onderzoek naar probleemoplossing en procesdiagnose.
Het meerlaagse schot wordt meestal in de container aan de voorkant van de afscheider geïnstalleerd en kan gemakkelijk onder water worden gezet vanwege het probleem met de stroomverdeling in het inlaatgedeelte. De overstroming veroorzaakt vervolgens een drukval over het vat, waardoor een niveaugradiënt ontstaat. Dit resulteert in een lager vloeistofniveau aan de voorkant van de container, zoals weergegeven in Figuur 3. Wanneer het vloeistofniveau echter wordt geregeld door de vloeistofniveaumeter aan de achterkant van de container, zullen er afwijkingen optreden in de uitgevoerde meting. De niveaugradiënt kan ook slechte scheidingsomstandigheden in het procesvat veroorzaken, omdat de niveaugradiënt ten minste 50% van het vloeistofvolume verliest. Daarnaast is het denkbaar dat het betreffende hogesnelheidsgebied, veroorzaakt door de drukval, een circulatiegebied zal opleveren dat leidt tot verlies aan scheidingsvolume.
Een soortgelijke situatie kan zich voordoen in drijvende productie-installaties, zoals FPSO, waar meerdere poreuze kussens in het procesvat worden gebruikt om de vloeistofbeweging in het vat te stabiliseren.
Bovendien zal de ernstige gasinsluiting in de horizontale container, onder bepaalde omstandigheden, als gevolg van de lage gasdiffusie, een hogere vloeistofniveaugradiënt aan de voorkant veroorzaken. Dit zal ook de niveauregeling aan de achterkant van de container nadelig beïnvloeden, wat resulteert in meetdivergentie, wat resulteert in slechte containerprestaties.
Opmerking: Het gradiëntniveau in verschillende vormen van procesvaten is realistisch en deze situatie moet tot een minimum worden beperkt, omdat hierdoor de scheidingsefficiëntie zal afnemen. Verbeter de interne structuur van de container en verminder onnodige schotten en/of geperforeerde platen, in combinatie met goede bedieningspraktijken en bewustzijn, om problemen met de vloeistofniveaugradiënt in de container te voorkomen.
In dit artikel worden enkele belangrijke factoren besproken die van invloed zijn op de vloeistofniveaumeting van de afscheider. Onjuiste of verkeerd begrepen niveaumetingen kunnen een slechte werking van het vaartuig veroorzaken. Er zijn enkele suggesties gedaan om deze problemen te helpen voorkomen. Hoewel dit geenszins een uitputtende lijst is, helpt het om een aantal potentiële problemen te begrijpen, waardoor het operationele team potentiële meet- en operationele problemen kan begrijpen.
Stel, indien mogelijk, best practices vast op basis van de geleerde lessen. Er bestaat echter geen specifieke industriestandaard die op dit gebied kan worden toegepast. Om de risico's die gepaard gaan met meetafwijkingen en regelafwijkingen te minimaliseren, moeten de volgende punten in overweging worden genomen bij toekomstige ontwerp- en bedieningspraktijken.
Ik wil graag Christopher Kalli bedanken (adjunct-professor aan de Universiteit van West-Australië in Perth, Australië, gepensioneerde Chevron/BP); Lawrence Coughlan (consulent Lol Co Ltd. Aberdeen, gepensioneerde Shell) en Paul Georgie (Glasgow Geo Geo-consulent, Glasgow, VK) voor hun steun. De artikelen worden door vakgenoten beoordeeld en bekritiseerd. Ik wil ook de leden van de SPE Separation Technology Technical Subcommissie bedanken voor het faciliteren van de publicatie van dit artikel. Speciale dank gaat uit naar de leden die het artikel vóór het laatste nummer hebben beoordeeld.
Wally Georgie heeft meer dan vier jaar ervaring in de olie- en gasindustrie, namelijk op het gebied van olie- en gasactiviteiten, verwerking, scheiding, vloeistofbehandeling en systeemintegriteit, operationele probleemoplossing, het elimineren van knelpunten, olie/waterscheiding, procesvalidatie en technische expertise Praktijkevaluatie, corrosiecontrole, systeemmonitoring, waterinjectie en verbeterde olieterugwinningsbehandeling, en alle andere problemen met vloeistof- en gasbehandeling, inclusief de productie van zand en vaste stoffen, productiechemie, stroomborging en integriteitsbeheer in het behandelingsprocessysteem.
Van 1979 tot 1987 werkte hij aanvankelijk in de dienstensector in de Verenigde Staten, het Verenigd Koninkrijk, verschillende delen van Europa en het Midden-Oosten. Vervolgens werkte hij van 1987 tot 1999 bij Statoil (Equinor) in Noorwegen, waar hij zich richtte op de dagelijkse bedrijfsvoering, de ontwikkeling van nieuwe olieveldprojecten met betrekking tot problemen met de scheiding van olie en water, ontzwavelings- en dehydratiesystemen voor gasbehandeling, het beheer van geproduceerd water en het omgaan met problemen met de vaste productie. productiesysteem. Sinds maart 1999 werkt hij als onafhankelijk adviseur in soortgelijke olie- en gasproductie over de hele wereld. Daarnaast heeft Georgie gediend als getuige-deskundige in juridische olie- en gaszaken in het Verenigd Koninkrijk en Australië. Van 2016 tot 2017 was hij SPE Distinguished Lecturer.
Hij heeft een masterdiploma. Master in polymeertechnologie, Loughborough University, VK. Behaalde een bachelordiploma in veiligheidstechniek aan de Universiteit van Aberdeen, Schotland, en een doctoraat in chemische technologie aan de Universiteit van Strathclyde, Glasgow, Schotland. U kunt contact met hem opnemen via wgeorgie@maxoilconsultancy.com.
Georgie organiseerde op 9 juni een webinar “Het scheiden van ontwerp- en operationele factoren en hun impact op de prestaties van geproduceerde watersystemen in onshore en offshore installaties”. Hier op aanvraag beschikbaar (gratis voor SPE-leden).
Journal of Petroleum Technology is het vlaggenschipmagazine van de Society of Petroleum Engineers en biedt gezaghebbende briefings en onderwerpen over de vooruitgang van de exploratie- en productietechnologie, kwesties in de olie- en gasindustrie en nieuws over SPE en haar leden.
Posttijd: 17 juni 2021
