Периодическая калибровка приборов резервуара необходима для обеспечения непрерывной работы и функционирования технологического резервуара. Неправильная калибровка прибора часто усугубляет плохую конструкцию технологического резервуара, что приводит к неудовлетворительной работе сепаратора и низкой эффективности. В некоторых случаях положение прибора также может стать причиной ошибочных измерений. В этой статье описывается, как условия процесса могут привести к неправильным или неправильно понятым показаниям уровня.
Промышленность приложила немало усилий для улучшения конструкции и конфигурации сепараторов и скрубберов. Однако выбору и настройке соответствующих инструментов уделялось мало внимания. Обычно прибор настраивают на начальные условия работы, но по истечении этого периода изменяются рабочие параметры или вносятся дополнительные загрязнения, первоначальная калибровка уже не подходит и ее необходимо изменить. Хотя общая оценка на этапе выбора приборов для измерения уровня должна быть всесторонней, процесс поддержания постоянной оценки рабочего диапазона и любых изменений в соответствующей повторной калибровке и реконфигурации соответствующих приборов по мере необходимости на протяжении всего жизненного цикла технологического сосуда. Таким образом, опыт показали, что по сравнению с ненормальной внутренней конфигурацией контейнера отказ сепаратора, вызванный неправильными данными прибора, гораздо серьезнее.
Одной из ключевых переменных управления процессом является уровень жидкости. Общие методы измерения уровня жидкости включают смотровые стекла/индикаторы уровня и датчики перепада давления (DP). Смотровое стекло представляет собой метод прямого измерения уровня жидкости и может иметь такие опции, как магнитный следящий элемент и/или датчик уровня, подключенный к модифицированному стеклу уровня жидкости. Уровнемеры, в которых в качестве основного измерительного датчика используются поплавки, также считаются прямым средством измерения уровня жидкости в технологическом резервуаре. Датчик DP представляет собой косвенный метод, показания уровня которого основаны на гидростатическом давлении, оказываемом жидкостью, и требуют точного знания плотности жидкости.
Конфигурация вышеуказанного оборудования обычно требует использования двух фланцевых патрубков для каждого прибора: верхнего и нижнего патрубков. Для достижения требуемого измерения важно правильно расположить насадку. Конструкция должна гарантировать, что сопло всегда находится в контакте с соответствующей жидкостью, например, с водной и масляной фазами на границе раздела, а также с маслом и паром для уровня объемной жидкости.
Характеристики жидкости в реальных условиях эксплуатации могут отличаться от характеристик жидкости, использованных для калибровки, что приводит к ошибочным показаниям уровня. Кроме того, расположение указателя уровня также может стать причиной ложных или неправильно понятых показаний уровня. В этой статье представлены некоторые примеры уроков, извлеченных при решении проблем с сепараторами, связанных с приборами.
Большинство методов измерения требуют использования точных и надежных характеристик измеряемой жидкости для калибровки прибора. Физические характеристики и состояние жидкости (эмульсии, масла и воды) в контейнере имеют решающее значение для целостности и надежности применяемой технологии измерения. Поэтому, если калибровку сопутствующих приборов необходимо выполнить правильно, чтобы максимизировать точность и минимизировать отклонение показаний уровня жидкости, очень важно точно оценить характеристики обрабатываемой жидкости. Поэтому, чтобы избежать каких-либо отклонений в показаниях уровня жидкости, необходимо получать достоверные данные путем регулярного отбора проб и анализа измеряемой жидкости, включая прямой отбор проб из контейнера.
Меняйтесь со временем. По своей природе технологическая жидкость представляет собой смесь нефти, воды и газа. Технологическая жидкость может иметь разный удельный вес на разных стадиях внутри технологического резервуара; то есть войти в сосуд в виде жидкой смеси или эмульгированной жидкости, но покинуть сосуд в виде отдельной фазы. Кроме того, во многих полевых условиях технологическая жидкость поступает из разных резервуаров, каждый из которых имеет разные характеристики. В результате через сепаратор будет проходить смесь разной плотности. Следовательно, постоянное изменение характеристик жидкости будет влиять на точность измерения уровня жидкости в контейнере. Хотя погрешность может оказаться недостаточной, чтобы повлиять на безопасную эксплуатацию корабля, она повлияет на эффективность отделения и работоспособность всего устройства. В зависимости от условий разделения изменение плотности на 5-15% может быть нормальным. Чем ближе прибор к входной трубке, тем больше отклонение, обусловленное природой эмульсии вблизи входного отверстия емкости.
Аналогично, изменение солености воды повлияет и на указатель уровня. В случае добычи нефти минерализация воды будет меняться из-за различных факторов, таких как изменение пластовой воды или прорыв закачиваемой морской воды. На большинстве нефтяных месторождений изменение солености может составлять менее 10-20%, но в некоторых случаях изменение может достигать 50%, особенно в конденсатно-газовых системах и системах подсолевых коллекторов. Эти изменения могут оказать существенное влияние на надежность измерения уровня; поэтому обновление химического состава жидкости (масла, конденсата и воды) необходимо для поддержания калибровки прибора.
Используя информацию, полученную в результате моделирования процессов, анализа жидкости и отбора проб в реальном времени, можно также улучшить данные калибровки уровнемера. Теоретически это лучший метод, и сейчас он используется в качестве стандартной практики. Однако, чтобы прибор оставался точным в течение долгого времени, данные анализа жидкости следует регулярно обновлять, чтобы избежать потенциальных ошибок, которые могут быть вызваны условиями эксплуатации, содержанием воды, увеличением соотношения масло/воздух и изменениями характеристик жидкости.
Примечание. Регулярное и правильное техническое обслуживание является основой получения надежных данных прибора. Стандарты и частота технического обслуживания во многом зависят от соответствующих профилактических и ежедневных мероприятий на заводе. В некоторых случаях, если это будет сочтено необходимым, отклонения от запланированной деятельности следует устранить.
Примечание. Помимо использования последних характеристик жидкости для периодической калибровки расходомера, можно использовать только соответствующие алгоритмы или инструменты искусственного интеллекта для коррекции ежедневных колебаний технологической жидкости, чтобы учесть рабочие колебания в течение 24 часов.
Примечание. Данные мониторинга и лабораторного анализа добываемой жидкости помогут понять потенциальные отклонения в показаниях уровня, вызванные наличием нефтяной эмульсии в добываемой жидкости.
Опыт показал, что в зависимости от различных входных устройств и внутренних компонентов, унос газа и барботирование на входе сепараторов (в основном вертикальных сепараторов газового конденсата и скрубберов) будут оказывать существенное влияние на показания уровня жидкости и могут привести к ухудшению контроля и снижению производительности. . Уменьшение плотности жидкой фазы из-за содержания газа приводит к ложному низкому уровню жидкости, что может привести к уносу жидкости в газовую фазу и повлиять на работу последующего технологического блока компримирования.
Несмотря на то, что в системах нефти и газа/нефтяного конденсата наблюдались унос газа и вспенивание, прибор калибруется из-за колебаний плотности конденсата нефти, вызванных диспергированным и растворенным газом в фазе конденсата во время увлечения газа или продувки газа. по процессу. Погрешность будет выше, чем в масляной системе.
Указатели уровня во многих вертикальных скрубберах и сепараторах бывает сложно правильно откалибровать, поскольку в жидкой фазе содержится разное количество воды и конденсата, и в большинстве случаев две фазы имеют общий выпуск жидкости или линию выпуска воды. Излишне из-за плохого качества. разделение воды. Поэтому существуют постоянные колебания рабочей плотности. Во время работы нижняя фаза (в основном вода) будет сбрасываться, оставляя более высокий слой конденсата сверху, поэтому плотность жидкости будет разной, что приведет к изменению измерения уровня жидкости с изменением соотношения высот слоя жидкости. Эти колебания могут иметь решающее значение для небольших контейнеров, могут привести к потере оптимального рабочего уровня и во многих случаях к правильной эксплуатации сливного устройства (сливного устройства аэрозольного сепаратора, используемого для слива жидкости). Требуемое жидкостное уплотнение.
Уровень жидкости определяется путем измерения разницы плотностей двух жидкостей в равновесном состоянии в сепараторе. Однако любая разница внутреннего давления может вызвать изменение измеренного уровня жидкости, тем самым обеспечивая другое показание уровня жидкости из-за падения давления. Например, изменение давления между отсеками контейнера от 100 до 500 мбар (от 1,45 до 7,25 фунтов на квадратный дюйм) из-за переполнения перегородки или коалесцирующей подушки приведет к потере равномерного уровня жидкости, что приведет к нарушению уровня раздела фаз в сепараторе. измерение теряется, что приводит к горизонтальному градиенту; то есть правильный уровень жидкости на переднем конце резервуара ниже заданного значения, а на заднем конце сепаратора в пределах заданного значения. Кроме того, если между уровнем жидкости и патрубком верхнего указателя уровня жидкости имеется определенное расстояние, образующийся столб газа может дополнительно вызвать ошибки измерения уровня жидкости при наличии пены.
Независимо от конфигурации технологического резервуара, распространенной проблемой, которая может вызвать отклонения в измерении уровня жидкости, является конденсация жидкости. Когда трубка прибора и корпус контейнера охлаждаются, перепад температуры может привести к конденсации газа, образующего жидкость в трубке прибора, в результате чего показания уровня жидкости будут отклоняться от фактических условий в контейнере. Это явление не уникально для холодной внешней среды. Это происходит в пустыне, где внешняя температура ночью ниже температуры процесса.
Обогрев указателей уровня является распространенным способом предотвращения конденсации; однако настройка температуры имеет решающее значение, поскольку она может вызвать проблему, которую она пытается решить. При установке слишком высокой температуры более летучие компоненты могут испариться, что приведет к увеличению плотности жидкости. С точки зрения технического обслуживания, система обогрева также может быть проблематичной, поскольку ее легко повредить. Более дешевым вариантом является изоляция (изоляция) трубки прибора, которая позволяет во многих применениях эффективно поддерживать температуру процесса и внешнюю температуру окружающей среды на определенном уровне. Следует отметить, что с точки зрения технического обслуживания проблемой может стать и отставание трубопровода приборов.
Примечание. Шаг технического обслуживания, который часто упускают из виду, — это промывка инструмента и поводьев. В зависимости от сервиса такие корректирующие действия могут потребоваться еженедельно или даже ежедневно, в зависимости от условий эксплуатации.
Существует несколько факторов обеспечения потока, которые могут негативно повлиять на приборы для измерения уровня жидкости. все это:
Примечание. На этапе проектирования сепаратора, при выборе соответствующего прибора для измерения уровня и в случае, когда измерение уровня является ненормальным, следует учитывать проблему обеспечения правильного расхода.
На плотность жидкости возле патрубка уровнемера влияет множество факторов. Локальные изменения давления и температуры будут влиять на баланс жидкости, тем самым влияя на показания уровня и стабильность всей системы.
Локальные изменения плотности жидкости и изменения эмульсии наблюдались в сепараторе, где точка слива сливного/сливного патрубка туманоуловителя расположена вблизи патрубка датчика уровня жидкости. Жидкость, уловленная туманоуловителем, смешивается с большим количеством жидкости, вызывая локальные изменения плотности. Колебания плотности чаще встречаются в жидкостях с низкой плотностью. Это может привести к постоянным колебаниям измерения уровня нефти или конденсата, что, в свою очередь, влияет на работу судна и управление устройствами, расположенными ниже по потоку.
Примечание. Патрубок датчика уровня жидкости не должен находиться рядом с точкой выпуска сливной трубы, поскольку существует риск возникновения прерывистых изменений плотности, которые повлияют на измерение уровня жидкости.
Пример, показанный на рисунке 2, представляет собой обычную конфигурацию трубопровода для указателя уровня, но он может вызвать проблемы. При возникновении проблемы в полевых условиях анализ данных датчика уровня жидкости позволяет прийти к выводу, что уровень жидкости на границе раздела потерян из-за плохого разделения. Однако дело в том, что по мере отделения большего количества воды выпускной клапан регулирования уровня постепенно открывается, создавая эффект Вентури возле патрубка под датчиком уровня, который находится на расстоянии менее 0,5 м (20 дюймов) от уровня воды. Водяная насадка. Это вызывает внутренний перепад давления, в результате чего показания уровня интерфейса в преобразователе оказываются ниже, чем показания уровня интерфейса в контейнере.
Подобные наблюдения были также зарегистрированы в скруббере, где сопло для выпуска жидкости расположено рядом с соплом под датчиком уровня жидкости.
Общее расположение форсунок также влияет на правильную работу, то есть форсунки на корпусе вертикального сепаратора сложнее заблокировать или засорить, чем форсунки, расположенные в нижней головке сепаратора. Аналогичная концепция применима и к горизонтальным контейнерам: чем ниже сопло, тем ближе оно к оседающим твердым частицам, что повышает вероятность его засорения. Эти аспекты следует учитывать на этапе проектирования судна.
Примечание. Патрубок датчика уровня жидкости не должен располагаться близко к впускному патрубку, выпускному патрубку для жидкости или газа, поскольку существует риск внутреннего падения давления, которое повлияет на измерение уровня жидкости.
Различные внутренние конструкции контейнера по-разному влияют на разделение жидкостей, как показано на рисунке 3, включая потенциальное развитие градиентов уровня жидкости, вызванное переливом перегородки, что приводит к падению давления. Это явление наблюдалось много раз во время исследований по поиску и устранению неисправностей и диагностике процессов.
Многослойная перегородка обычно устанавливается в контейнере в передней части сепаратора, и ее легко погрузить в воду из-за проблем с распределением потока во входной части. Перелив затем вызывает падение давления в резервуаре, создавая градиент уровня. Это приводит к более низкому уровню жидкости в передней части контейнера, как показано на рисунке 3. Однако, когда уровень жидкости контролируется измерителем уровня жидкости в задней части контейнера, в выполняемых измерениях будут возникать отклонения. Градиент уровня также может стать причиной плохих условий разделения в технологическом резервуаре, поскольку из-за градиента уровня теряется не менее 50% объема жидкости. Кроме того, вполне возможно, что соответствующая область высокой скорости, вызванная перепадом давления, создаст зону циркуляции, которая приведет к потере объема сепарации.
Аналогичная ситуация может возникнуть на плавучих производственных установках, таких как FPSO, где в технологическом резервуаре используются несколько пористых прокладок для стабилизации движения жидкости в резервуаре.
Кроме того, сильный унос газа в горизонтальном контейнере при определенных условиях из-за низкой диффузии газа приведет к более высокому градиенту уровня жидкости на переднем конце. Это также отрицательно повлияет на контроль уровня в задней части контейнера, что приведет к расхождению измерений и ухудшению характеристик контейнера.
Примечание. Уровень градиента в технологических емкостях различной формы вполне реален, и такую ситуацию следует свести к минимуму, поскольку она приведет к снижению эффективности разделения. Улучшите внутреннюю структуру контейнера и уменьшите количество ненужных перегородок и/или перфорированных пластин в сочетании с надлежащей эксплуатационной практикой и осведомленностью, чтобы избежать проблем с градиентом уровня жидкости в контейнере.
В этой статье обсуждается несколько важных факторов, влияющих на измерение уровня жидкости в сепараторе. Неправильные или неправильно понятые показания уровня могут привести к плохой работе резервуара. Были сделаны некоторые предложения, которые помогут избежать этих проблем. Хотя это ни в коем случае не исчерпывающий список, он помогает понять некоторые потенциальные проблемы, тем самым помогая эксплуатационной команде понять потенциальные проблемы измерения и эксплуатации.
Если возможно, установите передовой опыт на основе извлеченных уроков. Однако не существует конкретного отраслевого стандарта, который можно было бы применить в этой области. Чтобы свести к минимуму риски, связанные с отклонениями измерений и нарушениями управления, в будущей практике проектирования и эксплуатации следует учитывать следующие моменты.
Я хотел бы поблагодарить Кристофера Калли (адъюнкт-профессор Университета Западной Австралии в Перте, Австралия, пенсионер Chevron/BP); Лоуренсу Кофлану (консультанту Lol Co Ltd. Aberdeen, пенсионеру Shell) и Полу Джорджи (консультанту Glasgow Geo Geo, Глазго, Великобритания) за поддержку. Статьи рецензируются и критикуются. Я также хотел бы поблагодарить членов Технического подкомитета SPE по технологиям разделения за содействие в публикации этой статьи. Особая благодарность членам, которые просматривали документ перед его окончательным выпуском.
Уолли Джорджи имеет более чем 4-летний опыт работы в нефтегазовой отрасли, а именно в операциях с нефтью и газом, переработке, сепарации, обращении с жидкостями и обеспечении целостности систем, устранении эксплуатационных неполадок, устранении узких мест, разделении нефти и воды, валидации процессов и технической поддержке. экспертиза Оценка практики, контроль коррозии, мониторинг системы, закачка воды и интенсификация нефтеотдачи, а также все другие вопросы, связанные с обращением с жидкостью и газом, включая добычу песка и твердых веществ, технологическую химию, обеспечение потока и управление целостностью в системе процесса очистки.
С 1979 по 1987 год он сначала работал в сфере услуг в США, Великобритании, разных частях Европы и на Ближнем Востоке. Впоследствии он работал в компании Statoil (Equinor) в Норвегии с 1987 по 1999 год, уделяя особое внимание повседневной работе, разработке новых нефтяных проектов, связанных с проблемами разделения нефти и воды, системами очистки газа, десульфурации и обезвоживания, управлением пластовой водой и решением проблем добычи твердых веществ. производственная система. С марта 1999 года работает независимым консультантом по аналогичной добыче нефти и газа по всему миру. Кроме того, Джорджи выступал в качестве свидетеля-эксперта в судебных делах, связанных с нефтью и газом, в Великобритании и Австралии. С 2016 по 2017 год он был заслуженным преподавателем SPE.
У него есть степень магистра. Магистр технологии полимеров, Университет Лафборо, Великобритания. Получил степень бакалавра в области техники безопасности в Абердинском университете, Шотландия, и степень доктора химических технологий в Университете Стратклайда, Глазго, Шотландия. Вы можете связаться с ним по адресу wgeorgie@maxoilconsultancy.com.
9 июня Джорджи провел вебинар «Разделение факторов проектирования и эксплуатации и их влияние на работу систем пластовой воды на береговых и морских установках». Доступно по запросу здесь (бесплатно для членов SPE).
Journal of Petroleum Technology — ведущий журнал Общества инженеров-нефтяников, предоставляющий авторитетные брифинги и темы о развитии технологий разведки и добычи, проблемах нефтегазовой отрасли, а также новости об SPE и ее членах.
Время публикации: 17 июня 2021 г.
