Измерение расхода многофазного потока при добыче нефти и газа с использованием нового типа измерительной установки на базе кориолисового расходомераПоследние несколько лет кориолисовые массовые расходомеры получают все более широкое применение для измерения многофазных потоков [1]. В данной статье представлена многофазная система Net Oil & Gas для измерения расходов нефти, воды и газа, которая интегрирует устройства измерения массового расхода кориолисовым расходомером Foxboro и обводненности, а также разработанная на базе данной системы установка МЕРА-МФР для измерения продукции и исследования нефтяных скважин. Система Net Oil & Gas Основным требованием при измерении многофазного потока с применением устройств кориолисового принципа является наличие системы управления приводом расходомерной трубки (первичного преобразователя), которая способна надежно функционировать при стабильных колебаниях расходомерной трубки в условиях быстро изменяющихся термобарических параметров состояния газовых и жидкостных смесей [2]. Не менее важным фактором является контроль увеличения погрешности измерения массового расхода и плотности, вызванных появлением свободного газа в жидкости. Как показано в работе [1], такие факторы, как геометрия и положение кориолисовой расходомерной трубки, влияют на характер функций расчета погрешности. При фиксированных геометрии и положении расходомерной трубки наиболее значительными динамическими параметрами являются расход жидкости и объемная доля газа. В системе Net Oil & Gas поток проходит последовательно через вертикальный восходящий и нисходящий сегменты трубопровода. Кориолисовый расходомер установлен на нисходящем выходном участке. Сразу после него размещен датчик обводненности. Для измерения давления и температуры применяется многопараметрический датчик. Компьютер Net Oil рассчитывает мгновенный расход трех компонентов потока, а также обеспечивает пользовательский интерфейс и архивирование данных. Данные в режиме реального времени доступны через интерфейс Modbus с циклом обновления 1 с. На рис. 1 показана функциональная архитектура системы Net Oil & Gas. Рассматриваемая система разработана для получения надежных эксплуатационных характеристик при объемной доле газа в рабочих условиях до 50%, любой обводненности, рабочим диапазоном измерения расхода жидкой фракции 6:1 по отношению к минимальному. Серия испытаний систем с кориолисовыми расходомерами размером 1/2 и 2 дюйма была проведена на многофазном стенде TUV-NEL в Великобритании, 3 дюйма – во ВНИИР (г. Казань). В процессе разработки решения было зарегистрировано более 30 технологических патентов в США. Рис. 1. Функциональная архитектура системы Net Oil & Gas:
Результаты испытания системы В январе 2012 г. на испытательном многофазном стенде ла боратории TUV-NEL (Великобритания) была проведена серия официальных испытаний установки Net Oil & Gas размером 2 дюйма. Целью испытаний было подтверждение соответствия метрологических характеристик требованиям ГОСТ 8.615-2005 «Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения количества извлекаемых из недр нефти и нефтяного газа. Общие метрологические и технические требования» [3]. Испытательный мультифазный стенд TUV-NEL для поверочных процедур использует раздельные линии жидких фаз (воды и нефти) и газа (азот). Каждая фаза измеряется отдельно, после чего они смешиваются и поступают на испытываемое устройство. Для каждого теста устанавливались стабильные расходы нефти, воды и газа. Результаты, полученные с помощью каждого образцового расходомера, сравнивались с показаниями системы Net Oil & Gas за период измерения продолжительностью 300 с. Рабочее давление составило 0,4 МПа, температура равнялась 40 °C. Результаты испытаний приведены на рис. 2. Погрешность измерения расхода жидкости равномерна во всем диапазоне обводненности, 97% точек попадают в зону требований ГОСТ. Погрешность определения расхода газа в основном соответ ствует требованиям ГОСТ (93% точек находятся в зоне ±5,0 %). ГОСТ 8.615-2005 устанавливает допустимую погрешность измерения расхода нефти в зависимости от обводненности. Для обводненности менее 70% допустимая погрешность составляет ±6%, от 70 до 95% – ±15%, более 95% – не нормируется. Из рис. 2, в видно, что результаты всех тестов соответствуют требованиям стандарта. В апреле 2012 г. в лаборатории TUV NEL были проведены испытания системы Net Oil & Gas размером 1/2 дюйма, а затем испытания системы размером 3 дюйма на многофазном стенде ВНИИР в г. Казань. Полученные результаты были сопоставимы с результатами, полученными при испытании системы Net Oil & Gas размером 2 дюйма. 
Рис. 2. Погрешность определения массового расхода жидкости относительно обводненности (а) и объемной доли газа (б) и массового расхода нефти относительно обводненности (в)
Полевые испытания и измерение объема растворенного газа В 2012 г. в России были проведены полевые испытания систем Net Oil & Gas в соответствии с согласованными программами. Для того, чтобы расходомер обеспечивал возможность расчета объема растворенного газа, в систему была дополнительно включена модель растворенного газа (Invensys SimSCIEscor). При этом количество растворенного газа рассчитывается на основе измеренных давления и температуры. Для примера на рис. 3 приведены данные полевых испытаний в режиме реального времени: объем растворенного газа измеряется совместно с расходами нефти, воды и свободного газа. 
Рис. 3. Данные, полученные при полевых испытаниях системы Net Oil & Gas в России.
Установка МЕРА-МФР на базе системы Net Oil & Gas Важным этапом практического применения рассмотренного решения стали инженерная проработка, конструирование и стендовое опробование систем Net Oil & Gas в условиях завода-производителя замерных установок. Данная работа была выполнена в тесном сотрудничестве специалистов Invensys Operations Management, Оксфордского университета и Группы ГМС. В результате комплекса конструкторско-технологических работ была создана новая замерная установка МЕРА-МФР. На рис. 4 приведены принципиальная схема конструкции установки и вариант блочного мобильного исполнения. Рис. 4. Принципиальная технологическая схема (а) и общий вид (б) мобильной установки МЕРА-МФР Установка МЕРА-МФР представляет собой автоматический передвижной замерной комплекс, предназначенный для измерения мгновенных массовых расходов нефти, воды и объемного расхода нефтяного газа по скважинам без применения традиционного сепаратора. Установка непрерывно регистрирует и накапливает базу данных компонентного состава дебита продукции, может передавать эту информацию на диспетчерский пункт любого уровня. В ходе заводских испытаний новой установки все контрольные точки соответствовали диапазону погрешности по ГОСТ 8,615-2005. Средняя относительная погрешность определения массового расхода жидкости составила –0,90%, объемного расхода газа равнялась –0,11%. Разработчики и производитель рекомендуют применение новой установки в качестве средства замера продукции одиночных скважин. Созданная установка позволяет непрерывно осуществлять мониторинг фазовой структуры дебита скважин (нефть, свободный и растворенный газ, вода), что дает возможность эксплуатировать ее при комплексном исследовании скважин. Назад в раздел |
- Проекты
