Автоматизация производственных процессов нефтяной
И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Курс лекций
Часть 1
В авторской редакции Компьютерный набор, верстка Горев С.М.
Оригинал-макет Бабух Е.Е.
Лицензия ИД № 02187 от 30.06.00 г. Подписано в печать 25.04.2003 г. Формат 61*86/16. Печать офсетная. Гарнитура Times New Roman Авт. л. 6,85. Уч.-изд. л. 6,17. Усл. печ. л. 7,34 Тираж 50 экз. Заказ № 90
Редакционно-издательский отдел Камчатского государственного технического университета
Отпечатано полиграфическим участком РИО КамчатГТУ 683003, г. Петропавловск-Камчатский, ул. Ключевская, 35
КАМЧАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ 
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Курс лекций
Часть 2
ПЕТРОПАВЛОВСК-КАМЧАТСКИЙ 2003
Управление образования администрации Камчатской области
Камчатский государственный политехнический техникум
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Курс лекций
Часть 2
УДК 622.32 ББК 33. 36
Г68
Петропавловск-Камчатский 2003
Рецензент:
В.А. Скиба,
инженер-энергетик ОАО «Камчатгазпром»
Горев С.М.
Г68 Автоматизация производственных процессов нефтяной и газовой промышленности. Курс лекций. Ч. 2. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2003. – 106 с.
Учебно-методическое пособие написано в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальности 0906 “Эксплуатация нефтяных и газовых месторождений“ и может быть использовано студентами очной и заочной форм обучения.
В курсе лекций изложены основные современные тенденции развития и создания автоматизированных систем управления технологическими процессами и государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации, связанные с использованием новейших достижений в области электронной техники и технологии, приборостроения, микропроцессорных систем и микроЭВМ, а также других перспективных направлений.
Обсуждено и одобрено на заседании предметной (цикловой) комиссиипромышленныхдисциплин (протокол№ 5 от 25 января 2003 г.).
УДК 622.32 ББК 33. 36
© КамчатГПТ, 2003
© Горев С.М., 2003
Содержание
Раздел 1. ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ
НЕФТИ И ГАЗА ............................................................................. 5
1.1. Основы процессов подготовки газа
и постановка задачи их моделирования ........................................ 5
1.2. Процесс низкотемпературной сепарации ....................... 7
1.3. Основы процессов подготовки нефти
и постановка задачи их моделирования ........................................... 8
1.4. Автоматизированные групповые
измерительные установки ................................................................... 10
1.5. Автоматизированные сепарационные установки ..... 20
1.6. Автоматизированные блочные
дожимные насосные станции ............................................................. 30
Раздел 2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДГОТОВКИ
И ОТКАЧКИ ТОВАРНОЙ НЕФТИ ...................................... 33
2.1. Характеристика технологического
процесса и задачи автоматизации ................................................ 33
2.2. Автоматизированные блочные
установки подготовки нефти ............................................................. 37
2.3. Автоматическое измерение
массы и качества товарной нефти ................................................ 42
Раздел 3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБЪЕКТОВ ПОДДЕРЖАНИЯ ПЛАСТОВОГО ДАВЛЕНИЯ ...................... 46
3.1. Характеристика системы поддержания
пластового давления ...................................................................... 46
3.2. Автоматизированные блочные установки для очистки точных вод и автоматизация
водозаборных скважин .................................................................... 50
3.3. Автоматизированные блочные
кустовые насосные станции ................................................................ 54
3.4. Характеристика магистрального
нефтепровода как объекта автоматизации .................................... 59
3.5. Автоматизация процессов перекачки нефти .................. 66
3.6. Автоматическая защита
нефтепроводов от перегрузок ......................................................... 77
Раздел 4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ДОБЫЧИ
И ПРОМЫСЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА ...................... 82
4.1. Характеристика газовых и газоконденсатных промыслов как объектов автоматизации ...................................... 82
4.2. Автоматическое управление
производительностью промысла ..................................................... 84
4.3. Автоматическое управление
процессом низкотемпературной сепарации газа ........................ 90
4.4. Автоматизация абсорбционного
процесса осушки газа .................................................................. 100
Литература ............................................................................ 105
Раздел 1. ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ НЕФТИ И ГАЗА
1.1. Основы процессов подготовки газа и постановка задачи их моделирования
Согласно существующей технологии газ из скважин поступает на установки комплексной подготовки газа (УКПГ), где от него отделяются
влага и жидкий конденсат (рис. 1.1). Сырой газ поступает на установку низкотемпературной сепарации (НТС), где он разделяется на три фракции: газ, жидкий конденсат и воду. Перед установкой НТС сырой газ охлаждается за счет эффекта дросселирования, а также при помощи
Рис.1.1.ПринципиальнаясхемаУКПГ специальных
I–установка низкотемпературной холодильников. сепарации; II – установка абсорбционной
очистки. III – установка регенерации гликоля; IV – установка сепарации газа от конденсата; V – установка стабилизации
|
конденсата;1 – сырой газ; 2 – осушенный При охлаждении в газе 3– вода; 4 – конденсат; 5 – сухой газ; нарушается 6 – сухой гликоль; 7 – обводненный
гликоль; 8 –вода; 9 – газ; 10 – стабильный
конденсат; 11 — отсепарированный сухой газообразными и
жидкими фазами его компонентов. Начинает образовываться туман из капель воды и конденсата. Сухой газ выходит сверху сепаратора, капли жидкости частично оседают вниз аппарата, а частично – на различного рода фильтрах, которыми оснащаются сепараторы. Таким образом, вода и конденсат попадают в нижнюю часть аппарата. В поле сил тяжести они расслаиваются, так, что в самом низу сепаратора образуется водяная фаза, выше – более легкий конденсат, а еще выше – туман из газа с капельной жидкостью. Для более глубокой осушки обычно соединяют не-
сколько сепараторов последовательно. Перед каждым се-паратором газ охлаждают. Поскольку установка НТС не может обеспечить степень осушки газа, которая требуется по ГОСТу, из последней ступени сепаратора газ поступает на дополнительную ступень глубокой осушки. Наиболее часто такая осушка осуществляется за счет поглощения (абсорбции) из газа оставшейся в нем жидкости различными жидкими гликолями, в частности диэтиленгликолем (ДЭГ), триэтиленгликолем (ТЭГ), пропиленгликолем (ПГ) и т. д. Процесс абсорбции ведется в колонне насадочного или таре-лочного типа. Осушенный газ постоянно отбирается с верха колонны. Если не требуется дополнительной очистки газа от серы и ее соединений, его направляют потребителю. В противном случае газ проходит еще через установку очистки от серы.
Смесь гликоля с водой и широкой углеводородной фрак-цией, которая отбирается с низа абсорбционной колонны, по-дается на колонну регенерации. Очищенный гликоль отбирается с низа колонны и вновь подается на процесс абсорбции.
Конденсат, отбираемый из сепаратора, является ценным сырьем для газоперерабатывающих (ГПЗ) заводов, но для пе-реработки на ГПЗ его надо еще подготовить – отделить газ и частично попавшую в него воду. С установки НТС конденсат поступает на установку дегазации, которая представляет собой полую емкость. Конденсат заполняет ее примерно наполовину. В верхней части емкости находится газ, а в самом низу – вода, которая отделяется от конденсата за счет разности плотностей. При отборе газа давление в емкости снижается, нарушается равновесие между свободным газом и газом, растворенным в конденсате. В результате часть растворенного газа переходит в свободное состояние.
Для более глубокого отбора легких углеводородных фракций от конденсата после дегазации конденсат направляют на стабилизацию в специальную колонну. Легкие фракции конден-сата отбираются с верхней, а стабильный конденсат – с нижней части колонны.
Все перечисленные аппараты УКПГ являются объектами
с распределенными параметрами, в которых идут сложные тепломассообменные процессы. Построение динамических моделей этих объектов является довольно трудной задачей. Поэтому мы ограничимся только статическими моделями.
1..2 Процесс низкотемпературной сепарации
Рассмотрим схему технологического процесса низкотемпературной сепарации (рис. 1.2). Сырой газ поступает в холодильник 1, где он охлаждается холодным осушенным газом, прошедшим сепаратор. После холодильника газ через штуцер 2 попадает в сепаратор 3, где от него отделяется сконденсированная жидкость – вода и конденсат. Сухой газ из сепаратора идет на последующую доочистку, проходя перед этим через холодильник 1. Для стабилизации и оптимизации работы установки необходимо знать зависимость температуры и давления в сепараторе от производительности установки и параметров сырого газа. Для условий стационарного режима работы установки, которыми мы ограничимся, подобная зависимость строится на основе законов сохранения энергии.
Из конденсата получают бензин, керосин, дизельное топливо, различные растворители.
Рис. 1.2. Принципиальная схема одноступенчатой установки низкотемпературной сепарации:
I – холодильник; II – дроссель; III – сепаратор: 1– сырой газ;
2 – охлажденный газ; 3– осушенный газ; 4 – газ с выхода установки; 5 – вода и конденсат
На рис. 1.2 обозначения Т, G и С нижними индексами соответствуют значениям температуры, расхода и теплоемкости газа в различных точках технологической схемы.
При прохождении через штуцер, на котором теряется давление (Др), температура газа снижается за счет его адиабатического расширения.
Для технологических схем, включающих более одного хо-лодильника, процедура построения стационарной модели со-храняется. Для каждого элемента схемы последовательно надо записать уравнения теплового баланса и баланса по давлениям. Совокупность этих уравнений будет полностью определять процесс.
1.3. Основы процессов подготовки нефти и постановка задачи их моделирования
Практически вся добываемая нефть содержит свободный газ, пластовую воду, которая образует с ней водонефтяную эмульсию, и различные механические примеси. Согласно су-ществующей технологии сырая нефть со скважин направляется на установки комплексной подготовки нефти (УКПН), где от нее отделяются: газ, вода, механические примеси и соли.
Рис. 1.3. Принципиальная схема установки подготовки нефти:
I – установка сепарации газа от нефти; II – установка обезвоживания нефти; III – установка обессоливания нефти; IV – установка стабилизации нефти;
1 – сырая нефть; 2 – газ; 3 – вода; 4 – отсепарированная нефть;
5 – обезвоженная нефть; 6 – обессоленная нефть; 7 – газ; 8 – товарная нефть
Сырая нефть поступает на сепарационные установки, где от нее отделяется свободный газ (рис. 1.3). В зависимости от га-зового фактора нефти, способности ее к пенообразованию и требуемой четкости отделения легких углеводородных фракций от нефти, сепарация газа проводится в одну, две и более сту-пеней. По принципу действия и основному конструктивному исполнению установки для сепарации газа от нефти практиче-ски идентичны установкам для сепарации газа от конденсата. Математические описания этих процессов также совпадают.
После сепарации газа нефть поступает на установку обезвоживания, где от нее отделяется пластовая вода. При обводненности сырой нефти выше 10 % процесс обезвоживания обычно проводится в две ступени. Сначала осуществляется предварительный сброс пластовой воды в резервуарах, затем нефть подогревают и направляют на установки глубокого обез-воживания.
При высокой минерализации пластовых вод обезвоженная нефть поступает на установки обессоливания, а затем на уста-
новки стабилизации нефти. Принцип работы и задачи, решае-мые на установках стабилизации, такие же, как и на установках стабилизации газового конденсата, – отделить легкокипящие углеводородные фракции от основного сырья.
Поскольку процесс сепарации газа от жидкой углеводород-ной фракции был рассмотрен в предыдущем параграфе, дальше будут рассмотрены только два процесса – глубокое обезвожи-вание и обессоливание нефти.
Пластовые воды, добываемые с нефтью и образующие с ней дисперсную систему, содержат, как правило, значительное ко-личество растворенных минеральных солей. Результаты иссле-дований минерального состава пластовых вод показывают, что основную долю растворенных веществ составляют хлориды натрия, магния и кальция. Кроме них, могут присутствовать и другие соли, но, в отличие от хлоридов, содержание которых исчисляется процентами и десятками процентов от общего количества растворенного вещества, содержание остальных солей измеряется сотыми, тысячными и еще меньшими долями. В связи с этим минерализацию пластовой воды измеряют по содержанию ионов хлора в единице объема с последующим пересчетом на эквивалент натриевых солей.
Помимо определения минерализации свободной пластовой воды, при подготовке нефти к переработке измеряют содержание солей в единице объема нефти. Сама нефть не содержит хлорных солей. Они попадают в нее вместе с эмульгированной водой.
Абсолютное содержание хлоридов в обводненной нефти не дает представления о степени минерализации пластовых вод, поэтому одновременно с солями определяют и обводненность нефти. Последнюю принято измерять в процентах.
Во всех известных до настоящего времени промышленных процессах обезвоживания и обессоливания нефти основным оборудованием является аппарат для разделения водонефтяной эмульсии путем отстаивания эмульгированной воды. Попадая в нижнюю часть аппарата, капли переходят в сплошной слой воды, так называемую дренажную воду, которую выводят из аппарата.
При обезвоживании нефти в ней, естественно, уменьшается и количество солей, так как оно пропорционально содержанию воды в нефти. Однако процессом обессоливания принято назы-вать только такой процесс, в котором перед подачей исходной эмульсии в аппарат для отделения воды в нефть добавляют пресную воду, которую называют промывочной. Эту воду дро-бят и интенсивно перемешивают с исходной эмульсией. В про-цессе перемешивания капли пластовой и пресной воды много-кратно коалесцируют и дробятся, что приводит к выравниванию в них концентрации солей. Результирующая концентрация солей будет меньше их концентрации в пластовой воде, поэтому после обезвоживания вновь образованной эмульсии в ней останется меньше солей, чем это было бы без добавления промывочной воды.
1.4. Автоматизированные групповые измерительные установки
Автоматизированные групповые измерительные установки предназначены для измерения производительности (дебита) каждой в отдельности из подключенных к ней группы нефтяных скважин. Существующие типы групповых измерительных уста-новок «Спутник А» и «Спутник Б» имеют следующие функциональные узлы:
− блок переключения, который по заданной программе подключает каждую скважину к измерительному блоку;
− измерительный блок, в котором измеряется дебит каждой скважины, он состоит из сепаратора и измерительного устройства (дебитомера);
− блок автоматики и управления, осуществляющий управление переключением скважин на измерение, учет работы измерительного устройства и автоматическую защиту групповой установки при аварийных режимах.
Групповая автоматизированная установка «Спутник А» предназначена для автоматического измерения дебита скважин, подключенных к групповой установке, контроля за работой скважин по подаче и автоматическому отключению их при аварийном состоянии на групповой установке. Установку
применяют при однотрубной системе сбора на нефтепромыслах Западной Сибири, Коми, Татарии, Башкирии и в других районах, имеющих низкие температуры окружающей среды. Она состоит (рис. 1.4) из многоходового переключателя 1 типа ПСМ; двух отсекателей 2 и 3 типа ОКГ, установленных на расходомерной и выкидной линиях; электрогидравлического привода ГП-1,5 для управления переключателем скважин и отсекателями; блока управления и индикации (БУИ) 12 для управления приборами, выдачи сигналов на диспетчерский пункт и учета объема измеряемой жидкости; гидроциклонного сепаратора 6 для отделения газа от измеряемой жидкости. Установка работает следующим образом.
Рис. 1.4. Схема установок «Спутник А»
Нефть из скважины поступает в многоходовой пере-ключатель, который приводится в действие гидроприводом 10. Далее по измерительному трубопроводу 5 она направляется в измерительный сепаратор 6 и затем в турбинный счетчик 8 типа ТОР-1-50. Продукция остальных скважин направляется через общий коллектор 4 в сборносепарационную емкость или в
сборный трубопровод. Программа измерения дебита скважин задается реле времени в блоке управления. Через заданные промежутки времени реле включает гидропривод, и скважины подключаются к измерителю. Подача скважин контролируется по работе измерителя с сигнализацией об аварийном состоянии через блок местной автоматики. Дебит измеряют путем кратко-временного пропуска жидкости, накопившейся в сепараторе, че-рез турбинный измеритель. Накопление жидкости в нижнем со-суде сепаратора до заданного уровня и выпуск ее до нижнего уровня осуществляются при помощи поплавкового регулятора 9, 11 и крана 7 на газовой линии. Всплывание поплавка регулятора до верхнего уровня приводит к закрытию газовой линии, вследствие чего давление в сепараторе повышается и жидкость продавливается из сепаратора через турбинный счетчик 8,установленный выше верхнего заданного уровня жидкости в сепараторе. При достижении поплавком нижнего заданного уровня открывается кран 7, давление между сепаратором и коллектором выравнивается, продавливание жидкости прекращается. Время накопления жидкости в сепараторе и число импульсных пропусков жидкости через счетчик за время измерения зависят от дебита измеряемой скважины. Время продавливание жидкости через расходомер от дебита скважины практически не зависит. Такой циклический метод измерения обеспечивает пропуск потока жидкости через счетчик всегда в турбулентном ре-жиме при узком диапазоне изменения расхода, что дает возможность измерять дебит скважин, изменяющийся в широком диапазоне. Дебит каждой скважины определяют регистрацией накапливаемых объемов жидкости, прошедших через расходомер, на индивидуальном счетчике импульсов в БУИ. Аварийное отключение скважин происходит в случае повышения или резком падении давления в коллекторе или при отключении электроэнергии. В этих случаях по сигналу датчика электроконтактного манометра блок местной автоматики отключает напряжение с соленоидного клапана гидропривода, вследствие чего поршни приводов отсекателей 2 и 3 под действием силовых пружин перекрывают трубопроводы. После ликвидации аварии и снятия сигнала аварии на блоке местной автоматики включается гидропривод и
под действием давления масла, подаваемого под поршни отекателей, последние открываются. Контроль давления осуществляется манометром 13. На установке предусмотрена возможность ручного переключения скважин к измерительному устройству. Количество отсепарированного газа измеряется по методу переменного перепада давления дифманометром. Для этой цели на выкидной газовой линии устанавливается камерная диафрагма. Устройство многоходового переключателя скважин ПСМ-1М изображено на рис. 1.5.
Рис. 1.5. Многоходовой переключатель скважин ПСМ-1М
В цилиндрическом корпусе 4 имеются трубы 6, к которым плотно присоединяются трубопроводы, подводящие продукцию от скважин. Внутри корпуса имеется полый патрубок 1, который поворачивается на определенный угол, подключаясь к трубам, идущим от скважин, и соединяет соответствующий трубопровод с трубой 8. При этом продукция подключенной скважины направляется в измерительный блок. Скважины подключаются следующим образом. При подаче масла в цилиндр управления 18 поршень 17, сжимая пружину 16, перемещает зубчатую рейку 15, которая поворачивает шестерню храповика 12, сцепленную торцовыми зубьями с храповиком 10, укрепленным шпонкой 13 на валу в корпусе 9. Этот храповик поворачивает патрубок 1 с кареткой 2 на угол между двумя вводами 6 от
скважин. При этом ролики 5 выходят из фрезерованных углублений корпуса 4 у ввода от предыдущей скважины, отжимают каретку 2 от корпуса, сжимая пружину каретки, и выводят ее уплотнение из соприкосновения с корпусом. В конце поворота ролики 5 под действием пружины каретки западают во фрезерованные уплотнения ввода следующей скважины и уплотнение каретки вновь прижимается к корпусу. Теперь жидкость от очередной скважины поступает через канал поворотного патрубка 1, проходящего через крышку 7 корпуса, в патрубок 1, по которому она направляется в измерительный блок. Жидкость от остальных скважин выходит из переключа-теля через выводной патрубок 3 в общую приемную магистраль. Ход зубчатой рейки 15 регулируется винтом 14. При повороте патрубка 1 кулачок диска 20 нажимает на микропереключатель МП-10, укрепленный на кронштейне 19 корпуса датчика поло-жения 11, и посылает сигнал о переключении скважины в блок местной автоматики. За полный поворот каретки 2 кулачковый диск 20 один раз кратковременно нажимает на второй микропереключатель и посылает сигнал в блок местной автоматики об окончании цикла измерений. После поворота патрубка 1 и перехода на измерение очередной скважины давление масла в цилиндре управления 18 снижается и поршень 17 под действием пружины 16 возвращается в первоначальное положение. Зубчатая рейка 15 вращает шестерню храповика 12 в обратном направлении. При вращении шестерни храповик с помощью торцовых зубьев выходит из зацепления и в конце хода вновь входит в зацепление, но с другими зубьями храповика 10. Гидравлические отсекатели коллекторов типа ОКГ представляют собой разгруженный клапан с пружиной и поршневым гидравлическим приводом. Они предназначены для перекрытия коллекторов при аварийном состоянии оборудования групповых установок. Для открытия отсекателя масло под давлением подается под поршень силового цилиндра. Для закрытия клапана полость под поршнем сообщается с масляным баком гидропривода, масло стекает — и сжатая пружина закрывает клапан.
Гидравлический привод ГП-1 (рис. 1.6) предназначен для управления переключателем скважин ПСМ-1М и привода ава-
рийных отсекателей коллекторов ОКГ в замернопереключающих установках.
Рис. 1.6. Гидравлический привод ГП-1
Реле времени, установленное в блоке местной автоматики, по заданной программе включает электродвигатель гидропривода, и насос 2 подает масло под давлением одновре-менно по двум направлениям: к силовому цилиндру переключа-теля скважин ПСМ-1М и через обратный клапан 3 к силовым цилиндрам отсекателей коллекторов. При этом переключатель ПСМ-1М, поворачиваясь, подключает очередную скважину к из-мерительному блоку. После отключения электродвигателя масло из силового цилиндра переключателя ПСМ-1М вытесняется через насос в масляный бак 1; система подготовлена к следующему переключению скважин. Масло, поступившее в силовые цилиндры отсекателей, удерживается в них обратным клапаном 3, и под поршнем привода отсекателя сохраняется давление, удерживающее отсекатели в открытом состоянии. Отсекатели закрываются по команде блока местной автоматики снятием напряжения с соленоидного клапана 4, который при этом переключается и открывает путь маслу, выжимаемому поршнями из силовых цилиндров отсекателей через соленоидный клапан 4 в масляный бак 1.
Автоматизированная групповая измерительная установка «Спутник Б», в отличие от рассмотренной установки «Спутник А», предназначена не только для измерения дебита жидкости, но и для определения содержания
воды и газа в продукции скважин. Конструкцией установки предусмотрены устройства для подачи деэмульгаторов в нефтяной потолок. Установка «Спутник Б» выпускается в двух модификациях: «Спутник Б-40-14/400» на 14 скважин и «Спутник Б-40-24/400» на 24 скважины (рис. 1.7). Продукция от скважин по линиям 1 поступает в многоходовой переключатель 3, откуда от каждой скважины по заданной программе она направляется в измерительный сепаратор 5, где отделяется от нефти. Продукция всех остальных скважин поступает в сборный коллектор. Выделившийся в сепараторе газ измеряется газовым счетчиком 7 и направляется в сборный коллектор. Часть газа отбирается для питания пневматических регулирующих устройств, в частности газораспределительного устройства 9. Давление газа в сепараторе поддерживается на заданном уровне регулятором 6, уровень — регулятором 8. Жидкость из подключенной на измерение скважины скапливается в нижней части сепаратора и избыточным давлением, поддерживаемым регулятором 6, продавливается через счетчик 10, датчик влагомера 12 и клапан 11 в общий коллектор. Дебит подключенной скважины определяется по кратковременным пропускам через турбинный счетчик ТОР накапливающейся в сепараторе жидкости. Данные об объеме жидкости, газа и влагосодержании в виде электрических сигналов поступают в электронный блок, откуда они передаются на диспетчерский пункт. Автоматическая подача деэмульгатора из емкости 13 в общий коллектор осуществляется насосом-дозатором 14 типа НД-0.5Р-10/100. Для приема депарафинизационных шаров, перемещающихся потоком жидкости от каждой скважины, пред-усмотрено устройство 2. Если по какой-либо причине в течение длительного промежутка времени скважина не будет подавать нефть, на счетчике в блоке местной автоматики не будет заре-гистрировано ни одного цикла с блока местной автоматики (БМА) и будет подан аварийный сигнал. Таким образом, работа отдельных скважин контролируется без специальных датчиков подачи. Недостатком такого способа является то, что работа скважины контролируется не постоянно, а периодически, только во время подключения ее к измерительному блоку. При понижении и превышении допустимых пределов давления в рабочем
коллекторе отсекающие клапаны 4 по импульсу с БМА перекроют измерительный и рабочий трубопроводы. Одновре-менно от электроконтактного манометра 15 в блок автоматики поступает сигнал. При этом обесточится пилотный клапан гид-ропривода 16 и отсекающие клапаны под действием пружины перекроют измерительный и рабочий трубопроводы. Давление в подводящих к установке трубопроводах повысится, и скважины будут автоматически остановлены: фонтанные – при помощи отсекателей, установленных на выкидной линии, механи-зированные – отключением электропривода.
Системой автоматизации установки предусмотрена сигнали-зация на диспетчерский пункт (ДП) в случае следующих ава-рийных ситуаций: остановки или отсутствия подачи скважин, отключения электроэнергии, неисправности в системе измерения дебитов скважин.
Примененный в установках «Спутник А» и «Спутник Б» импульсный метод измерения дебита
скважин, заключающийся в накоплении жидкости в сепараторе до заданного уровня и импульсном продавливании ее через турбинный расходомер,
Рис.1.8.Измерительныйсепаратор обеспечивает работу последнего в одном
режиме независимо от дебита скважины в большом диапазоне (20 – 400 м3/сут) одним прибором, рассчитанным на максимальный предел измерения. Работа измерительного сепаратора изображена на рис. 1.8. Газонефтяная смесь по трубе 1 поступает в сепаратор 2. Пусть в начальный момент жидкость в сепараторе находится на уровне hн, клапан 4 открыт, и газ, выделившийся в сепараторе, по газовой линии 3 поступает в выкидной коллектор 6. Жидкость из-за наличия гидрозатвора 7 не поступает в выкидной коллектор 6, а накапливается в сепараторе 2. Происходит цикл наполнения. При достижении уровня hв поплавок 9 регулятора закрывает газовый клапан 4, давление газа в сепараторе увеличивается вследствие поступающего с жидкостью газа и жидкость из сепаратора проходит через трубу 8 и продавливается через счетчик 5. При снижении уровня жидкости до hн открывается газовый клапан и цикл слива прекращается.
Скорость слива, а следовательно, и частота вращения турбинки счетчика пропорциональны объему газа, поступающего в
сепаратор в процессе слива. Постоянство частоты вращения турбинки зависит от постоянства дебита скважины по газу, постоянства давления в сепараторе. Последнее условие может быть выполнено применением в установке регулятора давления газа. В выпускаемых в последнее время групповых измерительных установках «Спутник AM» установлены на газовой линии регуляторы перепада давления. Это обеспечи-вает постоянную скорость прохождения жидкости через турбинку счетчика.
Схема применяемого в установке измерителя дебита – турбинного счетчика ТОР изображена на рис. 1.9.
Жидкость проходит через входной патрубок 1, обтекатель 2 и вращает крыльчатку 3. Вращение крыльчатки через собранный на основании 6 понижающий редуктор 5 и магнитную муфту 7 передается на механизм 9 местного отсчета. Жидкость, пройдя крыльчатку, отражается экраном 4 и выходит из корпуса через патрубок 12. Корректировка показаний прибора при поверке осуществляется корректором 11, управление которым вынесено наружу
|
электромагнитным или индукционным преобразователем. Электромагнитный датчик построен на принципе магнитоуправляемых нормально разомкнутых контактов, которые, замыкаясь, выдают электрический сигнал, когда по-стоянные магниты, закрепленные на диске 10, проходят мимо контактов электромагнитного датчика 8. Магнитоиндукционный
преобразователь представляет собой генератор, имеющий постоянный магнит, сердечник и обмотку. Частотные сигналы в этом преобразователе возникают в результате прохождения крыльчатки мимо сердечника. Турбинные счетчики ТОР выпускаются трех типоразмеров от 3 до 75 м3/ч. Относительная погрешность ±2,5 % от предела измерения. Рабочее давление 6,4 МПа. Питание электромагнитного преобразователя постоянным током 3,8 МА напряжением 35 В. Блок питания установки подключается к переменному току напряжением 220 В, частотой 50 Гц.
1.5. Автоматизированные сепарационные установки
Газоводонефтяная смесь, как это было показано в типовой технологической схеме автоматизированного нефтедобывающего предприятия, после измерения дебита на групповых измерительных установках поступает в сепарационные установки, где нефть отделяется от газа и частично от воды. Это разделение осуществляется для получения нефтяного газа, используемого как топливо или как химическое сырье; уменьшения перемешивания нефтегазового потока и снижения возможности образования нефтяных эмульсий; уменьшения пульсации давления при транспортировании нефтегазоводяной смеси по сборным коллекторам до дожимной насосной станции (ДНС) или установки подготовки нефти (УПН).
Качество сепаратора характеризуется минимальным диаметром капель жидкости, задерживаемых в сепараторе; максимально допустимым значением средней скорости газового потока в свободном сечении или в каплеуловительной секции сепаратора и временем пребывания жидкой фазы в сепараторе, за которое происходит допустимое отделение свободного газа от жидкости. Значение удельного уноса капельной жидкости не должно превышать 50 см3 на 1000 м3 газа, в то время как удельный унос свободного газа потоком жидкости в сепараторе рекомендуется принимать равным 200 л на 1 м3 жидкости.
Эффективной конструкцией сепаратора принято считать такую, которая при высокой степени очистки газа и жидкости и
значительной производительности имеет меньшую металлоемкость и дешевле в изготовлении. Эффективная очистка газа от капельной жидкости и жидкости от пузырьков газа происходит в таких сепараторах при больших скоростях движения жидкости и газа.
Эффективным высокопроизводительным сепаратором является гидроциклонный двухъемкостный сепаратор, разработанный в институте Гипровостокнефть (рис. 1.10), который применяется как на сепарационных установках, так и на групповых измерительных установках типа «Спутник А»и «Спутник Б».
Рис. 1.10. Схема гидроциклонного двухъемкостного сепаратора:
1– отвод газа; 2 – жалюзийная насадка; 3 – перфорированные сетки для улавливания капельной жидкости; 4 – верхняя емкость сепаратора;
5 – направляющий патрубок;6 – тангенциальный ввод газонефтяной смеси; 7 – головка гидроциклона; 8 – отбойный козырек газа; 9 – направляющая полка; 10 – перегородка; 11 – исполнительный механизм; 12 – уголковые разбрызгиватели; 13 – дренажная трубка; 14 – нижняя емкость гидроциклона; 15 – лоток
Нефтегазовая смесь поступает в гидроциклонную головку 7, в которой под действием центробежных сил она разделяется на нефть и газ. Далее нефть и газ движутся раздельно и поступают в верхнюю емкость 4. Нефть по сливному лотку 9 направляется на разбрызгиватели 12 и далее по лотку 15 и дренажной трубе 13 стекает в нижнюю емкость 14. Газ проходит через
перфорированные сетки 3 для улавливания капельной жидкости, жалюзи 2 и выходит из сепаратора в газовую линию через патрубок 1. Для успокоения колебаний жидкости в нижней емкости предусмотрена перегородка 10. Регулирование уровня обеспечивается регулятором 11. Отсепарированная нефть посту-пает в нефтяной коллектор через патрубок.
Приведенный гидроциклонный сепаратор используется в автоматизированных блочных сепарационных установках СУ-2. Установки СУ-2, предназначенные для первичной сепарации нефти, выпускаются трех типоразмеров: СУ2-750, СУ2-1500 и СУ2-3000 и имеют производительность соответственно 750, 1500 и 3