Анализ и перспективы внедрения замерной установки на базе конусного сепаратора

Введение

Замерные установки являются неотъемлемой частью скважинной инфраструктуры при эксплуатации нефтегазовых месторождений. Их основное назначение – обеспечение достоверного учёта объёмов добываемой жидкости, газа и нефти и воды. За последние десятилетия мало, что изменилось в измерении дебита скважины. В основном на нефтепромыслах используют горизонтальные гравитационные сепараторы, что накладывает ограничения по габаритам, времени разделения и устойчивости фазового фронта.

Обзор применяемых технологий

На производстве используются следующие типы замерных установок:

• С горизонтальным сепаратором – классическая схема с отстаиванием;
• СКЖ – счетчик количества жидкости;
• С компактным сепаратором + мультифазным расходомером.

Большое распространение получили замерные установки с классическим сепаратором – это АГЗУ «ОЗНА-Массомер», «Спутник», АСМА и т. д. У них технология измерения отличается лишь количеством подключаемых скважин, применением средств измерения расхода. В основном эти установки сепарируют на 2 фазы жидкость-газ и соответственно расход нефти не измеряется.

Достаточно широкое распространение на нефтяных промыслах получили счетчики для измерения дебита скважин типа СКЖ, разработанные НПО «НТЭС» (Татарстан).

В последнее время развитие получили замерные установки, с компактным сепаратором или без сепарации, основанные на мультифазном расходомере – это «ОЗНА-VX», «Мультимасс» и др. Технология измерения производится с помощью измерения расхода мультифазным расходомером, принцип измерения которого основан на спектральном анализе потока жидкости.

Проблемы традиционных схем

Горизонтальные сепараторы требуют значительных площадей размещения, из-за того, что имеют более габаритные размеры относительно конусных сепараторов. Время цикла больше, полное разделение фаз может занимать от 30 до 60 минут. При наличии эмульсий разделение ухудшается, требуется дополнительная обработка. Также, нестабильные расходы приводят к сбоям в замере.

СКЖ измеряет только дебит скважины, имеет движущую часть и не производит измерения 3-х фаз.

Замерные установки на базе мультифазного расходомера стоят дороже, также в ходе эксплуатации требуется периодическое обслуживание и калибровка производителем, соответственно высокие эксплуатационные затраты.

Принцип работы

Смесь нефти, газа и воды поступает в конусный сепаратор через тангенциальный патрубок.

Поток закручивается, создавая вихрь.

Под действием центробежной силы:

• вода отбрасывается к стенкам и оседает в конус;
• нефть собирается в средней части;
• газ отделяется в верхней части;
• с помощью уровнемера и регуляторов поддерживается уровень фаз;
• с помощью датчика и регулятора давления поддерживается давление газа в сепараторе;
• на выходе газа устанавливаются каплеуловители.

Далее по каждой фазе снимаются измерения расхода и физико-химических характеристик.

Потенциал конусных сепараторов

Конусный трёхфазный сепаратор имеет ряд очевидных преимуществ:

• вертикальная компоновка – экономия площади;
• центробежная сила ускоряет разделение фаз;
• совместимость с современными датчиками уровня, плотности и расхода;
• возможность установки на транспортное средство, при этом более полное разделение за короткий срок.

Однако, несмотря на это, в отечественной практике отсутствуют серийные модели замерных установок на базе конусных сепараторов, нет нормированных методик поверки таких установок.

Также, необходимо отметить, что разработанные технологии можно применить в другой промышленности. К примеру, можно применить в пищевой промышленности, химической и газовой промышленности.

Перспективы развития

Для перехода к использованию конусных замерных установок необходимо следующее:

• Проведение НИР с CFD-моделированием;
• Разработка прототипа замерной установки с конусным сепаратором;
• Проведение исследования измерений на прототипе;
• Выявить закономерность геометрических размеров сепаратора;
• Добавить дополнительные меры и конструкции для более полного разделения фаз;
• Разработка модульной линейки сепараторов под разные дебиты (5–100 м³/сут) с возможностью удобной транспортировки.

Заключение

Современные замерные установки испытывают архитектурные и технологические ограничения, связанные с использованием гравитационных методов сепарации. Замерные мультифазные расходомеры дорогие в производстве и в эксплуатации. Конусные трёхфазные сепараторы, несмотря на доказанную эффективность в других отраслях, практически не внедряются в нефтегазовой сфере. Это создаёт нишу для развития новых компактных, высокоточных систем учёта, особенно в условиях ограниченного пространства и высокой насыщенности площадок. Рекомендуется проведение комплексной НИР и разработка типовых решений для серийного внедрения.