ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА НЕФТИ И КОЛИЧЕСТВА СВОБОДНОГО ГАЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СХЕМЫ УЗЛА УЧЕТА НЕФТИ (УУН) И ТРУБОПОРШНЕВОЙ ПОВЕРОЧНОЙ УСТАНОВКИ (ТПУ)

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к конструкциям узла учета нефти и трубопоршневой поверочной установки.
В состав узлов учета нефти входит комплекс контрольно-измерительного оборудования, в том числе измерительные линии для измерения количества и определения качества нефти.
Так, известна измерительная линия узла учета нефти [кн. А.Ш.Фатхутдинов и др. "Автоматизированный учет нефти и нефтепродуктов при добыче, транспорте и переработке". М.: 2002 г., с.14-15]. Данная измерительная линия входит в блок измерительных линий и содержит участок трубопровода, на входе и выходе которого установлены задвижки, позволяющие включать измерительную линию в работу. На участке трубопровода установлено устройство для измерения расхода текучей среды.
Указанная измерительная линия позволяет определять расход нефти. Однако, поскольку расход нефти определяется без учета доли свободного газа в ней, невозможно обеспечить высокую точность измерения расхода при наличии свободного газа в нефти.
Наиболее близким к предложенному является техническое решение, приведенное в патенте РФ на полезную модель №35008, опуб. 20.12.2003, которое позволяет повысить точность измерения расхода нефти за счет учета содержания в ней свободного газа.
В измерительной линии узла учета нефти, включающей рабочий участок трубопровода, на входе и выходе которого установлены задвижки, размещено средство для измерения расхода контролируемой среды и средство для измерения
доли свободного газа. При этом на рабочем участке трубопровода установлены узел подачи в измерительную линию газа, а также задвижка, соединяющая измерительную линию со сливным трубопроводом.
Включение в измерительную линию средства для измерения свободного газа позволяет на основании его показаний корректировать показания средства для измерения расхода контролируемой среды.
Наличие на участке трубопровода узла подачи в измерительную линию газа, и задвижки, соединяющей измерительную линию со сливным трубопроводом, обеспечивает возможность оперативной градуировки средства для измерения доли свободного газа непосредственно в измерительной линии.
Для повышения точности корректировки показаний средства для измерения расхода контролируемой среды по показаниям средства для измерения доли свободного газа контрольную измерительную линию авторы полезной модели предлагают оснастить также как и рабочую измерительную линию, т.е. установить контрольное средство для измерения расхода контролируемой среды, средство для измерения доли свободного газа, узел подачи в контрольный участок трубопровода газа, а также задвижку, соединяющую контрольный участок трубопровода со сливным трубопроводом. Для установления градуировочной зависимости разности расходов счетчиков от доли свободного газа с целью установления поправочного коэффициента к показанию турбинного преобразователя расхода (ТПР) в зависимости от доли свободного, газа, предлагают подавать в поток газ (воздух) от компрессора через вантуз фильтра контрольной измерительной линии.
В качестве средства для измерения расхода контролируемой среды в измерительной линии может быть использован массовый или объемный расходомер, например, турбинный преобразователь расхода, ультразвуковой расходомер, кориолисовый массовый расходомер.
В качестве средства для измерения доли свободною газа в заявляемой измерительной линии может быть использован измеритель, работа которого основана на радиоизотопном методе измерения плотности (см., например, патент RU 2141640).
Однако данная схема испытания с закачкой воздуха через фильтр контрольной
измерительной линии узла учета нефти (УУН) приводит к нарушению достоверности товарно-коммерческих операций между принимающей и сдающей нефть сторонами во время испытания, кроме того, смесь нефти и воздуха откачивается в магистральный нефтепровод, что нежелательно. Кроме того, близкое расположение точки подключения воздуха (газа) к прибору измерения содержания свободного газа ухудшают условия работы прибора. Дело в том, что для обеспечения достоверной работы прибора необходимо измерять плотность жидкости без содержания свободного газа, а для этого требуется нахождение моментов времени, когда отсутствует свободный газ в контролируемой хорде трубы при просвечивании узким пучком излучения изотопа в период заданного времени накопления данных и их обработки. Опыты показали, что нахождение таких моментов времени прибором обеспечивается при расположении компрессора на расстоянии 100 и более метров от места установки прибора измерения содержания свободного газа в нефти.
Известное решение, описанное в патенте №35008, для повышения точности определения поправки, вносимой в показание ТПР для определения расхода контролируемой среды в зависимости от доли свободного газа, с помощью дополнительного оснащения контрольной измерительной линии прибором-радиоизотопным измерителем свободного газа в нефти (РИСГН) и узлом подключения газа имеет недостаток в силу того, что место подключения узла подачи газа находится близко к прибору РИСГН и в результате не достигается желаемый результат (в этих условиях не обеспечивается достоверность измерения свободного газа прибором).
Поэтому схема по данной полезной модели годится для градуировки прибора и для корректировки показания расходомера на свободный газ в первом приближении, а для испытания с целью определения поправочной зависимости, вносимой в показание ТПР для повышения точности измерения расхода жидкости в зависимости от содержания свободного газа не приемлема.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в повышении достоверности измерения расхода нефти с помощью турбинного преобразователя расхода (ТПР) путем более точного установления
поправочной зависимости на содержание свободного газа, и в то же время, обеспечением выполнения экспериментальных работ по закачке газа для воспроизведения содержания свободного газа в потоке без влияния на достоверность учета откачиваемой нефти из НПС на приемо-сдаточном пункте между принимающей и сдающей нефть сторонами.
Технический результат достигается тем, что в испытательном стенде средств измерений расхода нефти и количества свободного газа, содержащем рабочую и контрольную измерительные линии узла учета нефти, на каждой из которых установлено средство измерения расхода и перед ним по потоку узел подачи газа и узел слива нефти и, по меньшей мере, на одной из них перед средством измерения расхода по потоку установлено средство для измерения доли свободного газа, а также узел подкачки воздуха, включающий компрессор, согласно изобретению к рабочей и измерительной линиям подключена посредством трубопровода сменная измерительная линия трубопоршневой поверочной установки (ТПУ), предназначенная для установки градуируемых средства измерения расхода и средства для измерения содержания свободного газа, и сама трубопоршневая поверочная установка. Предпочтительно, чтобы узел подкачки воздуха был соединен с указанным трубопроводом на расстоянии не менее 100 м от сменной измерительной линии ТПУ, обеспечивающем надежную работу средства для измерения доли свободного газа.
Кроме того, система может быть снабжена приборами, установленными на сменной измерительной линии и на рабочей и/ или контрольной измерительной линии, позволяющими методом сканирования по хордам поперечного сечения трубопровода изучить распределение параметров потока, например, свободного газа, плотности и других параметров, по сечению трубы.
Для обеспечения требуемой точности определения поправки, вносимой в показание измерителя расхода (ТПР) в зависимости от доли свободного газа в потоке, авторы предлагают создать испытательный стенд на базе существующей схемы узла учета нефти (УУН): блока измерительных линий (БИЛ), блока измерения качества (БИК), системы обработки информации (СОИ), трубопоршневой поверочной установки (ТПУ), используемой для поверки и
контроля метрологических характеристик (КМХ) турбинных преобразователей расхода (ТПР).
В качестве средства для измерения расхода контролируемой среды в измерительной линии может быть использован массовый или объемный расходомер, например, турбинный преобразователь расхода (ТПР), ультразвуковой расходомер или кориолисовый массовый расходомер. В качестве средства для измерения доли свободною газа в измерительной линии может быть использован измеритель, работа которого основана на радиоизотопном методе измерения плотности (см., например, патент RU 2141640). Испытательный стенд состоит: из измерительных рабочих и контрольных линий УУН с установленными на них средствами измерения расхода нефти и свободного газа и соответствующей запорной арматуры и контрольно-измерительных приборов; резервуаров без понтона для подачи нефти на стенд и для приема смеси нефти с воздухом после стенда; подпорной насосной НПС; сменной измерительной линии с установленными испытуемыми средством измерения расхода нефти и прибора измерения содержания свободного газа при трубопоршневой поверочной установке; трубопоршневой поверочной установки (ТПУ); компрессора; счетчика - расходомера газа; технологических трубопроводов для перекачки нефти и для подачи газа. Поскольку сменная измерительная линия ТПУ находится на удалении от УУН на расстоянии более 100 метров, а подачу газа (воздуха) можно осуществить от компрессора на участке трубопровода между УУН и ТПУ не ближе 100 метров к сменной измерительной линии ТПУ, то обеспечиваются хорошие условия для работы прибора, установленного для испытания на сменной измерительной линии ТПУ.
На фиг.1 представлена технологическая схема заявляемой системы измерения расхода нефти.
1
2
Предложенная система содержит рабочую измерительную линию 1, контрольную измерительную линию 14, сменную измерительную линию 25, трубопоршневую установку 40, резервуары P и P, узел подачи воздуха, насосное оборудование (на схеме не показано).
Рабочая измерительная линия 1, включает участок трубопровода, на входе которого установлена задвижка 2, а на выходе - задвижка 3, которые предназначены
для включения измерительной линии в работу и выключения ее. На участке 1 трубопровода размещено средство 4 для измерения расхода контролируемой среды. Перед средством 4 для измерения расхода контролируемой среды установлено средство 5 для измерения доли свободного газа. На участке 1 трубопровода перед средством 5 для измерения доли свободного газа размещен узел подачи в рабочий участок 1 трубопровода газа, представляющий собой вентиль 6, который соединяет участок 1 трубопровода или с атмосферой, или с трубопроводом 7, подключенным к источнику газа, например, к компрессору (на чертеже не показан). На участке 1 трубопровода установлена задвижка 8, соединяющая участок 1 трубопровода со сливным трубопроводом 9. На участке 1 трубопровода также имеется переходник 10, предназначенный для согласования диаметра участка 1 трубопровода с диаметром входного трубопровода 11. Кроме того, перед вентилем 6 и задвижкой 8 и перед средством 5 для измерения доли свободного газа на участие трубопровода 1 установлен фильтр 12 твердых частиц, одновременно выполняющий функцию смесителя газа и жидкости. Выход участка 1 трубопровода соединен с выходным трубопроводом 13 УУН.
Контрольная измерительная линия 14 содержит участок трубопровода, вход которого расположен перед задвижкой 3; а выход соединен с выходным трубопроводом 13. На данном участке трубопровода установлены: контрольное средство 15 для измерения расхода контролируемой среды, а также средство 16 для измерения доли свободного газа. На участке 14 трубопровода перед средством 16 для измерения доли свободного газа размещен узел подачи в контрольный участок 14 трубопровода газа, представляющий собой вентиль 17, который соединяет участок 14 трубопровода или с атмосферой, или с трубопроводом 18, подключенным к источнику газа, например, к компрессору (на чертеже не показан). На участке 14 трубопровода установлена задвижка 19, соединяющая участок 14 трубопровода со сливным трубопроводом 20. На участке 14 трубопровода также имеется переходник 21. Кроме того, после вентиля 17 задвижки 19 и перед средством 16 для измерения доли свободного газа на участке 1 трубопровода 14 установлен фильтр 22 твердых частиц, одновременно выполняющий функцию смесителя газа и жидкости. На входе и выходе участка 14 трубопровода
соответственно расположены задвижки 23 и 24.
Сменная измерительная линия содержит участок трубопровода 25, размещенный между фланцами с соответствующими переходниками 41 и 42. На данном участке трубопровода установлены испытываемые средства измерения расхода нефти 28 и прибор измерения содержания свободного газа 27, также для исследования может устанавливаться радиоизотопный прибор «Фактор» 26. Прибор «Фактор» позволяет методом сканирования по хордам поперечного сечения трубопровода изучить распределение свободного газа и других параметров (например плотности) по сечению трубы.
Трубопоршневая установка (ТПУ) 40 предназначена для поверки средств измерения расхода 4, 15, 28 и периодического контроля их метрологических характеристок (КМХ). ТПУ содержит калиброванный участок трубы с известным геометрическим объемом. Путем пропуска по калиброванному участку ТПУ в потоке нефти специального шара, движущегося со средней скоростью потока, и регистрации за это время прохождения шара числа импульсов ТПР(число импульсов ТПР пропорционально частоте вращения ротора ТПР, а, в свою очередь, частота вращения ротора ТПР пропорциональна средней скорости потока) проводится градуировка и поверка ТПР по специальной методике.
Подготовка к испытаниям средств измерений расхода и свободного газа с помощью стенда производится следующим образом. Готовится технологическая схема для внутристанционной перекачки нефти для возможности подачи нефти из резервуара Р1 или Р2 с отстоянной нефтью через рабочую измерительную линию 1 УУН, которая отключается из товарно-коммерческого учета, далее поток направляется через контрольную измерительную линию 14 УУН и сменную измерительную линию 25 к ТПУ 40, после которого поток нефти возвращается в резервуар без понтона 41 или 42. Испытуемый прибор 27 для измерения содержания свободного газа, например РИСГН-1 (радиоизотопный измеритель свободного газа в нефти), и ТПР 28 устанавливаются на сменной измерительной линии 25 ТПУ. Сменная измерительная линия 25 ТПУ может изготавливаться на разные типоразмеры измерительных средств: ТПР, РИСГН-1.
Градуировка РИСГН-1 на сменной линии ТПУ производится аналогично
описанной в патенте №35008 процедуре градуировки прибора на рабочей или контрольной измерительной линиях, т.е., осуществляя 100%-ое заполнение участка трубопровода сменной измерительной линии 25 свободным газом с помощью вентиля 29. 100%-ое заполнение этого участка трубопровода свободной от газа нефтью, осуществляется по приведенной схеме из резервуаров 41 или 42, и заполнение участка трубопровода линии 25 нефтью с фиксированной долей свободного газа, используя для этого вентиль 29 и задвижку 30, установленную в сливном трубопроводе 31. Для воспроизведения потока нефти с содержанием свободного газа согласно предлагаемому техническому решению предлагается к существующей технологической схеме УУН выполнить дополнительную обвязку узла подкачки воздуха с помощью компрессора. Узел подкачки воздуха содержит компрессор 32, манометр 34, термокарман с термометром 35, расходомер-счетчик газа 36, обратный клапан 38, запорные арматуры 37, 39. Расходомер-счетчик газа 36 устанавливается для ориентировочной оценки количества закачиваемого газа.
Испытания для определения поправочной зависимости, вносимой в показание ТПР, производят следующим образом. Испытуемый РИСГН-1 27 и ТПР 28 устанавливают на сменной измерительной линии 25 ТПУ.
На первом этапе поток нефти последовательно пропускают по одной из измерительных линий УУН, предварительно отключив из товарно-коммерческих операций, через контрольную измерительную линию 14, через сменную измерительную линию 25 ТПУ, через ТПУ 40 и далее поток направляется в один из резервуаров 41 или 42 без понтона.
При установившемся режиме перекачки регистрируются в одно и то же время показание расходомеров ТПР 4 и 28, показания приборов РИСГН-1 5 и 27, установленных на рабочей измерительной линии 1 УУН и на сменной измерительной линии 25 ТПУ соответственно, давление и температура потока нефти на измерительных линиях. Также регистрируется кинематическая вязкость и плотность перекачиваемой нефти в БИК. В режиме контроля метрологических характеристик ТПР по ТПУ по пяти циклам запуска шара определяется средняя производительность потока по ТПУ.
На втором этапе на участке от УУН до ТПУ не ближе 100 м от сменной
измерительной линии 25 ТПУ закачивается от компрессора 32 воздух. Расход закачиваемого воздуха компрессором 32 регулируется, ориентируясь на показание расходомера-счетчика газа 36. При установившемся режиме регистрируется показание ТПР 4 (мгновенный расход, объем учтенной нефти за заданное время) на измерительной линии 1 или 14 УУН, показание ТПР 28, установленного на сменной измерительной линии 25 ТПУ, и среднее показание РИСГН-1 27 за время испытания на одном установившемся режиме. Отсутствие свободного газа в потоке перекачиваемой нефти из резервуара с отстоянной нефтью контролируется с помощью прибора РИСГН-1 5. В режиме контроля метрологических характеристик ТПР путем запуска шара по калиброванному участку трубы трубопоршневой установки 40 определяем производительность смеси нефти с воздухом по ТПУ 40. По пяти циклам запуска шара определяется среднее значение расхода смеси нефти с воздухом по ТПУ 40. Аналогичная процедура повторяется для различных режимов закачки газа, т.е. при различных значениях газосодержания в потоке нефти.
На третьем этапе эксперимента прекращается закачка воздуха компрессором 32. При установившемся режиме регистрируются такие же показатели, как и на первом этапе эксперимента.
Обработка результатов испытания.
Определение поправки, вносимой в показания средства 4 для определения расхода контролируемой среды в зависимости от доли свободного газа в нефти, проводят следующим образом.
Все значения измеренных параметров при испытании приводят к условиям работы сменной измерительной линии 25 по давлению и по температуре.
Определяют разность в показаниях средства 28 и средства 4 для измерения расхода, соответственно, на линии 1 и на сменной измерительной линии 25 ТПУ при данном значении доли свободного газа в нефти, содержащийся в потоке нефти, перекачиваемой через линию 25. Осуществляют ряд измерений доли свободного газа и расхода нефти на линии 25 для ряда значений доли свободного газа в нефти, протекающей через линию 25. При этом каждый раз определяют разность в показаниях средства 28 и средства 4 для измерения расхода нефти при
соответствующем фиксированном значении доли свободного газа в нефти, протекающей через линию 25. По полученным данным строят поправочную зависимость, связывающую разность между показаниями расхода контролируемой среды, измеренного средством 4 и средством 28, с величиной доли свободного газа, измеренной прибором 27, в контролируемой среде для данного значения расхода.
Определяют значение расхода контролируемой среды с помощью средства 4, при известном значении доли свободного газа в ней, измеренной средством 5. осуществляют корректировку значения расхода с учетом определенной с помощью сменной измерительной линии 25 поправочной зависимости.
Для проверки работоспособности прибора РИСГН-1 можно определить содержание свободного газа по результатам измерений объема нефти по ТПР контрольной (рабочей) измерительной линии 1 (14) и объема нефтегазовой смеси по ТПУ 40 за время прохождения поршня от одного детектора ТПУ 40 до другого.
п
где φ - объемное газосодержание, %, определенное РИСГН, и по показаниям ТПР и ТПУ, соответственно;
Н
3
v - объем нефти, прошедший через ТПР контрольной (рабочей) линии за время прохождения поршня от одного детектора ТПУ до другого, м;
cм
3
V - объем нефтегазовой смеси в ТПУ 40, за время прохождения поршня от одного детектора ТПУ до другого м.
Н
3
Q- расход нефти, прошедшей через ТПР контрольной (рабочей) линии, м/ч;
cм
3
Q - расход нефтегазовой смеси через ТПУ 40, м/ч.
п
Определяется отклонение Δ, %, между значением объемного газосодержания в нефтегазовой смеси φ, определенным РИСГН, и значением φ, определенным по показаниям ТПР контрольной (рабочей) измерительной линии и ТПУ.
Если отклонение Δ находится в пределах допустимой погрешности, то прибор РИСГН-1-считается выдержавшим испытание и подтвердившим свои метрологические характеристики.
Для более углубленного исследования потока нефти с содержанием свободного газа дополнительно рабочую (контрольную) измерительную линию 1 (14) УУН и сменную измерительную линию 25 можно оснастить прибором Фактор 41, 26 (см. авт.свид. СССР №1022002, публ. 1983 г.), работа которого основана на изотопном методе. Прибор Фактор позволяет методом сканирования по хордам поперечного сечения трубопровода изучить распределение, свободного газа и других параметров (например, плотности) по сечению трубы.
Для проведения вышеприведенных исследований с помощью испытательного стенда все средства измерения, входящие в состав его, должны быть метрологически аттестованы и в целом испытательный стенд должен быть аттестован в качестве средства измерения.