УСТАНОВКА ДОЗИРОВАНИЯ РЕАГЕНТА
REAGENT DOSING UNIT

Установка дозирования реагента относится к устройствам контроля и управления процессами транспортировки, подготовки и переработки продукции нефтегазодобывающих скважин и может быть использовано в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности, где требуется автоматизировать процесс смешения добавления в многофазные среды химических реагентов (деэмульгаторов, ингибиторов коррозии, ингибиторов АСПО и т.д).
Из уровня техники, патент РФ №93495 с приоритетом от 18.01.2010 г., МПК F17D 3/12, известно автоматическое устройство дозирования реагентов, состоящее из установленного на трубопроводе расходомера, электрически связанного с контроллером, насоса-дозатора, производящего дозирование реагента в трубопровод, электрически связанного с контроллером, датчика давления, установленного на трубопровод, электрически связанного с контроллером, при этом на трубопроводе установлен электрохимический датчик, электрически связанный с контроллером. Область применения данного устройства распространяется на теплотехнические и гидравлические системы подачи воды. Алгоритм завязан на определении свойств воды и подборе необходимого расхода ингибитора коррозии. При этом определение основных свойств продукции нефтегазодобывающих скважин, а также изменение скорости реакций в зависимости от температуры потока и окружающей среды в данном алгоритме не заложено, поэтому технология не может быть применена для подачи деэмульгаторов, ингибиторов коррозии, поглотителей сероводорода и т.д. при промышленной транспортировке, подготовке и переработке продукции нефтяных скважин.
Из уровня техники патент РФ №170785, с приоритетом от 24.08.2016 г., МПК F17D 3/12, известно устройство дозирования реагента в трубопровод, состоящее из установленного на трубопроводе расходомера, электрически связанного с контроллером, насоса-дозатора, снабженного входным и выходным шлангами, производящего дозирование реагента в трубопровод, электрически связанного с контроллером, при этом на трубопровод после точки ввода реагента установлен электрохимический датчик, электрически связанный с контроллером. Область применения данного устройства распространяется на теплотехнические и гидравлические системы (паровые и водогрейные котлы, бойлеры, тепловые сети и системы горячего водоснабжения).
Недостатком данной технологии является то, что электрохимический датчик контролирующий состав обрабатываемой среды расположен после точки ввода реагента, что сводит работу устройства не к предотвращению осложнений, а к борьбе с их последствиями, кроме того состав приборов устройства не позволяет его использовать в процессах транспортировки, подготовки и переработки продукции нефтегазодобывающих скважин.
Из уровня техники патент РФ 78516, с приоритетом от 02.06.2008 г. МПК Е21В 37/06 известна система автоматического регулирования подачи жидких химических реагентов в продуктопровод, включающая насос-дозатор с электродвигателем, емкость с химическим регентом, расходомер с унифицированным электрическим выходом, систему гидравлики, соединяющую посредством трубопроводов насос-дозатор с емкостью и продуктопроводом. С целью возможности регулирования расхода жидкого химического реагента использован частотный регулируемый электропривод плунжерного насоса-дозатора. Частота оборотов электродвигателя зависит от мгновенного расхода жидкости, проходящей через расходомер, а в емкости для химического реагента установлен датчик гидростатического давления (уровнемер). В электрическую схему подключен контроллер с возможностью передачи информации по радиоканалу на пульт диспетчера о текущем расходе перекачиваемой жидкости и об изменяющемся количестве химического реагента в емкости.
Недостатком данной системы является отсутствие контроля соотношения нефти и воды в продукции нефтегазодобывающих скважин, а так же ее температуры, кроме того работа плунжерного насоса особенно при низкой частоте хода плунжера не может обеспечить равномерный ввод реагента в обрабатываемый поток.
Наиболее близким по своей технической сущности является установка дозирования реагента известная из патента РФ 2704037, с приоритетом от 18.02.2019 г., и включающая блок подачи реагента, выполненный в виде емкости с реагентом, датчиком уровня, измерительной трубкой; частотный преобразователь, связанный через электродвигатель с дозировочным насосом; трубопровод транспортировки скважинной продукции, проходящий через узел учета нефти; трубопровод, связывающий емкость с реагентом с дозировочным насосом; трубопровод, связывающий дозировочный насос с трубопроводом транспортировки скважинной продукции, при этом узел учета нефти выполнен с возможностью измерения таких параметров как расход жидкости, плотность, температура, давление и обводненность, при этом установка дозирования реагента включает модуль передачи данных, выполненный с возможностью реализации алгоритма определения требуемой нормы подачи реагента в зависимости от обводненности продукции и оборудованный беспроводной системой сбора и передачи данных в режиме реального времени с помощью GPRS модема, при этом, трубопровод транспортировки скважинной продукции проходит через блок нагрева и гидравлически соединен с входом в блок отстойников, на выходе из которого установлен влагомер.
Недостатком данной установки являются то, что алгоритм рассчитывает требуемую норму подачи реагента исходя из условия достаточного размера глобул воды в объеме нефти для эффективной деэмульсации, а именно, в зависимости от обводненности продукции, высчитывают межфазное поверхностное натяжение на границе раздела «нефть-вода», и не учитывает зависимость скорости разделения эмульсии от ее температуры и периода т.е. времени отстоя. Алгоритм расчета нормы подачи реагента не учитывает результаты лабораторных исследований эффективности применяемого реагента при различных температурах и обводненности разделяемой эмульсии и не способен к самообучению и самокорректировке. Кроме того, беспроводной канал передачи данных в режиме реального времени с помощью GPRS модема имеет более низкие скорости обмена информацией, что может приводить к срывам процессов подготовки продукции скважин по причине запаздывания сигналов управления процессами, а также не может обеспечить автономность работы установки в случае выхода из строя антенн сотовой связи. Установка не контролирует и не управляет работой блоков нагрева и отстоя, установка не контролирует эффективность процесса разделения нефти от воды и газа в блоке отстойников, а именно не контролирует уровни раздела фаз продукции скважин и не управляет объемами отводимых, разделенных сред. Не указано требование того, что узел учета нефти должен располагаться в максимальной близости от точки ввода реагента с целью обеспечения обработкой реагентом поступающей продукции скважин именно тех свойств, что определены узлом учета. Не применено смешивающее устройство, которое обеспечивает максимально равномерное распределение реагента в потоке подготавливаемой продукции. Не применена система поддержания необходимой температуры реагента, обеспечивающая снижение его вязкости и максимально эффективное перемешивание, распределение в обрабатываемой, подготавливаемой эмульсии. Данные недостатки не позволяют своевременно реагировать на изменение (сбои) процессов разделения нефти от воды, не учитывают температуру и период разделения эмульсии в блоке отстоя, не учитывают изменение свойств применяемого реагента, свойств течения потока, и окружающей среды и могут приводить к перерасходу применяемого реагента и/или энергоресурсов, используемых с целью нагрева подготавливаемой водонефтяной эмульсии.
Техническим результатом заявленного устройства является расширение арсенала технических средств для дозирования реагента, за счет оптимизации объема дозировки химического реагента с учетом анализа и регулирования в т.ч. температуры процесса разделения нефти.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что установка дозирования реагента содержащая фильтр механических примесей, расходомер, влагомер, смесительное устройство, линию подачи реагента оснащенную нагревательным элементом, датчиком температуры и гасителем пульсации, а так же емкость хранения реагента содержащую уровнемер, датчик температуры реагента и нагревательный элемент, плунжерные дозировочные насосы, многофазный уровнемер, датчик температуры поступающего потока и датчик температуры процесса разделения эмульсии, частотный регулятор, контроллер оснащенный блоком накопления и хранения информации, причем контроллер осуществляет управление оптимальной скоростью выхода разделяемых сред на основе данных расходомеров-счетчиков путем управления электроклапанами и блоком нагрева поддерживая необходимую оптимальную температуру. Установка дозирования реагента за счет оснащения датчиками температуры и нагревательными элементами обеспечивает подачу реагента в поток подготавливаемой продукции в зависимости от ее объема и обводненности. Контроллер работает по определенному алгоритму на основе результатов лабораторных исследований и с возможностью самообучения на основе истории событий, обеспечивает интеллектуальное управление и корректировку всего процесса подготовки нефти, при этом процесс подготовки настраивается и оптимизируется под текущие требования, задаваемые обслуживающим персоналом, как к пропускной способности применяемой системы ППД, так и к системе транспорта подготовленной продукции.
Суть технического решения поясняется чертежом, где на фигуре 1 изображена установка дозирования реагента, не обработанный реагентом поток продукции 1, трубопровод 2, фильтр механических примесей 3, расходомер 4, влагомер 5, смесительное устройство 6, нагревательный элемент 7, линия подачи реагента 8, датчик температуры 9, запорная арматура 10, запорная арматура 11, обработанный реагентом поток эмульсии 12, гаситель пульсации 13, блок нагрева 14, запорная арматура 15, контроллер 16, плунжерный дозировочный насос 17, плунжерный дозировочный насос 18, нагревательный элемент 19, емкость хранения реагента 20, электроклапан 21, датчик температуры 22, многофазный уровнемер 23, датчик температуры 24, блок разделения (отстоя) 25, электроклапан 26, поток газа 27, воды 28, электроклапан 29, нефть 30, узел контроля качества нефти 31, пульт управления и контроля 32, частотный регулятор 33, датчик температуры поступающего потока 34, счетчик объема воды 35, счетчик объема газа 36, уровнемер 37.
Установка дозирования реагента работает следующим образом. На установке подготовки нефти (УПН, УПСВ, УКПН и т.п.) отделенный от основного количества попутного нефтяного газа на первой ступени сепарации, но не обработанный реагентами поток продукции нефтегазодобывающих скважин (эмульсии) 1, по трубопроводу 2 поступает на разделение (деэмульсацию), при этом трубопровод 2 выполнен таким образом, что при помощи запорной арматуры 10 и 11 обеспечивает возможность проведения работ по поверке, ремонту и замене элементов УДР без остановки процесса сбора и транспортировки продукции нефтегазодобывающих скважин. Запорная арматура 15 в совокупности с со схемой электроуправления обеспечивает как совместную или раздельную работу плунжерных насосов 17 и 18 так и проведение работ по их настройке, ревизии или ремонту без остановки процесса дозирования реагента. В штатном режиме, при открытой запорной арматуре 11 и закрытой запорной арматуре 10 не обработанный реагентами поток эмульсии 1 по трубопроводу 2 проходит через фильтр 3, где эмульсия 1 очищается от механических примесей, далее очищенная от механических примесей эмульсия 1 проходит через непосредственно близко расположенные расходомер 4, влагомер 5 и смесительное устройство 6. В смесительном устройстве 6 происходит смешение потока эмульсии 1 с применяемым реагентом подающемся из емкости хранения реагента 20 оборудованной датчиком температуры 24 и нагревательным элементом 19 при помощи плунжерных дозировочного насоса 17 или 18 управляемых контроллером 16 и частотным преобразователем 33 через гаситель пульсации 13 по трубопроводу 8 оборудованному нагревательным элементом 7 и датчиком температуры 9. Далее, уже обработанный реагентом поток эмульсии 12, поступает в блок нагрева 14, где при необходимости температура обработанной реагентом эмульсии 12 повышается с целью увеличения скорости процессов деэмульсации и поступает в блок разделения (отстоя) 25, где многофазный уровнемер 23 определяет эффективность деэмульсации (разделения эмульсии) на газ, нефть, и воду, а датчик температуры 22 контролирует температуру процесса. Объем выходящих из блока разделения эмульсии 25, потоков газа 27, нефти 30, воды 28 регулируется электроклапанами 26, 29, 21 управляемыми контроллером 16. Контроллер с возможностью самообучения 16 по проводным каналам с целью анализа собирает информацию с расходомера 4 об объеме, обводненности с влагомера 5, температуре с датчиков температуры 9, 22, 24, 34, уровнях воды, промежуточного слоя (не разделенной эмульсии), нефти и газа с многофазного уровнемера 23, узла контроля качества нефти 31, счетчика объема воды 35 и счетчика объема газа 36. Далее контроллер 16 по результату анализа собранной информации с учетом внесенных в его программу данных о результатах лабораторных исследований по скорости процесса деэмульсации при различных обводненностях, концентрациях применяемого реагента и температурах процесса разделения эмульсии 1, а так же объеме блока разделения эмульсии 25, ограничениях по пропускной способности систем ППД и транспортирования нефти и газа введенных обслуживающим персоналом, а так же истории событий рассчитывает оптимальную температуру процесса деэмульсации и дозировку реагента, и при помощи проводных каналов подает команды на нагревательные элементы 7 и 19 с целью поддержания оптимальной температуры применяемого реагента, блок нагрева 14 с целью изменения температуры эмульсии, частотному регулятору 33 для регулировки работы плунжерным насосом 17 или 18 с целью подачи оптимального количества реагента, а так же электроклапанам 26, 29, 21 для регулирования объема отводимых из блока разделения эмульсии 25 газа 27, нефти 30, воды 28 и поддержания стабильности процесса разделения эмульсии 12. Информация о параметрах процессах подготовки продукции скважин и наличие реагента в емкости 20 по проводным каналам с контроллера 16 передается на пульт управления и контроля 32, через который обслуживающий персонал способен в зависимости от пропускных способностей системы ППД и транспорта готовой продукции контролировать и изменять параметры работы УДР, в т.ч. задавая граничные условия как по качеству, обводненности подготовленной нефти 30, так и по объему отделяемой воды 28 и отслеживать наличие и расход применяемого реагента.