СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ГАЗА В ГАЗОСБОРНОМ ШЛЕЙФЕ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ УСТАНОВОК КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
METHOD FOR DETERMINING HEAT TRANSFER COEFFICIENT OF GAS IN GAS-COLLECTING TRAIN TO ATMOSPHERE IN AUTOMATED PROCESS CONTROL SYSTEMS OF COMPLEX GAS TREATMENT PLANTS OF GAS-CONDENSATE DEPOSITS OF FAR NORTH

Изобретение относится к области добычи природного газа, в частности к определению коэффициента теплопередачи газа в газосборном шлейфе в окружающую среду в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) установок комплексной подготовки газа (УКПГ) газоконденсатных месторождений Крайнего Севера.
Известен способ определения коэффициента теплопередачи газа в окружающую среду в газосборных шлейфах, который заключается в том, что коэффициент теплопередачи газа в окружающую среду определяют с учетом местных условий укладки газопровода и эксплуатационных данных. (Справочник по проектированию магистральных трубопроводов. / Под ред. А.К.Дерцекяна. Л.: Недра, 1977. 519 с.).
Существенным недостатком известного способа является то, что теплопередача от газа к стенке трубы и в металле трубы не учитывается.
В известном способе при подземной укладке газопровода коэффициент теплопередачи от газа в грунт определяют в зависимости от теплопроводности грунтов, которая зависит от объемной влажности грунтов в зоне укладки газопровода. Если известны эти данные, то графическим путем вручную, определяют коэффициент теплопроводности грунта, после чего с учетом этого коэффициента и глубины заложения газопровода графическим путем определяют коэффициент теплопередачи газа в окружающую среду. Учитывая неопределенность всех этих условий, способ позволяет сделать лишь грубую оценку коэффициента теплопередачи газа в окружающую среду в первом приближении.
При надземной укладке газопровода на опорах по известному способу коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду определяют аналитическим путем по формуле:
где D - наружный диаметр газопровода, мм;
в
ω - скорость ветра в расчетный период в районе прохождения трассы газопровода, м/сек, которую можно определить, например, по «Справочнику по климату СССР»;
s
T -средняя по длине участка газопровода температура окружающей среды, К.
Существенным недостатком указанного способа является крайняя низкая точность определения значения коэффициента теплопередачи в окружающую среду и низкая оперативность.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ определения коэффициента теплопередачи в окружающую среду в газосборных шлейфах, который заключается в том, что коэффициент теплопередачи газа в окружающую среду определяют с учетом местных условий укладки газопровода и эксплуатационных данных. (См. Кривошеин Б.Л. Теплофизические расчеты газопроводов. - М.: Недра, 1982. 168 с.).
Существенным недостатком указанного способа является то, что фактические значения коэффициентов теплопередачи, определенные по эксплуатационным данным, как показывают натурные измерения, не совпадают с расчетными значениями. Это связано с тем, что теплофизические свойства грунтов вблизи трубы, учитываемые при расчете их свойств, отличаются от их показателей в естественных условиях.
Низкая оперативность определения значения коэффициента теплопередачи в окружающую среду, связанная с тем, что для определения указанного коэффициента осуществляют сбор необходимой информации в определенный период эксплуатации последующей обработкой, что требует достаточно длительного времени.
В результате использование указанного способа для определения коэффициента теплопередачи в окружающую среду весьма ограничено.
Задачей заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков, повышение точности определения коэффициента теплопередачи газа в окружающую среду и контроль его динамики в реальном масштабе времени.
н
ф
0
н
0
ф
ф
Поставленная задача решается и технический результат достигается за счет того, что способ определения коэффициента теплопередачи в окружающую среду газа в газосборном шлейфе включает учет условий укладки газопровода и эксплуатационные данные, при этом производят непрерывное или с заданном шагом квантования измерение базовых параметров работы скважины или куста газовых скважин, используя телеметрию, в том числе температуры газа в начале шлейфа - t, объемного расхода газа куста в нормальных условиях - Q, а фактическую температуры газа t в конце шлейфа (на входе установок комплексной подготовки газа) и температуру окружающей среды - t измеряют посредством технических средств АСУ ТП и, используя измеренные значения t, t, Q, t, определяют значение коэффициента теплопередачи в окружающую среду К из соотношения
Ф
Ф
Ф
после чего вычисленное значение К сравнивают с максимально допустимым его значением А, и если будет выявлено соотношение К>А, то устанавливают факт - нормальный режим работы скважин и шлейфа нарушен, т.к. в шлейфе кроме газа присутствует выше допустимой нормы иной фактор (газовый гидрат, пластовая вода, механические примеси), и принимают соответствующие превентивные меры по устранению потенциальных аварийных и других нештатных ситуаций в работе газопромыслового шлейфа, при этом в соотношении для расчета коэффициента теплопередачи в окружающую среду К используют следующие параметры:
D - диаметр газопровода;
ρ - плотность газа;
р
с - теплоемкость газа при постоянном давлении;
l - длина газопровода;
Δt - поправка, учитывающая влияние скорости и направления ветра, занесение шлейфа снегом и качество изоляции шлейфа, вводимая оператором индивидуально для каждого шлейфа.
Способ реализуют следующим образом.
н
0
Ф
н
0
ф
Ф
Используя телеметрию, производят непрерывное или с заданном шагом квантования измерение базовых параметров работы скважины или куста газовых скважин. В том числе, измеряют температуру газа в начале шлейфа - t и объемный расход газа куста в нормальных условиях - Q, температуру окружающей среды - t и фактическую температуру газа t в конце шлейфа (на входе УКПГ) измеряют посредством АСУ ТП. Измеренные значения t, t, Q, t используют для определения значения коэффициента теплопередачи в окружающую среду К из следующего соотношения:
где D - диаметр газопровода;
ρ - плотность газа;
р
с - теплоемкость газа при постоянном давлении;
l - длина газопровода;
Δt - поправка, учитывающая влияние скорости и направления ветра, занесение шлейфа снегом и качество изоляции шлейфа.
Опыт эксплуатации внутрипромысловых газосборных шлейфов на газоконденсатных месторождениях Крайнего Севера показал, что величина Δt составляет от 1°С до 10°С. Меньшее значение величины поправки, не больше 5°С, принимается в летний период, когда отсутствует занесение шлейфа снегом и хорошее состояние изоляции. Величина поправки более 5°С используется в зимний период и при изношенной изоляции шлейфа. Значение Δt вводится в базу данных АСУ ТП УКПГ оператором для каждого шлейфа с учетом факторов, влияющих на этот параметр.
Ф
Ф
Значение К определяют из соотношения (1) стандартными методами, например, методом итераций. Получаемые значения К строят в виде графика временной функции (см. фиг.).
Таким образом, определение коэффициента теплопередачи в окружающую среду в реальном масштабе времени позволяет в оперативном режиме диагностировать состояние шлейфа (шлейфов). Заранее известно, что при нормальном режиме работы куста (кустов), в том числе шлейфа, значения коэффициента теплопередачи в окружающую среду не должны перевешать определенную границу (линия А, см. фиг.). Если в ходе эксплуатации газосборного шлейфа выяснится, что коэффициент теплопередачи в окружающую среду пересек указанную границу, можно твердо констатировать, что нормальный режим работы скважин и шлейфа нарушены, т.к. в шлейфе кроме газа присутствует выше допустимой нормы иной фактор (газовый гидрат, пластовая вода, механические примеси). Благодаря этому в оперативном режиме появляется возможность оценить режим работы куста и шлейфа, своевременно принимать меры по устранению аварийных и других нештатных ситуаций в работе газопромыслового шлейфа.
Заявляемое изобретение отработано и реализовано на газовых промыслах ООО «Газпром добыча Ямбург».
Применение данного способа позволяет увеличить достоверность информации, поступающей в АСУ ТП, оперативно выявлять потенциальную возможность отказа газосборного шлейфа, и тем самым повысить эффективность принимаемых управленческих решений и улучшить условия работы обслуживающего персонала на УКПГ, а также снизить численность персонала, занятого обслуживанием промысла.