СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОТОКА В ТРУБОПРОВОДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO DETERMINE WORKING PARAMETERS OF GAS-LIQUID FLOW IN PIPELINE AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к технологии и технике определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе и может найти применение в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе.
Известен способ для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе, при котором газожидкостный поток пропускают через фильтр (-ы), устройство измерения параметров потока (-а) или по участку (-ам) трубопровода, на котором (-ых) расположен (-ы) средство (-а) измерения параметров потока и (или) устройство для отбора пробы для последующего определения параметров потока путем анализа параметров пробы, осуществляют анализ параметров потока [1].
Известно устройство для реализации данного способа, представляющее собой участок трубопровода, на котором устанавливают устройство (-а) для определения параметров потока или отбора пробы для последующего определения параметров потока путем анализа параметров пробы [2].
Недостаток известных техники и технологий определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе - низкие представительность пробы, точность определения параметров потока устройствами для определения параметров при его расслоении. Невысокие качество пробы и точность определения параметров потока устройствами для определения параметров обусловлены расслоением потока вследствие разности плотностей жидкости и газа, укрупнением частиц газа и включений под воздействием сил Ван-дер-Ваальса и турбулентности потока и воздействия при этом на поток силы гравитации.
Известен способ для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе, при котором газожидкостный поток пропускают через перемешивающее устройство, фильтр (-ы), устройство измерения параметров (ы) средство (-а) измерения параметров потока и (или) устройство для отбора пробы для последующего определения параметров потока путем анализа параметров пробы, осуществляют анализ параметров потока [3] (прототип способа).
Известно устройство для реализации данного способа, представляющее собой участок трубопровода, на котором устанавливают перемешивающее устройство, фильтр, устройство (-а) для определения параметров потока или отбора пробы для последующего определения параметров потока путем анализа параметров пробы [4] (прототип устройства).
Недостаток известных техники и технологий учета газожидкостного потока в трубопроводе - низкие представительность пробы, точность определения параметров потока устройствами для определения параметров при его расслоении. Невысокие качество пробы и точность определения параметров потока устройствами для определения параметров обусловлены расслоением потока на фазы, формированием неоднородности потока, которое происходит вследствие удаленности устройства для определения параметров потока или отбора пробы от перемешивающего устройства, снижением давления в трубопроводе в результате потерь напора потока и интенсификации процесса расслоения потока на фазы вследствие увеличения при этом объема газа.
Техническим результатом данного изобретения является повышение точности определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе.
Для достижения технического результата в способе, при котором газожидкостный поток пропускают через трубопровод и его участок (-и), на котором (-ых) установлено (-ы) устройство (-а) измерения параметров потока и (или) устройство для отбора пробы, осуществляют определение параметров потока с использованием этих устройств и (или) отбирают пробу для анализа, согласно изобретению на участке трубопровода перед устройством измерения по расходу или составу потока или устройством для отбора пробы повышают давление, то есть создают дополнительное избыточное давление. При этом при наличии на трубопроводе участка сепарации потока участок трубопровода, на котором установлены устройства, используемые для определения параметров потока по расходу или составу потока, располагают по ходу потока после сепарации, при этом участки располагают относительно друг друга на уровнях, обеспечивающих определение параметров жидкости или отбор пробы при давлении, выше давления сепарации потока на фазы. При этом, в случае пропуска потока через фильтр и осуществления перемешивания потока, перемешивающее устройство устанавливают по ходу потока после фильтра. При этом перемешивание потока осуществляют перемешивающим устройством с площадью проходного сечения большей площади проходного сечения трубопровода на участке перемешивания.
В заявляемом способе увеличение давления на участке трубопровода, где располагают в различном сочетании или порознь: средство измерения или пробозаборное устройство; средство измерения и пробозаборное устройство; средство измерения; пробозаборное устройство, - то есть независимо от того, какие из указанных устройств размещаем, - позволяет уменьшить разницу плотностей между газовой и жидкой фазами потока и тем самым обеспечить лучшее условие для перемешивания потока под воздействием турбулентности последнего, при этом при любых альтернативных комбинациях применяемых устройств для определения параметров потока. В результате, и (или) отбор пробы, и (или) определение средствами измерения параметров, как из более однородного потока, обеспечит один и тот же технический результат, а именно более точное определение его параметров, - то есть независимо от альтернативных комбинаций операций заявляемого способа для определения параметров потока. Следовательно, благодаря увеличению давления на участке трубопровода, где измеряют параметры потока или отбирают пробу, - а данная операция осуществляется при любом альтернативном признаке, любой комбинации признаков, которая возможна по заявляемому техническому решению, - позволит для заявляемого способа увеличить точность определения количественных и качественных параметров потока по сравнению с определением параметров потока по способу прототип [3], то есть получить один и тот же технический результат при сочетании каждой из альтернативных характеристик одного признака с каждой из альтернативных характеристик других признаков порознь для заявляемого способа. Осуществление же перемешивания потока трубопровода после фильтра и с площадью проходного сечения большим площади проходного сечения трубопровода на участке перемешивания обеспечивает лучшую очистку потока, и, следовательно, способствует меньшему загрязнению устройств, предназначенных для определения параметров потока, а также создает условия при перемешивании, препятствующие выделению газа из потока. Это еще больше увеличивает преимущества заявляемого способа по сравнению с прототипом [3].
Таким образом, осуществление перечисленных операций заявляемого способа позволит по сравнению со способом прототипом [3] повысить точность определения количественных и качественных параметров потока.
Применение заявляемого способа позволит осуществлять более точный анализ параметров потока как за счет отбора более представительной пробы, так и более точно определять параметры потока средствами измерениями, установленного на трубопроводе.
Для достижения технического результата при реализации заявляемого способа используют устройство, представляющее собой участок на трубопроводе для сепарации потока на газ и жидкость с последующей раздельной транспортировкой фаз по разветвлению трубопровода, - участок для транспортировки газа и участок для транспортировки жидкости с установленными на них устройством (-ами) для определения параметров потока жидкости и, если требуется, устройство (-а) для отбора пробы из какой-либо фазы для последующего определения параметров путем анализа параметров пробы, согласно изобретению участок на трубопроводе, на котором поток сепарируют на газовую и жидкую фазы с давлением насыщенных паров более 500 мм рт.ст. и участок на трубопроводе, на котором устанавливают устройство (-а) для определения параметров по расходу и составу потока или для отбора пробы, или их комбинацию, размещают по ходу потока после ступени сепарации, при этом на уровнях (высотах), обеспечивающих определение параметров жидкости и отбор пробы при давлении, выше давления сепарации потока на фазы. При этом участок сепарации потока располагают выше участка, где на трубопроводе установлены устройства, применяемые для определения параметров потока или отбора пробы, не менее 7 метров. При этом, при применении на участке устройства учета одной из фаз фильтров и перемешивающего устройства, последнее устанавливают по ходу фазы потока после фильтра, при этом проход перемешивающего устройства выбирают не меньше площади прохода трубопровода для транспортировки соответствующей фазы.
Увеличение давления в устройстве на участке трубопровода, на котором производится и/или непрерывное определение параметров потока устройствами для определения параметров потока, и/или отбор пробы устройством для отбора пробы (для определения параметров потока в лабораторных условиях) уменьшает разницу плотностей газовой и жидкой фазы, что особенно важно при давлении насыщенных паров в жидкости более 500 мм рт.ст, когда в потоке возникают условия для выделения свободного газа. Вследствие этого под воздействием турбулентности потока однородность распределения включений в потоке трубопровода выравнивается, точность определяемых устройствами определения параметров повышается, повышается также и представительность отбираемой пробозаборным устройством пробы (для определения параметров потока в лабораторных условиях), то есть заявляемое устройство позволяет получить один и тот же технический результат при сочетании каждой из альтернативных характеристик одного признака с каждой из альтернативных характеристик других признаков порознь для заявляемого устройства. В прототипе-устройстве определение параметров происходит без увеличения давления в трубопроводе по сравнению с давлением сепарации. В результате, из-за неизбежности снижения потерь напора вследствие местных потерь на трение с трубопроводом, внутренних потерь в потоке, давление в трубопроводе падает и определение параметров потока в трубопроводе происходит при меньшем давлении, чем давление сепарации потока на фазы. Снижение давления в потоке приводит к увеличению объема газовой фазы вплоть до выделения из жидкости свободного газа. Следовательно, определение параметров с использованием устройства-прототипа [4], в отличие от заявляемого, будет происходить с большей неоднородностью, а значит, и с меньшей точностью. Следовательно, благодаря осуществлению перечисленных признаков заявляемого устройства, определение параметров потока с использованием заявляемого устройства будет более точным при любых альтернативных комбинациях применяемых устройств для определения параметров потока и обеспечит один и тот же технический результат, нежели с использованием устройства-прототипа [4].
Как правило, перепад давления после сепарации потока до участка на трубопроводе, где устанавливаются устройства, применяемые (прямо или косвенно) для определения параметров потока, составляет не менее 0,05 МПа. Этому значению давления соответствует разница не менее 7 м по высоте в уровнях расположения участка (секции) сепарации потока и участка трубопровода, на котором установлены устройства для определения параметров потока. Поэтому в заявляемом устройстве выделен этот признак, который необходим для обеспечения преимущества заявляемого устройства перед прототипом [4]. Также, осуществление перемешивания потока трубопровода после фильтра и с площадью проходного сечения перемешивающего устройства большей площади проходного сечения трубопровода на участке перемешивания обеспечивает лучшую очистку потока, и, следовательно, будет способствовать меньшему загрязнению устройств, предназначенных для определения параметров потока, а также создаст условия при перемешивании, препятствующие выделению газа из потока. Это еще больше увеличивает преимущества заявляемого устройства по сравнению с прототипом [4].
В результате определение параметров потока с использованием заявляемого устройства по сравнению прототипом [4], будет более точным и эффективным.
Таким образом, благодаря выполнению заявляемого устройства согласно определяющим его признакам им будет осуществляться более точное определение параметров потока, в том числе и по отбираемой пробе (в отличие от устройства-прототипа [4]).
Заявляемые способ для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе и устройство для его осуществления из трубопровода могут конкретно применяться, например, на нефтепромыслах - на коммерческих узлах учета нефти.
Заявляемый способ для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе осуществляется следующим образом.
Газожидкостный поток пропускают через трубопровод и его участок (-и), на котором (-ых) установлено (-ы) устройство (-а) измерения параметров потока и (или) устройство для отбора пробы, осуществляют определение параметров потока с использованием этих устройств и (или) отбирают пробу для анализа, на участке трубопровода перед устройством измерения или устройством для отбора пробы увеличивают давление, то есть создают дополнительное избыточное давление; при этом, в случае пропуска потока через фильтр и осуществления перемешивания потока, перемешивающее устройство устанавливают по ходу потока после фильтра; при этом перемешивание потока осуществляют при увеличении проходных сечений на локальном участке трубопровода и перемешивающего устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежом, представленным на фиг.1, - представлена схема определения параметров потока и частный случай заявляемого устройства.
Устройство для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе, фиг.1, включает участок 1 трубопровода для сепарации потока на газ и жидкость; разветвления участка 1 трубопровода, - трубопровод 2 для транспортировки газа и трубопровод 3 для транспортировки жидкости с установленными на них расходомерами 4 и 5 для определения расхода соответственно газа и жидкости; установленные на трубопроводе 3 устройство 6 для отбора пробы жидкости, фильтр 7 и перемешивающее устройство 8; при этом фильтр 7 и перемешивающее устройство 8 установлены последовательно по ходу потока в порядке их перечисления перед устройствами 5 и 6; при этом участок 1 трубопровода для сепарации потока на газ и жидкость и участок 9 трубопровода 3, на котором установлены перечисленные устройства 5-8, размещают на уровнях, перепад высот которых обеспечивает давление на участке 9 трубопровода 3, которое выше давления сепарации потока на газ и жидкость на участке 1 трубопровода.
Устройство, представленное на фиг.1, предназначено для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе, при этом участок 1 трубопровода предназначен для сепарации - разделения потока на фазы (газ и жидкость) - и раздельного пропуска потоков газа и жидкости соответственно по трубопроводам (направлениям, участкам) 2 и 3. Расходомер 4 служит для определения расхода газа, направляемого в трубопровод 2 после сепарации потока в трубопроводе на участке 1; устройства 7-8, 5-6 соответственно служат для фильтрации, перемешивания, определения расхода жидкости и отбора пробы жидкости из трубопровода 3 на участке 9. Участки 1 и 9 трубопровода расположены на уровнях, которые обеспечивают увеличение давления в трубопроводе 3 на участке 9. При этом устройство для перемешивания жидкости 8 проектируется из условия перемешивания жидкости при проходном сечении устройства 8, которое соответствует или превосходит по площади проходного сечения трубопровода 3.
Устройство для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе, фиг.1, работает следующим образом.
Газожидкостный поток направляется по трубопроводу на участок 1, где происходит сепарация потока при заданном давлении на газ и жидкость. После сепарации потока на фазы из участка 1 газ направляется по трубопроводу 2, жидкость - по трубопроводу 3, при этом производят определение параметров потока: расход газа через трубопровод 2 определяют расходомером 4, расход жидкости через трубопровод 3 определяют расходомером 5. При этом, перед определением расхода потока жидкости при помощи расходомера 5, поток фильтруют и перемешивают, пропуская его соответственно через фильтр 7 и перемешивающее устройство 8. Дополнительно для определения параметров жидкости из трубопровода 3 отбирают пробу при помощи устройства 6 для отбора пробы жидкости, которую далее направляют на анализ. Ввиду размещения участка 1 трубопровода для сепарации потока на газ и жидкость по отношению к участку 9 трубопровода 3 для транспортировки сепарированной жидкости из условия, что определение параметров сепарированной жидкости с применением устройств 5-8 производится при давлении, большем давления сепарации потока на участке 1 трубопровода, определение параметров сепарированной жидкости не сопровождается выделением остаточного газа в жидкости, а значит, происходит без нарушения работы перемешивающего устройства 8, расходомера 5 и устройства 6 для отбора пробы жидкости. Работа перемешивающего устройства 8 при этом не приводит к образованию свободного газа (после перемешивания) и, как следствие, нарушению работы устройств 5, 6 и 8 в результате того, что отсутствует резкий перепад давления при перемешивании, - обеспечивается благодаря выбору проходного сечения устройства 8 по площади соответствующего или превосходящего площадь проходного сечения трубопровода 3. Таким образом, применение перемешивающего устройства 8 способствует еще более точному определению параметров газожидкостного потока при помощи устройства, фиг.1.
Для испытаний применялось устройство для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе, фиг.1, с приводимыми ниже параметрами.
3
3
Устройство-прототип [4] было аналогичным заявленному с той разницей, что уровень расположения участка 1 трубопровода и участка 9 трубопровода 3 был одинаковым, а для заявленной технологии - участок 1 был выше участка 9 на 12 м. Газожидкостный поток представлял собой газонефтяную смесь с расходом 11-50 т/час, газосодержание в потоке перед сепарацией (растворенный газ + свободный газ) = 84 м/м. Давление в трубопроводе при сепарации на участке 1 составляло 0,5 МПа и было одинаковым для сравниваемых технологий, давление на участке трубопровода на участке 9 для нефти (трубопровод 3) составляло 0,6 МПа для заявляемой технологии и 0,42 МПа для прототипа-технологии [3-4].
Если при сравнительных испытаниях расходомер по газу показывал для сравниваемых технологий одинаковые результаты, то расходомер 5 по жидкости с применением известной технологии [3-4] показывал расход нефти более чем на 5% меньше, чем с применением заявляемой технологии, - несмотря на то, что нефть проходила через перемешивающее устройство 8, объем отбираемой нефти через пробозаборное устройство 6 был на 15% меньше, а содержание воды почти на 12% меньше, чем по заявляемой технологии. Поскольку давление по прототипу технологии [4] было меньше, чем давление при сепарации на участке 1 трубопровода, то естественно, что в трубопроводе 3 для прототипа-технологии [3-4] после участка 1 трубопровода продолжал активно выделяться остаточный газ. Наличие газа в потоке нефти с применением прототипа-технологии [3-4] приводит к быстрому расслоению потока и нарушению работы перемешивающего устройства 8, расходомера 5 и устройства 6 для отбора проб жидкости. Данные испытаний наглядно свидетельствуют, что определение параметров газожидкостного потока будет более точным для заявляемой технологии. Таким образом, результаты испытаний подтверждают преимущество заявляемой техники определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе по сравнению с прототипом [3-4] - точность учета расхода жидкости обеспечивается за счет устранения газообразования на этапе определения параметров потока вследствие увеличения давления при осуществлении операций, направленных на определение параметров газожидкостного потока в трубопроводе.
Заявляемый способ отбора для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе и устройство для его осуществления промышленно применимы - необходимое изменение по реконструкции трубопровода может быть проведено силами производственников, обслуживающих трубопроводы и узлы учета газожидкостных потоков в трубопроводах.
Источники информации
1. Способ для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе и устройство для его осуществления / ГОСТ 2517-85 с изменением №1, черт.15б.
2. Устройство для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе отбора проб жидкости из трубопровода / ГОСТ 2517-85 с изменением №1, черт.15б.
3. Способ для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе и устройство для его осуществления / В.П.Тронов, Промысловая подготовка нефти. М., Изд-во «Недра», Рис.1а, с.14.
4. Устройство для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе отбора проб жидкости из трубопровода. / В.П.Тронов, Промысловая подготовка нефти. М., Изд-во «Недра», Рис.1а, с.14.