Вопросы метрологического обеспечения управления процессами добычи и подготовки нефти по показателям качества и технико-экономической эффективности

КИП

УДК 665.62

В.Л. Беляков, к.т.н., А.П. Веревкин, д.т.н., профессор,

Уфимский государственный нефтяной технический университет

ВОПРОСЫ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ДОБЫЧИ И ПОДГОТОВКИ НЕФТИ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ КАЧЕСТВА И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Повышение качества и конкурентоспособности продукции нефтедобычи и нефтепереработки невозможно без обеспечения эффективного функционирования всех этапов производства, начиная с добычи нефти, ее транспортировки, разделения на товарную нефть и подтоварную воду, дегазации и т.д.

Критерии эффективности управления соответствуют трем основным уровням управления производством: на нижнем уровне - это критерии качества динамических процессов в системах стабилизации технологических параметров, на втором - критерии, связанные с показателями качества продукции (обводненность нефти,содержание солей и серы, мехпримесей в нефти, содержание нефти в подтоварной воде и др.), на третьем - критерии технико-экономической эффективности (ТЭЭ) производства в целом (удельные материало- и энергозатраты, технологическая себестоимость, прибыль, выручка и др.).

Вопросам совершенствования технологии и управления процессами добычи и подготовки нефти посвящена обширная литература [5, 6, 13 и др.]. В том числе обсуждаются вопросы экономического обоснования как методов разработки месторождений, так и методов подготовки нефти.

При оптимизации управления производством по критериям ТЭЭ главным

ограничением является отсутствие средств оперативного контроля показателей качества нефти и технологических жидкостей на этапах добычи и подготовки нефти.

Известные отечественные и зарубежные приборы для поточного измерения содержания хлористых солей в нефти (кондуктометрические приборы АУП - 201 НПО «Нефтепромавтома-тика», г. Казань, фирмы «Иокогава», американской фирмы «PSD»), реализуют методики выполнения измерений, основанные на связи содержания хлористых солей и удельной электрической проводимости нефти, предварительно перемешанной с дозированными количествами токсичных химреактивов - ксилола, этилового, метилового и бутилового спиртов. В приборе швейцарской фирмы «Метт-лер Толедо» используется титрометрический метод измерения. Опыт эксплуатации опытных образцов названных приборов на автоматизированных узлах учета нефти показал, что они не обеспечивают заложенные в техниче-

ской документации метрологические характеристики. Известные приборы для измерения содержания мехпримесей в нефти (основанные на измерении перепада давления на фильтре, ульразвуковые и гранулометрические) ненадежны в эксплуатации и не обеспечивают необходимой точности измерений.

В лабораториях для измерения качественных параметров применяются как отечественные (влагомеры фирмы «Годсент», серомеры НПО «Спектрон»), так и зарубежные лабораторные приборы (измерители содержания серы в нефти фирм «Ассома», «Танака», вискозиметры фирмы «Хааке» и т.п.). Отсутствуют удовлетворяющие потребителей приборы для измерения содержания хлористых солей и мехпримесей в нефти, давления насыщенных паров. Известные отечественные влагомеры (прибор «Флюорат» фирмы «Люмэкс») и зарубежные (прибор Д-100 английской фирмы «Вортойл», приборы американских фирм «Ойли», «Эле интернейшнл Лтд» и др.) ис-

28 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

\\ № г \\ февраль \ зооэ

пользуют, как правило, методики выполнения измерения, основанные на связи между содержанием нефти (или нефтепродуктов) в сточных водах и характеристиками оптического излучения. Недостатком подобных приборов является влияние на результаты измерения непредставительности пробы (несоответствия пробы в трубопроводе пробе в датчике), т.к. при малых концентрациях нефть в трубопроводе может быть либо в виде пленки, либо в виде нескольких капель или глобул, и по этой причине в пробоотборный зонд нефтепродукт может не попасть. Значительные погрешности возникают также из-за загрязнения рабочих поверхностей датчиков нефтью, механическими примесями, отложениями солей.

Большой проблемой является измерение содержания свободного газа. В настоящее время контроль содержания свободного газа осуществляется с помощью лабораторного прибора типа УОСГ-100 и созданного на его основе поточного прибора. В разработанном ЦНИИ РТК (г. Санкт-Петербург) поточном измерителе на результаты измерения содержания свободного газа

сильное влияние оказывают расход контролируемой нефти, а также изменения химического и фракционного состава контролируемой нефти. На показания прибора японской фирмы «Ниппон Кокаи» для измерения содержания свободного газа сильное влияние оказывают расход контролируемой нефти, а также изменения химического строения и состава контролируемой нефти.

Заметим, что определение качественных параметров нефти часто осуществляется с помощью стандартизованных методик (Госстандартов), разработанных несколько десятилетий назад. Стандартизованные методики имеют неудовлетворительные технические характеристики, требуют больших затрат ручного труда, применения химреактивов, вредных для здоровья исполнителей,не исключают влияния «человеческого фактора».

В отдельных случаях разработаны и используются для контроля и управления так называемые «виртуальные анализаторы», которые являются программной реализацией моделей вычисления показателей качества по измеряемым технологическим пара-

метрам [3, 8, 10 и др.], однако их разработка достаточно трудоемка и имеет очевидные ограничения по перечню показателей качества, а также адекватности моделей при неконтролируемых изменениях свойств объекта.

Как видно, перечень анализаторов и методов оценки показателей качества достаточно велик. С учетом стоимости и необходимого количества анализаторов для типовых технологических участков добычи и подготовки нефти вопрос о метрологическом обеспечении задач управления процессами по показателям качества перерастает в проблему, которая до сих пор не имеет удовлетворительного решения.

В данной статье приведены результаты работ, проводимых на базе Уфимского нефтяного технического университета с участием ряда научноисследовательских и проектноконструкторских организаций. Основным организационнотехническим приемом, направленным на улучшение метрологических характеристик и на удешевление как аппаратно-программной базы процедур оценки показателей качества, так и сопровождения и обслуживания

gPLISENS

Производство и поставка контрольно-измерительной аппаратуры

ООО «АПЛИСЕНС»

129345, г. Москва, ул. Летчика Бабушкина д. 39, корп. 3

тел.: +7 (495) 518-67-59, 726-34-61, 514-78-59, 514-78-27, 514-61-59, факс: +7 (495) 702-93-83 http://www.aplisens.ru, e-mail: info@aplisens.ru

Производство и поставка:

Преобразователи давления

і I

Преобразователи разности давлений

І

г

Гидростатические уровнемеры

Я I

[/ С 2001 года на рынке России

& Гарантия качества

& Короткий срок поставки

& Высокое качество обслуживания ' каждого клиента ,

и' Техническая поддержка в период эксплуатации

& Пакет технической и разрешительной Документации "

Ы Фиксированные цены в рублях

Завод изготовитель в Варшаве

КИП

соответствующих измерительных комплексов, является:

• агрегирование и модульное построение измерительных блоков,

• введение корректирующих воздействий между измерительными блоками, позволяющими улучшить метрологические характеристики контролируемых качественных параметров нефти.

В частности, на основе изобретенных приборов (Патенты РФ № 2178557, № 2269119) предлагается изготовить один прибор, позволяющий одновременно измерять три параметра: содержание серы, хлористых солей и механических примесей в нефти. Такой прибор можно применять на автоматизированных узлах учета нефти. Подчеркнем, что модульный принцип позволяет для применения в технологических процессах изготовить приборы, позволяющие измерять каждый из параметров (содержание хлористых солей, содержание мех-примесей, содержание серы). Принцип действия приборов основан на рент-

геннофлюоресцентном методе анализа, предприятие-изготовитель - завод «Орелнаучприбор». Относительная погрешность по солям обеспечивается на уровне порядка 0.5-1% вместо 6% на существующих приборах.

На основе поточных приборов могут быть поставлены и лабораторные приборы,предназначенные для оценки качества нефти требованиям ГОСТР51858-2002 «Нефть. Общие технические условия». Автоматизированная лаборатория необходима на автоматизированных узлах учета нефти при ее транспортировании, на установках подготовки нефти для оценки качества подготовленной нефти, на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах при приемке нефти.

Помимо указанных анализаторов на основе авторских свидетельств и патентов [14] нами могут быть разработаны и поставлены автоматизированные лаборатории, в которых измеряются плотность, вязкость, давление насыщенных паров, содержание воды, хлористых солей, мехпримесей и серы

в нефти. Особенность лаборатории в том, что вместо нескольких отдельных приборов к сосуду с пробой нефти подключены несколько датчиков и их показания, после комплексной обработки с использованием оригинального программного обеспечения, выводятся на ПЭВМ.

Нами разработан и запатентован прибор для измерения содержания свободного газа в нефти. Прибор использует способ измерения расхода жидких сред, применяемый в ультразвуковом расходомере, в котором измеряют время прохождения ультразвуковых колебаний по направлению скорости потока и против направления скорости потока и по разности времен прохождения ультразвуковых колебаний определяют расход контролируемой жидкости. В разработанном приборе, в отличие от ультразвуковых расходомеров, суммируют время прохождения ультразвуковых колебаний по направлению скорости потока и против направления скорости потока. По зависимости между суммой времен

Г

HANNOVER

MGSSG

Инновации для повышения эффективности энергии -это сокращение издержек

Только в Ганновере - весь спектр ведущих тем создания промышленной продукции

• Автоматизация производства, • Комплектующие и материалы

технологических процессов • Вакуумная и компрессорная техника

• и инженерных сетей зданий • Промышленная обработка поверхностей

• Приводная техника и гидравлика • Микросистемная техника и нанотехнологии

• Энерготехника и энергохозяйство • Научные исследования и трансфер технологий

• 1Т-решения для промышленности

II

MAKE IT WORK

KOREA

PARTNER COUNTRY 200?

f

Deutsche Messe

Hannover  Germany

GET NEW TECHNOLOGY FIRST 20-24 APRIL 2009 hannovermesse.com

Дальнейшая информация на нашем сайте: www.dm-expo.ru

на правах рекламы

и скоростью прохождения ультразвуковых колебаний определена функциональная связь со сжимаемостью нефти - параметром, определяющим содержание свободного газа в нефти при известной плотности.

Во многих технологических процессах весьма важной является оперативная информация о содержании нефтепродуктов в воде, используемая для принятия мер по устранению нарушений технологического режима. В частности, на установках подготовки нефти (УПН) такая информация необходима при технологических операциях откачки подтоварной воды из резерву-

аров и сепараторов, в системах поддержания пластового давления (ППД) - перед закачкой подтоварной воды в пласт для поддержания пластового давления. Во многих случаях аналогичная задача стоит и при контроле загрязненности сточных вод. На основе разработанных и апробированных на практике кондуктометрических индикаторов содержания нефти в воде УКСВ и ИСНВ (приборы сертифицированы и внесены в Госреестр, внедрено 5 приборов) и поточного прибора для измерения содержания воды в водонефтяной эмульсии ПИВЭ (пат. РФ № 2238539) соответствующие

процессы могут быть автоматизированы. В УГНТУ имеется значительный опыт разработки и проектирования подобных АСУТП [1-3, 9-11].

Отметим,что вопросы оперативного управления технологическими процессами добычи и подготовки нефти, в отличие от нефтепереработки и нефтехимии, в литературе обсуждаются очень мало. Это связано, на наш взгляд, именно с трудностью и высокой стоимостью получения информации о показателях качества, хотя для процессов переработки нефти эффективность внедрения систем оперативного управления по ПК и ПТЭЭ доказана [3, 6, 10].

Литература:

1. Веревкин А.П., Ельцов И.Д., Кирюшин О.В., Соловьев В.Я. О модернизации системы управления параллельно работающими сепараторами типа «Maloney». // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, № 4, 2004. - ОАО «ВНИИОЭНГ». - С. 51-54.

2. Веревкин А.П., Ельцов И.Д., Зозуля Ю.И., Кирюшин О.В. Оперативное управление технологическими процессами подготовки нефти по технико-экономическим показателям. // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, № 3, 2006. - ОАО «ВНИИОЭНГ». - С. 48-53.

3. Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа: Учеб. пособие. С.А. Ахметов,

М.Х. Ишмияров, А.П. Веревкин, Е.С. Докучаев, Ю.М. Малышев/ Под ред. С.А. Ахметова. - М.: Химия, 2005. -736 с.

4. Беляков В.Л. Автоматизация промысловой подготовки нефти и воды. - М.: Недра, 1988. - 232 с.

5. Кузнецова С.Т. и др. Опыт разработки и внедрения АСУ ТПустановок первичной переработки нефти. / Обзор. - М.: ЦНИИТНефтехим, 1986. - 41 с.

6. Лысенко В.Д. Инновационная разработка нефтяных месторождений. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр».2001. -516 с.

7. Веревкин А.П., Иванов В.И., Раутенштейн В.Я. Решение задачи оценки содержания нефти в резервуарах. // Межвузовский сборник «Автоматизация технологических процессов и объектов нефтяной и газовой промышленности.» -Уфа: УНИ, 1991. - С. 89-96.

8. Веревкин А.П., Писаренко Э.В., Хисамова Г.А. р. Оценка эффективности и оптимизация расходования деэмульгаторов при промысловой подготовке нефти. // ЭИ. Сер.: Техника и технология добычи нефти и обустройства нефтяных месторождений. - М.: ВНИИИЭНГ, 1991. - Вып.4. - С. 38-47.

9. Веревкин А.П., Ельцов И.Д., Кирюшин О.В. Концепция построения адаптивной системы управления по техникоэкономическим показателям для процесса подготовки нефти.// Вторая Всероссийская конференция с международным участием «Мехатроника, автоматизация, управление» (МАУ'2005): Сб. трудов. Т. 1. - Уфа: УГАТУ, 2005. - С. 231 - 235.

10. Веревкин А.П., Ельцов И.Д., Кирюшин О.В. К решению задачи оперативного управления процессами подготовки нефти.// Территория Нефтегаз, № 2, 2007. - С. 13-15.

11. Веревкин А.П., Ельцов И.Д., Зозуля Ю.И., Кирюшин О.В. Интеллектуализация управления системой поддержания пластового давления.// Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, № 4, 2007. -ОАО «ВНИИОЭНГ». - С. 42-44.

12. Ельцов И.Д. Автоматизированная система управления технологическим процессом подогрева нефти. //Промышленные АСУ и контроллеры, № 10, 2002. - С. 17-18.

13. Хисамутдинов Н.И. Совершенствование методов решения инженерных задач при добыче нефти на поздней стадии разработки. // Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений, №8, 2001. - C. 16-19.

14. Авторские свидетельства СССР: № 10578833,G 01N 9/00. Устройство для измерения содержания солей в жидких средах; № 1567952,G01N 27/22. Способ измерения влажности жидких сред; № 1656404,G 01N 9/00. Способ измерения примесей в жидких средах; № 1681221,G 01N 9/00. Способ измерения влажности жидких сред; № 1707491,G 01N 9/00. Способ измерения давления насыщенных паров жидкости; №№ 2045029 - 2045031.G 01N 9 /00. Устройство для измерения плотности жидких сред; № 2152021.G 01N 9/ 02. Устройство для измерения плотности жидкости; № 1265540. Способ определения вязкости жидкости и устройство для его осуществления; патенты РФ: № 2170925.G 01N 27/ 02. Устройство для измерения содержания воды в водонефтяной эмульсии и плотности нефти, входящей в состав эмульсии; № 2178557,G 01N 23/ 223. Способ измерения содержания солей в жидких средах, преимущественно в нефти; № 2269119,G01N23/ 00. Способ определения содержания механических примесей в нефти»; № 2106629. Способ определения агрегативной устойчивости водонефтяных эмульсий; № 2116629. Способ определения количества углеводородного сырья в резервуарах).

WWW.NEFTEGAS.INFO

\\ КИП \\ 31