СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТВОДА ЖИДКОЙ И ГАЗОВОЙ ФАЗ ИЗ СЕПАРАЦИОННОЙ ЁМКОСТИ
CONTROL METHOD OF LIQUID AND GAS PHASES REMOVAL FROM SEPARATION TANK

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли промышленности и может быть использовано для обеспечения необходимых условий оперативного определения и измерения содержания основных фаз в нефтегазовом потоке.
Известен способ регулирования границы раздела жидкой и газовой фаз в сосуде, представляющий собой релейную систему поддержания уровня жидкости. Устройства, использующие релейную систему, содержат входной газожидкостный коллектор и два выходных коллектора -жидкой и газовой фаз. Как правило, подобные устройства в общем случае используют два датчика, установленные в верхнем максимальном и нижнем минимальном теоретических уровнях межфазовой границы. Реже используется один уровнемер, но также отслеживающий два критических положения границы фаз. В случае, когда эта граница выходит из заданного диапазона, контроллер устройства отдает команду на открытие или закрытие одного из выходных коллекторов. Суть способа раскрыта в патенте на изобретение 2589452 и патентах на полезные модели 18554, 64281, 73914.
Недостатком известного способа является относительно малый ресурс исполнительных механизмов выходных коллекторов вследствие их частого переключения из открытого положения в закрытое и обратно.
Известно устройство для измерения продукции нефтяных скважин (патент на полезную модель 76070), реализующее способ регулирования отвода жидкой и газовой фаз из сепарационной емкости. Устройство содержит горизонтальный сепаратор с вертикально расположенной в верхней его части гидроциклонной головкой для отделения газа от жидкости, установленный в сепараторе уровнемер жидкости, трубопровод отвода жидкости из сепаратора, снабженный связанным с уровнемером жидкости регулятором расхода жидкости, влагомером и расходомером жидкости, трубопроводы подвода и возврата продукции скважины, трубопровод отвода газа, снабженный связанным с уровнемером жидкости регулятором расхода газа, расходомером газа и датчиком перепада давления, а также систему контроля, управления и вычисления. Устройство характеризуется тем, что трубопровод отвода жидкости снабжен дополнительным трубопроводом отвода жидкости, расположенным перед расходомером жидкости и снабженным насосом для регулируемой откачки жидкости, установленным параллельно регулятору расхода жидкости, а после расходомера газа установлен дополнительный трубопровод отвода газа на свечу, снабженный газовым регулируемым редуктором и газовым расходомером, при этом устройство снабжено смесителем для сбора жидкости и газа для возврата продукции скважины, например, в систему сбора и подготовки нефти по трубопроводу отвода продукции скважины, при этом трубопровод возврата продукции скважины соединен с трубопроводом подвода продукции скважины через трехходовой кран.
Недостатком известного устройства, реализующего способ регулирования отвода жидкой и газовой фаз из сепарационной емкости, является наличие двух регуляторов расхода - одного в газовой линии, другого -в жидкостной линии.
Известен способ регулирования отвода жидкой и газообразной фаз из емкости сепаратора скважинного флюида по двум отдельным измерительным каналам (патент на изобретение 2565611). Обеспечиваются поточные измерения количественных показателей по жидкости и газу с последующим объединением этих потоков в один для дальнейшего транспортирования. Регулятором расхода, установленным в газовой линии, поддерживают в заданных пределах превышение давления в емкости сепаратора над давлением в камере смешивания фаз, исходя из данных об изменении разности давлений сред, содержащихся в емкости сепаратора и в камере смешивания фаз. Уровень жидкости в емкости сепаратора поддерживают регулятором расхода в жидкостной линии, исходя из данных об изменениях уровня жидкости в емкости сепаратора.
Недостатком известного способа является наличие двух регуляторов расхода - одного в газовой линии, другого -в жидкостной линии. Также не раскрыта эффективность поддержания уровня межфазовой границы в сепарационной емкости, то есть предполагается наличие системы поддержания уровня жидкости, близкой к релейной, а значит, также возможен относительно малый ресурс регуляторов расхода, в частности их исполнительных механизмов.
Задачами заявляемого изобретения являются упрощение способа регулирования отвода жидкой и газовой фаз из сепарационной емкости, и увеличение ресурса регулирующего устройства.
Поставленная задача решается использованием в системе регулирования отвода жидкой и газовой фаз из сепарационной емкости одного регулятора, установленного в месте объединения измерительных потоков и представляющего собой трехходовой смеситель с электроприводом, управление которым осуществляют при помощи контролирующего устройства на основе данных, поступающих от уровнемера, установленного в сепарационной емкости, и от датчика разности давлений, причем измеряют разность между давлением в сепарационной емкости и давлением в выходном канале после регулятора.
Заявляемое техническое решение поясняется схемой:
Фиг. 1 - Схема способа регулирования отвода жидкой и газовой фаз из сепарационной емкости;
Устройство, реализующее способ регулирования отвода жидкой и газовой фаз, состоит из сепарационной емкости 1, входного канала 2, измерительных газового 3 и жидкостного 4 каналов с устройствами поточного измерения количественных показателей по газу 5 и по жидкости б, датчика разности давлений 7, контролирующего устройства 8, выходного канала 9. В месте объединения измерительных каналов установлен регулятор 10, представляющий собой трехходовой смеситель с электроприводом. В сепарационной емкости установлен уровнемер 11. В измерительном газовом канале могут быть установлены датчики давления 12 и температуры 13, а в измерительном жидкостном канале -датчик вязкости и плотности 14.
Газожидкостный поток подается под давлением через входной канал 2 в сепарационную емкость 1, где происходит его разделение на жидкую и газовую фазы. Жидкая фаза отводится через измерительный канал 4 из нижней части сепарационной емкости 1, а газовая - через измерительный канал 3 из верхней части сепарационной емкости 1 с поточным измерением количественных показателей устройствами б и 5. Жидкая и газовая фазы объединяются смесителем регулятора 10 и поступают в выходной канал 9 для дальнейшего транспортирования.
Смеситель регулятора 10 обеспечивает дозированное смешивание потоков жидкости и газа, с изменением гидравлического сопротивления в жидкостном и газовом измерительных каналах в зависимости от угла поворота заслонки смесителя.
Датчик разности давлений 7 служит для измерения перепада давления между сепарационной емкостью 1 и выходным каналом 9 в месте соединения потоков.
Регулирование уровня межфазовой границы в сепарационной емкости 1 обеспечивается контролирующим устройством 8 на основании показателей от уровнемера 11, от датчика разности давлений 7 и, опционально, от датчиков давления 12, температуры 13, а также - от датчика вязкости и плотности 14. Контролирующим устройством 8 отслеживается и выставляется необходимое положение заслонки смесителя регулятора 10 (далее заслонки) таким образом, что происходит одновременное изменение гидравлических сопротивлений жидкостного и газового измерительных каналов по определенному закону.
ниж
верх
Необходимое положение заслонки смесителя регулятора 10 выбирается из условия расположения межфазовой границы в заданном диапазоне высоты H от Н до Н, по возможности, посередине этого диапазона.
Для наименьшей загруженности электропривода регулятора 10 алгоритм работы системы подразумевает воздействие на заслонку смесителя при фактическом или прогнозируемом выходе межфазовой границы вне диапазона
Алгоритм работы всей системы состоит из следующих операций:
1. Контроллер с определенной периодичностью на основе текущего положения межфазовой границы в сепарационной емкости, а также данных об актуальном перепаде давления, проводит математический анализ и выполняет прогноз последующего равновесного положения межфазовой границы в предположении, если бы положение заслонки смесителя осталось неизменным.
ниж
верх
2. Если прогнозируемое равновесное положение межфазовой границы оказывается за пределами заданного диапазона «Н-Н», вычисляется поправка в положение заслонки смесителя.
3. Выполняется перевод заслонки смесителя регулятора в обновленное положение.
4. Продолжается мониторинг положения межфазовой границы в сепарационной емкости и отработка действий по операциям 1-3.
В том случае, если уровень межфазовой границы выходит за одну из экстремальных границ  или , контроллер отдает команду на полное закрытие жидкостного или газового измерительного канала соответственно, то есть переводит заслонку сепаратора в одно из двух крайних положений, что полностью исключает прорыв жидкой фазы в газовую измерительную линию, а газовой фазы - в жидкостную.
Описанный алгоритм позволяет поддерживать уровень межфазовой границы в сепарационной емкости в заданном диапазоне при минимальном количестве управлений с целью увеличения ресурса регулятора.