Система автоматической подачи ингибитора гидратообразования в шлейфы газового промысла
Владельцы патента RU 2637245:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение относится к области внутрипромыслового сбора газа, а именно к системам ввода ингибитора образования гидратов в газовые шлейфы. Система содержит емкость с ингибитором, трубопроводы подачи ингибитора к защищаемым точкам, исполнительный механизм, обеспечивающий прямую управляемую программную подачу ингибитора, преобразователи температуры и давления, установленные в защищаемых точках и соединенные со станцией управления и исполнительным механизмом беспроводным каналом связи, устройства дозирования ингибитора, состоящие из обратного и управляемого прямого клапанов и регулирующей шайбы, которые установлены в защищаемых точках и соединены с трубопроводом подачи ингибитора. Емкость с ингибитором выполнена в виде гидроаккумулятора с датчиком давления, соединенным со станцией управления беспроводным каналом связи. Исполнительный механизм выполнен в виде регулирующего редуктора. Обеспечивается диагностирование образования гидратной пробки в режиме реального времени и оперативная подача ингибитора непосредственно на тот участок, в котором начинается образование гидратной пробки. 2 ил.
Изобретение относится к области внутрипромыслового сбора газа, а именно к системам ввода ингибитора образования гидратов в газовые шлейфы.
Проблема гидратообразования особенно актуальна на месторождениях Крайнего Севера, находящихся в завершающей стадии эксплуатации, в зимнее время. Газогидратный режим при эксплуатации месторождений является одним из самых негативных явлений, обуславливающих аварийные ситуации на газопроводах, скважинах.
Для предупреждения гидратообразования на устье скважин и в газовые шлейфы вводится специальный ингибитор образования гидратов, чаще всего метанол (или водно-метанольный раствор (BMP)). Для этого прокладывается общепромысловая магистраль - метанолопровод, из которого BMP поступает в блоки распределения метанола отдельных шлейфов и далее вводится в газовый поток на устье скважин, а также непосредственно в шлейф в местах, где образование гидратов наиболее вероятно, например, в местах установки запорной арматуры, и т.п.
Для ввода метанола в поток газа часто используют специальные метанольные емкости (т.н. метанольницы) или дозировочные насосы.
Метанольницу устанавливают несколько выше (на 1-2 метра) точки ввода ингибитора и сообщают ее с газовым потоком. Когда давление в метанольной емкости и трубопроводе выравнивается, метанол самотеком за счет гидростатического давления поступает в газовую линию. Расход метанола при этом регулируют вручную при помощи игольчатого вентиля. Примером такой конструкции является устройство (патент РФ на полезную модель №156399 «Блок ввода метанола», опубл. 10.11.2015 г.), представляющее собой расходную емкость, в которую заливается метанол или водно-метанольный раствор, соединенную линией подачи метанола непосредственно со шлейфом и снабженную визуальным указателем уровня. На линии подачи метанола установлен узел регулирования расхода. Устройство также имеет линию подачи ударной дозы метанола.
Недостатком данной конструкции является подача метанола только в одну точку. Кроме того, ручное управление подачей метанола не позволяет оперативно реагировать на изменение термобарических условий в шлейфах и изменять подачу метанола, что приводит к его перерасходу.
Известен также блок распределения метанола (патент РФ на изобретение №2338237 «Блок распределения метанола», опубл. 10.11.2008 г.), позволяющий подавать метанол в две автономные точки ввода. Блок снабжен расходомером для контроля расхода метанола и встроен в общепромысловую АСУ ТП, что позволяет дистанционно регулировать подачу метанола в точку ввода при изменении технологических параметров.
Недостатком данного блока является отсутствие оперативного контроля за процессом разрушения газогидратной пробки.
Наиболее широкое распространение на отечественных промыслах получил способ централизованной подачи ингибитора от электронасосного агрегата большой производительности, перекрывающей суммарную подачу по всем точкам ввода, в общий коллектор с последующим распределением из него ингибитора к точкам ввода.
Так, например, известно устройство управления подачей ингибитора гидратообразования в газопроводы (авт. свид. №1393901 «Устройство управления подачей ингибитора гидратообразования в газопроводы природного газа»), которое содержит систему сбора природного газа от скважин к установке комплексной подготовки газа (УКПГ) по газопроводам. Система содержит также централизованный пункт подачи ингибитора гидратообразования, например метанола, который обеспечивает подвод его от насосного блока через коллектор к точкам ввода в газопровод. На каждой линии подачи ингибитора к точке ввода установлены электроуправляемые двухпозиционные клапаны, соединенные с управляющим устройством.
Недостатком рассмотренной системы является то, что при распределении потока по многоканальным устройствам с независимыми каналами регулируемой подачи по каждому каналу излишки нагнетаемой насосом жидкости требуется сбрасывать на приемную емкость, что энергетически нецелесообразно, поскольку предполагает постоянную работу насосного агрегата большой производительности на полную мощность.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой системе является комплексная автоматизированная система распределения и дозирования ингибитора гидратообразования (патент РФ №2376451 «Комплексная автоматизированная система распределения и дозирования ингибитора гидратообразования»). Система содержит насосный агрегат с электроприводом, напорный коллектор, трубопроводы отбора ингибитора из коллектора, независимые контуры стабилизации давления, один из которых образуется датчиком давления в напорном коллекторе, выход которого соединен с автоматическим регулятором частотного преобразователя, а выход последнего соединен с электроприводом насосного агрегата. Второй контур стабилизации давления образует блок регуляторов давления прямого действия, включенный в группу отборных устройств между напорным коллектором и исполнительными устройствами.
Недостатками данной системы является то, что ингибитор гидратоообразования подается в шлейф даже тогда, когда термобарические условия исключают образование гидратов. Кроме того, ингибитор гидратообразования подается только на кусты газовых скважин, а не в конкретную защищаемую точку, требующую разрушения газогидратной пробки, что приводит к перерасходу ингибитора. Реализация системы требует установки частотно-регулируемого привода, дистанционных электроуправляемых двухпозиционных клапанов, что требует постоянного энергоснабжения системы.
Задачей изобретения является оптимизация расхода ингибитора гидратообразования и повышение надежности работы системы.
Техническим результатом изобретения, таким образом, является диагностирование образования гидратной пробки в режиме реального времени и оперативная подача ингибитора непосредственно на тот участок, в котором начинается образование гидратной пробки.
Указанный технический результат достигается тем, что система автоматической подачи ингибитора гидратообразования в шлейфы газового промысла, содержащая емкость с ингибитором, трубопроводы подачи ингибитора к защищаемым точкам и исполнительный механизм, обеспечивающий прямую управляемую программную подачу ингибитора, дополнительно содержит преобразователи температуры и давления, установленные в защищаемых точках шлейфа и соединенные со станцией управления и исполнительным механизмом беспроводным каналом связи, а также устройства дозирования ингибитора, состоящие из обратного и управляемого прямого клапанов и регулирующей шайбы, которые установлены в защищаемых точках шлейфа и соединены с трубопроводом подачи ингибитора; емкость с ингибитором выполнена в виде гидроаккумулятора с датчиком давления, соединенным со станцией управления беспроводным каналом связи, а исполнительный механизм выполнен в виде регулирующего редуктора.
Установка преобразователей температуры и давления в защищаемых точках обеспечивает диагностирование начала формирования гидратной пробки в режиме реального времени по возникновению перепада давления между двумя соседними преобразователями.
Установка в каждой защищаемой точке устройства дозирования ингибитора обеспечивает его подачу только на тот участок, на котором непосредственно обнаружена пробка. Это повышает эффективность ее оперативного разрушения, т.к. концентрация ингибитора не успевает измениться за счет газового потока.
Выполнение исполнительного механизма в виде регулирующего редуктора, управляющего прямыми клапанами устройств дозирования ингибитора, позволяет отказаться от использования сложного оборудования для подачи и распределения потоков ингибитора и вводить его за счет избыточного давления в гидроаккумуляторе, что в конечном итоге повышает надежность работы системы. Надежность работы повышается также за счет установки в гидроаккумуляторе с ингибитором датчика давления, связанного со станцией управления и позволяющего следить за текущим давлением в емкости.
Использование беспроводного канала связи расширяет область применения системы за счет возможности использования на промыслах без электроснабжения.
На фиг. 1 показана структурная схема системы, на фиг. 2 - диаграмма работы устройств дозирования ингибитора.
Система состоит из гидроаккумулятора 1 с ингибитором гидратообразования, в котором установлен преобразователь 2 давления; трубопровода 3 для подачи ингибитора; исполнительного механизма 4 в виде регулирующего редуктора; нескольких устройств 5 (обозначены на фиг. 1 как 5.1, 5.2, 5.3, 5.4) дозирования ингибитора (УДИ), установленных в каждой защищаемой точке (обозначены на фиг. 1 как а, b, с, d), т.е. тех точках шлейфа, где образование гидратных пробок наиболее вероятно, и измерительных преобразователей 6 температуры и давления (обозначены на фиг. 1 как 6.1, 6.2, 6.3, 6.4), установленных там же. Исполнительный механизм 4 и измерительные преобразователи 6, а также преобразователь 2 давления связаны со станцией 7 управления беспроводным каналом 8 связи (радиоканал). Каждое устройство 5 дозирования ингибитора состоит из прямого управляемого клапана 9, обратного клапана 10 и регулирующей шайбы 11. Врезка дозирующих устройств 5 в шлейф 12 осуществлена в защищаемых точках.
Система работает следующим образом.
Гидроаккумулятор 1 заполняется ингибитором гидратообразования, например метанолом. Значение давления в гидроаккумуляторе 1 выбирается в зависимости от количества защищаемых точек и давления в шлейфе. В рассматриваемой в качестве примера системе (см. фиг. 1) метанол вводится в четыре точки шлейфа, давление в котором составляет 1,5-2,0 МПа, а гидроаккумулятор заполнен под давлением 7 МПа.
Состояние устройства дозирования ингибитора зависит от текущего значения давления в трубопроводе 3 подачи ингибитора, которое создается регулирующим редуктором 4. Для управления используются два дискретных значения давления: нижнее пороговое и верхнее пороговое. До достижения заданного для данного устройства, например, УДИ 5.1 нижнего порогового значения 2 МПа обратный клапан 10 открыт, а прямой клапан 9 закрыт (см. фиг. 2). Когда давление достигает нижнего порога срабатывания, открывается прямой клапан 9 и ингибитор начинает поступать в шлейф 12. Для прекращения подачи ингибитора регулирующий редуктор 4 уменьшает давление до значения ниже порога срабатывания 2 МПа, что приводит к закрытию прямого клапана 9 в устройстве 5 дозирования. При необходимости подачи ингибитора в следующую защищаемую точку, через УДИ 5.2 редуктор повышает давление в трубопроводе 3 подачи метанола. Когда оно достигнет верхнего порогового значения УДИ 5.1 и одновременно нижнего порогового значения УДИ 5.2, закроется обратный клапан УДИ 5.1, откроется прямой клапан УДИ 5.2, и ингибитор начнет поступать в защищаемую точку b. В качестве преобразователей 6 температуры и давления могут быть использованы, например, регистраторы технологических параметров типа РТП-4. Они размещаются в защищаемых точках, в которых наиболее вероятен процесс гидратообразования. Такими точками в шлейфе являются участки, расположенные в низинах, около запорной арматуры. При отсутствии гидратообразования разность между показаниями любых соседних регистраторов будет незначительной, соответствующей естественному изменению давления по длине шлейфа из-за гидравлического сопротивления.
Если же на участке между защищаемыми точками шлейфа, например точками а и b (см. фиг. 1), начинается образование гидратной пробки, гидравлическое сопротивление этого участка возрастает и возникает перепад давления. В рассматриваемом примере этот перепад будет регистрироваться регистраторами 6.1 и 6.2 и передаваться на станцию 7 управления по радиоканалу. Станция 7 управления идентифицирует опасный участок и подает управляющий сигнал на регулирующий редуктор 4. Последний, в свою очередь, вырабатывает сигнал управления на соответствующее устройство дозирования ингибитора (в данном случае 5.2), создавая в трубопроводе 3 давление, равное нижнему пороговому значению 3 МПа. Прямой клапан устройства дозирования 5.2 открывается. За счет избыточного по сравнению со шлейфом давления в трубопроводе подачи ингибитора начинается подача метанола в шлейф и разрушение гидратной пробки. Ее разрушение приводит к исчезновению перепада давления, показания регистраторов 6.2 и 6.1 на границах опасного участка выравниваются, и станция 7 управления подает управляющий сигнал на прекращение подачи метанола. По этому сигналу регулирующий редуктор 4 снижает давление до значения ниже самого минимального порогового значения 2 МПа, при этом закрываются все обратные клапаны, в том числе и обратный клапан устройства дозирования 5.2, прекращая подачу метанола в шлейф.
Давление метанола в гидроаккумуляторе 1 контролируется датчиком 2 давления, в качестве которого также может быть использован регистратор РТП-4 (канал измерения давления). Текущее значение давления передается на станцию управления по беспроводному каналу связи.
Значение расхода ингибитора, подаваемого в защищаемые точки, определяется регулирующими шайбами 11.
Значение температуры, измеряемое регистратором РТП-4, служит дополнительным информационным признаком разрушения гидратной пробки.
По сравнению с известными системами изобретение обладает следующими преимуществами:
1) ингибитор гидратообразования подается в шлейф только в том случае, если начинает образовываться гидратная пробка, и конкретно на этот участок, что позволяет оптимизировать расход ингибитора;
2) система может быть использована на любых газовых промыслах, т.к. не требует наличия постоянного электроснабжения;
3) отсутствие сложных распределительных устройств и электроприводных насосов для подачи ингибитора повышает надежность работы системы и уменьшает ее стоимость;
4) использование преобразователей давления и температуры, входящих в состав АСУ ТП промысла, а также стандартных прямых и обратных клапанов упрощает монтаж системы на шлейфе.
Система автоматической подачи ингибитора гидратообразования в шлейфы газового промысла, содержащая емкость с ингибитором, трубопроводы подачи ингибитора к защищаемым точкам и исполнительный механизм, обеспечивающий прямую управляемую программную подачу ингибитора, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит преобразователи температуры и давления, установленные в защищаемых точках шлейфа и соединенные со станцией управления и исполнительным механизмом беспроводным каналом связи, и устройства дозирования ингибитора, состоящие из обратного, прямого клапанов и регулирующей шайбы, которые установлены в защищаемых точках шлейфа и соединены с трубопроводом подачи ингибитора, при этом емкость с ингибитором выполнена в виде гидроаккумулятора с датчиком давления, соединенным со станцией управления беспроводным каналом связи, а исполнительный механизм выполнен в виде регулирующего редуктора.
