Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ПОДАЧИ ЖИДКИХ ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ И СПОСОБ УЧЕТА РЕАГЕНТОВ В ТАКОЙ СИСТЕМЕ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может найти применение при подаче жидких химических реагентов (ингибиторов, деэмульгаторов и др.) в системах транспорта, подготовки и переработки продукции скважин. Изобретение позволяет повысить эффективность применения химических реагентов за счет уменьшения их расхода и повышения качества планирования и учета.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Использование жидких химических реагентов (ингибиторов, деэмульгаторов и др.) при существующей технологии транспорта, подготовки и переработки продукции скважин является наиболее экономичным и эффективным при обработке продукции скважин с целью защиты трубопроводов, и нефтепромыслового оборудования от коррозии, отложений солей, асфальтосмолопарафиновых отложений, путевой деэмульсации и др.

Из уровня техники известны установки для подачи реагентов, в которых объем реагента измеряется по выносной линейке, например документ RU 2312208 С1, Е21В 37/06, опубл. 10.12.2008. При этом в указанных системах учет осуществляется следующим образом: отгрузка реагентов выполняется в массовых единицах учета (кг, т), контроль на объектах выполняется визуально по результатам измерения мерной линейкой уровня (в мм) химического реагента в прозрачной выносной трубке (которая служит сообщающимся сосудом с емкостью хранения химического реагента). После этого производится двухступенчатый пересчет значения уровня химического реагента сначала в объемные единицы (м³) путем произведения значения уровня химического реагента на значение площади поперечного сечения емкости, затем в массовые единицы (кг, т), путем произведения значения объема химического реагента на значение его плотности. Масса реагента в этом случае рассчитывается по формуле

m=ρ·V=ρ·h·S, (2)

где ρ - плотность химического реагента, кг/м³;

V - объем химического реагента, м³;

h - значения уровня химического реагента в емкости, м;

S - площадь поперечного сечения емкости, м².

Значительная погрешность применяемого метода учета связана с зависимостью плотности химического реагента от разницы температуры от нормальных условий, непостоянством и субъективными условиями визуального (по линейке) определения уровня химического реагента в емкостях хранения. Так как в состав жидких реагентов входят жидкости со значительным коэффициентом расширения, величина потерь химического реагента при пересчете из-за изменения плотности за холодный сезон и в период с резким перепадом температуры в течение суток составляет до 3,5%. Изменение плотности ρ реагентов при изменении температуры на 10°C составляет от 7 кг/м³, что приводит к значительным потерям в масштабах компании при их учете.

Автоматизировать учетные операции при таком способе и организации учета не представляется возможным и, следовательно, такие операции выполняются вручную по субъективно сформированным ежедневным показаниям остатка реагента, контролируемым по выносной линейке с последующим учетом усредненных значений температуры реагента и его плотности.

Из уровня техники известны системы, в которых, для устранения погрешности на изменения плотностей в зависимости от изменения температуры, содержатся системы для подогрева реагента, как например, RU 76678, Е21В 43/00, опубл. 27.09.2008. Однако при включенном подогреве некоторые типы реагентов густеют, потому что легкие фракции испаряются, и густой химический реагент не доходит до насоса установки и/или создает дополнительную нагрузку на насос. Кроме того, этот факт может привести и к изменению его химических свойств. При этом, хотя и включен подогрев, но на выходе из емкости химический реагент приобретает по существу температуру окружающей среды в случае удаленных объектов дозирования, это неизбежно ведет к перебоям подачи ввиду сгущения реагента.

Таким образом, технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является увеличение точности учета реагента с обеспечением, в то же время, сохранение его физико-химических свойств и его свободного протекания по технологическому оборудованию, что также позволит уменьшить нагрузку на насос и обеспечить его более надежную работу.

С этой целью предложены система подачи химических реагентов и способ учета химического реагента, в которых отгрузка реагентов и контроль на нефтепромысловых объектах выполняется в массовых единицах учета, с устранением многоступенчатого пересчета значения уровня химического реагента в емкости хранения, что позволяет избежать погрешности при визуальном определении уровня, погрешности при не- изменении температуры химического реагента и, как следствие, на изменение плотности. При объектовых измерениях полностью исключен субъективный фактор, при этом результаты измерений автоматически поступают в единую систему учета химических реагентов, где выполняется автоматический их учет и формирование отчетной и плановой информации. При этом измерение остатка химических реагентов производится с применением гидростатических датчиков давления, на результаты измерений которых не влияют изменения температуры и плотности реагента.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первым аспектом изобретения является система подачи химического реагента, содержащая емкость хранения химического реагента, содержащую химический реагент; насос-дозатор; объект дозирования, соединенный с емкостью хранения химического реагента через насос-дозатор; контрольно-измерительные приборы, установленные в объекте дозирования, выполняющие измерения параметров среды в объекте дозирования, а именно давления, расхода, обводненности, кислотности РН среды; гидростатический датчик давления, установленный в емкости хранения химического реагента; блок управления, функционально соединенный с гидростатическим датчиком давления, контрольно-измерительными приборами в объекте дозирования и с насосом-дозатором, причем блок управления выполнен с возможностью управления насосом-дозатором в зависимости от сигналов датчика давления и контрольно-измерительных приборов; при этом гидростатический датчик давления выполнен с возможностью измерения давления столба химического реагента в емкости хранения, причем на основании сигнала гидростатического датчика давления блок управления определяет массу химического реагента в емкости хранения следующим образом:

где Р - давление, измеряемое гидростатическим датчиком давления, кг/м·с²;

S - площадь поперечного сечения емкости хранения химического реагента, м²;

g - ускорение свободного падения, м/с² (g=9,81 м/с²),

при этом текущий расход химического реагента в объекте дозирования определяется косвенно, через определение разности масс химического реагента в емкости хранения через задаваемые в блоке управления интервалы времени, следующим образом:

Qт=m₁-m₀,

где m₀ - масса химического реагента согласно последнему измерению;

m₁ - масса химического реагента согласно предпоследнему измерению.

Интервал времени задают в зависимости от технологических условий. Объектами дозирования являются скважины, трубопроводы или объекты сбора, подготовки и переработки продукции скважин. Блок управления расположен локально и выполнен с возможностью задания плановых параметров, непосредственного приема сигнала от гидростатического датчика давления, определения текущих параметров, сравнения плановых и текущих параметров и передачи полученных данных и результатов сравнений на ПК оператора, где формируется отчет. Блок управления расположен удаленно и выполнен с возможностью задания плановых параметров, приема посредством системы передачи информации, сигнала от гидростатического датчика давления, определения текущих параметров, сравнения плановых и текущих параметров и передачи полученных данных и результатов сравнений на ПК оператора, где формируется отчет.

Задаваемые плановые параметры включают в себя, по меньшей мере, одно из: минимально допустимая масса химического реагента в емкости хранения, максимально допустимая масса химического реагента в емкости хранения; расход химического реагента, суточный расход химического реагента, удельный расход химического реагента, суточный удельный расход химического реагента, минимальный суточный остаток химического реагента. Блок управления выполнен с возможностью определения, на основе вычисления текущих массы и расхода, прогноза суточного расхода химического реагента, текущего удельного расхода химического реагента, прогноза суточного удельного расхода химического реагента, прогноза суточного остатка химического реагента.

На основании сравнения оператору сигнализируется об отклонении текущих параметров от плановых.

Блок управления выполнен с дополнительной возможностью управления насосом-дозатором в ответ на соответствующее действие оператора. При отклонении текущих параметров от плановых подают регулирующее воздействие на насос-дозатор с целью понижения или повышения его производительности.

Вторым аспектом изобретения является способ учета реагента в упомянутой системе подачи, включающий в себя следующие этапы:

- измеряют давление химического реагента в емкости с помощью гидростатического датчика давления;

- передают сигнал от датчика в блок управления;

- определяют с помощью блока управления массу реагента в емкости следующим образом:

где Р - давление, измеряемое датчиком, кг/м·с²;

S - площадь сечения емкости хранения, м²;

g - ускорение свободного падения, м/с² (g=9,81 м/с²),

- определяют текущий расход реагента в объекте дозирования, при этом расход реагента в объекте дозирования определяют косвенно, путем определения разности масс реагента в емкости хранения через задаваемые в блоке управления интервалы времени, следующим образом:

Qт=m₁-m₀,

где m₀ - масса реагента согласно последнему измерению;

m₁ - масса реагента согласно предпоследнему измерению.

В блоке управления задают плановые параметры, включающие в себя, по меньшей мере, одно из: минимально допустимая масса химического реагента в емкости хранения, максимально допустимая масса химического реагента в емкости хранения; расход химического реагента, суточный расход химического реагента, удельный расход химического реагента, суточный удельный расход химического реагента, суточный остаток химического реагента. С помощью блока управления определяют на основании определенных текущих массы и расхода суточный прогноз расхода химического реагента, текущий удельный расход химического реагента, суточный прогноз удельного расхода химического реагента, прогноз суточного остатка химического реагента, при этом сравнивают определенные параметры с плановыми. Полученные данные и результаты сравнений передают на ПК оператора для формирования отчета. При отклонении текущих параметров от плановых подают предупреждающий сигнал оператору. При отклонении текущих параметров от плановых подают регулирующее воздействие на насос-дозатор с целью понижения или повышения его производительности химического реагента, подаваемого в объект дозирования.

Таким образом, техническим результатом изобретения является увеличение эффективности использования химических реагентов за счет повышения точности их учета и уменьшения их расхода, а также повышения качества планирования. Способ позволяет повысить надежность напорных нефтепроводов при снижении затрат на ингибитор коррозии до 3,5%, повысить качество разделения водонефтяной эмульсии при снижении затрат на деэмульгатор до 3%. Обеспечивается сохранение физико-химических свойств химических реагентов и их свободное протекание по технологическому оборудованию, что также позволяет уменьшить нагрузку на насос-дозатор и обеспечивает его более надежную работу.

Настоящее изобретение предоставляет возможность систематизировать и централизовать учет подачи жидких химических реагентов при помощи программно-технического комплекса, что обеспечивает точность учета по меньшей мере 2,5%, при этом количество контролируемых объектов не ограничено.

При использовании изобретения обеспечивается автоматическое формирование планов, отчетов по остатку, сливу, доливу жидких химических реагентов, расчету удельного количества поданного химического реагента, своевременной заявки на поставку химических реагентов, рекомендации на выполнение регулирующих воздействий и др. При этом внедрение системы позволяет организовать подачу химических реагентов без постоянного присутствия персонала на объекте, более точно выдерживать технологический цикл подачи химических реагентов, а также использовать данные для удаленного диспетчерского мониторинга и управления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертеже схематично показана система подачи жидкого химического реагента.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Система подачи химического реагента согласно изобретению содержит емкость хранения химического 1 реагента, содержащую химический реагент, объект 5 дозирования, соединенный с емкостью хранения химического 1 реагента посредством насоса-дозатора 3, гидростатический датчик давления 2, установленный в емкости хранения химического 1 реагента, блок управления 4, соединенный с гидростатическим датчиком давления 2 и с насосом-дозатором 3, при этом блок управления выполнен с возможностью управления насосом-дозатором 3 в зависимости от сигналов от гидростатического датчика давления 2 и от контрольно-измерительных приборов 7, установленных в объекте дозирования, а именно влагометра, Рh-метра, датчика давления, расходомера. На основании измеренных этими приборами параметров блок управления корректирует производительность насоса-дозатора, и, следовательно, дозировку реагента. Например, если давление перекачиваемой среды повышается, то необходимо повысить дозу деэмульгатора. В этом случае блок управления передает соответствующее воздействие на насос-дозатор с целью повышения его производительности. При очередном измерении давления перекачиваемой среды блок управления либо подает команду на насос-дозатор для увеличения дозы реагента, если давление не понизилось до заданных пределов, либо, если давление пришло в норму, не подает такую команду.

Датчик 2 измеряет давление столба химического реагента в емкости хранения, причем на основании сигнала гидростатического датчика давления блок 4 управления вычисляет текущую массу химического реагента в емкости хранения химического реагента 1 следующим образом:

где Р - давление, измеряемое гидростатическим датчиком давления, кг/м·с²;

S - площадь поперечного сечения емкости хранения химического реагента, м²;

g - ускорение свободного падения, м/с² (g=9,81 м/с²),

при этом текущий расход химического реагента в объекте 5 дозирования вычисляется косвенно, путем определения разности масс химического реагента в емкости хранения 1 через задаваемые в блоке управления интервалы времени, следующим образом:

Qт=m₁-m₀,

где m₀ - масса химического реагента согласно последнему измерению;

m₁ - масса химического реагента согласно предпоследнему измерению.

Поскольку расход химического реагента в емкости хранения соответствует расходу химического реагента в объекте дозирования, то, следовательно, эти величины могут быть соотнесены.

Интервал времени задают в зависимости от технологических условий. Этот параметр, настраиваемый для каждого отдельного объекта, зависит от скорости опустошения емкости хранения химического реагента, т.е. от нормы дозирования, и может составлять от 1 мкс. В частном варианте исполнения настоящего изобретения при настройке системы интервал устанавливался равным 5 минутам, а при штатной работе 2 часам.

Объектом 5 дозирования являются скважины, трубопроводы, насосные установки или любые другие технологические установки, которые связаны с подачей в них жидких химических реагентов с определяемыми массой и расходом.

Блок 4 управления в системе может быть расположен локально или удаленно и выполнен с возможностью задания плановых параметров, непосредственного приема сигнала от гидростатического датчика давления, определения текущих параметров, сравнения плановых и текущих параметров и передачи полученных данных и результатов сравнений на ПК 6 оператора, где формируется отчет. Локальное (децентрализованный способ обработки информации) или удаленное (централизованный способ обработки информации) расположение блока 4 управления подразумевает непосредственный прием сигнала от гидростатического датчика давления либо прием сигнала через систему передачи информации соответственно. Учитывая, что данная система может быть воплощена на неограниченном количестве объектов, то при множестве объектов, в которых производится измерение, будет предпочтительнее централизованный способ обработки информации. Задаваемые плановые параметры включают в себя, по меньшей мере, одно из: минимально допустимая масса химического реагента в емкости хранения, максимально допустимая масса химического реагента в емкости хранения; расход химического реагента, суточный расход химического реагента, удельный расход химического реагента, суточный удельный расход химического реагента, минимальный суточный остаток химического реагента. На основании определенных текущих массы и расхода, определяемых от сигнала гидростатического датчика давления, блок управления может определять текущие рабочие параметры, включающие в себя, по меньшей мере, одно из: прогноз суточного расхода химического реагента, текущий удельный расход химического реагента, прогноз суточного удельного расхода химического реагента, прогноз суточного остатка химического реагента. Блок управления сравнивает текущие параметры с заданными плановыми, и в случае отклонения текущих параметров от плановых диспетчеру выдается предупреждающий сигнал, который может быть в виде сообщения на мониторе ПК 6 оператора или в виде рассылки CMC ответственным лицам. Также формируются списки объектов для пополнения химического реагента, для регулирования его нормы подачи, г/т; удельного расхода химического реагента за сутки к объему перекачиваемой/добытой жидкости; суточного плана расхода химического реагента по каждому объекту, кг; суточного фактического расхода химического реагента по каждому объекту, кг; суточного остатка химического реагента по каждой точке подачи, кг. Реализована сигнализация при отклонении суточного факта расхода химического реагента по каждой точке подачи на 10% от плана (выполняется формирование списка объектов с информацией о количестве дней отклонения в мониторинговой подзадаче). Данная информация также отображается на мониторе ПК 6 оператора. Также предусмотрена сигнализация при некорректном применении химического реагентов (например, его слива). При необходимости, т.е. при отклонении текущих параметров от плановых, оператор со своего рабочего места может корректировать работу насоса-дозатора 3 путем подачи на насос-дозатор 3 через блок 4 управления регулирующего воздействия для уменьшения/увеличения оборотов насоса с целью регулировать расход химического реагента, изменяя обороты электродвигателя насоса-дозатора.

Способ учета химического реагента в упомянутой системе подачи согласно изобретению включает в себя следующие элементы:

- подают химический реагент в емкость хранения 1 при одновременном измерении давления столба химического реагента с помощью гидростатического датчика 2 давления;

- передают сигнал гидростатического датчика давления на блок 4 управления непосредственно или посредством системы передачи информации;

- определяют с помощью блока 4 управления массу химического реагента следующим образом:

где Р - давление столба химического реагента в емкости хранения, измеряемое гидростатическим датчиком давления, кг/м·с²;

S - площадь поперечного сечения емкости хранения, м²;

g - ускорение свободного падения, м/с² (g=9,81 м/с²),

- прекращают подачу химического реагента в емкость хранения 1 при достижении заданной максимальной массы химического реагента в емкость хранения;

- осуществляют подачу химического реагента из емкости хранения 1 химического реагента в объект 5 дозирования с помощью насоса-дозатора 3 при одновременном измерении массы химического реагента в емкости хранения;

- передают данные о массе с гидростатического датчика давления 2 в блок 4 управления непосредственно или посредством системы передачи информации;

- определяют текущий расход химического реагента в объекте 5 дозирования, при этом расход химического реагента в объекте 5 дозирования определяют косвенно, путем определения разности масс химического реагента в емкости хранения 1 через задаваемые в блоке управления интервалы времени, следующим образом:

Qт=m₁-m₀,

где m₀ - масса химического реагента согласно последнему вычислению;

m₁ - масса химического реагента согласно предпоследнему вычислению.

Следует отметить, что данные измерений расхода и массы используется для измерения и других текущих параметров реагента, при этом текущие параметры определяются с теми же интервалами времени, что и масса и расход.

Задают плановые параметры в блоке 4 управления, непосредственно или посредством ПК 6, включающие в себя, по меньшей мере, одно из: минимально допустимая масса химического реагента в емкости хранения, максимально допустимая масса химического реагента в емкости хранения; расход химического реагента, суточный расход химического реагента, удельный расход химического реагента, суточный удельный расход химического реагента, суточный остаток химического реагента. С помощью блока 4 управления определяют на основании определенных текущих массы и расхода суточный прогноз расхода химического реагента, текущий удельный расход химического реагента, суточный прогноз удельного расхода химического реагента, прогноз суточного остатка химического реагента, при этом сравнивают определенные параметры с плановыми. Определенные данные и результаты сравнений передают на ПК 6 оператора для формирования отчета в реальном времени. При отклонении текущих параметров от плановых подают предупреждающий сигнал оператору. При отклонении текущих параметров от плановых подают регулирующее воздействие на насос-дозатор 3 с целью понижения расхода химического реагента, подаваемого в объект 5 дозирования.

В заявке не указано конкретное программное и аппаратное обеспечение для реализации блока управления, но специалисту в области техники должно быть понятно, что сущность изобретения не ограничена конкретной программной или аппаратной реализацией, и поэтому для осуществления изобретения могут быть использованы любые программные и аппаратные средства, известные в уровне техники. Так, аппаратные средства могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах, цифровых сигнальных процессорах, устройствах цифровой обработки сигналов, программируемых логических устройствах, программируемых пользователем вентильных матрицах, процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных модулях, выполненных с возможностью осуществлять описанные в данном документе функции, компьютере либо комбинации вышеозначенного.

Хотя отдельно не упомянуто, но очевидно, что когда речь идет о хранении данных, программ и т.п., подразумевается наличие машиночитаемого носителя данных, примеры машиночитаемых носителей данных включают в себя постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, регистр, кэш-память, полупроводниковые запоминающие устройства, магнитные носители, такие как внутренние жесткие диски и съемные диски, магнитооптические носители и оптические носители, такие как диски CD-ROM и цифровые универсальные диски (DVD), а также любые другие известные в уровне техники носители данных.