Расчет доли чистой нефти в добываемой смеси с помощью расходомера Rotamass TI

Массовые расходомеры кориолисового типа применяются в различных областях промышленности и уже зарекомендовали себя как надежный измерительный инструмент. В нефтегазовой отрасли эти расходомеры используются для измерения массового расхода, плотности, температуры, объемного расхода и концентрации. Принцип действия основан на измерении отклонения резонансной частоты колебаний двух вибрирующих измерительных трубок. Отклонение вызвано действием силы Кориолиса, взаимосвязанной с массовым расходом измеряемой среды, движущейся внутри труб. Технология популярна на рынке благодаря своим преимуществам — она обеспечивает высокоточные решения вне зависимости от типа жидкости, кроме того, отсутствие движущихся частей в потоке позволяет кориолисовым расходомерам иметь довольно длительный срок службы. В статье рассмотрим массовый расходомер Rotamass TI компании Yokogawa.

В процессе добычи нефти в полученной смеси часто содержится некоторое количество воды. Она попадает в смесь либо из нагнетательных скважин в результате применения технологий по увеличению нефтеотдачи пластов, либо это природная вода, которая изначально присутствует в пласте с нефтью. Очень важно уметь вычислять и учитывать процент воды, содержащейся в добытой нефти (обводненность нефти), чтобы вычленить компонент «нефтяной фракции».

Для расчета процентного соотношения объемного расхода нефти и воды обычно используется внешний вычислитель расхода, называемый поточным компьютером. Это специальное электронное устройство, подключенное к расходомерам и другим измерительным приборам для сбора и обработки имеющихся данных, необходимых для определения содержания нефти в смеси.

В массовом расходомере Rotamass TI (рис. 1) предусмотрена специальная функция расчета концентрации жидкой двухфазной среды. Расчет проводится с использованием таблиц данных API или других принятых справочных данных, подходящих для конкретного применения. Для решения задачи с вычислением обводненности нефти расчет проводится с учетом того, что эталонные плотности нефти и воды уже доступны во встроенном ПО устройства. Таким образом, пользователь может исключить применение специального поточного компьютера с очевидным преимуществом с точки зрения затрат и сложности установки.

Рис. 1. Расходомеры Rotamass TI, установленные на нефтяных трубопроводах

В ряде случаев нефть реализуется в объемных единицах, например в американских баррелях. Объем нефти зависит от условий эксплуатации, таких как температура и давление. Одно и то же количество нефтяной массы может иметь различный объем при разных условиях. Поэтому измерение нефти по объему должно быть скорректировано до эталонных температуры и давления, чтобы покупатель знал, какой стандартный объем продукта он приобрел.

Во избежание проблем с измерениями зачастую руководствуются стандартами API (American Petroleum Institute). Они определяют набор правил для стандартизации и расчета «скорректированного» объема нефти, который должен учитываться в коммерческих сделках. Это так называемый объем «чистой нефти» (нефти нетто).

В массовом расходомере Rotamass TI расчет обводненности может осуществляться с использованием функций встроенного программного обеспечения. Значение «скорректированный объем чистой нефти» отображается на цифровом дисплее расходомера и доступно для передачи через выходные сигналы прибора, без необходимости использования внешних дополнительных устройств.

Массовые расходомеры Rotamass TI производства Rota Yokogawa могут рассчитывать концентрацию двухфазных смесей в различных комбинациях:

две жидкости, которые не растворяются друг в друге (эмульсия);



две жидкости, которые растворяются друг в друге, такие как вода и спирт (раствор);



твердые элементы, которые однородно растворены в жидком веществе, например соль в воде или сахар в воде (раствор);



одна жидкость и газ.

В каждом случае концентрация рассчитывается с использованием своего стандартизированного метода.

Функция NOC — Net Oil Computing following API standard, или «вычисление доли чистой нефти по стандарту API», использует процедуру API MPMS, глава 11.1 для расчета плотности нефти и преобразования измеренного объема нефти в «скорректированный» объем, а также вычисляет концентрацию нефти.

Ниже приведены основные шаги, выполняемые в процессе расчета:

Шаг 1. Расчет плотности нефти по стандартному методу API.

Шаг 2. Расчет плотности воды.

Шаг 3. Расчет концентрации и чистого объема нефти.

Шаг 4. Расчет «скорректированного» объема по методу API.

Плотность нефти и воды можно рассчитать, зная свойства обоих элементов во взаимосвязи с температурой и давлением. Таблицы нефти и воды являются необходимыми вводными данными для расчета, эта информация о жидкости предоставляется пользователем.

Шаг 1. Расчет плотности нефти по стандартному методу API.

Для расчета плотности нефти необходимо знать эталонное значение плотности нефти r60 (плотность при температуре 60°F). Стандарт API допускает различные методы расчета, которые также реализованы в прошивке прибора и могут быть выбраны пользователем.

Результат шага 1 — функция определяет плотность нефти rнефти при измеренных температуре Tи и давлении Ри.

Шаг 2. Расчет плотности воды. Используется процедура, аналогичная вышеописанной. Здесь пользователь может выбрать различные методы:

Плотность воды по стандартной средней океанской воде (SMOW).



Плотность воды по данным ЮНЕСКО 1980 г.



Плотность пресной воды по API MPMS 11.4 (то же уравнение, что и VSMOW, Vienna Mean Standard Ocean Water).



Плотность добываемой воды по API MPMS 20.1, приложение A. 1.



Плотность пластовой воды по El-Dessouky, Ettouney (2002).



Плотность воды по стандартной формуле.

Результат шага 2 — функция определяет плотность воды rводы при измеренных температуре Tи и давлении Ри.

Шаг 3. Расчет концентрации и чистого объема нефти.

При известных параметрах:

rизм — измеренная плотность жидкости (нефть + вода — непосредственно измеряется с помощью расходомера Rotamass TI);



rнефти — плотность нефти, рассчитанная в шаге 1;



rводы — плотность воды, рассчитанная в шаге 2;

можно рассчитать концентрацию:

Зная концентрацию (соnснефть,масс) и плотность (rнефти) нефти, можно рассчитать общий чистый массовый расход нефти Qмасс.нефти и общий чистый объемный расход нефти Qоб.нефти:

Qоб.нефти = Qмасс.нефти/rнефти.

где Qмасс.изм. — массовый расход (нефть + вода), измеренный расходомером Rotamass TI.

Для определения объема нефти, протекающего за определенный промежуток времени, в расходомере настраивается счетчик (сумматор). Он суммирует значения Qоб.нефти за каждый временной интервал Dt:

Vнефти = ?(Qоб.нефти ? Dt)i.

Шаг 4. Расчет скорректированного объема нефти Vнефти-скорр. производится путем коррекции объема нефти Vнефти из Шага 3 к плотности при стандартных условиях r60.

Настройка функции может быть произведена с помощью конфигурационного программного обеспечения Fieldmate (рис. 2). Это инструмент настройки ПК, способный выполнять множество задач, включая первоначальную настройку, ежедневное техническое обслуживание, отчетность и настройку конфигурации функций, таких как NOC — вычисление доли чистой нефти по стандарту API.

Рис. 2. Выбор параметров функции с помощью Fieldmate

Все расчеты производятся внутри прибора. Пользователю остается только определить несколько параметров, связанных с жидкостью.

Заключение

Функция вычисления объема чистой нефти в соответствии со стандартом API встроена в расходомер Rotamass TI, и это дает пользователю реальное преимущество, позволяя сократить дополнительные затраты на специальный поточный компьютер, его защитный корпус, кабели или разработку специального программного обеспечения. Возможность расчета концентрации воды также дает ценное представление о производительности сепаратора.

Рис. 3. Массовый кориолисовый расходомер Rotamass TI — прибор для измерения массового расхода и плотности

Источник: https://controlengrussia.com/avtomatizatsiya-neftegazovoj-otrasli/rotamass-ti/