Операторы постоянно пытаются оптимизировать добычу своих нефтяных и газовых скважин. Они могут добиться этого, стимулируя поток и/или сводя к минимуму время простоя. В то время как простои обычно связаны с отказом или поломкой оборудования, существует целая категория проблем, связанных с условиями окружающей среды в скважине, которые могут привести к повреждению или закупорке скважины и/или выкидной линии, что приводит к дорогостоящему капитальному ремонту. Ниже приведены некоторые примеры:

• Бактерии: бактерии могут расти внутри ствола скважины, что может привести к закупорке или коррозии трубопроводов/оборудования.

• Коррозия: если жидкость в стволе скважины/выкидной линии имеет высокое содержание воды, то металлическая труба, по которой течет добытая жидкость, может быть повреждена из-за коррозии.

• Парафин: в эксплуатационных трубах могут образовываться парафиновые отложения, снижающие расход.

• Гидраты: эти кристаллические/льдоподобные образования могут блокировать НКТ.

• Пена: пена препятствует течению углеводородов

Целая отрасль возникла из-за необходимости смягчить вышеуказанную категорию проблем – закачку химикатов, когда специальные химикаты закачиваются в скважину для предотвращения вышеупомянутых проблем. Для наземных скважин химикаты доставляются либо в виде периодической обработки на грузовиках, либо путем непрерывного дозирования с использованием резервуаров для химикатов на месте. В последнем случае (и которому посвящена эта статья) химическая сервисная компания продает резервуары и насосы оператору и предоставляет постоянные услуги по заполнению резервуаров, настройке насосов на рекомендуемые скорости и периодическому отбору проб.

Количество химикатов, которые необходимо доставить, зависит от конкретной категории используемых химикатов, а также от объемов производства нефти, газа и/или воды. Некоторые химические вещества требуют знания только одного из этих компонентов, в то время как некоторые требуют двух или всех трех. Производитель химикатов указывает требования к дозировке в частях на миллион (PPM) для каждого компонента, а нормы дозировки рассчитываются путем применения коэффициента(ов) PPM к фактическому производству. Затем насос настраивают соответствующим образом для достижения целевой дозы. Важно убедиться, что надлежащее количество химического вещества доставляется к цели. Недостаточная дозировка может привести к повреждению ствола скважины, которое данное химическое вещество должно предотвратить. Передозировка не только приводит к ненужной трате химикатов, но и, в зависимости от химиката, может привести к повреждению.

Регулирование производительности насосов при дозировании

Имея потенциально тысячи скважин в любом данном бассейне, операторы изо всех сил стараются не отставать от своих программ закачки химикатов. Им необходимо постоянно регулировать производительность своих насосов, чтобы изменить общее количество химикатов, подаваемых в день, в зависимости от различных параметров, включая:

• изменяющиеся объемы добычи (нефть/газ/вода)

• изменяющееся забойное давление • изменяющаяся температура окружающей среды

• изменяющиеся свойства/ соотношение добываемых жидкостей и газов

• различные свойства коллектора/пласта

По оценке одной супер-крупной компании, при эффективной программе закачки химикатов они могут сэкономить на скважине. Хотя они осознают важность управления своими химическими программами, немногие операторы контролируют свои наземные резервуары для химикатов и насосы и, следовательно, практически не видят того, что происходит в скважине. Вместо этого они полагаются на химические компании, чтобы поддерживать их резервуары заполненными и регулировать насосы.

Автоматизация резервуаров

Ключом к решению вышеуказанных проблем является автоматизация резервуаров для химикатов и насосов. Правильно управляемая программа химической автоматизации включает следующие элементы:

• Уровни запасов: информация о том, сколько химиката находится в резервуаре

• Определение целевой нормы дозирования (объем в единицу времени) для каждого типа химиката.

• Обеспечение потока: знание того, что химическое вещество подается в скважину с надлежащей дозировкой.

• Корректировка фактической нормы дозировки на основе изменения условий эксплуатации для поддержания целевых норм дозировки. упомянутые желаемые черты.

Определение уровня жидкости

В основе программы управления химическими веществами лежит определение уровня жидкости в резервуарах для химикатов. Основное преимущество этого измерения заключается в том, что оно позволяет соответствующему персоналу узнать, когда необходимо снова наполнить резервуар, чтобы обеспечить непрерывное дозирование в скважине. Однако, как мы увидим позже, уровень жидкости также является ключом к созданию доступного метода определения дозировок по сравнению с дорогостоящими расходомерами.

В зависимости от выбранной технологии измерения уровня несколько факторов затрудняют получение точных и последовательных результатов:

• Колебания температуры: почти все датчики чувствительны к колебаниям температуры окружающей среды, которые влияют либо на измеряемую жидкость, либо на процесс измерения, либо на сам чувствительный элемент. Многие датчики включают датчик температуры для реализации логики компенсации. Колебания температуры от дневного до ночного времени представляют собой одну из самых больших проблем для получения точных уровней в резервуарах.

• Вентиляция. Некоторые из перечисленных выше технологий (например, ультразвуковая и гидростатическая) требуют для эффективной работы правильно вентилируемого резервуара. Многие химические резервуары имеют грубый клапан сброса давления в крышке, который позволяет создать некоторое давление внутри резервуара, что отрицательно влияет на показания уровня.

• Ход насоса: Ход насоса может повлиять на точность датчика уровня жидкости. Например, если датчик гидростатического давления установлен на выпускном трубопроводе резервуара, это приведет к шумному сигналу из-за изменений давления при изменении скорости жидкости в трубе. Даже если преобразователь погружен внутрь резервуара, он может улавливать вибрации, создаваемые насосом, которые проходят через трубки/трубопроводы в корпус резервуара.

• Удельный вес: несколько технологий измерения уровня (например, датчики гидростатического давления и тензодатчики) должны учитывать удельный вес/плотность измеряемого химического вещества. Производители химикатов обычно указывают диапазон удельного веса, а не точное число. Кроме того, удельный вес изменяется при изменении температуры, что увеличивает погрешность расчета уровня жидкости.

• Наклонный/наклонный резервуар: когда резервуары устанавливаются на буровой площадке, они редко располагаются на плоской бетонной площадке. Скорее они сидят на металлических ножках на неровной поверхности. Это приводит к тому, что резервуар наклоняется в одну сторону, что затрудняет определение истинного уровня.

Дополнительная проблема заключается в том, что степень наклона может меняться в зависимости от количества химикатов в баке, во время дождя или когда бак может удариться во время процесса заполнения. Техники также имеют тенденцию наклонять резервуары к выпускному отверстию трубопровода между заправками, поэтому, если уровень химикатов падает, все еще остается достаточно жидкости, чтобы преодолеть высоту между дном бака и выпускной трубой. И, наконец, когда технический специалист пытается откалибровать датчик, измеряя его вручную с помощью рулетки, он может не всегда измерять с одной и той же точки.

• Осадок: со временем на дне резервуара может скапливаться осадок, что создает проблемы для датчиков, установленных на дне резервуара, таких как датчики гидростатического давления.

• Вспенивание. Химические вещества, склонные к пенообразованию на поверхности, могут создавать проблемы для таких датчиков, как ультразвуковые, которые используют отражение от поверхности жидкости для измерения расстояний.

• Конденсация: Скопление конденсата на самом датчике может повлиять на точность датчиков, например ультразвуковых.

• Химическая совместимость: Датчики, вступающие в непосредственный контакт со средой, должны быть изготовлены из материалов, совместимых с измеряемой средой. «Смачиваемые части» датчика необходимо проверить на соответствие паспортам безопасности производителя, а в случае сомнений следует провести испытания для подтверждения совместимости.

• Заполнение резервуаров: Когда обслуживающие компании заполняют резервуары, возникающая турбулентность внутри резервуара может вызвать смещение оборудования внутри резервуара, что может повлиять на датчик.

Хорошим примером этого является перемещение датчика гидростатического давления внутри горизонтального цилиндрического резервуара либо с одной стороны на другую, либо вверх/вниз по изогнутой части резервуара, что может изменить высоту столба жидкости над датчиком.

Еще одна проблема, связанная с датчиками гидростатического давления во время заполнения, — это возможное избыточное давление датчика из-за скорости поступающего химиката во время заполнения.

• Расширение/сжатие жидкости: измеряемая жидкость может расширяться или сжиматься в зависимости от температуры окружающей среды. Это вызывает соответствующее повышение/понижение уровня жидкости.

• Расширение/сжатие бака: Так же, как жидкость внутри бака может расширяться или сжиматься, сам бак может расширяться или сжиматься в зависимости от температуры окружающей среды, что также влияет на уровень жидкости.

Существует множество сенсорных технологий для измерения уровня жидкости, каждая из которых имеет свои сильные и слабые стороны. Ниже приводится краткий обзор наиболее часто встречающихся технологий.

Поплавки

Датчики уровня жидкости — это простые устройства, которые показывают, когда жидкость достигла определенной точки — низкой или высокой. Поскольку они не могут обеспечить непрерывное аналоговое считывание уровня, эти переключатели имеют ограниченное применение для впрыска химикатов — они могут быть полезны только для индикации низкого уровня/пустого бака. Как упоминалось выше, знание фактического уровня жидкости имеет решающее значение для расчетов дозировки, и поэтому переключатели редко используются в этой области.

Гидростатическое давление

Датчики гидростатического давления измеряют величину давления, оказываемого столбом жидкости. Величина измеряемого давления пропорциональна высоте столба жидкости, независимо от формы резервуара. Датчик преобразует это давление в уровень жидкости.

Преобразователи гидростатического давления обычно калибруются, предполагая, что измеряемой жидкостью является вода. Поэтому вам необходимо знать удельный вес жидкости, уровень которой измеряется, чтобы получить точный результат. Кроме того, датчики гидростатического давления используют барометрическое давление в качестве эталона, поэтому резервуар должен должным образом вентилироваться.

В качестве альтернативы можно использовать два датчика давления — один в свободном пространстве между поверхностью химиката и верхней частью резервуара, а другой — на дне резервуара — для расчета перепада давления.

Ультразвук

Ультразвуковые датчики используют высокочастотные звуковые волны, которые отражаются от поверхности измеряемой жидкости. Время, необходимое отраженной волне для достижения датчика, пропорционально пройденному расстоянию. Эти датчики не вступают в контакт со средой. Они зависят от скорости звука в воздухе, поэтому химические пары в головном пространстве резервуара могут повлиять на точность показаний. Изменения температуры паров/воздуха в головном пространстве также могут изменить показания.

Волноводный радар

Датчики волноводного радара излучают микроволны по длине зонда, погруженного в измеряемую среду, и измеряют время, необходимое для того, чтобы отражение достигло датчика. В принципе он похож на ультразвук, но поскольку это не звуковая волна, он не подвержен изменениям состава или температуры свободного пространства. Магнитострикционные поплавковые датчики уровня предыдущих версий используют плавучий объект, менее плотный, чем среда, которую он измеряет, и более плотный, чем свободное пространство над резервуаром. В магнитострикционных поплавковых датчиках поплавок содержит серию магнитов, и когда поплавок перемещается вверх и вниз по чувствительному стержню/кабелю, он регистрирует изменение уровня жидкости.

Емкостные датчики

Датчики этой категории полагаются на тот факт, что измеряемая жидкость имеет диэлектрическую проницаемость, которая сильно отличается от окружающего воздуха в головном пространстве. Передатчик соединен со стержнем, погруженным в измеряемую среду. Преобразователь измеряет изменение емкости, которое изменяется пропорционально уровню жидкости.