Рост в использовании многофазных измерителей и ключевые проблемы, которые они помогают решать
Винсент Вьег,
Емерсон Управление Процессами
Современный рынок многофазных измерителей
Без всякого сомнения, рынок многофазных измерителей в нефтегазовом секторе продолжает расти.
Например, Дуглас Вествуд (Douglas Westwood) полагает, что около тысячи подводных многофазных измерителей будут введены в эксплуатацию к 2015 году, а также большое количество компаний продолжает интенсивный ввод в эксплуатацию как подводных, так и поверхностных многофазных измерителей. Примеры включают компанию Петробраз (Petrobras), которая заявила, что намерена использовать многофазные измерители на каждой подводной скважине и компанию Статоил (Statoil), начавшую одной из первых использовать данную технологию и в настоящее время эксплуатирует свыше 150 многофазных и мокрых газовых измерителей.
На сегодня многофазные измерители являются критическим компонентом, обуславливающим рост компаний и разработку их месторождений.
Они могут использоваться как для мониторинга производства, так и для пробной эксплуатации отдельных скважин, а также для планирования отбора и мониторинга продуктивных пластов. Они так же в состоянии предоставить критическую информацию о характеристиках скважины, например, о водонасыщении и сбойках, прорывах газа, характеристик проницаемости и расплывания.
Нужно отметить, что возможности развития этого направления далеко не исчерпаны. В настоящее время, согласно исследованию Ристад Энержи Глобал (Rystad Energy Global), только 12 % мировой нефтегазовой индустрии эксплуатируют многофазные измерители.
Перемены от первого к третьему поколению
Для того, чтобы понять процесс внедрения многофазных измерителей и их потенциал необходимо провести анализ процесса их развития.
Многофазные измерители прошли значительный путь развития со времён, когда они впервые появились на потребительском рынке в начале девяностых годов прошлого столетия.
Первые коммерческие поверхностные многофазные измерители, например Роксар (Roxar’s), появившийся на рынке в 1992 году, базировались на микроволновой технологии, учитывая единую скорость, подразумевая, что в гомогенном потоке жидкость и газ движутся с одинаковой скоростью.
В начале этого века было внедрено второе поколение многофазных измерителей (схема 1 показывает подводный измеритель Роксар (Roxar) второго поколения). Этот измеритель впервые позволил измерять скорости жидкости и газа отдельно друг от друга. Он включал в себя метод Дьюал Велосити™ (Dual Velocity™), который основывался на расчёте базовых компонентов, базируясь на ёмкостных и проводниковых измерениях. Этот измеритель также комплектовался однозарядным гамма плотномером и блоком вентури.
Другими отличительными свойствами измерителей второго поколения, включая то, что они были рассчитаны на тридцатилетний срок службы в тяжелых условиях эксплуатации, было энергопотребление в четыре раза меньше по сравнению с измерителями первого поколения. А также в подводных измерителях была применена извлекаемая канистра.
На этой стадии были ясны преимущества с точки зрения эксплуатации. Они включали в себя отсутствие необходимости в сепарации и дорогих контрольных сепараторов, моментальный и непрерывный процесс измерения в трех-фазном темпе – не только в дискретный момент времени и не только для отдельной скважины. Кроме того, измерители второго поколения требовали гораздо меньшего техобслуживания.
Как результат вышеперечисленного, наблюдалось снижение капитальных и операционных затрат, улучшение контроля за работой скважин и рост дебита месторождений.
Изменение требований эксплуатации
В то время как многофазные измерители увеличивали своё присутствие на рынке, происходили изменения спроса и требований к ним.
Большое количество современных нефтегазовых месторождений является гораздо более сложными с геологической точки зрения, более удалёнными и неоднородными. Это поднимает спрос на многофазные измерители, позволяющие производить точные и надёжные измерения в реальном времени, помогающие в диагностике и оптимизации работы скважин и предотвращать погрешности в измерениях добычи.
Необходимость в удовлетворении этих новых потребностей не могла быть обеспечена многофазными измерителями второго поколения, которые в основе своей применяли принцип упрощения сложных моделей потоков и зависели от того факта, что резервуар был относительно гомогенным.
Во-вторых, за последние годы наблюдался рост разработки относительно малых месторождений (в среднем от 200 до 300 миллионов баррелей), а также старых месторождений. Только недавно компания Статоил (Statoil) объявила об активизации работ, направленных на разработку старых месторождений для поддержания производства на Норвежском континентальном шельфе.
Многофазные измерители играют важную роль в разработке старых месторождений, в сфере улучшения качества измерения среды скважин, зачастую сложных зависимостей сроков эксплуатации и современных технологий.
Наконец, существует необходимость удовлетворять требования по охране окружающей среды и технике безопасности, особенно там, где использование ядерных технологий запрещено законодательством или стандартами компании. Возможность эксплуатации многофазных измерителей без привлечения ядерных технологий и в то же время обеспечение точности измерений требуют достаточно сложных технических решений.
Обобщая вышесказанное, в то время как второе поколение многофазных измерителей продолжает успешно эксплуатироваться, увеличиваются и требования к ним, как с точки зрения прецизионности, так и принципов измерений. Это должно улучшить возможности эксплуатации управлять сложными режимами и увеличить производительность.В добавок ко всему, необходимость внедрения многофазных измерителей должна учитывать последствия для окружающей среды, расширения рабочего диапазона, снижение операционных затрат и необходимость работы в прежде труднодоступных условиях.
Многофазные измерители третьего поколения
Итак, как многофазные измерители третьего поколения (см. схему 2) могут ответить вызову рынка?
Например, применение новой конфигурации электрода сенсора может позволить производить измерения в отдельных секторах, вдобавок к измерениям по всему сечению. В результате может быть достигнуто большее количество комбинаций, более точные измерения фракций, скоростей в каждом сегменте.
Вместо осуществления измерений по всему сечению, новые принципы позволят измерителю производить измерения как вращательные у стенок, так и объёмные измерения. Тем самым обеспечивая подробную картину потока. Ассиметричные потоки и не совершенные смеси газа и дисперсной среды так же могут успешно обрабатываться, что не позволяли измерители прошлых конструкций. Принципы измерений показаны на схемах 3а и 3б (красный цвет представляет зону высокой чувствительности, синий цвет представляет зону низкой чувствительности).
Таким образом оператор может получить возможность точного понимания режимов потока, эффектов смешивания и профилей скорости. Также возможны обнаружения моментальных изменений в смеси, тем самым делая измерения более точными и стабильными по сравнению с другими технологиями.
Следует отметить потенциальное расширение рабочей среды в случае применения многофазных измерителей следующего поколения. Это может быть достигнуто путём уменьшения размеров и веса, в свою очередь снижая затраты на монтаж, техобслуживание и производственные площади.
Заменяемые на рабочем месте вставки вентури позволяют увеличить время эксплуатации и операционные режимы, также снижают необходимость подгонять параметры измерителя под неопределённые размеры производства.
Например, измеритель с несколькими разными по размеру вставками вентури позволит подогнать оптимальный размер на разных стадиях эксплуатации. Таким образом будет достигнута оптимальная производительность вентури.
Наконец, проблемы отрицательного воздействия на окружающую среду также требуют решения. Применение безядерных измерителей вместо ядерных, позволяет работать в диапазоне 0-100% обводнения и 0-95% газовой фракции.
Однако для тех операторов, которые не могут допустить ограничения по максимальной границе газовой фракции, Емерсон (Emerson) разрабатывает плотномер, основанный на рентгеновском излучении, как альтернатива ядерным измерителям.
Плотномер, основанный на рентгеновском излучении, известный как Флюор-Экс (FluorX) был разработан в сотрудничестве с ПАНалитика (PANalytica), применяет демпфированные измерения протонами с идентичной энергией, что и слабо энергетическое гамма излучение при идентичной точности измерений. Включение Флюор-Экс (FluorX) компонента в нерадиоактивный измеритель позволяет достичь полного 0-100% диапазона в измерении газовой фракции и повышения точности измерений, что и доказали наши испытания.
Дальше – лучше!
В связи с тем, что спрос на многофазные измерители продолжает расти, как и потребность в точном измерении потоков с расширенной операционной средой, как никогда необходимо удостоверится, что современные измерители удовлетворяют запросам Заказчика.
Новый принцип измерений, новая геометрия электрода, также как и околостенные измерения подтверждают, что многофазные измерители последнего поколения отвечают требованиям современного рынка.
Такое техническое развитие, в совокупности с заботой об окружающей среде, имея в виду разработку плотномера основанного на рентгеновском излучении, позволяет надеяться, что использование многофазных измерителей становится всё более распространённым. Они используются не только для измерений, но и для мониторинга резервуаров, достоверного расчета потоков и оптимизации производства.
Винсент Вьег (Vincent Vieugue) является Вице Президентом отдела Маркетинга и Продаж компании Роксар Флоу Мезуремент (Roxar Flow Measurement), которая является частью Эмерсон Процесс Манаджемент (Emerson Process Management).
