Современные измерительные приборы и аппаратура для нефтегазодобычи - Интернет портал по раходомерам

project@shinoprovod.ru
Перейти к контенту
Пресс-центр > Интервью
Интервью
Современные измерительные приборы и аппаратура для нефтегазодобычи

Современные измерительные приборы и аппаратура для нефтегазодобычи
Интервью с О.В. Ермолкиным, Журнал «Газовая промышленность» 2014 г.
О состоянии приборной базы в нефтегазодобывающей отрасли рассказывает заведующий кафедрой информационно-измерительных систем РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, профессор Олег Викторович Ермолкин.
Корр. – Как Вы оцениваете состояние приборной базы в нефтегазовой отрасли? Какие существуют проблемы на пути приборного оснащения и автоматизации технологических процессов нефтегазового производства?

О.В. Ермолкин
О.Е. – Сложно дать обобщенную характеристику современного состояния приборной базы в нефтегазовой отрасли, так как уровни оснащения контрольно-измерительными средствами различных технологических процессов и производств весьма различаются. За последние годы существенно возрос уровень приборного оснащения и автоматизации технологических процессов транспорта и подготовки нефти и газа. Здесь внедрено много новых современных датчиков и измерительных систем для контроля расхода, давления, температуры, влажности, состава нефти и газа и др. Весьма разнообразен и широко используется парк приборов для контроля промышленной и экологической безопасности объектов и производств. Это датчики и системы контроля состояния нефте- и газопроводов, обнаружения утечек агрессивных, взрыво- и пожароопасных жидкостей и газов, контроля состояния загазованности окружающей среды и многое другое.

Активно развивается приборный парк и внедряется много нового измерительного оборудования для контроля технологических процессов бурения скважин. Это относится и к наземному, и к глубинному измерительному оборудованию. К настоящему времени появилось много нового измерительного оборудования и глубинных приборов, предназначенных для геофизических исследований скважин.

Если же оценивать состояние приборного оснащения и качество измерительного оборудования, предназначенного для оперативного контроля режима работы эксплуатационных скважин, то открывается малопривлекательная ситуация, суть которой состоит в следующем. Эксплуатационные скважины являются основными продуктосоздающими объектами нефтегазовой отрасли. Однако применяемые на промыслах методы и технические средства измерения и контроля продукции скважин остаются весьма несовершенными и не отвечают современным потребностям нефтегазовой отрасли. Прежде всего это относится к средствам измерения расхода многофазной продукции скважин. До сих пор основным средством измерения расхода продукции нефтяных скважин остаются различного типа групповые замерные установки (ГЗУ), основанные на предварительной сепарации газожидкостной смеси с последующим раздельным измерением расхода жидкости и газа с помощью однофазных расходомеров. ГЗУ осуществляют поочередный опрос скважин одного куста, вследствие чего продукция каждой скважины находится под контролем лишь в течение небольшого временного интервала. Такие измерения малоинформативны и сдерживают развитие современных методов автоматизированного управления режимами работы скважин.

Сложившаяся ситуация с контролем расхода продукции газовых и газоконденсатных скважин оказывается еще более удручающей. Применяемые на промыслах традиционные схемы кустового сбора продукции вообще не ориентированы на непосредственный контроль дебита скважин. Такой контроль осуществляется косвенными методами по устьевому давлению с учетом некогда выполненных газодинамических исследований скважин. Информативность и достоверность такого контроля – крайне низкие, особенно в условиях измерения обводненности и состава продукции.

Решение перечисленных проблем с контролем продукции в нефтегазодобыче связывают с разработкой, созданием и внедрением новых технических измерительных средств (многофазные расходомеры), способных осуществлять индивидуальный контроль дебита скважин без применения громоздких сепарационных установок. Именно это направление нефтегазового приборостроения в последнее время получило активное развитие за рубежом.

Корр. – Какие зарубежные разработки по этому направлению можно выделить и каковы, на Ваш взгляд, перспективы их применения на месторождениях России?

О.Е. – К настоящему времени известно немало иностранных фирм, занимающихся разработкой и производством многофазных расходомеров. Среди прочих можно выделить такие, как Agar, Schlumberger, Roxar, Framo, Pietro Fiorientini.

Пионером среди производителей бессепарационных многофазных расходомеров можно считать фирму Agar, продукция которой уже более 20 лет представлена на рынке. Этой фирме удалось наладить промышленное производство многофазных расходомеров, построенных на основе комплексного использования однофазных расходомеров (расходомеры переменного перепада давления различного типа, установленные последовательно). Дополнительно используется поточный влагомер. Замечу, что сама идея использования последовательно установленных однофазных расходомеров для измерения многофазного потока была предложена и апробирована почти 40 лет назад учеными Грозненского нефтяного института (В. Ф. Медведев и А. И. Гужов).

Расходомеры фирмы Agar используются за рубежом на ряде месторождений для измерения расхода продукции нефтяных скважин. Они позволяют измерять расходы нефти, газа и воды. Имеется некоторый опыт их эксплуатации в России, в частности на нефтяных скважинах Оренбургского месторождения. Однако широкого распространения данные расходомеры не получили. Основные причины, сдерживающие их применение, – громоздкость, низкая надежность работы в суровых климатических условиях и высокая стоимость (несколько сотен тысяч долларов). Дополнительно можно заметить, что расходомеры фирмы Agar пригодны для измерения расхода фаз многофазных потоков с ограниченным газовым фактором и не могут быть использованы для измерения потоков продукции газоконденсатных и газовых скважин.

В отдельный класс можно выделить многофазные расходомеры, в основу работы которых положены смешанные измерительные технологии, т. е. задействованы принципы однофазной расходометрии в сочетании с новыми измерительными методами. Такие технологии положены в основу работы многофазных расходомеров фирм Framo, Schlumberger, Roxar, Pietro Fiorientini и др. Например, в многофазных расходомерах фирмы Schlumberger используется однофазный расходомер переменного перепада давления (трубка Вентури) в сочетании с гамма-лучевым устройством определения долей фаз. Эти расходомеры применяются для измерения продукции нефтяных скважин, позволяют определить расходы нефти, газа и воды. Однако эффективность их работы существенно снижается при высоких газовых факторах, особенно при измерении расхода жидкой фазы. Об этом свидетельствуют результаты экспериментальных исследований расходомера Phase Tester Vx фирмы Schlumberger, проведенные на газоконденсатных скважинах ООО «Газпром добыча Ямбург». Погрешности измерения расхода газового конденсата в продукции газоконденсатных скважин оказались весьма значительными (результаты измерений могли в разы отличаться от фактических значений, определенных с помощью контрольной сепарационной установки). Подобные недостатки присущи многофазным расходомерам и других вышеперечисленных зарубежных фирм. Кроме того, эти расходомеры, так же как и расходомеры фирмы Agar, характеризуются громоздкостью конструкций, невысокой надежностью работы в суровых климатических условиях (при отрицательных температурах окружающей среды) и весьма высокой стоимостью. Об их широком применении на месторождениях России вряд ли возможно говорить в настоящее время.

Кроме того, оценивая перспективы использования зарубежных многофазных расходомеров известных фирм, хочу особо подчеркнуть, что они малопригодны для измерения расхода многофазных потоков газовых и газоконденсатных скважин, так как продукция их отличается высокими газовыми факторами.

Корр. – Какие российские технологии в области создания расходоизмерительного оборудования можно назвать перспективными для контроля сложной продукции скважин и способными составить конкуренцию зарубежным аналогам, а может быть, и превзойти их?

О.Е. – Можно перечислить целый ряд отечественных фирм, которые последние годы занимались разработкой многофазных расходомеров. Ими было высказано немало интересных идей и предложено новых технических решений. Однако немногие из них довели свои разработки до практического применения. Остановлюсь на основных разработках, апробированных и зарекомендовавших себя в промысловой практике.

Заслуживающим внимания представляется расходомер «Ультрафлоу», созданный ООО «Индустриальная компания». Он предназначен для поточного (т. е. без сепарации) измерения расхода продукции нефтяных скважин (нефти, воды и газа). Авторы разработали и применили оригинальные технологии измерения расхода фаз на основе комплексного использования трех типов ультразвуковых датчиков: датчика скорости потока, датчика обводненности водонефтяного потока жидкости и датчика газосодержания. Перечисленные датчики также являются оригинальной авторской разработкой. Промысловые испытания многофазного расходомера «Ультрафлоу» показали обнадеживающие результаты, свидетельствующие о перспективе их промышленного применения. Серийный выпуск этих расходомеров освоен ОАО «Арзамасский приборостроительный завод».

Интересный многофазный расходомер (РГЖ-001) создан учеными Научно-исследовательского института измерительных систем (НИИИС) им. Ю. Е. Седакова. Расходомер предназначен для измерения расхода фаз продукции газоконденсатных скважин. Он построен с использованием методов и средств СВЧ-техники на основе микроволнового зондирования измеряемой среды. В составе расходомера – два основных микроволновых датчика: скорости потока и плотности. В основу измерения плотности положена зависимость резонансного отклика радиосигнала, зондирующего среду, от плотности газожидкостной смеси. Принцип действия датчика скорости основан на измерении доплеровского смещения частоты зондирующего сигнала, отраженного от частиц жидкой фазы гомогенизированного газожидкостного потока.

Неоднократные испытания расходомеров РГЖ-001 в промысловых условиях показали, что они отвечают требованиям, предъявляемым к средствам технологического контроля режима работы скважин. В настоящее время эти расходомеры сертифицированы и используются для мониторинга расхода газожидкостных потоков на Астраханском и Мыльджинском ГКМ. К недостаткам расходомеров можно отнести их немалую массу (более 100 кг), питание напряжением 220 В и относительно высокую потребляемую мощность (около 100 Вт).

Оригинальные измерительные средства для контроля технологического режима работы газовых и газоконденсатных скважин созданы учеными нашего университета (сотрудниками кафедры информационно-измерительных систем и кафедры автоматизации технологических процессов). Это измерительные системы серии «Поток». Отличительной особенностью систем «Поток» является то, что они наиболее эффективны для измерения расхода фаз газожидкостных потоков с высокими газовыми факторами. Также расходомеры серии «Поток» весьма компактны (размером немногим более технологического манометра и массой не более 5 кг), способны работать в суровых климатических условиях Крайнего Севера без использования теплоизолирующих кожухов и без электрообогрева и на порядок дешевле зарубежных.

В основу работы систем «Поток» положен запатентованный спектрометрический метод измерения расхода фаз. Вычисление расхода осуществляется по спектральной мощности флуктуаций давления, регистрируемых после сужающего устройства специальной формы. В системах «Поток» используется оригинальный многопараметрический датчик расхода, позволяющий измерять в сложном многофазном потоке продукции скважин три физические фазы: газовую, жидкую (нефть, конденсат, вода) и твердую (песок). Информация о выносе песка является определяющей при установлении безаварийного режима работы скважины с максимально высоким дебитом.

Работы по созданию и внедрению систем «Поток» высоко оценены в отрасли и в стране. Коллективу авторов из числа работников ОАО «Газпром» и ученых нашего университета присуждена отраслевая премия ОАО «Газпром», а также премия Правительства РФ в области науки и техники.

В настоящее время продолжаются работы по совершенствованию систем серии «Поток» и созданию новых моделей. Разрабатываемый «Поток-6» с низким энергопотреблением будет эксплуатироваться при помощи батарейного питания не менее одного года без замены элементов. Такие системы предназначены для работы на неэлектрифицированных скважинах, эксплуатационный фонд которых в России весьма велик. К сожалению, последнее время эти работы продвигаются медленно из-за недостаточного финансирования.

Корр. – Внедрение и применение новых измерительных средств на скважинах требуют соответствующего метрологического обеспечения. Как обстоят дела с решением этого вопроса?

О.Е. – Вы затронули очень больную и в то же время актуальную проблему. Действительно, без соответствующего метрологического обеспечения пользователям многофазных расходомеров сложно оценивать их качество и достоверность работы. Такая ситуация нередко способствует недобросовестным производителям, рекламирующим не отвечающие действительности точностные характеристики своих измерительных средств.

Решение этой проблемы в области расходометрии сложных потоков продукции скважин видится в создании метрологически аттестованных полигонов многофазных потоков, позволяющих создавать газожидкостные смеси, отвечающие реальным потокам продукции скважин. Недавно подобный полигон был создан в Федеральном государственном унитарном предприятии «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии» (ФГУП ВНИИР). Однако на этом полигоне возможно моделировать лишь потоки, в основном отвечающие режимам работы нефтяных скважин, а именно – с ограниченными газовыми факторами.

Для моделирования режимов работы газовых и газоконденсатных скважин необходимо создание специального полигона. Предпосылки для этого имеются. За последние несколько лет в ООО «Газпром ВНИИГАЗ» был создан экспериментальный водовоздушный стенд. По таким основным техническим показателям, как расходы газа и жидкости, давление в линии, диаметры трубопроводов измерительных линий и их протяженность, этот стенд в полной мере отвечает условиям промысловых потоков продукции газовых скважин. Более того, разработчики экспериментального стенда предусмотрели возможности его последующей модернизации для работы с газоконденсатными смесями. По мнению метрологов, имеются потенциальные перспективы после соответствующего дооснащения стенда преобразовать его в отраслевой метрологический полигон. Решение этого вопроса в основном зависит от финансирования. С другой стороны, непринятие мер по созданию отраслевого метрологического полигона может обернуться более значительными экономическими потерями из-за необеспечения надлежащего контроля режимов работы эксплуатационных скважин малопригодными измерительными средствами.
Назад к содержимому