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

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 r_нефти при измеренных температуре T_и и давлении Р_и.

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

1. Плотность воды по стандартной средней океанской воде (SMOW).
2. Плотность воды по данным ЮНЕСКО 1980 г.
3. Плотность пресной воды по API MPMS 11.4 (то же уравнение, что и VSMOW, Vienna Mean Standard Ocean Water).
4. Плотность добываемой воды по API MPMS 20.1, приложение A. 1.
5. Плотность пластовой воды по El-Dessouky, Ettouney (2002).
6. Плотность воды по стандартной формуле.

Результат шага 2 — функция определяет плотность воды r_воды при измеренных температуре T_и и давлении Р_и.

Шаг 3. Расчет концентрации и чистого объема нефти.

При известных параметрах:

• r_изм — измеренная плотность жидкости (нефть + вода — непосредственно измеряется с помощью расходомера Rotamass TI);
• r_нефти — плотность нефти, рассчитанная в шаге 1;
• r_воды — плотность воды, рассчитанная в шаге 2;

можно рассчитать концентрацию:

Зная концентрацию (соnс_{нефть,масс}) и плотность (r_нефти) нефти, можно рассчитать общий чистый массовый расход нефти Q_{масс.нефти} и общий чистый объемный расход нефти Q_{об.нефти}:

Q_{об.нефти} = Q_{масс.нефти}/r_нефти.

где Q_{масс.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 Q_{об.нефти} за каждый временной интервал Dt:

V_нефти = ∑(Q_{об.нефти} × Dt)_i.

Шаг 4. Расчет скорректированного объема нефти V_{нефти-скорр.} производится путем коррекции объема нефти V_нефти из Шага 3 к плотности при стандартных условиях r_60.

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

Расходомеры Rotamass TI (рис. 3) — это не только высокоточные приборы измерения расхода, но и интеллектуальные устройства, способные обрабатывать данные и предоставлять необходимую информацию пользователю.

Компания Yokogawa основана в 1915 г., представлена в 60 странах мира и занимается передовыми исследованиями и инновациями, активно работает в сегментах промышленной автоматизации и контроля (IA), испытаний и измерений, авиации и других отраслях. Сегмент IA играет жизненно важную роль в широком спектре отраслей промышленности, включая нефтяную, химическую, газовую, энергетическую, металлургическую, целлюлозно-бумажную, фармацевтическую и пищевую. Ориентируясь на этот сегмент, Yokogawa помогает компаниям максимизировать свою прибыль, предлагая широкий спектр высоконадежных продуктов для предоставления премиальных решений и услуг. Дополнительную информацию о Yokogawa можно получить, посетив сайт www.yokogawa.ru либо www.yokogawa.com.