Автор: заместитель директора по новой технике Охапкин А.А.
В данной статье представлена система автоматизированного учета энергоресурсов и контроля их параметров, обеспечивающая минимизацию потерь газа в хранилище, надёжную и эффективную работу станции по закачке газа в пласт, по поддержанию пластового давления и отбору газа из хранилища.
ВВЕДЕНИЕ
Современные средства учета и контроля параметров различных видов энергоресурсов, разрабатываемые и производимые ООО-НПП «Укргазгеоавтоматика», программно-технические средства, обеспечивающие обработку больших объемов информации в реальном масштабе времени, а также пятнадцатилетний опыт ООО-НПП «Укргазгеоавтоматика» в области автоматизации в нефтегазовой промышленности позволяют создавать автоматизированные системы, которые постепенно вытесняют морально и технически устаревшие системы предыдущих поколений.
Объектом автоматизации, рассматриваемым в данной статье, является станция подземного хранения газа (СПХГ), осуществляющая равномерную закачку газа в пласт в летний период, хранение и равномерный отбор газа из пласта в зимний период и обеспечивающая выполнение необходимых гидрогазодинамических исследований скважин.
Автоматизированного система контроля параметров и учета энергоресурсов на СПХГ (АСКУЭ СПХГ) преднзначена для решения следующих задач:
- улучшения экономических показателей работы СПХГ за счёт оптимизации управления пластом, увеличения объёмов хранимого активного газа, снижения потерь газа при закачке, выкачке и хранении;
- обеспечения коммерческого учета газа, поступающего на СПХГ в летний период и отдаваемого в зимний;
- обеспечения учета потоков и потребления технической воды с целью повышения безопасности работы;
- повышения эффективности и облегчения работы служб СПХГ путём предоставления полной информации о потоках и параметрах энергоресурсов на автоматизированные рабочие места (АРМ);
- предоставления полной информации о потоках и параметрах энергоресурсов системам управления технологическими процессами на СПХГ и системе верхнего уровня за пределами СПХГ.
ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ
Покажем особенности построения АСКУЭ СПХГ на примере реально выполненного и внедрённого проекта, который может рассматриваться как типовое и расширяемое решение для большинства аналогичных объектов. В состав рассматриваемой СПХГ входят:
- холодильный цех с тремя турбодетандерными агрегатами, шестью сепараторами и тремя теплообменниками, предназначенный для очистки газа, поступающего при отборе из пласта, методом глубокого охлаждения; (метанол для для оттаивания воды, сепаратор, вода, конденсат на станцию, учет тепла)
- компрессорный цех с восьмью газомотокомпрессорами (ГМК), аппаратами воздушного охлаждения газа и воды, циркуляционной насосной и компрессорной сжатого воздуха, предназначенный для закачки газа в пласт; (воду, топливный газ, тепло)
- цех подготовки сжатого воздуха, применяемого для пуска ГМК и питания сжатым воздухом технологического оборудования основных цехов; (сжатый воздух, тепло, вода охл.)
- котельная, предназначенная для отопления производственных помещений; (2 котла, газ на 2 котла, теплосчетчик)
- газосборный пункт с пятью первичными сепараторами, пятью диафрагменными измерительными участками на сборных коллекторах от эксплуатационных скважин и восьмью диафрагменными измерительными участками на исследовательских коллекторах;
- аварийная дизельная электростанция;
- 116 эксплуатационных газовых скважины с технологической обвязкой.
СТРУКТУРА АСКУЭ СПХГ
В состав АСКУЭ СПХГ входят:
- 116 узлов учета и контроля параметров природного на эксплуатационных скважинах;
- 8 узлов учета природного на участке исследовательских коллекторов;
- 5 узлов учета природного на участке сборных коллекторов;
- 10 узлов учета природного газа, потребляемого на собственные нужды СПХГ (топливный газ ГМК и природный газ, потребляемый котельной);
- коммерческий узел учета природного газа, отдаваемого СПХГ и поступающего на СПХГ;
- 8 узлов учета воды, используемой для охлаждения ГМК;
- узлы учета пластовой воды и газового конденсата, отделенных в холодильном цеху;
- узел учета сжатого воздуха, отдаваемого цехом его подготовки.
- сервер АСКУЭ, предназначеный для:
- сбора информации с узлов учета энергоресурсов, входящих в состав АСКУЭ;
- хранения полученной информации в базе данных с реляционной системой управления базами данных;
- предоставления архивной и текущей информации о расходах, объемах, параметрах энергоресурсов в АСУ технологическими процессами СПХГ, на АРМ служб СПХГ и систему верхнего уровня за пределами СПХГ.
АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА АСКУЭ СПХГ
Места установки средств учета и контроля параметра газа на эксплуатационных скважинах характеризуются короткой длиной прямых участков до и после расходомера, высоким давлением газа, не горизонтальностью измерительного участка трубопровода, возможностью появления в измеряемой среде посторонних примесей (жидких и твердых), необходимостью измерения расхода газа в прямом и обратном направлениях, отсутствием возможности внешнего электропитания расходомера. Все вышеперечисленные условия приводят к невозможности практического применения большинства производимых приборов измерения расхода, известных на сегодняшний день.
Для решения такой задачи в ООО-НПП «Укргазгеоавтоматика» разработаны и серийно производятся расходомеры-счетчики газа РГ-ОНТ (рис.1).
![]() Рис.1 Расходомер-счетчик газа РГ-ОНТ в обвязке эксплуатационной скважины |
Расходомер РГ-ОНТ предназначен для измерения приведенных к стандартным условиям расхода и объема газа, протекающего по одному трубопроводу, методом переменного перепада давления с применением в качестве преобразователя скорости потока газа в перепад давления осредняющей напорной трубки (ОНТ). Преобразователь расхода выполнен в виде врезной секции и содержит в себе собственно ОНТ, преобразователи давления, перепада давления и температуры среды. Конструкция преобразователя расхода обеспечивает измерение расхода среды при любом направлении потока. Применение специальных конструктивных мер обеспечило стойкость расходомера к наличию примесей в виде твердых включений и жидкости в измеряемом потоке газа, к возможной гидратации и обмерзанию скважин - после возвращения скважины в штатный режим работы, best casino online расходомер сохраняет работоспособность и метрологические характеристики. При штатном режиме работы скважины, когда содержание сухих и жидких примесей в потоке газе незначительно расходомер обеспечивает измерение с точностью достаточной для технологической оценки дебета скважин.
Конструкция расходомеров включает в себя врезную секцию с фланцевым подсоединением, ОНТ с вмонтированным термопреобразователем сопротивления, преобразователи давления и дифференциального давления, вычислитель. Вычислитель расходомера оборудован жидкокристаллическим символьным показывающим устройством и 4-х клавишной клавиатурой. В случае невозможности стационарного питания расходомера и прокладки к нему линий связи предусмотрено питание расходомера от встроенной литиевой батареи и передачи архивной информации вычислителя в СУБД с помощью переносного устройства передачи информации. Ресурс встроенной батареи не менее 2 лет.
В зависимости от условного прохода и номинального давления расходомеры РГ-ОНТ выпускаются в исполнениях DN 65, DN 80, DN 100, DN 125, DN 150 и PN 25, PN 63, PN 160.
Архивная информация расходомеров содержит данные о прошедших объемах газа в прямом и обратном направлениях потока, среднечасовых, среднесуточных и среднемесячных значениях расхода, давления и температуры газа за последние 2232 часа, 512 суток и 32 месяца, а также информацию о нештатных ситуациях на скважинах и вмешательствах оператора.
Диапазон измерения расходомера РГ-ОНТ зависит от физических свойств измеряемой среды, при проектировании и поверках оценивается с помощью отношений:
![]() |
где QMAX - максимальный измеряемый расход газа, приведенный к стандартным условиям, нм3/ч; QMIN - минимальный измеряемый расход газа, приведенный к стандартным условиям, нм3/ч; p,T,pст,K - давление газа, кПа; температура газа, К; плотность газа при стандартных условиях, кг/м3; коэффициент сжимаемости газа при давлении p и температуре T; F - коэффициент для исполнений расходомера DN50, DN65, DN80, DN100, DN125, DN150 равный 878, 1793, 2967, 4942, 8070, 11932 соответственно.
Пределы допускаемой относительной погрешности расходомера РГ-ОНТ при измерении расхода и объема газа составляют: ± 1,0% при 0,1QMAX < Q <  QMAX ; ± 2,0% при QMIN < Q < 0,1QMAX.
За пределами диапазона QMIN – QMAX расходомеры продолжают измерения с ненормированной погрешностью.
Информация, поступающая от расходомеров РГ-ОНТ в АСКУЭ, передается в геологическую службу СПХГ и вышестоящую систему управления технологическим процессом и позволяет:
- восстанавливать трехмерную картину состояния газо- и водосодержащих пластов хранилища;
- прогнозировать состояние хранилища;
- оптимизировать технологические параметры эксплуатации скважин с целью рационального управления пластом, увеличения объёмов хранимого активного газа, снижения потерь газа при закачке, выкачке и хранении.
Узлы учета природного газа на коллекторах, на входе/выходе СПХГ, газа на собственные нужды и узел учета сжатого воздуха выполнены на основе расходомерных участков со стандартной диафрагмой и с применением серийно выпускаемых ООО-НПП «Укргазгеоавтоматика» вычислителей объема газа GFC (рис.2, 3). Вычислители GFC предназначены для преобразования входных сигналов от первичных преобразователей и вычисления расхода и количества измеряемой среды, протекающей по одному или нескольким трубопроводам. Вычислители выпускаются в исполнениях 101, 102, 104, 122, 124, 201, 301, 302, 304. Вычислители исполнений 101, 201, 301 состоят из блока обработки информации (БОИ) и блока сбора информации (БСИ). Вычислители исполнений 102, 104, 122, 124, 302, 304 имеют моноблочное исполнение.
Вычислители GFC могут применяться в составе комплексов коммерческого учета природного газа, технических газов и их смесей и перегретого водяного пара на объектах газотранспортной системы, промышленных объектах и объектах коммунально-бытового назначения, в том числе в составе автоматизированных систем управления.
![]() Рис. 2 Вычислитель GFC-101 с источником бесперебойного питания и GSM- модемом для дистанционного опроса в составе коммерческого узла учета газа на входе/выходе СПХГ |
Вычислитель |
GFC-101 |
GFC-201 |
GFC-301 |
GFC-104 |
Количество обслуживаемых трубопроводов | 1 | 1 | 1 | 2 или 4 |
Измеряемая среда | природный газ по ГОСТ 5542 | технические газы и их смеси | перегретый водяной пар | природный газ по ГОСТ 5542, технические газы и их смеси или перегретый водяной пар |
Единицы измерения расхода и количества | м3/ч при с.у., м3 при с.у. | м3/ч при с.у., м3 при с.у. или т/ч, т | т/ч, т ГКал/ч, Гкал | в зависимости от измеряемой среды |
Метод измерения расхода | метод переменного перепада давления | метод переменного перепада давления | метод переменного перепада давления | метод переменного перепада давления, вихревой преобразователь расхода, механический или ультразвуковой счетчик газа |
Количество входов вычислителя для преобразователей: | ||||
диф. давления, давления, плотности с токовым выходом; | 4 | 4 | 4 | 4 или 8 |
температуры; | 2 | 2 | 2 | 2 или 4 |
вихревых преобразователей расхода, ультразвуковых и механических счетчиков газа с частотными (импульсными) выходами | - | - | - | 2 или 4 |
![]() Рис. 3 Замерной участок Ду500 коммерческого узла учета газа на входе/выходе СПХГ |
Узлы учета воды и газового конденсата построены с помощью ультразвуковых расходомеров-счетчиков UFC-102 производства ООО-НПП «Укргазгеоавтоматика”. Счетчик UFC-102 предназначен для измерения скорости потока, а также вычисления объемного расхода и объема жидкостей, не содержащих взвешенных твердых или газообразных включений, и протекающих в напорных (полностью заполненных) трубопроводах в прямом и обратном направлении. Каждый канал счетчика UFC-102 является полностью автономным и может использоваться для проведения измерений в отдельном трубопроводе. Результаты измерений по каждому каналу архивируются в энергонезависимой памяти. В счетчике может быть сконфигурирован дополнительный (комбинационный) канал для совместной обработки результатов измерений, полученных по двум каналам. Счетчик может применяться для контроля технологических процессов в металлургической, химической и других отраслях промышленности; в системах водоснабжения и водоотведения; при учете, в том числе коммерческом, расхода воды, кислот, щелочей и других жидкостей.
Счетчик состоит (рис.4) из блока электронного (БЭ) и двух пар датчиков - преобразователей электроакустических (ПЭА). ПЭА могут быть либо накладными (монтируются на поверхности трубопровода), либо врезными.
![]() Рис. 4 Расходомер-счетчик UFC-102 с накладными датчиками |
Настройка счетчиков выполняется либо в автономном режиме (оператор управляет счетчиком через встроенную клавиатуру), либо под управлением ЭВМ. Результаты измерений отображаются на показывающем устройстве, регистрируются в памяти счетчика в виде архива и могут быть преданы в АСУ по интерфейсу RS232/RS485.
Для подключения к внешним регистрирующим устройствам, счетчик по требованию Заказчика может быть оборудован частотно-импульсным или токовым выходами. По выбору пользователя, на упомянутые выходы могут быть выведены: мгновенный расход по первому каналу, мгновенный расход по второму каналу или средневзвешенный (по двум каналам) мгновенный расход.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленная в статье АСКУЭ СПХГ прошла испытания на Глебовского СПХГ ГАО «Черноморнефтегаз» (Украина). Измерительная и архивная информация АСКУЭ передается в системы управления ТП Глебовского СПХГ, производителем и проектировщиком которых также является ООО-НПП «Укргазгеоавтоматика».
Наличие полной технологической информации, собираемой АСКУЭ и используемой как исходная информация в системах управления ТП на СПХГ, обеспечивает улучшение экономических показателей работы СПХГ за счёт оптимизации управления пластами, увеличения объёмов хранимого активного газа и уменьшения потерь газа, а проектирование и производство средств сбора первичной информации и систем автоматического управления ТП специалистами одного предприятия обеспечивает в результате высокий уровень надежности распределенных управляющих комплексов, высокий уровень сервисного обслуживания и более низкую стоимость эксплуатации.