RU2683336C1 - Hydrates formation processes in the production flowlines monitoring method - Google Patents
Hydrates formation processes in the production flowlines monitoring method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2683336C1 RU2683336C1 RU2018111352A RU2018111352A RU2683336C1 RU 2683336 C1 RU2683336 C1 RU 2683336C1 RU 2018111352 A RU2018111352 A RU 2018111352A RU 2018111352 A RU2018111352 A RU 2018111352A RU 2683336 C1 RU2683336 C1 RU 2683336C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- pressure
- scanning
- characteristic
- loop
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 title claims abstract description 15
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 16
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 78
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 abstract description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 abstract 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 35
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000007340 echolocation Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- GVVPGTZRZFNKDS-JXMROGBWSA-N geranyl diphosphate Chemical compound CC(C)=CCC\C(C)=C\CO[P@](O)(=O)OP(O)(O)=O GVVPGTZRZFNKDS-JXMROGBWSA-N 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
- F17D5/00—Protection or supervision of installations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области добычи природного газа и может быть использовано для определения начала процесса образования гидратов и места потенциальной гидратной пробки в трубопроводах для перекачки газа от устья скважины к зданию переключающей арматуры (ЗПА) установки комплексной подготовки газа (УКПГ).The invention relates to the field of natural gas production and can be used to determine the beginning of the hydrate formation process and the location of a potential hydrate plug in pipelines for pumping gas from the wellhead to the building of switching valves (ZPA) of the complex gas treatment unit (GPP).
В условиях Крайнего Севера при добыче газа возможны технологические осложнения с образованием гидратов в трубопроводах-шлейфах от устья скважины до ЗПА [Прахова М.Ю., Краснов А.Н., Хорошавина Е.А., Шаловников Э.А. Методы и средства предотвращения гидратообразования на объектах газодобычи // Нефтегазовое дело. 2016. №1. С. 101-118]. Для определении процессов начала гидратообразования в трубопроводах известен способ контроля температуры газа [Истомин В.А., Квон В.Г. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системах добычи газа. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004], способ контроля разницы расчетной температуры газа на ЗПА (по данным температуры газа на устье скважины и температуры окружающей среды) и фактической (измеренной) температуры газа на ЗПА [Патент RU2 329 371. Способ управления процессом предупреждения гидратообразования во внутрипромысловых шлейфах газовых и газоконденсатных месторождений Крайнего Севера / Андреев О.П., Салихов З.С., Ахметшин Б.С. и др.]. Для этих способов характерно определение признаков начала процесса гидратообразования, но отсутствует возможность определения места в шлейфе. Кроме того, характерна инерционность по времени обнаружения в случае потоков с низкими линейными скоростями.In the Far North, gas production may result in technological complications with the formation of hydrates in the pipelines-plumes from the wellhead to the ZPA [Prakhova M.Yu., Krasnov AN, Khoroshavina EA, Shalovnikov EA Methods and means of preventing hydrate formation at gas production facilities // Oil and Gas Business. 2016. No1. S. 101-118]. To determine the processes of hydrate formation in pipelines, a method for controlling the temperature of a gas is known [Istomin V.A., Kvon V.G. Prevention and elimination of gas hydrates in gas production systems. M .: IRC Gazprom LLC, 2004], a method of controlling the difference between the calculated gas temperature at the ZPA (according to the gas temperature at the wellhead and the ambient temperature) and the actual (measured) gas temperature at the ZPA [Patent RU2 329 371. Control method the process of hydrate formation prevention in infield plumes of gas and gas condensate fields of the Far North / Andreev O.P., Salikhov Z.S., Akhmetshin BS and etc.]. These methods are characterized by the determination of signs of the onset of hydrate formation, but there is no possibility of determining the place in the loop. In addition, the inertia of the detection time is characteristic in the case of flows with low linear velocities.
Также известен способ определения потенциального участка начала процессов гидратообразования на основе контроля отклонения динамики измеренной и расчетной температур газа, дополненной контролем давления на устье скважины [Патент RU 2573654. Способ управления процессом предупреждения гидратообразования в газосборных шлейфах, подключенных к общему коллектору на газовых и газоконденсатных месторождениях Крайнего Севера / Арно О.Б., Арабский А.К., Ахметшин Б.С. и др.]. Данный способ возможен к применению на объектах с подключением скважин через газосборные шлейфы к газосборному коллектору. При выполнении условия начала гидратообразования, начинается анализ изменения давления на устье скважин, подключенных к данному коллектору, и по приближению к максимальному давлению определяется участок гидратообразования. Данный способ позволяет локализовать потенциально аварийный шлейф, если наблюдается повышение давления на одной или группе скважин, подключенных к одному шлейфу, или определить потенциально аварийный участок коллектора, если давление возрастает сразу по нескольким группам скважин. Однако, у данного способа низкая возможность локализации: участки шлейфов могут быть достаточно длинными, не говоря уже о коллекторе. При аварийной ликвидации гидратной пробки данной информации может быть недостаточно для оперативного решения проблемы.There is also a known method for determining the potential site of the onset of hydrate formation processes based on monitoring deviations in the dynamics of the measured and calculated gas temperatures, supplemented by monitoring the pressure at the wellhead [Patent RU 2573654. Method for controlling the process of preventing hydrate formation in gas gathering plumes connected to a common reservoir in gas and gas condensate fields of the Extreme North / Arno O.B., Arabsky A.K., Akhmetshin B.S. and etc.]. This method is possible to use at sites with connecting wells through gas collection plumes to the gas collection manifold. When the conditions for hydrate formation start are fulfilled, the analysis of the pressure change at the wellhead connected to this reservoir begins, and the hydrate formation section is determined as the maximum pressure is approached. This method allows you to localize a potentially emergency loop, if there is an increase in pressure on one or a group of wells connected to the same loop, or to identify a potentially emergency section of the reservoir, if the pressure rises at once for several groups of wells. However, this method has a low possibility of localization: the plume sections can be quite long, not to mention the collector. In case of emergency liquidation of the hydrate plug, this information may not be enough to quickly solve the problem.
Наиболее близким аналогом по достигаемому результату является способ мониторинга параметров потока в трубопроводе с целью обнаружения образования гидратов [WO 00/46545 Method and device for monitoring flow parameters in a pipeline in order to register hydrate formation. / BAKKE, Knut, I]. Данный способ предполагает излучение электромагнитных волн круговой или линейной поляризации на одной или группе частот внутрь трубопровода, регистрацию отраженных волн и по времени прохождения отраженной волны определение координаты точки отражения, а также, по коэффициенту диэлектрической проницаемости определение вещества, послужившего точкой отражения.The closest analogue to the achieved result is a method for monitoring flow parameters in a pipeline in order to register hydrate formation. [
Данный способ позволяет определить место образования локального возмущения, послужившего точкой отражения, и позволяет судить о веществе, выпавшем в осадок, по диэлектрической проницаемости. Однако селективность этого определения существенно зависит от точности измерения диэлектрической проницаемости, которая в условиях несовершенства структуры и формы выпавшего в осадок вещества может оказаться недостаточной.This method allows you to determine the place of formation of a local disturbance, which served as a reflection point, and allows you to judge the substance that precipitated by the dielectric constant. However, the selectivity of this definition substantially depends on the accuracy of measuring the dielectric constant, which, in the presence of imperfections in the structure and shape of the precipitated substance, may be insufficient.
Данный способ применим только для трубопроводов, в конструкции которых отсутствуют повороты, изгибы или ряд изгибов под прямым углом, т.е. преимущественно в трубопроводах морских месторождений, т.к. электромагнитные волны с наименьшими затуханиями распространяются прямолинейно. Однако наземные шлейфы имеют значительную протяженность и могут быть подвержены значительным перепадам температур, вследствие чего в их конструкции применяют термокомпенсаторы - П-образные участки трубопровода, которые могут ограничивать распространение электромагнитных волн в шлейфе, что делает способ-прототип неприменимым для наземных шлейфов большой протяженности, особенно в условиях Крайнего Севера.This method is applicable only to pipelines in the design of which there are no turns, bends or a number of bends at right angles, i.e. mainly in offshore field pipelines, as electromagnetic waves with the least attenuation propagate rectilinearly. However, ground loops have a considerable length and can be subject to significant temperature extremes, as a result of which thermal compensators are used in their design - U-shaped sections of the pipeline that can limit the propagation of electromagnetic waves in the loop, which makes the prototype method not applicable for long ground loops, especially in the Far North.
В способе-прототипе отсутствует возможность прогнозирования процессов гидратообразования и льдообразования, поскольку он фиксирует только уже сформированные отложения льда и гидратов.In the prototype method there is no possibility of predicting the processes of hydrate formation and ice formation, since it captures only already formed deposits of ice and hydrates.
Кроме того, для выполнения заявленных возможностей необходима установка специально подготовленной секции трубопровода, аналогичной по диаметру эксплуатируемому шлейфу, что сопряжено со значительными экономическими затратами на изготовление, доставку и капитальные работы на трубопроводе. Выполнение монтажных работ может потребовать необходимость прекращения добычи газа с кустов на время установки данной секции, что, в свою очередь, сопряжено с экономическими потерями от недозагруженности оборудования УКПГ.In addition, in order to fulfill the declared capabilities, it is necessary to install a specially prepared section of the pipeline, similar in diameter to the operating loop, which entails significant economic costs for the manufacture, delivery and capital work on the pipeline. Installation work may require the need to stop gas production from the bushes during the installation of this section, which, in turn, is associated with economic losses from underloading of gas treatment plants.
Задачей изобретения является определение места возможного образования гидратных пробок и снижение затрат на установку системы, посредством использования уже эксплуатирующегося стандартного оборудования установок комплексной подготовки газа.The objective of the invention is to determine the location of the possible formation of hydrate plugs and reduce the cost of installing the system by using the standard equipment of the integrated gas treatment plants that is already in operation.
Сущность предлагаемого способа мониторинга процессов гидратообразования в промысловых шлейфах заключается в периодической генерации в конце шлейфа сканирующей волны, фиксации и анализе отраженного сигнала.The essence of the proposed method for monitoring hydrate formation processes in fishing plumes consists in periodically generating a scanning wave at the end of the plume, fixing and analyzing the reflected signal.
В отличие от прототипа в предлагаемом способе внутреннюю поверхность обследуемого шлейфа очищают, получают для него образцовую эхограмму и определяют на ней характерные точки, соответствующие местным сопротивлениям трубопровода, формирующим ответный сигнал. Выделяют характерные участки между соседними характерными точками, один из которых принимают реперным.In contrast to the prototype in the proposed method, the inner surface of the examined loop is cleaned, an exemplary echogram is obtained for it, and characteristic points are determined on it, corresponding to the local resistance of the pipeline forming the response signal. Characteristic sections are distinguished between adjacent characteristic points, one of which is taken as a reference.
В процессе мониторинга периодически создают сканирующую волну давления (СВД), получают ответные сигналы в виде эхограмм.In the process of monitoring periodically create a scanning pressure wave (SVD), receive response signals in the form of echograms.
По времени прохождения СВД реперного участка определяют скорость распространения сканирующей волны,The propagation speed of the scanning wave is determined from the transit time of the SVD reference plot,
Путем сравнения полученных эхограмм с образцовой выявляют аномальные изменения отраженного сигнала по амплитуде. При их наличии привязывают их к схеме трубопровода и типу местного сопротивления, анализируют динамику изменения амплитуды отраженного сигнала в полученных характерных точках трубопровода и делают вывод о начале формирования нового местного сопротивления.By comparing the obtained echograms with a reference one, abnormal changes in the reflected signal in amplitude are detected. If they are available, they are tied to the piping scheme and the type of local resistance, the dynamics of the reflected signal amplitude changes at the obtained characteristic points of the pipeline are analyzed, and a conclusion is drawn about the formation of a new local resistance.
По изменению времени прохождения сканирующей волной характерных участков и по температуре газа в конце шлейфа рассчитывают абсолютную температуру газа Tn в окрестности нового местного сопротивления на участке n по рекуррентной формулеThe absolute gas temperature T n in the vicinity of the new local resistance in section n is calculated from the change in the travel time of the characteristic wave and the gas temperature at the end of the plume by the recurrence formula
, ,
где Tn-1 - абсолютная температура на характерном участке n-1, предшествующем участку n, ΔLn и ΔLn-1 - длины характерных участков n и n-1, соответственно, Δtn и Δtn-1 - время прохождения сканирующей волной характерных участков n и n-1, соответственно.where T n-1 is the absolute temperature in the characteristic region n-1 preceding the region n, ΔL n and ΔL n-1 are the lengths of the characteristic regions n and n-1, respectively, Δt n and Δt n-1 are the travel times of the scanning wave characteristic sites n and n-1, respectively.
Постоянно измеряют значения давления газа на ЗПА и устье скважины и по их соотношению рассчитывают давление в окрестности нового местного сопротивления.The gas pressure at the ZPA and wellhead is constantly measured and the pressure in the vicinity of the new local resistance is calculated from their ratio.
Возможность существования кристаллогидратов при данных термобарических условиях в окрестности нового местного сопротивления определяют по диаграмме трехфазных равновесий для газов-гидратообразователей.The possibility of the existence of crystalline hydrates under given thermobaric conditions in the vicinity of the new local resistance is determined by the diagram of three-phase equilibria for hydrate-forming gases.
Сканирующую волну давления генерируют несколькими способами:A scanning pressure wave is generated in several ways:
- закрывают кран на шлейфе в ЗПА;- close the crane on the loop in the ZPA;
- останавливают поток газа до выравнивания давления перед краном в ЗПА до значений устьевого давления и открывают кран;- stop the flow of gas to equalize the pressure in front of the tap in the ZPA to the wellhead pressure and open the tap;
- используют ресивер низкого давления (РНД), останавливают поток газа на шлейфе, выпускают газ в приемный ресивер, закрывают кран;- use a low pressure receiver (RND), stop the gas flow on the loop, release gas into the receiver, close the tap;
- используют ресивер высокого давления (РВД), в который компрессором предварительно нагнетают газ до значения давления, превышающего значение давления газа в шлейфе, останавливают поток газа на шлейфе и выпускают газ из ресивера в шлейф.- use a high pressure receiver (RVD), in which the compressor is pre-pumped gas to a pressure higher than the gas pressure in the loop, stop the gas flow on the loop and release gas from the receiver into the loop.
- используют РВД, который заполняют газом от линии нагнетания на выходе дожимной компрессорной станции.- use the HPP, which is filled with gas from the discharge line at the outlet of the booster compressor station.
Периодичность генерации СВД выбирают в диапазоне 0,5…1,5 часа в зависимости от температуры газа в шлейфе и динамики изменения амплитуды отраженного сигнала в характерных точках эхограммы.The frequency of generation of the SVD is chosen in the range of 0.5 ... 1.5 hours depending on the gas temperature in the loop and the dynamics of the amplitude of the reflected signal at characteristic points of the echogram.
На фиг. 1 представлено распределение температур Tn на характерных участках шлейфа.In FIG. Figure 1 shows the temperature distribution T n in characteristic plume sections.
На фиг. 2 представлены кривые трехфазных равновесий для индивидуальных газов-гидратообразователей [Истомин В.А., Квон В.Г. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системах добычи газа. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004].In FIG. 2 shows the curves of three-phase equilibria for individual hydrate-forming gases [Istomin V.A., Kvon V.G. Prevention and elimination of gas hydrates in gas production systems. M .: OOO IRC Gazprom, 2004].
На фиг. 3 показано генерирование СВД с помощью энергии потока. На фиг. 4 показан план подключения шлейфов к общему коллектору. На фиг. 5 показано генерирование СВД за счет внешней энергии. На фиг. 6 представлена эхограмма исследуемого шлейфа. На фиг. 7 представлена эхограмма с привязкой к характерным точкам шлейфа.In FIG. Figure 3 shows the generation of SVD using flow energy. In FIG. 4 shows a plan for connecting loops to a common collector. In FIG. 5 shows the generation of SVD due to external energy. In FIG. 6 shows an echogram of the studied plume. In FIG. 7 shows an echogram with reference to the characteristic points of the loop.
На фиг. 8 показан фрагмент схемы исследуемого шлейфа.In FIG. 8 shows a fragment of the circuit of the studied loop.
На фиг. 9 показано изменение эхограммы при понижении температуры в шлейфе по сравнению с образцовой эхограммой.In FIG. Figure 9 shows the change in the echogram with decreasing temperature in the loop as compared with the reference echogram.
На фиг. 10 показана эхограмма с повышением амплитуды отраженного сигнала от характерной точки шлейфаIn FIG. 10 shows an echogram with increasing amplitude of the reflected signal from the characteristic point of the loop
На фиг. 11 показана эхограмма с образованием нового местного сопротивления в шлейфе.In FIG. 11 shows an echogram with the formation of a new local resistance in the loop.
Данный способ целесообразно использовать в первую очередь на месторождениях добычи газа с коллекторно-кустовой схемой сбора газа. При данном способе добычи газ со скважин одного куста перекачивается до ЗПА по шлейфу. В процессе транспортировки по шлейфу могут возникать различные технологические осложнения, в том числе образование гидратных и ледяных пробок.This method is advisable to use primarily in gas production fields with a collector-cluster gas collection scheme. With this method of production, gas from the wells of one bush is pumped to the ZPA via a loop. In the process of transportation along the train, various technological complications may arise, including the formation of hydrate and ice plugs.
Для определения места образования нового отложения используется метод эхолокации: расстояние определяется по времени задержки отраженной от препятствия сканирующей волны давления (СВД). Перед использованием способа внутреннюю поверхность шлейфа очищают от скопившихся отложений продувкой на свечу или иным способом.To determine the place of formation of a new deposit, the echolocation method is used: the distance is determined by the delay time of the scanning pressure wave (SVD) reflected from the obstacle. Before using the method, the inner surface of the loop is cleaned of accumulated deposits by blowing on a candle or otherwise.
При первом измерении получают эхограмму для чистого трубопровода. Ее принимают в качестве образцовой. С помощью паспорта трубопровода на ней определяют характерные точки, соответствующие элементам конструкции трубопровода, формирующим ответный сигнал: повороты, колена и т.п.The first measurement gives an echogram for a clean pipeline. It is taken as a model. Using the pipeline passport, characteristic points corresponding to the structural elements of the pipeline forming the response signal are determined on it: turns, elbows, etc.
В дальнейшем измерения повторяют на систематической основе. Для определения скорости распространения волны выделяют реперный участок шлейфа: участок с характерными точками, до которых известно расстояние и которые дают хорошо определяемые по форме сигнала и стабильные во времени отражения СВД. Данный участок целесообразнее выбирать ближе к ЗПА. По времени отражения от данных характерных точек определяется расчетная скорость распространения волны для каждого сеанса сканирования.Further measurements are repeated in a systematic manner. To determine the propagation velocity of the wave, a reference plume section is distinguished: a section with characteristic points to which the distance is known and which give a well-defined by the shape of the signal and time-stable reflection of the LED. This site is more appropriate to choose closer to the ZPA. Based on the reflection time from the data of the characteristic points, the calculated wave propagation velocity for each scanning session is determined.
Каждую новую эхограмму сохраняют в базе данных и используют как основу для анализа и интерпретации технологической ситуации в трубопроводе. Эхограмму, полученную в текущем сеансе сканирования, сравнивают с образцовой эхограммой и выявляют аномальные изменения сигнала по амплитуде как от уже идентифицированных характерных точек (конструктивных особенностей шлейфа), так и от новых образований. Новые образования локализуют по расположению между характерными точками.Each new echogram is stored in a database and used as a basis for analysis and interpretation of the technological situation in the pipeline. The echogram obtained in the current scanning session is compared with the exemplary echogram and the abnormal changes in the signal in amplitude are detected both from the already identified characteristic points (design features of the loop) and from new formations. New formations are localized by the location between the characteristic points.
Затем проводят анализ динамики отраженных от характерных точек с помощью сформированной базы эхограмм и делают заключение о процессе роста отложений.Then, an analysis of the dynamics reflected from characteristic points is carried out using the generated base of echograms and a conclusion is made about the process of deposit growth.
Шлейф разбивают на характерные участки - участки между характерными точками, привязанными к конструкции шлейфа. Для общего случая количество участков принимается равным N. За нулевую характерную точку принимают место установки датчика детектирования отраженной волны СВД. Для описания порядка нахождения температуры на характерном участке под произвольным номером n в качестве реперного участка принимается первый характерный участок - участок между характерной точкой N1 и датчиком детектирования отраженных волн (характерная точка N0) (фиг. 8).The train is divided into characteristic sections - sections between characteristic points tied to the structure of the train. For the general case, the number of sections is taken equal to N. For the zero characteristic point, the installation location of the reflected light detection sensor is considered. To describe the order in which the temperature is found in the characteristic region under an arbitrary number n, the first characteristic region is taken as the reference region — the region between the characteristic point N 1 and the reflected wave detection sensor (characteristic point N 0 ) (Fig. 8).
Скорость звука в газах, которой равна скорость распространения СВД, зависит от температуры [6] через соотношение:The speed of sound in gases, which is equal to the speed of propagation of SVD, depends on temperature [6] through the ratio:
где ν - скорость звука в газе, γ - отношение теплоемкости газа при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме, R - универсальная газовая постоянная, Т - абсолютная температура газа в Кельвинах, μ - масса моля, численно равная молекулярному весу газа. Таким образом:where ν is the speed of sound in a gas, γ is the ratio of the heat capacity of gas at constant pressure to heat capacity at constant volume, R is the universal gas constant, T is the absolute temperature of the gas in Kelvin, μ is the mole mass, numerically equal to the molecular weight of the gas. In this way:
Скорость звука на характерном участке №1 рассчитывается по формуле:The speed of sound in a characteristic plot No. 1 is calculated by the formula:
, ,
где L1-L0 - длина характерного участка, выраженная через разность расстояний от датчика детектирования отраженных волн до характерных точек N1 и N0; t1-t0 - время прохождения СВД характерного участка, выраженное через разность времен с момента генерации СВД до детектирования отраженных сигналов от характерных точек N1 и N0. В данном конкретном случае L0=0 м и t0=0 с.where L 1 -L 0 - the length of the characteristic section, expressed through the difference in distances from the detection sensor of the reflected waves to the characteristic points N 1 and N 0 ; t 1 -t 0 is the travel time of the SVD of a characteristic section, expressed in terms of the time difference from the moment of generation of the SVD to the detection of reflected signals from characteristic points N 1 and N 0 . In this particular case, L 0 = 0 m and t 0 = 0 s.
Тогда температура на участке между данными реперными точками:Then the temperature in the area between these reference points:
. .
Эта температура газа T1 измеряется в конце шлейфа.This gas temperature T 1 is measured at the end of the loop.
Для общего случая:For the general case:
. .
Для удобства расчетов введем коэффициент пропорциональности K:For the convenience of calculations, we introduce the proportionality coefficient K:
. .
Данный коэффициент вычисляется для реперного участка по эмпирическим данным:This coefficient is calculated for the reference plot according to empirical data:
. .
Примем, что коэффициент K в пределах соседних характерных участков не изменяется или изменяется незначительно, т.е.:We assume that the coefficient K within the adjacent characteristic sections does not change or changes slightly, i.e.:
илиor
, ,
, ,
ПримемWill accept
ΔLn=Ln-Zn-1 - длина n-го характерного участка,ΔL n = L n -Z n-1 - the length of the n-th characteristic section,
ΔLn-1=Ln-1-Ln-2 - длина n-1-то характерного участка,ΔL n-1 = L n-1 -L n-2 - the length of the n-1 characteristic section,
Δtn=tn-tn-1 - время прохождения СВД n-го характерного участка,Δt n = t n -t n-1 is the transit time of the SVD of the n-th characteristic section,
Δtn-1=tn-1-tn-2 - время прохождения СВД n-1-го характерного участка.Δt n-1 = t n-1 -t n-2 is the transit time of the SVD of the n-1st characteristic section.
Тогда:Then:
. .
Температура на произвольном n-ом характерном участке (n≥2) рассчитывается по обобщенной рекуррентной формуле:The temperature at an arbitrary nth characteristic region (n≥2) is calculated by the generalized recurrence formula:
Таким образом, при появлении нового местного сопротивления на n-ом характерном участке вычисляется температура в его окрестности.Thus, when a new local resistance appears on the nth characteristic site, the temperature in its vicinity is calculated.
Давление в окрестности нового местного сопротивления вычисляется по значениям давления на устье скважины и в конце шлейфа по одной из известных моделей распределения давления вдоль трубопровода.The pressure in the vicinity of the new local resistance is calculated from the pressure values at the wellhead and at the end of the loop according to one of the known models of pressure distribution along the pipeline.
Полученные термобарические условия в окрестности нового местного сопротивления сравнивают с термобарическими условиями существования гидратов по диаграмме трехфазных равновесий для газов-гидратообразователей (фиг. 2), входящих в состав добываемого газа. Если условия удовлетворяют условиям существования гидратов, делают заключение о потенциальном существовании гидратов в шлейфе на участке нового местного сопротивления.The obtained thermobaric conditions in the vicinity of the new local resistance are compared with the thermobaric conditions for the existence of hydrates according to the three-phase equilibrium diagram for hydrate-forming gases (Fig. 2), which are part of the produced gas. If the conditions satisfy the conditions for the existence of hydrates, make a conclusion about the potential existence of hydrates in the loop at the site of the new local resistance.
Для генерации СВД используют несколько способов.Several methods are used to generate SVD.
Способы выбирают в зависимости от энергии потока газа, которая характеризуется его скоростью в шлейфе и давлением.The methods are selected depending on the energy of the gas stream, which is characterized by its velocity in the loop and pressure.
Первый способ заключается в резком закрытии крана на шлейфе (фиг. 3). На фиг. 3 показаны шлейф 1, кран 2, направление потока газа 3. При этом у крана кратковременно образуется зона повышенного давления, которая затем в виде СВД распространяется по шлейфу. Важным условием является малое время закрытия крана.The first method consists in abruptly closing the crane on the loop (Fig. 3). In FIG. 3, a
Второй способ заключается в остановке потока газа на шлейфе, ожидании выравнивания давления в конце шлейфа до значения давления газа на устье скважины и открытии крана. Он применим, когда шлейфы в ЗПА объединяются в коллектор, расположение которого перпендикулярно направлениям шлейфов (фиг. 4), а энергии газа для образования СВД по первому способу недостаточно. На фиг. 4 показаны шлейф 4 с условным диаметром 1000 и шлейф 5 с условным диаметром 400.The second method consists in stopping the gas flow on the loop, waiting for the pressure to equalize at the end of the loop to the gas pressure at the wellhead and opening the tap. It is applicable when the loops in the ZPA are combined into a collector, the location of which is perpendicular to the directions of the loops (Fig. 4), and the gas energy for the formation of the SVD by the first method is not enough. In FIG. 4 shows a
Третий способ предполагает использование ресивера низкого давления (РНД) (фиг. 5). Поток газа на шлейфе останавливают, газ выпускают в РНД, затем закрывают кран выпуска газа в РНД. Давление в РНД должно быть ниже давления в шлейфе на величину, обеспечивающую образование СВД остановкой потока газа из шлейфа в ресивер. На фиг. 5 показаны шлейф 6, кран 7 остановки потока газа, кран 8 выпуска газа в РНД 9.The third method involves the use of a low pressure receiver (RND) (Fig. 5). The gas flow on the loop is stopped, the gas is discharged to the RND, then the gas outlet valve is closed at the RND. The pressure in the RND should be lower than the pressure in the loop by an amount that ensures the formation of the SVD by stopping the gas flow from the loop to the receiver. In FIG. 5 shows a
Для четвертого варианта генерации СВД используется РВД. Газ в РВД нагнетают компрессором. Поток газа в шлейфе останавливают, газ из РВД выпускают в шлейф. Ресивер 9 на фиг. 5 используется как РВД.For the fourth version of the generation of SVD is used RVD. Gas in the WFD is injected by the compressor. The gas flow in the loop is stopped, the gas from the RVD is released into the loop. The
Последний вариант генерирования СВД также предполагает использование РВД. Он полностью аналогичен четвертому способу, за исключением того, что РВД заполняют газом с линии выхода газа дожимной компрессорной станции.The latter option for generating SVD also involves the use of RVD. It is completely analogous to the fourth method, except that the WFD is filled with gas from the gas outlet line of the booster compressor station.
Периодичность проведения измерений может изменяться в зависимости от нескольких факторов:The frequency of measurements may vary depending on several factors:
- от термобарических условий в шлейфе, в зависимости от степени их близости к условиям гидратообразования;- from thermobaric conditions in the loop, depending on the degree of their proximity to hydrate formation conditions;
- от динамики процесса роста амплитуды отраженного сигнала в характерных точках;- from the dynamics of the growth process of the amplitude of the reflected signal at characteristic points;
- от скоростей движения потока.- from the speed of the flow.
Как правило, периодичность сканирований составляет 0,5…1,5 часа.As a rule, the frequency of scans is 0.5 ... 1.5 hours.
Для проведения измерений по описанному способу используют датчик давления с высокой частотой опроса (например, семейство датчиков РХ409 [HIGH ACCURACY PRESSURE TRANSDUCERS [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.omega.com/pressure/pdf/PX409_SERIES.pdf). На фиг. 6 приведен пример эхограммы, полученной на начальном этапе эксплуатации после очистки внутренней поверхности шлейфа генерацией СВД остановкой потока. В качестве реперного участка взят участок длиной 24 метра между краном и первым от ЗПА поворотом шлейфа. На эхограмме реперному участку соответствует время между моментом запуска волны и первым всплеском. В соответствии с паспортом шлейфа всплески эхограммы привязывают к конструктивным особенностям шлейфа с обозначением в качестве характерных точек из множества имен N1…Nm. На фиг. 7 представлена эхограмма с выделенными характерными точками N1…N6. На фиг. 8 показана схема части шлейфа с привязанными характерными точками N1…N5 (например, ими могут быть П-образные температурные компенсаторы ПК). Точка N6 находится за пределами показанной области и не указана в целях сохранения наглядности.To carry out measurements according to the described method, a high-frequency pressure sensor is used (for example, the PX409 family of sensors [HIGH ACCURACY PRESSURE TRANSDUCERS [Electronic resource]. Access mode: http://www.omega.com/pressure/pdf/PX409_SERIES.pdf) . In FIG. Figure 6 shows an example of an echogram obtained at the initial stage of operation after cleaning the inner surface of the loop by generating an SVD by stopping the flow. As a reference section, a section of a length of 24 meters was taken between the crane and the first loop rotation from the ZPA. On the echogram, the reference section corresponds to the time between the moment the wave is triggered and the first burst. In accordance with the loop passport, the echogram bursts are tied to the structural features of the loop with designation as characteristic points from the set of names N 1 ... N m . In FIG. 7 shows an echogram with highlighted characteristic points N 1 ... N 6 . In FIG. Figure 8 shows a diagram of a part of a loop with associated characteristic points N 1 ... N 5 (for example, they can be U-shaped temperature compensators of a PC). Point N 6 is outside the shown area and is not indicated in order to maintain clarity.
По длине реперного участка и интервалу времени на эхограмме определяют скорость звука в газе при конкретных термобарических условиях. По формуле (3) рассчитывают температуру на характерных участках.The length of the reference section and the time interval on the echogram determine the speed of sound in the gas under specific thermobaric conditions. By the formula (3) calculate the temperature in the characteristic areas.
На фиг. 9 приведен пример эхограммы для шлейфа с температурой газа ниже, чем температура газа при сканировании образцовой эхограммы. Вертикальными линиями отмечено смещение пика характерной точки N4 по сравнению с расположением на образцовой эхограмме.In FIG. Figure 9 shows an example of an echogram for a loop with a gas temperature lower than the gas temperature when scanning a model echogram. The vertical lines indicate the shift of the peak of the characteristic point N 4 in comparison with the location on the model echogram.
На фиг. 10 приведена эхограмма, на которой виден рост амплитуды и смещение всплеска отраженного сигнала, соответствующего характерной точке N4 по сравнению с образцовой эхограммой. Сдвиг обусловлен понижением температуры газа в шлейфе, а рост амплитуды отраженного сигнала - началом образования нового местного сопротивления в окрестности данной характерной точки.In FIG. 10 shows an echogram, which shows the increase in amplitude and the shift of the burst of the reflected signal corresponding to the characteristic point N 4 in comparison with the standard echogram. The shift is due to a decrease in the gas temperature in the loop, and the increase in the amplitude of the reflected signal is due to the beginning of the formation of a new local resistance in the vicinity of this characteristic point.
На фиг. 11 приведена эхограмма, на которой видно появление нового всплеска отраженного сигнала между всплесками, соответствующими характерным точкам N5 и N6 что является признаком начала образования нового местного сопротивления между данными характерными точками.In FIG. Figure 11 shows an echogram, which shows the appearance of a new burst of the reflected signal between bursts corresponding to characteristic points N 5 and N 6 which is a sign of the beginning of the formation of a new local resistance between these characteristic points.
Технический результат - определение места образования гидратных пробок и снижение затрат на установку системы - достигается следующим образом.The technical result - determining the place of formation of hydrate plugs and reducing the cost of installing the system - is achieved as follows.
Место образования пробки определяют с помощью волн давления. Данный метод позволяет охватить большую контролируемую длину шлейфа по сравнению с прототипом, независимо от наличия изгибов трубопровода, т.к. волны давления затухают меньше электромагнитных волн при преодолении участков трубопроводов с изгибами под прямым углом. При этом точность определения местоположения образования гидратов остается достаточной для технологических целей (максимальная погрешность ±10 м). Таким образом, способ может быть использован на шлейфах любых типов профилей и протяженностей, в том числе в условиях Крайнего Севера.The place of formation of the plug is determined using pressure waves. This method allows you to cover a large controlled loop length compared to the prototype, regardless of the presence of bends in the pipeline, because pressure waves attenuate less electromagnetic waves when overcoming sections of pipelines with bends at right angles. At the same time, the accuracy of determining the location of hydrate formation remains sufficient for technological purposes (maximum error ± 10 m). Thus, the method can be used on loops of any type of profiles and lengths, including in the Far North.
Предлагаемый способ позволяет осуществлять прогнозирование образования льда и гидратов исходя из текущих термобарических условий, причем уточнение этих условий производят в каждом сеансе сканирования. Поскольку термобарические условия образования льда и гидратов различны, предлагаемый способ обладает селективностью и обеспечивает возможность точного прогнозирования природы потенциального образования. Таким образом, предлагаемый способ в отличие от прототипа диагностирует характер возникшего местного сопротивления по прямым признакам (термобарические условия), а не по косвенным (диэлектрическая проницаемость).The proposed method allows predicting the formation of ice and hydrates based on current thermobaric conditions, moreover, these conditions are refined in each scanning session. Since the thermobaric conditions for the formation of ice and hydrates are different, the proposed method is selective and provides the ability to accurately predict the nature of the potential formation. Thus, the proposed method, in contrast to the prototype, diagnoses the nature of the local resistance that has arisen by direct signs (thermobaric conditions), and not by indirect ones (dielectric constant).
Стоимость установки оборудования снижают за счет исключения:The cost of installing equipment is reduced due to the exception:
- этапа заводской подготовки секции трубопровода;- the stage of factory preparation of the pipeline section;
- доставки крупногабаритного груза до места установки;- delivery of bulky cargo to the place of installation;
- масштабных капитальных работ, связанных с установкой на шлейф.- large-scale capital work related to installation on a train.
Датчики давления и температуры, необходимые для эксплуатации системы, устанавливают в штатные места установки оборудования КИП в шлейфе, которые подготавливают без использования тяжелой подъемной техники.The pressure and temperature sensors necessary for the operation of the system are installed in regular places of installation of instrumentation in a loop, which are prepared without the use of heavy lifting equipment.
При установке системы мониторинга исключена необходимость остановки добычи газа на значительный промежуток времени. Благодаря этому, сокращают экономические потери, связанные с недозагруженностью оборудования УКПГ.When installing a monitoring system, the need to stop gas production for a significant period of time is eliminated. Due to this, they reduce the economic losses associated with underloading of equipment at the gas treatment plant.
Таким образом, предложенный способ позволяет проводить мониторинг и прогнозирование гидратообразования без существенных дополнительных затрат на установку системы. Предлагаемое изобретение может быть использовано в нефтегазовой промышленности, где необходимо определение мест отложения различных веществ внутри шлейфа во время процесса добычи газа.Thus, the proposed method allows monitoring and predicting hydrate formation without significant additional costs for installing the system. The present invention can be used in the oil and gas industry, where it is necessary to determine the places of deposition of various substances inside the plume during the gas production process.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018111352A RU2683336C1 (en) | 2018-03-29 | 2018-03-29 | Hydrates formation processes in the production flowlines monitoring method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018111352A RU2683336C1 (en) | 2018-03-29 | 2018-03-29 | Hydrates formation processes in the production flowlines monitoring method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2683336C1 true RU2683336C1 (en) | 2019-03-28 |
Family
ID=66089561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018111352A RU2683336C1 (en) | 2018-03-29 | 2018-03-29 | Hydrates formation processes in the production flowlines monitoring method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2683336C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL2025497A (en) * | 2019-06-12 | 2020-12-22 | Halliburton Energy Services Inc | Automated pipeline maintenance using multiple pigs over time |
| RU2762323C1 (en) * | 2021-05-05 | 2021-12-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" | Ice formation prevention system in the gas gathering pipeline |
| CN119665153A (en) * | 2023-09-20 | 2025-03-21 | 中国石油天然气股份有限公司 | A pipeline ice blockage detection method, device and system |
| CN119845470A (en) * | 2025-03-21 | 2025-04-18 | 中建八局(山东)新型材料科技有限公司 | Abnormal monitoring system for production process of composite insulation board based on sensor |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2007659C1 (en) * | 1991-07-16 | 1994-02-15 | Производственное объединение "Варьеганнефтегаз" | Method and device for preparation and transportation of products in oil-gas condensate fields at high gas factor |
| WO2000046545A1 (en) * | 1999-02-05 | 2000-08-10 | Vanar Ik Engineering | Method and device for monitoring flow parameters in a pipeline in order to register hydrate formation |
| EP1277051B1 (en) * | 2000-04-26 | 2006-08-23 | ResMan AS | Reservoir monitoring |
| RU2329371C1 (en) * | 2006-10-26 | 2008-07-20 | ООО "Ямбурггаздобыча" | Method of hydration control in intrafield flowlines of gas and gas-condensate pools in far north |
| RU2460879C2 (en) * | 2010-09-09 | 2012-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Уренгой" | Method for determining specific and total quantity of liquid water phase supplied from well to field gas-collecting header |
| RU2556482C2 (en) * | 2012-12-24 | 2015-07-10 | Игорь Иванович Грициненко | Method to control hydrate formation degree and technical state of operating gas equipment |
| RU2573654C1 (en) * | 2014-08-05 | 2016-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью ООО "Газпром добыча Ямбург" | Method to control hydrate formation process in gas-gathering flow lines connected to common manifold at far north gas and gas condensate deposits |
-
2018
- 2018-03-29 RU RU2018111352A patent/RU2683336C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2007659C1 (en) * | 1991-07-16 | 1994-02-15 | Производственное объединение "Варьеганнефтегаз" | Method and device for preparation and transportation of products in oil-gas condensate fields at high gas factor |
| WO2000046545A1 (en) * | 1999-02-05 | 2000-08-10 | Vanar Ik Engineering | Method and device for monitoring flow parameters in a pipeline in order to register hydrate formation |
| EP1277051B1 (en) * | 2000-04-26 | 2006-08-23 | ResMan AS | Reservoir monitoring |
| RU2329371C1 (en) * | 2006-10-26 | 2008-07-20 | ООО "Ямбурггаздобыча" | Method of hydration control in intrafield flowlines of gas and gas-condensate pools in far north |
| RU2460879C2 (en) * | 2010-09-09 | 2012-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Уренгой" | Method for determining specific and total quantity of liquid water phase supplied from well to field gas-collecting header |
| RU2556482C2 (en) * | 2012-12-24 | 2015-07-10 | Игорь Иванович Грициненко | Method to control hydrate formation degree and technical state of operating gas equipment |
| RU2573654C1 (en) * | 2014-08-05 | 2016-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью ООО "Газпром добыча Ямбург" | Method to control hydrate formation process in gas-gathering flow lines connected to common manifold at far north gas and gas condensate deposits |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL2025497A (en) * | 2019-06-12 | 2020-12-22 | Halliburton Energy Services Inc | Automated pipeline maintenance using multiple pigs over time |
| US11313755B2 (en) | 2019-06-12 | 2022-04-26 | Halliburton Energy Services, Inc. | Automated pipeline maintenance using multiple pigs over time |
| RU2762323C1 (en) * | 2021-05-05 | 2021-12-17 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" | Ice formation prevention system in the gas gathering pipeline |
| CN119665153A (en) * | 2023-09-20 | 2025-03-21 | 中国石油天然气股份有限公司 | A pipeline ice blockage detection method, device and system |
| CN119845470A (en) * | 2025-03-21 | 2025-04-18 | 中建八局(山东)新型材料科技有限公司 | Abnormal monitoring system for production process of composite insulation board based on sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2683336C1 (en) | Hydrates formation processes in the production flowlines monitoring method | |
| US7673525B2 (en) | Sensor system for pipe and flow condition monitoring of a pipeline configured for flowing hydrocarbon mixtures | |
| US8360635B2 (en) | System and method for using one or more thermal sensor probes for flow analysis, flow assurance and pipe condition monitoring of a pipeline for flowing hydrocarbons | |
| US9541436B2 (en) | Distributed two dimensional fluid sensor | |
| US6568271B2 (en) | Guided acoustic wave sensor for pipeline build-up monitoring and characterization | |
| US6886393B1 (en) | Method and device for detecting deposit in a conduit | |
| CA2780564C (en) | A method and apparatus for the measurement of flow in gas or oil pipes | |
| US6644848B1 (en) | Pipeline monitoring systems | |
| US8850871B2 (en) | Pipeline leak location using ultrasonic flowmeters | |
| US20030185100A1 (en) | Assessing a solids deposit in an oilfield pipe | |
| EA028919B1 (en) | Method and system for continuous remote monitoring of the integrity of pressurized pipelines and properties of the fluids transported | |
| US9598642B2 (en) | Distributive temperature monitoring using magnetostrictive probe technology | |
| WO2012011831A1 (en) | System and method for determination of desposits in multi-phase fluid flow | |
| US11754425B2 (en) | Non-intrusive tracking or locating of objects in pipelines and wellbores from a single location | |
| KR101577733B1 (en) | Diagnosis system for checking a clogging in a pipeline using acoustic transfer matrix | |
| CN109780449A (en) | A kind of apparatus and method detecting natural gas line ice blocking position | |
| US20240117612A1 (en) | Novel Method of Continuous Fluids Flow Mapping and Characterization in Plumbing Systems/Networks | |
| US12410881B2 (en) | Non-intrusive tracking of objects in pipelines and wellbores | |
| RU68692U1 (en) | PIPELINE MONITORING SYSTEM | |
| Nikolaevich et al. | METHODS OF HYDRATE FORMATION CONTROL IN THE GAS TRANSMISSION NETWORK | |
| CN117647294A (en) | Non-contact pipeline liquid level monitoring device based on frequency | |
| Kutukov et al. | Application of Intellectual Systems in Monitoring of Oil Pipelines Operation Modes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200330 |