[go: up one dir, main page]

RU2808739C1 - In-line vortex-type separator with control system based on neural network and mobile pre-water discharge unit - Google Patents

In-line vortex-type separator with control system based on neural network and mobile pre-water discharge unit Download PDF

Info

Publication number
RU2808739C1
RU2808739C1 RU2022125476A RU2022125476A RU2808739C1 RU 2808739 C1 RU2808739 C1 RU 2808739C1 RU 2022125476 A RU2022125476 A RU 2022125476A RU 2022125476 A RU2022125476 A RU 2022125476A RU 2808739 C1 RU2808739 C1 RU 2808739C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vortex
pipe
separation
separator
neural network
Prior art date
Application number
RU2022125476A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Лавров
Евгений Игоревич Сучков
Андрей Александрович Вольцов
Радик Ильшатович Халитов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ОЙЛТИМ Инжиниринг"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ОЙЛТИМ Инжиниринг" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ОЙЛТИМ Инжиниринг"
Application granted granted Critical
Publication of RU2808739C1 publication Critical patent/RU2808739C1/en

Links

Abstract

FIELD: oil and gas production industry.
SUBSTANCE: invention can be used as a separation device in preliminary water discharge installations, oil treatment installations, and gas treatment installations. An in-line vortex-type separator with a control system based on a neural network contains a separating vortex chamber, which in the inlet part contains a tangentially located inlet pipe for the input flow, an axially located outlet pipe for the light phase, and on the other side has an outlet pipe for the heavy phase. Control electric valves are installed on both outlet piping lines of the separation vortex chamber. Coriolis flow meters, pressure sensors, temperature sensors and shut-off and control valves are connected to the hydraulic control circuit for in-pipe separation, and the dynamic process of in-pipe vortex separation is controlled by an automated system with an autonomous process mode adjustment module based on an artificial neural network with an intelligent controller based on a three-layer perceptron with a network predictive controller of the PID algorithm for processing high-frequency measurements of the residual water cut of the in-line moisture meter, with adjustable parameters of the control system for the electric drives of the valves of the in-line vortex-type separator. The mobile preliminary water discharge installation contains a pipe vortex sand separator, a pipe vortex gas separator, an in-pipe vortex separator with a control system based on a neural network, a three-phase separator unit, a water settling unit, a reagent dosing unit, connected in series by a pipeline system. The mobile installation is made in form of a single monoblock with a two-tier arrangement of technological blocks placed in frames with the dimensions of 40- and 20-foot cargo containers.
EFFECT: ensuring the process of effective separation of water-oil emulsion with an automatic control system for electric drives of regulatory elements based on an artificial neural network.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, может использоваться в качестве сепарационного устройства в установках предварительного сброса воды, установках подготовки нефти, установках подготовки газа.The invention relates to the oil and gas production industry and can be used as a separation device in preliminary water discharge installations, oil treatment installations, and gas treatment installations.

Для осуществления сепарации в промысловой практике применяют емкостное оборудование в виде сосудов, работающих под давлением, имеющих форму горизонтально вытянутого цилиндрического объема. To carry out separation in field practice, capacitive equipment is used in the form of vessels operating under pressure, having the shape of a horizontally elongated cylindrical volume.

В современных условиях, в активно развивающихся компоновках мобильного исполнения, возникает потребность в осуществлении разделения водонефтегазовых смесей в устройствах более компактных, по сравнению с традиционными металлоемкими гравитационными сепараторами, в более быстром режиме, используя энергию потока текучей среды в трубе. Для этой цели применяется технология внутритрубного разделения мультифазных потоков в поле центробежных сил. Вращательное движение водонефтегазовых смесей в вихревых сепарационных устройствах может быть осуществлено в трубных аппаратах двух типов: подачей потока на лопатки завихрителя, расположенного аксиально оси трубопровода и подачей потока в разделительную трубную камеру через тангенциально расположенный входной патрубок.In modern conditions, in actively developing mobile configurations, there is a need to carry out the separation of water-oil-gas mixtures in devices that are more compact, compared to traditional metal-intensive gravity separators, in a faster mode, using the energy of the fluid flow in the pipe. For this purpose, the technology of in-pipe separation of multiphase flows in the field of centrifugal forces is used. The rotational movement of water-oil-gas mixtures in vortex separation devices can be carried out in two types of pipe apparatus: by supplying the flow to the blades of a swirler located axially to the axis of the pipeline and by supplying the flow to the separation pipe chamber through a tangentially located inlet pipe.

Опыт и наработки внутритрубной сепарации в проектах подводных добычных комплексах компаний FMC и Cameron доказали практическую эффективность подобных систем (патент 0002597113 Двухсекционный поточный сепаратор, ФМС СЕПАРЕЙШЕН СИСТЕМЗ, БВ (NL). Так же внутритрубными сепараторами массово внедряется вихревое разделение двухфазных потоков (жидкость/газ) для сепарации углеводородного конденсата и воды от природного или попутного нефтяного газа (как пример, патент RU 2747403 C1 Внутритрубный сепаратор, ООО АЭРОГАЗ). The experience and developments of in-line separation in projects of underwater production complexes of the FMC and Cameron companies have proven the practical effectiveness of such systems (patent 0002597113 Two-section flow separator, FMS SEPARATION SYSTEMS, BV (NL). In-line separators are also widely introducing vortex separation of two-phase flows (liquid/gas) for separation of hydrocarbon condensate and water from natural or associated petroleum gas (as an example, patent RU 2747403 C1 In-line separator, AEROGAZ LLC).

Разделение водонефтяной эмульсии во внутритрубном центробежном потоке осуществляется за счет разности плотностей двух жидких компонентов смеси. Под воздействием завихрения в турбулентно-закрученном осевом потоке в районе центральной оси вихря происходят процессы массообмена: The separation of the water-oil emulsion in the in-pipe centrifugal flow is carried out due to the difference in the densities of the two liquid components of the mixture. Under the influence of turbulence in a turbulently swirling axial flow, mass transfer processes occur in the area of the central axis of the vortex:

- прямое упорядочивание броуновского движения жидкости в жгуте вихря, хаотичные векторы теплового движения молекул выстраиваются строго параллельно оси вращения;- direct ordering of the Brownian motion of the liquid in the vortex bundle, the chaotic vectors of the thermal motion of the molecules are aligned strictly parallel to the axis of rotation;

- центробежными силами прямо по центру создаётся зона разряжения с аномальным ускорением потока и увеличением кинетической энергии жидкости в центральной оси вихря;- centrifugal forces create a vacuum zone right in the center with an anomalous acceleration of the flow and an increase in the kinetic energy of the liquid in the central axis of the vortex;

- в центральной зоне образуется жгут жидкости с меньшей плотностью, направление центрального потока меняется на противоположное вихревому движению жидкости с большей плотностью в пристеночной зоне трубы, происходит процесс сепарирования.- a rope of liquid with a lower density is formed in the central zone, the direction of the central flow changes to the opposite to the vortex movement of the liquid with a higher density in the wall zone of the pipe, and a separation process occurs.

Известно устройство для разрушения водонефтяной эмульсии при транспортировании по трубопроводу (Патент RU2600742C1, МПК C10G 33/06, B01D 17/04, опубл. 27.10.2016), включающее трубопровод перед продольной перегородкой по направлению потока водонефтяной эмульсии оснащенный конусом, сужающимся по направлению потока водонефтяной эмульсии в соотношении площадей оснований конуса 2:1 по направлению потока водонефтяной эмульсии, при этом внутри конуса концентрично установлен шнек, выполненный в виде спиральной пластины, при этом площадь проточной части шнека уменьшается в осевом направлении от входа к выходу, а угол наклона лопастей шнека на выходе меньше 90°, причем на выходе из конуса между шнеком и конусом установлен кольцевой диск, образующий с конусом кольцевую камеру, гидравлически сообщающуюся через радиальное отверстие, выполненное в конусе с отводом тяжелых фракций, врезанным в трубопровод, причем площадь проточной части между шнеком и кольцевым диском меньше площади проточной части на выходе шнека. A device is known for the destruction of water-oil emulsion during transportation through a pipeline (Patent RU2600742C1, IPC C10G 33/06, B01D 17/04, publ. 10.27.2016), including a pipeline in front of the longitudinal partition in the direction of the oil-water emulsion flow is equipped with a cone tapering in the direction of the oil-water emulsion flow in the ratio of the areas of the cone bases of 2:1 in the direction of the oil-water emulsion flow, while inside the cone a screw made in the form of a spiral plate is concentrically installed, while the flow area part of the auger decreases in the axial direction from inlet to outlet, and the angle of inclination of the auger blades at the outlet is less than 90°, and at the outlet of the cone, an annular disk is installed between the auger and the cone, forming an annular chamber with the cone, hydraulically communicating through a radial hole made in the cone with a discharge of heavy fractions embedded in the pipeline, and the area of the flow part between the screw and the annular disk is less than the area of the flow part at the exit of the screw.

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

- низкая эффективность разрушения водонефтяной эмульсии, из-за слабого закручивания потока;- low efficiency of destruction of water-oil emulsion, due to weak swirling of the flow;

- отсутствует возможность применения в устройствах с большим расходом и высокой обводнённостью эмульсии.- there is no possibility of use in devices with high flow rates and high water content of the emulsion.

Известна установка и способ вихревого крекинга нефти и нефтепродуктов (патент RU 2305699 C1, МПК C10G 9/00, B01F 11/00, опубл.10.09.2007) основополагающим элементом, принимающим участие в вихревом крекинге нефти, является вихревая делящее устройство, содержащее вихревую трубу, тангенциальное входные сопло, улитку и дроссель. Нефть под давлением подается через тангенциальное сопло в вихревую трубу, внутри которой создается интенсивное круговое движение. На выходе из тангенциального сопла поток нефти образует внешний вихрь, который развивается до определенного радиуса и смещается вдоль оси трубы к дросселю, установленного на конце вихревой трубы. Внешний вихрь устойчив к силам внутреннего трения и не разрушается ими. Вихрь может разрушаться только на своих радиальных границах за счет трения о стенки и взаимодействия с приосевыми элементами. Интенсивность его закрутки при этом падает из-за снижения окружных скоростей при движении вихря вдоль трубы к дросселю, уменьшается радиальный градиент статического давления в вихревом потоке нефти, а вихрь, попавший в приосевую область нефти изменяет свое первоначальное направление осевого движения на противоположное и движется к сопловому сечению. В процессе перехода в приосевую область элементы нефти интенсивно турбулизируются. Высокая турбулентная вязкость вынуждает приосевой поток нефти вращаться по закону твердого тела. Обратный приосевой поток по мере продвижения к развихрителю закручивается более интенсивным внешним вихрем. Кроме передачи кинетической энергии вращения от внешнего к вынужденному обратному вихрю между ними происходит интенсивный турбулентный теплообмен при высоком градиенте статического давления, нормального к средней скорости движения потока нефти. A known installation and method for vortex cracking of oil and petroleum products (patent RU 2305699 C1, IPC C10G 9/00, B01F 11/00, published 09/10/2007) The fundamental element taking part in vortex cracking of oil is a vortex dividing device containing a vortex tube, a tangential inlet nozzle, a volute and a choke. Oil under pressure is supplied through a tangential nozzle into a vortex tube, inside which an intense circular motion is created. At the exit from the tangential nozzle, the oil flow forms an external vortex, which develops to a certain radius and moves along the axis of the pipe to the throttle installed at the end of the vortex pipe. The external vortex is resistant to internal friction forces and is not destroyed by them. The vortex can be destroyed only at its radial boundaries due to friction against the walls and interaction with the axial elements. The intensity of its swirl decreases due to a decrease in peripheral speeds when the vortex moves along the pipe to the throttle, the radial gradient of static pressure in the vortex flow of oil decreases, and the vortex that gets into the paraxial region of the oil changes its original direction of axial movement to the opposite and moves towards the nozzle section. During the transition to the paraxial region, oil elements are intensively turbulized. High turbulent viscosity forces the axial flow of oil to rotate according to the law of a rigid body. The reverse axial flow, as it moves towards the swirler, is swirled by a more intense external vortex. In addition to the transfer of kinetic energy of rotation from the external to the forced reverse vortex, intense turbulent heat exchange occurs between them at a high static pressure gradient normal to the average speed of the oil flow.

Недостатком является отсутствие системы управления потоками прямого и обратного вихрей на выходных патрубках делящего устройства. The disadvantage is the lack of a control system for the flow of forward and reverse vortices at the outlet pipes of the dividing device.

Известен внутритрубный сепаратор для разделения масловодных смесей (патент RU 2 456 052 C2, МПК B01D 17/038, опубл. 20.07.2012), относящееся к разделению смеси на фазу, обогащенную маслом, и фазу, обогащенную водой, с использованием линейно скомпонованного разделительного устройства и при этом способ включает в себя:An in-line separator for separating oil-water mixtures is known (patent RU 2 456 052 C2, IPC B01D 17/038, published on July 20, 2012), relating to the separation of the mixture into an oil-rich phase and a water-rich phase using a linearly arranged separating device and the method includes:

- установку трубы для подачи водонефтяной смеси, - installation of a pipe for supplying an oil-water mixture,

- установку удлиненного трубчатого разделительного устройства, включающего последовательно: (вход, вихреобразующую камеру, центральную разделительную камеру и выход),- installation of an elongated tubular separating device, including in series: (inlet, vortex-generating chamber, central separating chamber and outlet),

- установку выводной трубы для обогащенной нефтью фазы и выводной трубы для фазы, обогащенной водой, - installation of an outlet pipe for the oil-enriched phase and an outlet pipe for the water-enriched phase,

- вход разделительного устройства соединен по текучей среде с трубой для подачи водонефтяной смеси и вихреобразующей камерой, - the inlet of the separating device is connected via a fluid medium to a pipe for supplying the water-oil mixture and a vortex-generating chamber,

- центральная разделительная камера соединена по текучей среде с вихреобразующей камерой и выходом сепаратора, - the central separation chamber is fluidly connected to the vortex-generating chamber and the separator outlet,

- выход дополнительно соединен по текучей среде с выводной трубой для- the outlet is additionally fluidly connected to the outlet pipe for

обогащенной нефтью фазы и выводной трубой для фазы, обогащенной водой, oil-enriched phase and an outlet pipe for the water-enriched phase,

вихреобразующая камера имеет вихреобразующий элемент.The vortex-generating chamber has a vortex-generating element.

Недостатком является то, что при всем многообразии описанных вариантов исполнения вихревых разделительных устройств и их конструктивных элементов, отсутствует возможность автоматизированного управления редукционными клапанами, установленными на выводной трубе для обогащенной маслом фазы и выводной трубе для фазы, обогащенной водой, при изменении физических свойств поступающей эмульсии в процессе эксплуатации месторождения.The disadvantage is that with all the variety of described design options for vortex separation devices and their structural elements, there is no possibility of automated control of pressure reducing valves installed on the outlet pipe for the oil-enriched phase and the outlet pipe for the water-enriched phase when the physical properties of the incoming emulsion change in process of field exploitation.

Наиболее близким аналогом по технической сущности является устройство гидроциклонного типа для разделения эмульсий (патент RU 194860 U1, В01D 17/0217; B04C 5/04, опубл. 25.12.2019) содержащее с одного конца головную секцию, выполненную с возможностью подачи эмульсии в рабочую полость посредством не менее четырех впускных тангенциальных отверстий, равномерно распределенных по окружности в цилиндрической части головной секции. Отношение диаметра впускных отверстий к диаметру рабочей полости в цилиндрической части головной секции составляет от 1/10 до 3/50 включительно. Также в головной секции размещен выходной канал для менее плотного компонента эмульсии. На втором конце устройство имеет цилиндрическую секцию и выход для более плотного компонента эмульсии. Площадь поперечного сечения устройства уменьшается от одного конца ко второму.The closest analogue in technical essence is a hydrocyclone-type device for separating emulsions (patent RU 194860 U1, В01D 17/0217; B04C 5/04, published 12/25/2019) containing at one end a head section configured to supply the emulsion into the working cavity through at least four tangential inlet holes evenly distributed around the circumference in the cylindrical part of the head section. The ratio of the diameter of the inlet holes to the diameter of the working cavity in the cylindrical part of the head section ranges from 1/10 to 3/50 inclusive. Also in the head section there is an output channel for the less dense component of the emulsion. At the second end the device has a cylindrical section and an outlet for the denser component of the emulsion. The cross-sectional area of the device decreases from one end to the other.

Недостатками устройства являются: The disadvantages of the device are:

- ограниченность его функциональных возможностей, отсутствие устройств регулирования процесса разделения от изменяющихся свойств входящей смеси;- limited functionality, lack of devices for regulating the separation process from the changing properties of the incoming mixture;

- сложность изготовления конической секции камеры разделения, малые размеры внутренних диаметров входа и выхода при большой длине;- the complexity of manufacturing the conical section of the separation chamber, small dimensions of the internal diameters of the inlet and outlet with a long length;

- низкая производительность.- low productivity.

Целью предлагаемого изобретения является создание устройства и установки, обеспечивающих процесс эффективного разделения водонефтяной эмульсии с системой автоматического управления электроприводами регулирующих элементов на основе искусственной нейронной сети, The purpose of the present invention is to create a device and installation that ensures the process of effective separation of water-oil emulsion with an automatic control system for electric drives of regulatory elements based on an artificial neural network,

Поставленная цель достигается созданием внутритрубного сепаратора вихревого типа (далее - ВТС), в состав которого входят разделительная вихревая камера, поточный влагомер, регулирующие электроприводные клапаны, контроль-измерительные приборы и датчики. This goal is achieved by creating an in-line vortex-type separator (hereinafter referred to as VTS), which includes a separation vortex chamber, an in-line moisture meter, control electric valves, control and measuring instruments and sensors.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является разделительная вихревая камера, представляющая собой отрезок трубы расчетной длины, в отличии от существующих аналогов, нефтеотделителей гидроциклонного типа, имеющих разделительную камеру с внутренней поверхностью переменного сечения конической формы. A distinctive feature of the proposed device is a separation vortex chamber, which is a piece of pipe of calculated length, in contrast to existing analogues, hydrocyclone type oil separators, which have a separation chamber with an internal surface of a variable section of a conical shape.

Критериями выбора оптимальных размеров разделительной вихревой камеры являются параметры входного потока: производительность, обводненность, температура, плотность скважинного флюида. По этим параметрам с применение методов вычислительной гидродинамики (CFD) произведено моделирование турбулентного течения водонефтяной эмульсии в замкнутом трубном пространстве под воздействием центробежных сил, создаваемых гидроциклонным завихрителем, расположенным во входном элементе камеры, в котором размещены патрубки: патрубок ввода входного потока, расположенный тангенциально на обечайке трубной камеры и патрубок выхода легкой фазы (нефти), размещенный внутри входного элемента аксиально оси вихревой камеры. На противоположной стороне камеры находится патрубок выхода тяжелой фазы (пластовой воды). На линии выходного патрубка легкой фазы смонтирован поточный влагомер. Принцип действия поточного влагомера основан на измерении скорости распространения электромагнитного сигнала в средах с различной диэлектрической проницаемостью. На обеих выходных линиях трубопроводной обвязки разделительной камеры установлены регулирующие электроприводные клапаны, поддерживающие баланс гидросопротивлений внутри камеры. В гидравлическую схему управления внутритрубной сепарации подключены так же кориолисовые расходомеры, датчики давления, температуры и запорно-регулирующая арматура. The criteria for choosing the optimal size of the separation vortex chamber are the input flow parameters: productivity, water cut, temperature, well fluid density. Based on these parameters, using computational fluid dynamics (CFD) methods, we simulated the turbulent flow of an oil-water emulsion in a closed pipe space under the influence of centrifugal forces created by a hydrocyclone swirler located in the inlet element of the chamber in which the nozzles are located: the inlet flow input nozzle located tangentially on the shell pipe chamber and a light phase (oil) outlet pipe located inside the inlet element axially to the axis of the vortex chamber. On the opposite side of the chamber there is an outlet pipe for the heavy phase (formed water). An in-line moisture meter is mounted on the line of the light phase outlet pipe. The operating principle of a flow moisture meter is based on measuring the speed of propagation of an electromagnetic signal in media with different dielectric constants. Electric control valves are installed on both output lines of the separation chamber piping, which maintain the balance of hydraulic resistance inside the chamber. The hydraulic control circuit for in-line separation also includes Coriolis flow meters, pressure and temperature sensors, and shut-off and control valves.

Для управления динамическим процессом внутритрубной вихревой сепарации разработана автоматизированная система с модулем автономной настройки технологического режима на основе искусственной нейронной сети с интеллектуальным регулятором на основе трехслойного персептрона с сетевым прогнозирующим контроллером ПИД-алгоритма обработки высокочастотных измерений остаточной обводненности поточного влагомера, с настраиваемыми параметрами системы управления электроприводами клапанов внутритрубного сепаратор вихревого типа.To control the dynamic process of in-pipe vortex separation, an automated system has been developed with a module for autonomous adjustment of the process mode based on an artificial neural network with an intelligent controller based on a three-layer perceptron with a network predictive controller PID algorithm for processing high-frequency measurements of the residual water cut of the in-line moisture meter, with adjustable parameters of the control system for electric valve drives vortex-type in-line separator.

Отличительная особенность такой системы управления заключается в том, что нейросеть сама находит и устанавливает идеальное соотношение регулирующих клапанов с учетом единственной цели - снижение обводнённости отсепарированной нефти по данным влагомера.A distinctive feature of such a control system is that the neural network itself finds and sets the ideal ratio of control valves, taking into account the only goal - reducing the water cut of separated oil according to the moisture meter.

Поставленная цель так же достигается заявляемой мобильной установкой предварительного сброса воды (далее - МУПСВ), содержащая трубный вихревой пескоотделитель, трубный вихревой газоотделитель, внутритрубный сепаратора вихревого типа, блок трехфазного сепаратора, блок отстойника воды, блок дозирования реагентов, последовательно соединенных трубопроводной системой, при этом мобильная установка выполнена в виде единого моноблока, с двухъярусной компоновкой технологических блоков, размещенных в каркасах с габаритами грузовых 40-, 20- футовых контейнеров.This goal is also achieved by the claimed mobile installation for preliminary water discharge (hereinafter - MUPSV), containing a pipe vortex sand separator, a pipe vortex gas separator, an in-pipe vortex-type separator, a three-phase separator unit, a water settling unit, a reagent dosing unit, connected in series by a pipeline system, while The mobile installation is made in the form of a single monoblock, with a two-tier arrangement of technological blocks placed in frames with the dimensions of 40- and 20-foot cargo containers.

Сущность технического решения поясняется чертежами: Фиг. 1 и Фиг. 2 The essence of the technical solution is illustrated by drawings: Fig. 1 and Fig. 2

На Фиг. 1 изображена принципиальная схема ВТС, где:In FIG. 1 shows a schematic diagram of a military-technical vehicle, where:

1 - разделительная вихревая камера;1 - separation vortex chamber;

2 - патрубок ввода входного потока;2 - input pipe for input flow;

3 - патрубок выхода легкой фазы;3 - light phase outlet pipe;

4 - патрубок выхода тяжелой фазы;4 - heavy phase outlet pipe;

5 - поточный влагомер;5 - in-line moisture meter;

6 - клапан регулирующий электроприводной;6 - electric control valve;

7 - расходомер кориолисовый;7 - Coriolis flow meter;

8 - датчик давления.8 - pressure sensor.

Предлагаемое техническое решение ВТС работает следующим образом.The proposed technical solution for military-technical cooperation works as follows.

Входящий поток водонефтяной эмульсии поступает в разделительную вихревую камеру 1 через патрубок ввода входного потока 2, расположенный тангенциально на входной части разделительной вихревой камеры 1. Поступивший в камеру поток, за счет центробежной силы приобретает вращательное движение, создается повышенная закрутка потока, в результате чего начинается разделение смеси на две составляющие: пластовая вода, обладающая более высокой плотностью, закручиваясь стремится в пристенную область камеры и вращаясь направляется, по ходу движения потока, к патрубку выхода тяжелой фазы 4 и нефть, с меньшим параметром плотности, закручиваясь образует вихревую нить в центральной зоне камеры. При определенных условиях баланса гидросопротивлений, создаваемого двумя высоко чувствительными быстродействующими клапанами регулирующими электроприводными 6, происходит формирование зоны возвратного течения нефтяной нити к патрубку выхода легкой фазы 3, расположенного во ввходной части разделительной вихревой камеры 1. Вышедший из вихревой камеры 1 поток легкой фазы поступает в поточный влагомер 5, где определяется значение остаточного содержания воды в нефти. Входные и выходные параметры всех контрольно-измерительных приборов, в том числе датчиков давления 8 и расходомеров кориолисовых 7, поступают в контроллер нейросети (на схеме не показан), происходит оценка эффективности сепарации.The incoming flow of water-oil emulsion enters the separation vortex chamber 1 through the input flow pipe 2, located tangentially on the inlet part of the separation vortex chamber 1. The flow entering the chamber, due to the centrifugal force, acquires a rotational motion, an increased swirl of the flow is created, as a result of which separation begins mixture into two components: formation water, which has a higher density, swirls into the near-wall region of the chamber and, rotating, is directed, along the flow, to the outlet pipe of the heavy phase 4 and oil, with a lower density parameter, swirls and forms a vortex filament in the central zone of the chamber . Under certain conditions of the balance of hydraulic resistance created by two highly sensitive fast-acting electric control valves 6, a zone of return flow of the oil thread is formed to the light phase outlet pipe 3, located in the inlet part of the separation vortex chamber 1. The light phase flow emerging from the vortex chamber 1 enters the in-line flow moisture meter 5, where the value of the residual water content in oil is determined. The input and output parameters of all control and measuring instruments, including pressure sensors 8 and Coriolis flow meters 7, enter the neural network controller (not shown in the diagram), and the separation efficiency is assessed.

Наиболее эффективной область применения внутритрубных разделителей вихревого типа, в том числе и внутритрубных сепараторов вихревого типа, являются проекты с большим расходом и обводнённостью скважинного флюида от 3000 до 20000 м³ в сутки в Мобильных установках предварительного сброса воды.The most effective area of application for in-line vortex-type separators, including in-line vortex-type separators, are projects with high flow rates and water cut of well fluid from 3,000 to 20,000 m³ per day in Mobile preliminary water release units.

На фиг. 2 изображена принципиальная схема МУПСВ с малогабаритными устройствами внутритрубных вихревых разделителей вихревого типа, на которой использованы следующие условные обозначения:In fig. Figure 2 shows a schematic diagram of a MUPSV with small-sized devices of in-line vortex separators of the vortex type, on which the following symbols are used:

a) обозначения блоков:a) block designations:

9 - Блок вихревого пескоотделителя трубный9 - Pipe vortex sand separator block

10 - Блок вихревого газоотделителя трубный 10 - Pipe vortex gas separator block

11 - Блок внутритрубного сепаратора вихревого типа11 - Vortex-type in-line separator block

12 - Блок трехфазного сепаратора12 - Three-phase separator block

13 - Блок отстойника воды13 - Water settling unit

14 - Блок дозирования реагентов14 - Reagent dosing unit

б) обозначения трубопроводов:b) pipeline designations:

15 - скважинный флюид (нефтеводогазовая смесь)15 - well fluid (oil-water-gas mixture)

16 - водонефтяная эмульсия ВНЭ16 - water-oil emulsion VNE

17 - товарная нефть17 - commercial oil

18 - попутный нефтяной газ ПНГ (газ высокого давления)18 - associated petroleum gas APG (high pressure gas)

19 - пластовая вода19 - formation water

20 - деэмульгатор20 - demulsifier

21 - нефтесборный промысловый коллектор.21 - oil-gathering field manifold.

Отличительной особенностью мобильной установки предварительного сброса воды на основе внутритрубных вихревых разделителей является модульная конструкция, выполненная в виде единого моноблока, с двухъярусным размещением технологических блоков, размещенных в каркасах с габаритами грузовых 40-, 20- футовых контейнеров. Каждый технологический блок представляет собой единичный комплект функционального технологического оборудования полной заводский готовности. Межблочные соединения трубопроводной системы выполнены посредством быстроразъемных соединений.A distinctive feature of the mobile installation for preliminary water discharge based on in-pipe vortex separators is a modular design, made in the form of a single monoblock, with a two-tier arrangement of technological blocks placed in frames with the dimensions of 40- and 20-foot cargo containers. Each technological block is a single set of functional technological equipment that is fully factory-ready. Interblock connections of the pipeline system are made using quick-release connections.

Заявляемая мобильная установка предварительного сброса воды на основе внутритрубных вихревых разделителей работает следующим образом: продукция нефтяных скважин по кустовому сборному коллектору 15 поступает в Блок вихревого пескоотделителя 9, представляющий вертикальный трубный аппарат с тангенциальным вводом, в котором происходит интенсивное отделение твердых взвешенных частиц (ТВЧ) из жидкой среды. Предварительная сепарация ТВЧ в малогабаритном трубном пескоотделителе позволяет разгрузить сепарационное оборудование всей кустовой установки от необходимости регулярной очистки трубопроводной сети и отстойников. Отфильтрованный таким динамическим способом скважинный флюид, представляющий нефтеводогазовую смесь, направляется на следующие этапы подготовки. Перед поступлением к основному сепарационному оборудованию в трубопровод 15 по трубопроводу 20 подается деэмульгатор из Блока дозирования реагентов 14. Очищенная от ТВЧ нефтеводогазовая смесь поступает в Блок вихревого газоотделителя 10, представляющий горизонтальный трубный аппарат, в котором вихревое движение потока создается лопаточным завихрителем, установленным аксиально оси разделительной камеры. В процессе центробежного вращательного движения смеси внутри камеры происходит разделение двух фаз с разной плотностью: жидкая фаза с большим удельным весом стремится к стенкам камеры, вращательное движение газовой фазы концентрируется в центральной части. На выходе из разделительной камеры в конце сепарационной зоны установлено устройство с патрубком в центре для отвода выделенного газа и развихрителем в пристенной части для успокоения потока отсепарированной жидкой фазы. Патрубок выхода газа соединен с газопроводом 18. Отделенный газ сразу направляется на выход установки в нефтесборный промысловый коллектор 21. Отсепарированная жидкая фаза, представляющая водонефтяную эмульсию, по трубопроводу 16 направляется в тангенциальный ввод Блока внутритрубного сепаратора вихревого типа 11, принцип работы которого рассмотрен выше. На выходе из ВТС поток нефти по трубопроводу 17 заводится в Блок трехфазного сепаратора 12, где дополнительно обезвоживается и далее уходит в нефтесборный промысловый коллектор 21 для транспортировки вместе с газом на установку подготовки нефти УПН центрального пункта сбора ЦПС. Поток пластовой воды по трубопроводу 19 поступает Блок отстойника воды 13, где доочищается, и далее подается в Блочную кустовую насосную станцию (на схеме не показана) системы поддержания пластового давления для закачки в пласт.The inventive mobile installation for preliminary water discharge based on in-pipe vortex separators operates as follows: the production of oil wells through the cluster collector 15 enters the Vortex Desander Unit 9, which is a vertical pipe apparatus with a tangential input, in which intensive separation of suspended solids (SSP) from liquid medium. Preliminary separation of high-frequency particles in a small-sized pipe sand separator makes it possible to relieve the separation equipment of the entire cluster installation from the need for regular cleaning of the pipeline network and settling tanks. The well fluid, which is an oil-water-gas mixture, filtered in this dynamic way, is sent to the next stages of preparation. Before entering the main separation equipment, a demulsifier is supplied to pipeline 15 via pipeline 20 from the Reagent Dosing Unit 14. The oil-water-gas mixture, purified from high-frequency particles, enters the Vortex Gas Separator Unit 10, which is a horizontal pipe apparatus in which the vortex flow movement is created by a blade swirler installed axially to the separation axis cameras. During the centrifugal rotational movement of the mixture inside the chamber, two phases with different densities are separated: the liquid phase with a high specific gravity tends to the walls of the chamber, the rotational movement of the gas phase is concentrated in the central part. At the exit from the separation chamber at the end of the separation zone, a device is installed with a pipe in the center for removing the released gas and a swirler in the wall part to calm the flow of the separated liquid phase. The gas outlet pipe is connected to gas pipeline 18. The separated gas is immediately sent to the outlet of the installation into the oil-gathering field manifold 21. The separated liquid phase, representing an oil-water emulsion, is sent through pipeline 16 to the tangential input of the in-line vortex-type separator unit 11, the operating principle of which is discussed above. At the exit from the VTS, the oil flow through pipeline 17 is introduced into the Three-Phase Separator Block 12, where it is additionally dehydrated and then goes into the oil-gathering field collector 21 for transportation along with gas to the oil treatment unit of the oil treatment unit of the central collection point of the central processing plant. The flow of formation water through pipeline 19 enters Water Settlement Unit 13, where it is further purified, and then supplied to the Block Cluster Pumping Station (not shown in the diagram) of the formation pressure maintenance system for injection into the formation.

Отличительными признаками заявляемой мобильной установки предварительного сброса воды на основе внутритрубных вихревых разделителей являются:Distinctive features of the proposed mobile installation for preliminary water discharge based on in-line vortex separators are:

- автоматизированная система управления с модулем автономной настройки технологического режима на основе искусственной нейронной сети с сенсорами, сетевым прогнозирующим контроллером ПИД-алгоритма и скоростными исполнительными механизмами, обеспечивающих эффективную сепарацию во внутритрубных вихревых сепараторах; - automated control system with a module for autonomous adjustment of the technological mode based on an artificial neural network with sensors, a network predictive controller of the PID algorithm and high-speed actuators that ensure effective separation in in-line vortex separators;

- подготовка отделенной воды до требуемого качества закачки обратно в пласт на отдаленных кустах в непосредственной близости от добывающих и поглощающих скважин;- preparation of separated water to the required quality for injection back into the formation at remote pads in the immediate vicinity of production and absorption wells;

- обезвоживание нефти до состояния агрегативной устойчивости эмульсии для предотвращения выделения свободной воды при ее транспортировке;- dehydration of oil to a state of aggregative stability of the emulsion to prevent the release of free water during its transportation;

- оперативный учет нефти, воды и попутного нефтяного газа; - operational accounting of oil, water and associated petroleum gas;

- полностью герметичная компоновка, соответствующая расчетному давлению системы сбора и исключающая выбросы в атмосферу, отсутствие надобности в факельной и дренажной системах;- completely sealed layout corresponding to the design pressure of the collection system and eliminating emissions into the atmosphere, no need for flare and drainage systems;

- автономная работа без постоянного присутствия обслуживающего персонала.- autonomous operation without the constant presence of maintenance personnel.

Указанные отличительные признаки предлагаемой ВТС с системой управления на основе нейросети в составе МУПСВ определяют ее новизну и изобретательский уровень в сравнении с известными способами разделения и подготовки скважинной продукции высокой обводнённости в кустовых условиях.The indicated distinctive features of the proposed VTS with a control system based on a neural network as part of the MUPSV determine its novelty and inventive step in comparison with known methods for separating and preparing well products with high water cut in cluster conditions.

Применение оборудования МУПСВ с внутритрубными вихревыми разделителями позволяет максимально увеличить эффективность капиталовложений за счет уменьшения затрат на оборудование и уменьшения массогабаритных характеристик. Стоимость проекта мобильной установки предварительного сброса воды с внутритрубными вихревыми разделителями в 2,5 раза ниже, чем затраты на возведение капитального объекта установки предварительного сброса воды ёмкостного типа аналогичной производительности.The use of MUPSV equipment with in-pipe vortex separators makes it possible to maximize the efficiency of capital investments by reducing equipment costs and reducing weight and size characteristics. The cost of the project for a mobile preliminary water discharge installation with in-pipe vortex separators is 2.5 times lower than the cost of constructing a capital facility for a tank-type preliminary water discharge installation of similar capacity.

Claims (2)

1. Внутритрубный сепаратор вихревого типа с системой управления на основе нейронной сети, в котором разделительная вихревая камера во входной части содержит расположенный тангенциально патрубок ввода входного потока, расположенный аксиально патрубок выхода легкой фазы, с другой стороны имеющей патрубок выхода тяжелой фазы, отличающийся тем, что подача эмульсии осуществляется через один входной патрубок, разделительная вихревая камера представляет собой отрезок трубы расчетной длины, при этом на линии выходного патрубка легкой фазы смонтирован поточный влагомер, на обеих выходных линиях трубопроводной обвязки разделительной вихревой камеры установлены регулирующие электроприводные клапаны, в гидравлическую схему управления внутритрубной сепарации подключены кориолисовые расходомеры, датчики давления, температуры и запорно-регулирующая арматура, а управление динамическим процессом внутритрубной вихревой сепарации осуществляется автоматизированной системой с модулем автономной настройки технологического режима на основе искусственной нейронной сети с интеллектуальным регулятором на основе трехслойного персептрона с сетевым прогнозирующим контроллером ПИД-алгоритма обработки высокочастотных измерений остаточной обводненности поточного влагомера, с настраиваемыми параметрами системы управления электроприводами клапанов внутритрубного сепаратор вихревого типа.1. An in-line vortex-type separator with a control system based on a neural network, in which the separation vortex chamber in the inlet part contains a tangentially located inlet pipe for the input flow, an axially located outlet pipe for the light phase, on the other side having an outlet pipe for the heavy phase, characterized in that The emulsion is supplied through one inlet pipe, the separation vortex chamber is a piece of pipe of calculated length, while an in-line moisture meter is mounted on the line of the light phase outlet pipe, control electric valves are installed on both output piping lines of the separation vortex chamber, and the hydraulic control circuit for in-pipe separation Coriolis flow meters, pressure and temperature sensors and shut-off and control valves are connected, and the dynamic process of in-pipe vortex separation is controlled by an automated system with an autonomous process mode adjustment module based on an artificial neural network with an intelligent controller based on a three-layer perceptron with a network predictive controller PID processing algorithm high-frequency measurements of residual water cut in-line moisture meter, with adjustable parameters of the control system for the electric drives of the valves of the in-line vortex-type separator. 2. Мобильная установка предварительного сброса воды, содержащая трубный вихревой пескоотделитель, трубный вихревой газоотделитель, внутритрубный сепаратор вихревого типа с системой управления на основе нейронной сети по п. 1, блок трехфазного сепаратора, блок отстойника воды, блок дозирования реагентов, последовательно соединенные трубопроводной системой, при этом мобильная установка выполнена в виде единого моноблока, с двухъярусной компоновкой технологических блоков, размещенных в каркасах с габаритами грузовых 40-, 20-футовых контейнеров.2. Mobile installation for preliminary water discharge, containing a pipe vortex sand separator, a pipe vortex gas separator, an in-pipe vortex-type separator with a control system based on a neural network according to claim 1, a three-phase separator unit, a water settling unit, a reagent dosing unit, connected in series by a pipeline system, Moreover, the mobile installation is made in the form of a single monoblock, with a two-tier arrangement of technological blocks placed in frames with the dimensions of 40- and 20-foot cargo containers.
RU2022125476A 2022-09-29 In-line vortex-type separator with control system based on neural network and mobile pre-water discharge unit RU2808739C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2808739C1 true RU2808739C1 (en) 2023-12-04

Family

ID=

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2230594C1 (en) * 2003-08-14 2004-06-20 ООО "Нефтегазодобывающее управление Чекмагушнефть" Installation for preliminary evacuation of water
RU69143U1 (en) * 2006-12-28 2007-12-10 Центр Разработки Нефтедобывающего Оборудования (Црно) DEVICE FOR MEASURING OIL PRODUCING WELLS
CN201586573U (en) * 2010-01-26 2010-09-22 中国人民解放军后勤工程学院 Three outlet oil-water cyclone separator
RU136731U1 (en) * 2013-02-18 2014-01-20 Закрытое акционерное общество Научно Техническая Компания "МОДУЛЬНЕФТЕГАЗКОМПЛЕКТ" INSTALLATION OF PRELIMINARY DISCHARGE OF WATER ON WELLS OF WELLS
US9636605B2 (en) * 2006-02-25 2017-05-02 Onesubsea Ip Uk Limited Method and apparatus for fluid separation
RU194860U1 (en) * 2019-09-23 2019-12-25 Акционерное общество "Акционерная компания ОЗНА" HYDROCYCLONE TYPE DEVICE FOR SEPARATION OF EMULSIONS
RU2747403C1 (en) * 2020-04-24 2021-05-04 Общество с ограниченной ответственностью "АЭРОГАЗ" (ООО "АЭРОГАЗ") In-line separator
RU2754211C1 (en) * 2020-10-12 2021-08-30 Общество с ограниченной ответственностью "РНГ-Инжиниринг" Gas separator-sand catcher
RU2776881C1 (en) * 2021-10-05 2022-07-28 Акционерное общество "Самаранефтегаз" Reagent dosing unit

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2230594C1 (en) * 2003-08-14 2004-06-20 ООО "Нефтегазодобывающее управление Чекмагушнефть" Installation for preliminary evacuation of water
US9636605B2 (en) * 2006-02-25 2017-05-02 Onesubsea Ip Uk Limited Method and apparatus for fluid separation
RU69143U1 (en) * 2006-12-28 2007-12-10 Центр Разработки Нефтедобывающего Оборудования (Црно) DEVICE FOR MEASURING OIL PRODUCING WELLS
CN201586573U (en) * 2010-01-26 2010-09-22 中国人民解放军后勤工程学院 Three outlet oil-water cyclone separator
RU136731U1 (en) * 2013-02-18 2014-01-20 Закрытое акционерное общество Научно Техническая Компания "МОДУЛЬНЕФТЕГАЗКОМПЛЕКТ" INSTALLATION OF PRELIMINARY DISCHARGE OF WATER ON WELLS OF WELLS
RU194860U1 (en) * 2019-09-23 2019-12-25 Акционерное общество "Акционерная компания ОЗНА" HYDROCYCLONE TYPE DEVICE FOR SEPARATION OF EMULSIONS
RU2747403C1 (en) * 2020-04-24 2021-05-04 Общество с ограниченной ответственностью "АЭРОГАЗ" (ООО "АЭРОГАЗ") In-line separator
RU2754211C1 (en) * 2020-10-12 2021-08-30 Общество с ограниченной ответственностью "РНГ-Инжиниринг" Gas separator-sand catcher
RU2776881C1 (en) * 2021-10-05 2022-07-28 Акционерное общество "Самаранефтегаз" Reagent dosing unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2702341C (en) Apparatus for and method of separating multi-phase fluids
US5526684A (en) Method and apparatus for measuring multiphase flows
US9714561B2 (en) Separator and method of separation
AU2007217576B2 (en) In-line separator
US6752860B1 (en) Apparatus for separation of a fluid flow, especially into a gas phase and a liquid phase
CN104785384B (en) A kind of oil well produced liquid predrainage axial entrance static hydrocyclone
CN106102855B (en) Split tube separator with sand trap
CA2705127A1 (en) Revolution vortex tube gas/liquids separator
EP1015088B1 (en) Apparatus and method for separating a mixture of a less dense liquid and a more dense liquid
US6843832B2 (en) Compound/curvilinear immiscible liquid separator apparatus and method
CN104874206B (en) Separator tube bank eddy flow inlet device
RU2808739C1 (en) In-line vortex-type separator with control system based on neural network and mobile pre-water discharge unit
US4619771A (en) Technique for increased retention time in oil field settling tanks
RU2191262C1 (en) Device for measurement of well products
CN205269228U (en) Tubular oil gas water three -phase separator
US20090159512A1 (en) Method and Apparatus for Separating Submerged Particles From a Fluid
RU97932U1 (en) TUBE PHASE DIVIDER
CA1148106A (en) Technique for increased retention time in oil field settling tanks
CN120402037A (en) A microwave crude oil demulsification oil-water three-phase separation metering device and series and parallel systems
US2573853A (en) Settling tank for crude oil