Автоматическая система для низкотемпературной сепарации газа

Автоматическая система для низкотемпературной сепарации газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О fl Й

САН ИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

,737617

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ЛатОРСКОМ СВИДНИЛЬСтВЮ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (5! )М. Кл.

Е 21 В 43/00

G 05 0 27/00 (22) Заявлено 15.02.78 (21) 2581092/22 — 03 с присоединением заявки ¹

Гееударственный камнтет (23) Приоритет нв делам нзобретеннй н открытий

Опубликовано 30.05.80. Бюллетень,% 20

Дата опубликования описания 30.05.80 (53) УДK622,276 (088,8) (72) А втор изобретения

Б. Ф, Тараненко

l 1

Специальное проектно-конструкторское бюро "Промавтоматика"

Министерства приборостроения, средств автоматизации и систем управления СССР (71) Заявитель. (54) АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ

СЕПАРАЦИИ ГАЗА

Изобретение относится к устройствам для автоматического управления и регулирования технологических процессов и может быть использовано в газодобывающей промышленности на газоконденсатных месторождениях, обустро5 енных установками низкотемпературнои сепарации (НТС) газа.

Известна автоматическая система для низкотемпературной сепарации газа, содержащая установки НТС, которые соединены трубопро1О водами с газосборным коллектором, на котором установлен датчик давления, соединенный со входом регулятора давления, установленные на выходах из установок НТС датчики расхода газа, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих регуляторов расхода газа, подключенных к исполнительным механизмам, установленным на входах в установки

НТС, амплитудные ограничители, выходы которых соединены со вторыми входами и соответствующих регуляторов расхода, а входы— с регулятором давления, При изменении отбора газа с промысла давление в газосборном коллекторе отклоняется от заданного значения.

Регулятор давления воспринимает зто отклонение и через амплитудный ограничитель изменяет задание соответствующему регулятору расхода. Регуляторы расхода воздействуют на соответствуютцие йсйол1тительные механизмы до тех пор, пока производительность соответствующей установки НТС не становится равной заданному значению. Амплитудные ограничители предназначены для предотвращения перегрузок установок НТС. Они настраиваются таким образом, что сигнал проходит через амплитудные ограничители к регуляторам расхода без изменения только в том случае, когда величина этого сигнала не превышает значения, соответствующего максимально допустимой производительности установки НТС. В другом случае на выходе соответствующего амплитудного ограничителя остается сигнал постоянного значения, соответствующий максимально допустимой производительности соотв етствующей установки НТС. Это значение и поддерживает автоматический регулятор расхода газа, Устройство обеспечивает равномерное или заданное распределение отбора газа между установ737617 4 ками НТС, а также защиту установок от перегрузок f l ) .

Недостаток этого устройства заключается в том, что оно не позволяет оптймальным образом использовать пластовую энергию газа для -извлечения из него углеводородного кон=денсата, так как закон распределения суммарной производительности заранее предопределен настройкой.

Известна также автоматическая система для низкотемпературной сепарации газа, содержащая установки НТС, которые со стороны входа соединены трубопроводами со скважинамн, а со стороны выхода — с газосборным коллектором, на котором установлены датчик и регулятор давления газа,— а на выходах из установок

НТС вЂ” датчики расхода газа, подключенные к первым входам соответствую1цнх регуляторов расхода газа, связанных с исполнительными механизмами, при этом вторые входы регуляторов расхода газа подсоединены к выходам соответствующих амплитудних ограничителей.

Устройство содержит регуляторы эксергетической мощности, первые входы которых соединены с выходом регулятора давления газа, а выходы — с соответствующим амплитудным ограничителем, задат ики величины эксергии, вход которых соединен с соответствующим датчиком расхода газа, а выход — со вторым . входом соответствующего регуля гора удельного приращения эксергетической мощности (2).

Устройство работает следуинцим образом.

При изменении отбора газа давление в газосборном коллекторе отклоняется от заданного значения. Регулятор давления газа воспринимает это отклонение и вырабатывает регулирующее воздействие, которое поступает на первый вход всех регуляторов удельного приращения эксергетической мощности. Текущее значение удельного приращения эксергетическои мощности определяется посредством задатчиков величины эксергии по расходу газа через установку НТС. С этой целью соответствующий датчик расхода газа подключен к задатчику величины эксергии. Сигнал, пропорциональный текущему значению удельного приращения эксергетической мощности, поступает от задатчика величины эксергии на второй вход регулятора удельного приращения эксергетической мощности, При отклонении текущего значения удель ного приращения эксергетической мощности от заданного, установленного регулятором давления одинаковым для всех регуляторов удельного приращения эксергетической мощности„ последние через амплитудные ограничители изменяют задание регуляторам расхода газа. Прн отклонении текущего значения расхода газа, изменяемого датчиками расхода, регуляторы

1 расхода воздействуют на исполнительные меха. низмы до тех пор, пока эти отклонения не станут равными нулю. Наличие амплитудного ограйичителя между регуляторами расхода газа и удельного приращения эксергетической мощ5 ности обеспечивает защиту установок НТС от перегрузки.

Так как один и тот же сигнал от регулятора давления поступает параллельно на входы всех регуляторов удельного приращения эксергетической мощности, то производительность каждой установки НТС будет такой, при которой удельные приращения эксергетической мощности потоков газа на входах в установки

НТС будут одинаковыми. Равенство удельных приращений эксергетической мощности потоков газа на входе в установки НТС свидетельствует о том, что такое распределение суммарной производительности между установками обеспечивает максимум суммарной эксергетической мощности входных потоков, Если содержание углеводородного конденсата в газе каждой установки НТС одина1сово, а сами установки однотипны, то максимизация суммарной эксергетической мощности входных потоков газа эквивалентна максимизации извлечения конденсата из газа.

Однако во многих практических случаях . содержание углеводородного конденсата в газе различных скважин, подключенных к параллельно работающим установкам НТС, различно. Это связано, главным образом, с многоспластовостью месторождения и различным составом газа в пластах.

Так, например, содержание конденсата в газе скважины Р 58 Уренгойского месторождения на интервале опробования 2984-2998, м при температуре — 10 С и давлении 55 кгс/см составляет 430 ; а на интервале опро4О бования 2673 — 2690 м — только около

180 cMз мз (3)

Характеристики даже однотипных установок

НТС газа со временем изменяются случайным образом. Поэтому в этих случаях максимизация суммарйой эксергетической мощности не .позволяет извлечь из газа максимум углеводородного конденсата. Это говорит о недостаточной надежности функционирования известного устройства, что приводит к потерям ценного для нефтехимической промышленности конденсатаЦ3.

Кроме того, для расчета текущего значения удельного приращения эксергетической мощности используются коэффициенты математичес.кой модели установки НТС газа, значения которых со временем изменяются случайным образом, поэтому их необходимо периодически уточнять. Это связано с определенными затратами труда. Но главное заключается в

7376 том, что в промежутках между уточнением коэффициентов устройство работает с отклонени- i ем от .оптимального режима, то есть надежность его функционирования уменьшается.

Цель изобретения — повышение надежности системы путем оптимального распределения суммарной производительности между установками НТС газа по критерию максимума добычи конденсата и автоматической идентификации коэффициентов математической модели установок НТС газа.

Поставленная цель достигается тем, что система снабжена установленными на каждой установке HTC датчиком расхода конденсата, идентификатором, датчиком и регулятором удельного приращения расхода конденсата, при этом выход датчика расхода конденсата подключен через последовательно соединенные идентификатор и датчик удельного приращения расхода конденсата к первому входу регулятора удельного приращения расхода конденсата, второй вход которого соединен с выходом регулятора давления, а выход регулятора удельного приращения расхода конденсата подключен ко входу амплитудногб ограничителя, причем выхо25 ды датчика расхода газа подключены соответственно ко вторым входам идентификатора и датчика удельного приращения расхода конденсата.

На чертеже представлена принципиальная схе- ЗО ма системы.

Автоматическая система включает установки

1 НТС газа, которые со стороны входа соединены трубопроводами 2 со скважинами 3, а трубопроводами 4 с газосборным коллектором

5, на котором установлены датчик 6 и регулятор 7 давления газа, На выходах из установок НТС установлены датчики 8 расхода газа, подключенные к пер- 4р вым входам соответствующих регуляторов 9 расхода газа, связанных с исполнительными механизмами 10, установленными на входе газа в установки 1 НТС, вторые входы регуляторов 9 расхода газа подсоединены к выходам 4 соответствующих амплитудных ограничителей 11.

Система содержит установленные на каждой установке 1 НТС датчик 12 расхода конденсата, идентификатор 13, датчик 14 и регулятор

15 удельного приращения расхода конденсата. у датчик 12 расхода конденсата подсоединен соответственно к первому входу идентификатора

13, ко второму входу которого подключен датчик 8 расхода газа; связанный одновременно с первым входом датчика 14 удельного приращения расхода конденсата, лодсоедйненного вторым входом к выходу идентификатора

13, при этом первый и второй входы регулятора 15 удельного приращения расхода конден17 6 сата соединены соответственно с выходами регулятора 7 давления газа и датчика 14 удель- ного приращения расхода конденсата, а выход— со входом амплитудного ограничителя 11.

Автоматическая система работает следующим образом.

При изменении отбора газа на газосборном коллекторе 5 давление в нем отклоняется от заданйого значения. Регулятор 7 давления посредством датчика 6 давления воспринимает

I это отклонение и вырабатывает регулирующее воздействие, которое поступает на первый-=--- ----"- ..-вход всех регуляторов 15 удельного приращения расхода конденсата. Текущее значение удельного приращения расхода конденсата определяется при помощи датчика 14 удельного приращения расхода конденсата по расходу газа через установку НТС и коэффициентам ее математической модели. С этой целью входы датчика 14 удельного приращения расхода конденсата соединены с датчиком 8 расхода газа и идентификатором 13, определяющим коэффициенты математической модели установки

НТС по измеренным значениям расхода газа и конденсата. При отклонении текущего значения удельного приращения расхода конденсата от заданного, установленного регулятором 7 давления одинаковым для всех регуляторов 15, последние через амплитудные ограничители 11 изменяют задание регуляторам 9 расхода. При отклонении текущего значения расхода газа, измеряемого датчиками 8 расхода газа, от заданного регуляторы 9 расхода воздействуют на исполнительные механизмы 10 до тех пор, пока зти отклонения не станут равными нулю.

Наличие амплитудного ограничителя 11 меж ду регулятором 9 расхода газа и регулятором

15 удельного приращения расхода конденсата обеспечивает защиту установок НТС от перегрузки. Так как один и тот же сигнал от регулятора 7 давления газа поступает на входы всех регуляторов 15 удельного приращения расхода конденсата, то производительность каждой установки НТС будет такой, при которой удельное приращение расхода конденсата на всех установках будет одинаковым.

Равенство удельных приращений расхода конденсата свидетельствует о том, что такое распределение суммарной производительности между устайовками HTC обеспечивает максимум добычи конденсата.

Расход конденсата íà < -ой установке НТС определяется по формуле

737617 го п. где <ф; — расход газа через установку НТС, кг/с; „; — расход конденсата на установке НТС, кг/с;

4 коэффициенты, расчитываемые по приведенным в литературе формулам или определяемые экспериментально„

0rr; — температура газа иа входе в установку НТС, — давление в газосборном коллекторе; «1, гл — номер установки НТС 141.

Из формулы (1} видно, что при известных значениях коэффициентов „температуры и давления расход конденсата является нелинейной.выпуклой функцией от, расхода газа. Расчеты показали, что эта функция с достаточной точностью аппроксимируется многочленом вида д, + В, q .+ С., с,;+Ъ; Q; з(2) где A. Р;, С;, Р; — коэффициенты аппРоксимации, получаете, например, методом наимепьших квадратов по совокупности измеренных значений сг; и q„;.

Просуммировав выражения (2), получим общую добычу конденсата

Из уравнения (3) следует, что величина добычи конденсата зависит от того, как общий отбор газа распределен между установками

НТС, цроизводительность которых ограничена неравенствами р„, с Q 4 с .,-(ä } где 9 ; — максийально и MHHNMBJIbHo допустимая производительность установки, НТС, кг/с.

Задача состоит в определении такой производительности установок НТС с, из допустимой области (4), при которой целевая функция (3) принимает максимальное значение

q =тпс х (A.,аб,q,,+C,ñ ;+D,ñ ; ) (6) ( и выполняется условие материального баланса и

«Е. с,«q, (61 =1 где Ц вЂ” общий отбор газа из газосборного коллектора, кг/с.

Поскольку функции (2) выпуклые, то решение задачи (4) —, (6) осуществляется по принципу равенства производных от расхода конденсата по расходу газа. Это означает, что

I общий отбор газа распределяют между установками НТС так, чтобы удельные приращения расхода конденсата на каждой установке НТС были равны друг другу, т.е. чтобы а9 „; асЪ„ О,„„. . (7) а q,„а с а с „

Именно этот принцип реализуется предложенной автоматической системой.

Из уравнения: (2) следует, что для -ой установки НТС удельное приращение расхода конденсата равно с1„,"„,,=а "" =В,+ гс,,+Зъ.,с ., (Ь) а с1.;

Значение с ;, как видно из (8), зависит от м производительности установки HTC и коэффициентов ее математической модели (2) .

Для определения значений с к; предназначены датчики 14 удельного приращения расхода конденсата, на вход которых поступают сигналы, пропорциональные производительности соответствующей установки НТС (от датчика 8 расхода газа) и коэффициентам математической модели той же установки (от идентификатора 13).

Эту входную информацию датчик 14 преобразует в соответствии с формулой (8) в выходной сигнал, пропорциональный значению с,к, Идентификатор 13 предназначен для определения значений коэффициентов математической модели установки НТС А,, В;, C;, D; по измеренным в процессе ее эксплуатации значениям расхода газа и конденсата.

Использование идентификаторов 13 позволяет автоматически, практически непрерывно уточнять коэффициенты математической модели установок НТС, т.е. оперативно следить за изменением их характеристик и учитывать эти изме45 пения в процессе управления. Идентификаторы

13 изготавляются набазе выпускаемых микро- процессов.

Таким образом, предлагаемая автоматичес50 кая система, обеспечивая поддержание одинаковых значений удельных приращений расхода конденсата на каждой установке НТС и защиту установок от перегрузки, тем самым реализует принцип оптимального распределения нагруз55 ки по критерию максимума добычи конденсата. Благодаря включению в автоматическую систему идентификаторов достигается слежение за дрейфующими коэффициентами математической модели установок НТС, что обеспечивает

Заказ 2559/6

Подписное

7376 повышение надежности функционирования системы и исключение трудозатрат на определение значений этих коэффициентов. Формула изобретения

Автоматическая система для низкотемпературной сепарации газа, включающая установки низкьтемпературной сепарации, соединенные 10 трубопроводами со скважинами и с газосборным коллектором, на котором установлены датчик и регулятор давления газа, а на выходах установок низкотемпературной сепарации датчики расхода газа, подключенные к первым входам соответствующих регуляторов расхода газа, связанных с исполнительными механизмами, при этом вторые входы регуляторов расхода газа подсоединены к выходам соответствующих амплитудных ограничителей, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности системы, она снабжена установленными на каждой установке низкотемпературной сепарации датчиком расхода конденсата, идентификатором, датчиком и регулятором удельного приращения расхода конденсата, при этом выход датчика расхода конденсата подключен через последовательно соединенные идентификатор и датчик удельного приращения

17 10 Ф расхода конденсата к первому входу регулятора удельного приращения расхода конденсата, второй вход которого соединен с выходом регулятора давления, а выход регулятора удельного приращения расхода конденсата подключен ко входу амплитудного ограничителя, причем выходы датчика расхода газа подключены соответственно ко вторым входам идентификатора и датчика удельного приращения расхода конденсата.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тараненко Б. Ф. Автоматическое управление установками низкотемпературной сепарации газа, М., ВНИИгазпром, 1973, с. 32 — 35.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке

У 2434250/18 — 24, кл. Е 21 В 43/00, 1977 (прототип) .

3. Разамат М. С. Влияние условий сепарации на выход конденсата газоконденсатных месторождений Западной Сибири. — Теология, разработка и бурение газовых и газоконденсатных месторождений", М., ВНИИЗгазпром, 1975, с. 132 — 137, 4. Тараненко Б. Ф. Оптимальное распределение заданного отбора газа между установками

НТС, "Разработка и эксплуатация газовых . и газоконденсатных месторождений" .М., ВНИИЭгазпром, N 12, 1977, с. 14 — 19.

Филиал ППП "П Мент", r. Ужгород, óë. Проектная, 4