СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ГАЗА В ГАЗОСБОРНОМ ШЛЕЙФЕ В ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ УСТАНОВОК КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КРАЙНЕГО СЕВЕРА Российский патент 2013 года по МПК F17D5/00 

Изобретение относится к области добычи природного газа, в частности к определению коэффициента теплопередачи газа в газосборном шлейфе в окружающую среду в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП) установок комплексной подготовки газа (УКПГ) газоконденсатных месторождений Крайнего Севера.

Известен способ определения коэффициента теплопередачи газа в окружающую среду в газосборных шлейфах, который заключается в том, что коэффициент теплопередачи газа в окружающую среду определяют с учетом местных условий укладки газопровода и эксплуатационных данных. (Справочник по проектированию магистральных трубопроводов. / Под ред. А.К.Дерцекяна. Л.: Недра, 1977. 519 с.).

Существенным недостатком известного способа является то, что теплопередача от газа к стенке трубы и в металле трубы не учитывается.

В известном способе при подземной укладке газопровода коэффициент теплопередачи от газа в грунт определяют в зависимости от теплопроводности грунтов, которая зависит от объемной влажности грунтов в зоне укладки газопровода. Если известны эти данные, то графическим путем вручную, определяют коэффициент теплопроводности грунта, после чего с учетом этого коэффициента и глубины заложения газопровода графическим путем определяют коэффициент теплопередачи газа в окружающую среду. Учитывая неопределенность всех этих условий, способ позволяет сделать лишь грубую оценку коэффициента теплопередачи газа в окружающую среду в первом приближении.

При надземной укладке газопровода на опорах по известному способу коэффициент теплопередачи от газа в окружающую среду определяют аналитическим путем по формуле:

где D - наружный диаметр газопровода, мм;

ω_в - скорость ветра в расчетный период в районе прохождения трассы газопровода, м/сек, которую можно определить, например, по «Справочнику по климату СССР»;

T_s -средняя по длине участка газопровода температура окружающей среды, К.

Существенным недостатком указанного способа является крайняя низкая точность определения значения коэффициента теплопередачи в окружающую среду и низкая оперативность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ определения коэффициента теплопередачи в окружающую среду в газосборных шлейфах, который заключается в том, что коэффициент теплопередачи газа в окружающую среду определяют с учетом местных условий укладки газопровода и эксплуатационных данных. (См. Кривошеин Б.Л. Теплофизические расчеты газопроводов. - М.: Недра, 1982. 168 с.).

Существенным недостатком указанного способа является то, что фактические значения коэффициентов теплопередачи, определенные по эксплуатационным данным, как показывают натурные измерения, не совпадают с расчетными значениями. Это связано с тем, что теплофизические свойства грунтов вблизи трубы, учитываемые при расчете их свойств, отличаются от их показателей в естественных условиях.

Низкая оперативность определения значения коэффициента теплопередачи в окружающую среду, связанная с тем, что для определения указанного коэффициента осуществляют сбор необходимой информации в определенный период эксплуатации последующей обработкой, что требует достаточно длительного времени.

В результате использование указанного способа для определения коэффициента теплопередачи в окружающую среду весьма ограничено.

Задачей заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков, повышение точности определения коэффициента теплопередачи газа в окружающую среду и контроль его динамики в реальном масштабе времени.

Поставленная задача решается и технический результат достигается за счет того, что способ определения коэффициента теплопередачи в окружающую среду газа в газосборном шлейфе включает учет условий укладки газопровода и эксплуатационные данные, при этом производят непрерывное или с заданном шагом квантования измерение базовых параметров работы скважины или куста газовых скважин, используя телеметрию, в том числе температуры газа в начале шлейфа - t_н, объемного расхода газа куста в нормальных условиях - Q, а фактическую температуры газа t_ф в конце шлейфа (на входе установок комплексной подготовки газа) и температуру окружающей среды - t₀ измеряют посредством технических средств АСУ ТП и, используя измеренные значения t_н, t₀, Q, t_ф, определяют значение коэффициента теплопередачи в окружающую среду К_ф из соотношения

после чего вычисленное значение К_Ф сравнивают с максимально допустимым его значением А, и если будет выявлено соотношение К_Ф>А, то устанавливают факт - нормальный режим работы скважин и шлейфа нарушен, т.к. в шлейфе кроме газа присутствует выше допустимой нормы иной фактор (газовый гидрат, пластовая вода, механические примеси), и принимают соответствующие превентивные меры по устранению потенциальных аварийных и других нештатных ситуаций в работе газопромыслового шлейфа, при этом в соотношении для расчета коэффициента теплопередачи в окружающую среду К_Ф используют следующие параметры:

D - диаметр газопровода;

ρ - плотность газа;

с_р - теплоемкость газа при постоянном давлении;

l - длина газопровода;

Δt - поправка, учитывающая влияние скорости и направления ветра, занесение шлейфа снегом и качество изоляции шлейфа, вводимая оператором индивидуально для каждого шлейфа.

Способ реализуют следующим образом.

Используя телеметрию, производят непрерывное или с заданном шагом квантования измерение базовых параметров работы скважины или куста газовых скважин. В том числе, измеряют температуру газа в начале шлейфа - t_н и объемный расход газа куста в нормальных условиях - Q, температуру окружающей среды - t₀ и фактическую температуру газа t_Ф в конце шлейфа (на входе УКПГ) измеряют посредством АСУ ТП. Измеренные значения t_н, t₀, Q, t_ф используют для определения значения коэффициента теплопередачи в окружающую среду К_Ф из следующего соотношения:

где D - диаметр газопровода;

ρ - плотность газа;

с_р - теплоемкость газа при постоянном давлении;

l - длина газопровода;

Δt - поправка, учитывающая влияние скорости и направления ветра, занесение шлейфа снегом и качество изоляции шлейфа.

Опыт эксплуатации внутрипромысловых газосборных шлейфов на газоконденсатных месторождениях Крайнего Севера показал, что величина Δt составляет от 1°С до 10°С. Меньшее значение величины поправки, не больше 5°С, принимается в летний период, когда отсутствует занесение шлейфа снегом и хорошее состояние изоляции. Величина поправки более 5°С используется в зимний период и при изношенной изоляции шлейфа. Значение Δt вводится в базу данных АСУ ТП УКПГ оператором для каждого шлейфа с учетом факторов, влияющих на этот параметр.

Значение К_Ф определяют из соотношения (1) стандартными методами, например, методом итераций. Получаемые значения К_Ф строят в виде графика временной функции (см. фиг.).

Таким образом, определение коэффициента теплопередачи в окружающую среду в реальном масштабе времени позволяет в оперативном режиме диагностировать состояние шлейфа (шлейфов). Заранее известно, что при нормальном режиме работы куста (кустов), в том числе шлейфа, значения коэффициента теплопередачи в окружающую среду не должны перевешать определенную границу (линия А, см. фиг.). Если в ходе эксплуатации газосборного шлейфа выяснится, что коэффициент теплопередачи в окружающую среду пересек указанную границу, можно твердо констатировать, что нормальный режим работы скважин и шлейфа нарушены, т.к. в шлейфе кроме газа присутствует выше допустимой нормы иной фактор (газовый гидрат, пластовая вода, механические примеси). Благодаря этому в оперативном режиме появляется возможность оценить режим работы куста и шлейфа, своевременно принимать меры по устранению аварийных и других нештатных ситуаций в работе газопромыслового шлейфа.

Заявляемое изобретение отработано и реализовано на газовых промыслах ООО «Газпром добыча Ямбург».

Применение данного способа позволяет увеличить достоверность информации, поступающей в АСУ ТП, оперативно выявлять потенциальную возможность отказа газосборного шлейфа, и тем самым повысить эффективность принимаемых управленческих решений и улучшить условия работы обслуживающего персонала на УКПГ, а также снизить численность персонала, занятого обслуживанием промысла.

Способ предназначен для своевременного устранения потенциальных аварийных и других нештатных ситуаций. Способ осуществляют следующим образом. Измеряют средствами телеметрии температуру газа в начале шлейфа - t_H и объемный расход газа куста в нормальных условиях - Q, а температуру окружающей среды - t₀ и фактическую температуру газа t_Ф в конце шлейфа измеряют посредством автоматизированных систем управления технологическими процессами. Измеренные значения t_H, t₀, Q, t_Ф используют для определения значения коэффициента теплопередачи в окружающую среду К_Ф, которое сравнивают с максимально допустимым его значением А, и если будет выявлено соотношение К_Ф>А, то устанавливают факт нарушения нормального режима работы скважин и шлейфа. Технический результат - повышение точности определения коэффициента теплопередачи газа в окружающую среду и контроль его динамики в реальном масштабе времени. 1 ил.

Способ определения коэффициента теплопередачи в окружающую среду газа в газосборном шлейфе, включающий учет условий укладки газопровода и эксплуатационные данные, отличающийся тем, что производят непрерывное или с заданном шагом квантования измерение базовых параметров работы скважины или куста газовых скважин, используя телеметрию, в том числе температуры газа в начале шлейфа - t_н, объемного расхода газа куста в нормальных условиях - Q, а фактическую температуру газа t_ф в конце шлейфа (на входе установок комплексной подготовки газа) и температуру окружающей среды - t₀ измеряют посредством технических средств автоматизированных систем управления технологическими процессами, и, используя измеренные значения t_н, t₀, Q, t_ф, определяют значение коэффициента теплопередачи в окружающую среду К_ф из соотношения
после чего вычисленное значение К_ф сравнивают с максимально допустимым его значением А, и если будет выявлено соотношение К_ф>А, то устанавливают факт - нормальный режим работы скважин и шлейфа нарушен, т.к. в шлейфе кроме газа присутствует выше допустимой нормы иной фактор (газовый гидрат, пластовая вода, механические примеси), и принимают соответствующие превентивные меры по устранению потенциальных аварийных и других нештатных ситуаций в работе газопромыслового шлейфа, при этом в соотношении для расчета коэффициента теплопередачи в окружающую среду К_ф используют следующие параметры:
D - диаметр газопровода;
ρ - плотность газа;
с_р - теплоемкость газа при постоянном давлении;
l - длина газопровода;
Δt - поправка, учитывающая влияние скорости и направления ветра, занесение шлейфа снегом и качество изоляции шлейфа, вводимая оператором индивидуально для каждого шлейфа.