EA012223B1 - Способ и система для регулирования потока в трубопроводе - Google Patents
Способ и система для регулирования потока в трубопроводе Download PDFInfo
- Publication number
- EA012223B1 EA012223B1 EA200702394A EA200702394A EA012223B1 EA 012223 B1 EA012223 B1 EA 012223B1 EA 200702394 A EA200702394 A EA 200702394A EA 200702394 A EA200702394 A EA 200702394A EA 012223 B1 EA012223 B1 EA 012223B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- valve
- throttle
- pipeline
- fluid
- flow
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 52
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 15
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 claims 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 18
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 41
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 18
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 11
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 8
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 8
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 3
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 2
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 239000007799 cork Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 238000001739 density measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001687 destabilization Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 235000021474 generally recognized As safe (food) Nutrition 0.000 description 1
- 235000021473 generally recognized as safe (food ingredients) Nutrition 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 210000003813 thumb Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D7/00—Control of flow
- G05D7/06—Control of flow characterised by the use of electric means
- G05D7/0617—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials
- G05D7/0629—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means
- G05D7/0635—Control of flow characterised by the use of electric means specially adapted for fluid materials characterised by the type of regulator means by action on throttling means
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B2200/00—Special features related to earth drilling for obtaining oil, gas or water
- E21B2200/09—Detecting, eliminating, preventing liquid slugs in production pipes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T137/00—Fluid handling
- Y10T137/0318—Processes
- Y10T137/0324—With control of flow by a condition or characteristic of a fluid
- Y10T137/0379—By fluid pressure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T137/00—Fluid handling
- Y10T137/7722—Line condition change responsive valves
- Y10T137/7758—Pilot or servo controlled
- Y10T137/7759—Responsive to change in rate of fluid flow
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Flow Control (AREA)
Abstract
В первом аспекте изобретение предлагает способ автоматического регулирования потока в трубопроводной системе, включающей в себя трубопровод (3), впуск (1) и выпуск (2) и регулирующий клапан (4), расположенный на выпуске (2) трубопровода (3). Способ включает следующие шаги: регулирование отверстия клапана посредством регулирующего блока (5), измерение или оценка скорости выпускного потока (FT2), например, из трубопровода (3) и отверстия клапана, определение того, происходит ли быстрое падение в каких-либо измерениях или оценках, принятие решения о том, существует ли или приближается ли блокировка жидкости в трубопроводе, и если блокировка жидкости указана как существующая или приближающаяся, то происходит увеличение отверстия клапана (4) на величину, определенную измерениями или оценками, запрещение какого-либо дальнейшего управления клапаном (4) до того, как истечет ненулевой период времени, и повтор вышеперечисленных шагов. Изобретение относится также к соответствующей системе и компьютерному программному продукту.
Description
Настоящее изобретение относится к способу и системе для автоматического регулирования потока в трубопроводной системе, причем указанная трубопроводная система включает в себя впуск и выпуск трубопровода, регулирующий клапан или дроссель, расположенный на выпуске трубопровода, и регулирующий блок, который регулирует отверстие клапана или дросселя. Настоящее изобретение также относится к компьютерному программному продукту, предназначенному для выполнения одной или более операций способа.
В первом аспекте изобретение используется для предотвращения блокировок жидкости в трубопроводных системах. Блокировки жидкости приводят к тому, что трубопроводные системы закупориваются, что крайне нежелательно с точки зрения эксплуатации. Во втором аспекте изобретение используется для предоставления уставки регулирующему блоку, который регулирует отверстие клапана или дросселя для осуществления усовершенствованного регулирования потока текучей среды в трубопроводе. Это изобретение может быть применено, в основном, в нефтегазодобывающей промышленности для усовершенствованного регулирования трубопроводов. Обычные трубопроводы представляют собой трубопроводы, трубопроводы скважин (или скважины) и трубопроводы, связывающие морские платформы с подводными месторождениями.
Предшествующий уровень техники
Нестабильный поток в трубопроводах нефтегазодобывающих систем может вызвать серьезные и затратные эксплуатационные проблемы для принимающего производственного оборудования, расположенного вниз по потоку. Обычные трубопроводы представляют собой трубопроводы, скважины или водоотделяющие колонны в морских скважинах. Обычными формами колебаний потока являются пробковый поток в многофазных трубопроводах и подъем уровня в трубах в газлифтных нефтяных скважинах. В обоих случаях жидкость прерывисто протекает вдоль трубы в виде концентрированной массы, называемой пробкой. Нестабильное поведение пробкового потока и подъем уровня в трубах имеют негативное влияние на эксплуатацию таких нефтегазодобывающих систем, как морские платформы. Сильные закупорки могут даже приводить к перемещениям платформ и остановке оборудования. Большие и быстрые колебания потока чаще приводят к нежелательным колоколообразным расширениям труб и ограничивают рабочую производительность в сепарационных и компрессорных установках. Это снижение происходит вследствие потребности в больших эксплуатационных пределах как для сепарации (для соответствия техническим условиям на продукт), так и для компрессии (для обеспечения безопасной эксплуатации с минимальным колоколообразным расширением труб). Отход от оптимального эксплуатационного режима работы установки приводит к уменьшению ее производительности.
Для того, чтобы справиться с неустойчивостью потока в скважинах, трубопроводах или водоотделяющих колоннах обычно практикуются три подхода:
дросселирование потока;
увеличение газлифтной скорости;
обеспечение избыточной производительности для принятия пробок газа и жидкости.
Недавно в международной публикации \УО 02/46577 был раскрыт альтернативный способ, использующий автоматическое регулирование с обратной связью. В этом способе измерения давления, расхода или температуры используются в качестве входных данных автоматического регулятора с обратной связью с целью стабилизации потока путем непрерывного управления выпускным дросселем/клапаном трубопровода. Измерения выполняются выше по потоку относительно точки, в которой образуется или собирается образоваться основная часть пробки. Исследования, использующие в целях стабилизации измерения, отличающиеся от измерений впускного давления, раскрываются в работе Е. 81откаа5, 8. 8коде51ай Сазсайе Соп1го1 о£ ипйаЫе куйешк \νί(1ι аррйсайоп 1о δίαόίΐίζαΐίοη о£ Дид Πο\ν. представленной на симпозиуме Международной федерации по автоматическому управлению (ГРАС) Айсйеш'2003. Авторы используют линейные регуляторы с обратной связью, которые непрерывно управляют отверстием выпускного клапана для того, чтобы стабилизировать трубопровод.
Однако одна из существенных проблем в эксплуатации регулятора впускного давления с обратной связью, такого как регулятор, описанный в \УО 02/46577, заключается в выборе уставки впускного давления, задаваемой регулятору. В \УО 02/46577 приводятся некоторые эмпирические правила без раскрытия какого-либо конкретного решения. В \УО 02/46577 предполагается, что уставки, задаваемые регулятору с обратной связью, выбираются/изменяются вручную. Чтобы представить важность уставки впускного давления, необходимо, прежде всего, отметить, что, если впускное давление в трубопроводе будет уменьшаться, то скорости потока в трубопровод будут, как правило, увеличиваться. Это означает, что для того, чтобы довести до максимума производительность трубопровода, его впускное давление должно поддерживаться регулятором с обратной связью стабильным и как можно более низким. Однако произвольно низкую уставку для впускного давления использовать нельзя. Во-первых, может оказаться, что регулятор не сможет стабилизировать трубопровод при слишком низкой уставке. Во-вторых, регулируемость, то есть способность регулировать впускное давление с использованием выпускного клапана трубопровода, может оказаться низкой. Это связано с тем, что с понижением уставки клапан будет обычно срабатывать при таком отверстии клапана, которое больше среднего. Это вновь предполагает, что паде
- 1 012223 ние давления на клапане может стать очень маленьким.
Падение давления 6Р на клапане задает меру влияющих изменений отверстия клапана, которые будут происходить в движениях текучей среды в трубопроводе.
Кроме того, опыт показал, что быстрые падения выхода жидкости из трубопровода и сопутствующее падение давления 6Р на выпускном клапане могут происходить даже после того, как трубопровод будет стабилизирован. Результатом этого является низкая регулируемость трубопровода, а это значит, что открытие выпускного клапана будет иметь малое воздействие на поток выпускаемой жидкости или не будет иметь вообще. Это означает, что если и есть закон автоматического регулирования с обратной связью, управляющий отверстием выпускного клапана, то он не сможет регулировать трубопровод и в потоке будут иметь место нестабильности, если трубопровод без использования регулирования с обратной связью является нестабильным.
Для примера обозначим впускное давление трубопровода как Р1, давление клапана вверх по потоку как Р2, давление клапана вниз по потоку как Р3, а падение давления на клапане обозначим как 6Р=Р2-Р3. Предполагается, что клапан расположен на выпускном отверстии трубопровода. При уменьшении Р1 поток на впуске в трубопровод будет, как правило, увеличиваться. Если при этом 6Р уменьшается, что служит признаком того, что скорость выпуска жидкости из трубопровода уменьшается (в предположении, что отверстие клапана постоянно), то в трубопроводе получится дисбаланс массы. Следовательно, в трубопроводе есть вероятность возникновения блокировки жидкости. Кроме того, если, например, для регулирования впускного давления трубопровода используется стандартный линейный ПИД-регулятор (пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор), то этот регулятор может дать команду клапану уменьшить его отверстие (в зависимости от настройки и выбора уставки впускного давления). Результатом этого будет еще меньший поток на выпуске. Кроме того, быстрое уменьшение потока жидкости из трубопровода/скважины может быть недостаточно заметным во впускном давлении до тех пор, пока не будет слишком поздно, то есть до того, как в трубопроводе установится пробка жидкости. Следовательно, законы регулирования, использующие для регулирования с обратной связью только измерения на впуске трубопровода, вероятно, не смогут предотвратить падения выходящего потока. Поэтому, поддержание регулируемости трубопровода, то есть предотвращение приближения к нулю выходящего потока жидкости из трубопровода, даже для стабилизированного трубопровода является существенной проблемой.
На фиг. 5 показаны данные стабилизированного трубопровода с реальной площадки. Впускное давление Р1 показывает относительно незначительные колебания (до момента времени = 5 ч). Однако в момент времени = 3,25 ч происходит быстрое уменьшение падения давления 6Р на клапане. В то же время Р1 также уменьшается. Это, в конечном счете, приводит к образованию пробки жидкости и к нестабильному потоку в трубопроводе. Это можно заметить на впускном давлении, начиная с момента времени = 5 ч.
Однако для того, чтобы падение 6Р стало проблемой, не обязательно снижение впускного давления. Это показывается данными с реальной площадки, представленными на фиг. 6. В момент времени = 6 ч быстрое падение 6Р приводит к нестабильности в трубопроводе, хотя Р1, несмотря на то, что происходит быстрое падение 6Р, не уменьшается.
Для обзора достигнутого уровня техники в области способов регулирования для стабилизации трубопроводов делается ссылка на международную публикацию АО 02/46577 и противопоставленные материалы. Однако никакой из способов по этим ссылкам, в том числе и способ, описанный в АО 02/46577, не обращается к конкретной проблеме предотвращения того, что быстрое падение выпускного потока жидкости приводит к низкой регулируемости трубопровода, возможной блокировке жидкости, и, в конечном счете, к нестабильному трубопроводу.
Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в создании способа и системы для усовершенствованного регулирования потока текучей среды в трубопроводе. Другая задача настоящего изобретения заключается в создании способа и системы для обеспечения стабильного потока в трубопроводе путем предотвращения ситуации, когда поток выпускной жидкости из трубопровода становится и остается относительно малым, обуславливая низкую регулируемость, дисбаланс массы (поступление массы отличается от выхода массы) и, в конечном счете, блокировку жидкости. Дополнительная задача изобретения заключается в создании способа и системы, обеспечивающих поддержание регулируемости трубопровода.
Указанные задача достигаются способом и системой, имеющими признаки пп.1, 2 и 13 формулы изобретения.
В соответствии с первым аспектом изобретение предлагает упомянутый ранее способ, отличающийся тем, что он включает в себя следующие шаги:
регулировка отверстия клапана или дросселя посредством регулирующего блока, измерение или оценка скорости выпускного потока или давления выше по потоку относительно клапана или дросселя, или перепада давления на клапане или дросселе, или плотности текучей среды, или температуры текучей среды, или любой комбинации указанных параметров, а также отверстия кла
- 2 012223 пана или дросселя, определение, происходит ли быстрое падение в каких-либо измерениях или оценках, принятие, на основе измерений или оценок на основе измерений или оценок, решения о том, существует ли или приближается ли блокировка жидкости в трубопроводе, и в случае, если блокировка жидкости указана как существующая или приближающаяся, то увеличение отверстия клапана или дросселя на величину, определенную на основе измерений или оценок, запрещение дальнейшего управления клапаном или дросселем до тех пор, пока не истечет ненулевой период времени, и повтор вышеуказанных шагов.
Термин «быстрое падение» следует понимать как снижение более быстрое, чем снижения, которые происходили при нормальных или предпочтительных условиях эксплуатации.
Шаг способа «увеличение отверстия клапана или дросселя» следует понимать так, что увеличение степени открытия клапана может зависеть от измеренной или оцененной (текущей) степени открытия клапана.
Шаг способа «запрещение дальнейшего управления клапаном или дросселем» следует понимать так, что это включает в себя только управление клапаном или дросселем, выполняемое самим способом/системой, соответствующей настоящему изобретению, при этом не требуется предотвращать какоелибо управление клапаном или дросселем, выполняемое другими функциональными средствами/системами, такими как автоматическая регулировка с обратной связью впускного давления трубопровода.
В соответствии со вторым аспектом, изобретение предлагает упомянутый ранее способ, включающий следующие шаги:
измерение или оценка впускного давления или скорости впускного потока на впуске, регулировка отверстия клапана или дросселя посредством первого регулирующего блока, содержащего автоматический регулятор с обратной связью, в зависимости от измерений или оценок впускного давления и уставки впускного давления или скорости впускного потока и уставки скорости впускного потока, отличающийся тем, что он содержит дополнительные шаги:
измерение или оценка скорости выпускного потока текучей среды и/или падения давления на клапане или дросселе и/или отверстия клапана или дросселя, автоматическое определение величины уставки впускного давления или уставки скорости впускного потока во втором регулирующем блоке, содержащем автоматический регулятор с обратной связью, и сообщение указанной уставки впускного давления или уставки скорости впускного потока указанному первому регулирующему блоку.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения способ и система будут автоматически рассчитывать уставку впускного давления или уставку потока, используемые автоматическим регулятором с обратной связью для впускного давления или впускного потока с использованием выпускного клапана или дросселя для обеспечения постоянного среднего падения давления на выпускном клапане/дросселе и/или постоянного среднего отверстия клапана/дросселя и/или постоянной средней скорости потока текучей среды, обеспечивая таким образом поддержание регулируемости трубопровода. Кроме того, способ и система будут на основе текущих условий эксплуатации регулировать отверстие выпускного клапана/дросселя в случае, если будет иметь место неожиданное и значительное падение выхода жидкости. Регулировка осуществляется в виде быстрого открытия выпускного клапана/дросселя в отдельные моменты времени с тем, чтобы не допустить ситуации, когда выход жидкости становится и остается критически низким в течение некоторого периода времени. Клапан или дроссель, таким образом, открывается, предпочтительно за один шаг, на установленную величину, которая либо предварительно определяется, либо автоматически вычисляется и, по существу, настолько быстро, насколько это позволяет клапан или дроссель.
Предполагается, что трубопровод транспортирует такие текучие среды, как жидкость или газ. Изобретение обычно может применяться для регулирования потока закупоривающихся многофазных нефтяных или газовых трубопроводов. Изобретение обычно не требует установки какого-либо нового оборудования.
Величина уставки впускного давления или уставки скорости впускного потока предпочтительно определяется таким образом, что падение давления на клапане/дросселе или отверстие клапана/дросселя или скорость выпускного потока поддерживается, по существу, на постоянном уровне.
Информация о состоянии потока в трубопроводе в отношении стабильности или нестабильности получают предпочтительно посредством интерфейса человек-машина, содержащего средства ввода и/или средства ввода от внешней системы.
Способ предпочтительно содержит следующие дополнительные шаги:
измерение или оценка скорости потока или давления или температуры на впуске трубопровода, определение баланса массы в трубопроводной системе,
- 3 012223 принятие, на основе указанного баланса массы, решения о том, существует ли или приближается ли указанная блокировка жидкости.
Способ предпочтительно содержит следующие дополнительные шаги:
измерение или оценка значения тенденции изменения скорости выпускного потока или давления выше по потоку относительно клапана или дросселя, или перепада давления на клапане или дросселе, или плотности текучей среды, или температуры текучей среды, или любой комбинации указанных параметров, а также отверстия клапана или дросселя в первом окне, движущемся во времени, измерение или оценка значения тенденции изменения скорости выпускного потока или давления выше по потоку относительно клапана или дросселя, или перепада давления на клапане или дросселе, или плотности текучей среды, или температуры текучей среды, или любой комбинации указанных параметров, а также отверстия клапана или дросселя во втором окне, движущемся во времени, и в случае, если указанная величина тенденции изменения, измеренная или оцененная в первом окне, падает ниже определенного процента величины тенденции изменения, либо предварительно определенного, либо автоматически вычисленного, измеренного или оцененного во втором окне, то принятие решения о том, существует ли или приближается ли блокировка жидкости.
Измеряется предпочтительно перепад давления на клапане и в случае, если указанный перепад давлений превышает предварительно определенное или автоматически вычисленное значение, управление клапаном или дросселем запрещается.
Клапан или дроссель регулируют предпочтительно только по истечении предварительно определенного периода времени после последнего шага открытия.
Настоящее изобретение также предлагает упомянутую ранее систему, содержащую: регулирующий блок, который регулирует отверстие клапана или дросселя, средства для измерения или оценки скорости выпускного потока или давления выше по потоку относительно клапана или дросселя, или перепада давления на клапане или дросселе, или плотности текучей среды, или температуры текучей среды, или любой комбинации указанных параметров, а также отверстия клапана или дросселя, средства для определения наличия внезапного падения в каких-либо измерениях или оценках, средства для принятия решения о том, существует ли или приближается ли блокировка жидкости в трубопроводе, на основе измерений или оценок, и если блокировка жидкости указана как существующая или приближающаяся, то средства для увеличения отверстия клапана или дросселя на величину, определенную на основе измерений или оценок, средства для запрещения дальнейшего управления клапаном или дросселем до того, как истечет ненулевой период времени.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения система содержит:
средства для измерения или оценки впускного давления или скорости впускного потока на впуске, первый регулирующий блок, содержащий автоматический регулятор с обратной связью, предназначенный для регулирования отверстия клапана или дросселя в зависимости от измерений или оценок впускного давления и уставки впускного давления, или скорости впускного потока и уставки скорости впускного потока, отличающаяся тем, что содержит:
средства для измерения или оценки скорости потока выпускной текучей среды из трубопровода и/или падения давления на клапане или дросселе и/или отверстия клапана или дросселя, второй регулирующий блок, содержащий автоматический регулятор с обратной связью, предназначенный для автоматического определения значения уставки впускного давления или уставки скорости впускного потока для предоставления указанному первому регулирующему блоку, средства для предоставления указанной уставки впускного давления или уставки скорости впускного потока первому регулирующему блоку.
Дополнительные предпочтительные свойства настоящего изобретения будут видны из последующего описания и прилагаемой формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания настоящего изобретения далее будет представлено подробное описание изобретения с помощью примеров и со ссылками на прилагаемые чертежи, в которых
На фиг. 1 схематично показана трубопроводная система в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
На фиг. 2 схематично показан другой вариант осуществления изобретения, в том числе его взаимодействие с регулирующим блоком впускного давления.
На фиг. 3 более детально показан регулирующий блок в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 4а,Ь показаны блок-схема и соответствующие алгоритмы для выполняемых функций по открытию выпускного клапана или дросселя при некоторых условиях для регулирующего блока по фиг. 3.
На фиг. 5 показаны данные трубопровода с реальной площадки, иллюстрирующие быстрое уменьшение падения давления на клапане и возникающую в результате нестабильность.
- 4 012223
На фиг. 6 показаны данные трубопровода с реальной площадки, иллюстрирующие другой пример быстрого уменьшения падения давления на клапане и возникающую в результате нестабильность.
На фиг. 7 показан нестабильный трубопровод с двумя различными (постоянными) отверстиями клапана. Фигура представляет собой результат имитационных моделей ОЬОА (ОЬОА: Ой апй Оа§ 81шц1а!от 8ой\тагс. моделирующее программное обеспечение по нефти и газу от компании 8еапйро\\'сг Ре!то1еит Тее11по1оду А8).
На фиг. 8 показаны данные имитационных моделей ОЬОА. в которых применяется изобретение для стабилизации потока в трубопроводе без применения регулирующего блока впускного давления.
На фиг. 9 показаны данные с реальной площадки. иллюстрирующие взаимодействие между регулирующим блоком. соответствующим изобретению. и регулирующим блоком впускного давления. в результате приводящие к стабилизации трубопровода.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретени
Способ и система. соответствующие изобретению. используют измерение (измерения) на выпуске трубопровода. и. возможно. на впуске трубопровода. для регулирования отверстия клапана или дросселя выше по потоку на выпуске трубопровода. В первом аспекте регулирование отверстия клапана или дросселя может быть выполнено непосредственно с помощью способа/системы. соответствующей изобретению. и/или во втором аспекте. предоставив способу/системе. соответствующей изобретению. возможность автоматически обеспечить уставки другой регулирующей системе. которая регулирует впускное давление или скорость впускного потока трубопровода. Эта другая регулирующая система. включающая регулятор впускного давления. описана в международной публикации \УО 02/46577. все содержание которой включено. таким образом. в настоящую заявку посредством ссылки.
На фиг. 1 схематично показана трубопроводная система. в которой могут быть использованы способ и система в соответствии с настоящим изобретением для автоматического регулирования потока. Трубопроводная система включает в себя трубопровод 3. впуск 1 и выпуск 2 трубопровода и регулирующий клапан или дроссель 4. расположенный в трубопроводе 3 на выпуске 2 трубопровода. Трубопроводная система может быть размещена. например. между буровым основанием вверх по потоку на впуске 1 трубопровода и обрабатывающей платформой вниз по потоку на выпуске 2 трубопровода. В варианте осуществления. показанном на фиг. 1. дополнительно используется по меньшей мере одно средство для измерения или оценки выпускного потока жидкости из трубопровода и алгоритм регулирования. осуществляемый в регулирующем блоке 5 (см. также фиг. 3 и 4). В зависимости от доступных измерений. выходящий поток может быть измерен или оценен. например. с помощью: 1) использования измерений от многофазного расходомера. который измеряет поток выпускной жидкости РТ2. 2) использования перепада давлений йР=РТ2-РТ3 на клапане или дросселе. как указателя изменений в выходящем потоке. 3) или использования йР на клапане или дросселе в сочетании с измерениями отверстия клапана и/или получаемыми от измерителя измерениями плотности и/или температуры с целью оценки выпускного потока. Кроме того. измерения впускного давления РТ1 или скорости впускного потока РТ1 могут быть использованы для того. чтобы получить указание. увеличивается ли или уменьшается поступление в трубопровод. Однако. как показано на фиг. 5 и фиг. 6. эта информация не является решающей. Посредством регулирующего алгоритма. осуществляемого в регулирующем блоке 5. содержащем автоматический регулятор с обратной связью. конечный регулирующий сигнал 6 рассчитывается и посылается на клапан или дроссель 4. а сигнал уставки 7 для впускного давления РТ1 рассчитывается и предоставляется возможному автоматическому регулятору впускного давления с обратной связью. В соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения. способ/система может рассматриваться как автономная.
Настоящее изобретение также может взаимодействовать с автоматическим регулятором 8 с обратной связью. известным из уровня техники. который регулирует впускное давление путем постоянного управления тем же выпускным клапаном или дросселем 4. Это проиллюстрировано на фиг. 2. В соответствии с этим предпочтительным вариантом осуществления изобретения регулирующий блок 5. содержащий автоматический регулятор с обратной связью. автоматически предоставляет уставки 7 по впускному давлению РТ1 автоматическому регулятору 8 с обратной связью (регулятор впускного давления). который также управляет выпускным клапаном 4 посредством регулирующего сигнала 6 в дополнение к регулирующему сигналу 9. Обычно сигнал 6 добавляется к сигналу 9. и их сумма отправляется в качестве сигнала открытия на клапан или дроссель 4. Уставка 7 впускного давления. переданная автоматическому регулятору с обратной связью. таким образом. автоматически регулируется. Уставка изменяется таким образом. что падение давления на управляемом клапане или дросселе 4 поддерживается. по существу. на постоянной величине. Это может рассматриваться как оптимизирующее свойство в случае. если выбранная уставка для падения давления очень мала. в том смысле. что уставка для впускного давления будет автоматически рассчитываться регулирующим способом/системой. соответствующей изобретению. и при поддержании регулирования трубопровода будет как можно меньшей. Выбор величины. которая соответствует очень малому падению давления на клапане. обычно основывается на опыте.
Один из базовых принципов. стоящих за способом/системой. соответствующей изобретению. заключается в том. чтобы выявить. уменьшается ли существенно при быстром падении скорость выпуск
- 5 012223 ного потока или давление РТ2 выше по потоку относительно клапана или дросселя, или перепад давлений бР на клапане или дросселе, или плотность текучей среды на выпуске трубопровода, или температура текучей среды вверх по потоку от клапана или дросселя, или любое сочетание вышеназванного, и если это так, то предотвратить устойчивое падение путем быстрого открытия выпускного клапана или дросселя на определенную величину, которая может быть предварительно определена или автоматически вычислена, причем настолько быстро, насколько это позволяет клапан или дроссель. Поэтому способ будет сначала выявлять, не уменьшается ли выпускной поток сверх нормы или не останавливается ли он. То, что является нормой, будет зависеть от конкретного случая и основываться на опыте. После того, как регулирующий способ/система обнаружит быстрое падение любого из вышеупомянутых параметров, определяется, необходимо ли быстро открыть клапан с тем, чтобы противодействовать этому быстрому падению. Если быстрое открытие клапана необходимо, то способ/система быстро откроет клапан, стремясь восстановить выпускной поток.
Величина открытия клапана зависит от текущего эксплуатационного состояния (см. ниже). Регулирующий способ/система, соответствующая изобретению, будет регулировать отверстие клапана (в смысле открытия) только в отдельные моменты времени. Это отличается, например, от автоматического регулятора с обратной связью для впускного давления, который будет постоянно управлять отверстием клапана. Регулирование во времени отверстия клапана и насколько клапан открывается - это два решающих фактора при определении успеха работы способа.
Существует две ситуации, при которых регулирующий способ/система не будут открывать клапан, несмотря на значительное падение выпускного потока. Первая ситуация - это случай, когда падение давления на клапане велико. Это направлено на то, чтобы не повредить оборудование, находящееся вниз по потоку. Вторая ситуация - это случай, если способ/система только что открыла клапан. Если способ/система только что выполнила действие, связанное с быстрым открытием, то следует подождать на протяжении ненулевого периода времени перед тем, как будет разрешено открыть клапан снова, то есть запретить всякое дальнейшее управление клапаном или дросселем прежде, чем закончится ненулевой период времени. Ненулевой период времени может быть предварительно определен или автоматически вычислен. Период времени зависит от конкретных эксплуатационных условий трубопроводной системы, которая подлежит регулированию. Запрещение следует понимать как относящееся только к регулирующему способу/системе, соответствующей изобретению, имея в виду, что операция (операции) управления клапаном или дросселем, выполняемые другими функциональными средствами/системами, такими как автоматическое регулирование с обратной связью впускного давления трубопровода, не запрещается.
Пример предпочтительных алгоритмов
Ссылаясь на регулирующую систему, показанную на фиг. 3, можно определить, что входными сигналами регулирующего блока 5 являются измерения или оценки впускного давления РТ1 трубопровода, текущей величины отверстия клапана и, давления РТ2 клапана выше по потоку, давления РТ3 клапана ниже по потоку, уставки для 6Р=РТ2-РТ3 и состояния трубопровода, то есть, является ли трубопровод стабильным или нестабильным (закупоривающимся). Выходными сигналами от регулирующего блока являются величина (величины) отверстия клапана и уставка (уставки) для впускного давления РТ1. На фиг. 3 показано, что РТ1 может быть заменено измерением или оценкой скорости впускного потока ЕТ1, в то время как РТ2 и РТ3 могут быть заменены измерением или оценкой скорости выпускного потока ЕТ2.
Регулирующий способ/система, соответствующая изобретению, рассчитывает падение давление на клапане 6Р и вычитает его из уставки для 6Р, которая задана, например, оператором. Результат направляется, например, на фильтр нижних частот первого порядка, что может быть описано, как:
где Т_8ашр1е - время взятия отсчета, а Т_П11сг - постоянная времени фильтра. Отфильтрованная величина (П11сгсбУа1нс) направляется, например, как это показано на фиг. 3 путем предпочтительного примера, на ПИД-регулятор (регулятор с пропорционально-интегрально-дифференциальным действием), выходные данные которого будут являться уставкой для впускного давления. Уставка для впускного давления, предпочтительно, непрерывно изменяется для того, чтобы поддерживать падение давление на клапане или дросселе, по существу, на постоянном значении. Однако эта уставка не имеет значения, если трубопровод нестабилен. Следовательно, если трубопровод закупоривается, то уставка использоваться не будет. Это означает, что должна быть предоставлена информация о стабильности трубопровода (Информация о состоянии трубопровода, см. фиг. 3), например, оператором с помощью интерфейса человек-машина, содержащего средства ввода, предназначенные для предоставления информации о состоянии потока в трубопроводе по отношению к стабильности либо нестабильности и/или средство ввода для получения такой информации от внешней системы.
В то же время, регулирующий способ/система по изобретению контролирует падение давления на клапане и предпринимает действия, если падение давление внезапно уменьшается (ср. фиг. 5 и фиг. 6). На фиг. 4 показана блок-схема, как это может быть выполнено. Далее будут описаны различные блоки из
- 6 012223 блок-схемы, изображенной на фиг. 4.
1) Фильтрация/дифференцирование.
В этом блоке предварительной обработки исходные величины впускного давления трубопровода, Р1 и падение давления (бР=Р2-Р3) на клапане обрабатываются фильтром нижних частот первого порядка, и в двух случаях с помощью дифференцирования во времени в сочетании со вторым фильтром первого порядка (чтобы ограничить действие производной на высоких частотах). Эти предварительно обработанные величины Р1 и бР затем используются в качестве входных данных в несколько последующих блоках.
2) Наблюдение за влиянием Ва (В1оскшд ауо1бапсе, предотвращение блокировки) на трубопровод/скважину.
Этот блок содержит два подблока: блок «Выявление устойчивого состояния» и блок «Выявление стабилизации системы». Оба эти подблока обрабатывают две отфильтрованные производные по времени из блока.
Фильтрация/Дифференцирование. В блоке «Выявление устойчивого состояния» выявляется, находится ли трубопровод в устойчивом состоянии или нет. Под термином «устойчивое состояние» подразумевается, что величины давления трубопровода стабильны. Это осуществляется путем проверки того, достаточно ли малы абсолютные величины временных производных в течение достаточно продолжительного периода времени (ВаТ7_\У секунд). В блоке «Выявление стабилизации системы» проверяется, находятся ли величины временных производных в заданном диапазоне в течение определенного периода времени (ВаТ6_\У секунд). Под термином «стабилизация системы» подразумевается, что выход потока из трубопровода/скважины «принимается», то есть поток из трубопровода/скважины «защищен» от остановки. Обычно это характеризуется тем, что временная производная бР достаточно велика, в то время как временная производная Р1 (фиг. 4: РТ1) достаточно мала в течение определенного периода времени (ВаТ6_\У секунд).
3) Заполнение четырех окон для проверки, не собирается ли произойти в ближайшее время блокировка жидкости, и если это так, принятие решения, следует ли открывать клапан или нет.
Как проиллюстрировано в качестве примера на фиг. 4, имеется четыре окна/очереди, движущихся во времени: ВиГГег\Утбо\\·. Ьатде^шботе, 8та11\Утбо\\_ЭР и 8та11\Ушбо\\_С.оОи1. Эти окна отслеживают изменение или тенденцию изменения для бР, отфильтрованную версию для бР и движение клапана, увеличивая функциональные возможности, соответствующие этому варианту осуществления настоящего изобретения. Окна/очереди предпочтительно имеют тип первый пришел - первый вышел (Είτδΐ Ιη Είτδΐ Ои1, ΡΙΡΟ). Окно ВиГГет^шботе, находящееся перед Ьагде^шботе (вторым окном), используется для того, чтобы сделать значения, содержащиеся в Ьагде^1пботе, входящими в «нормальный» диапазон значений для отфильтрованной версии бР в ситуации устойчивого состояния трубопровода. Окно ЬагдеХУшбо\у используется с целью выявления, не собирается ли произойти блокировка жидкости после того, как трубопровод достигнет устойчивого состояния. Так называемое 8та11\Ушбо\\_ОР (первое окно) содержит изменение нефильтрованной версии бР. Обычно может потребоваться отфильтровать также и значения бР, содержащиеся в окне 8та11\Утбо\\_ОР. Окно 8та11\¥шбо\\_ОР используется с целью выявления, не собирается ли произойти блокировка жидкости во время начальной стадии стабилизации после того, как появилась пробка.
Следует отметить, что размеры малого (8та11\Ушбо\\·) и большого (Еагде\Утбо\\·) окон (ВаТ1_\У и ВаТ3_\У секунд) определяются пользователем/оператором и, вообще говоря, малое окно может быть больше, чем большое окно (ВаТ1_\У > ВаТ3_\У). Если имеется другой регулятор, который регулирует, например, впускное давление, то для того, чтобы отслеживать, какой вклад вносит этот другой регулятор в суммарные выходные данные, передаваемые на клапан, используется окно 8та11\Ушбо\\_СоОи1. Если, например, регулятор впускного давления самостоятельно открывает клапан в достаточной степени так, что ожидается, что блокировка жидкости будет предотвращена, то способ/система, соответствующая изобретению, будет вносить нулевой вклад в суммарные выходные данные, передаваемые на клапан. В случае, когда система добавила положительный «скачок» к суммарным выходным данным, то это может привести к последующей дестабилизации трубопровода, поскольку впускное давление трубопровода и, следовательно, потенциальная энергия в трубопроводе, могут оказаться слишком малыми для того, чтобы обеспечить возможность переноса жидкости вверх такого трубопровода, как водоотделяющая колонна/скважина. Чтобы удостовериться в том, что выходные данные, направленные на клапан, поставлены в очередь в окне 8та11^1пботе_СоОи1, это окно должно быть обновлено, когда вычисление суммарных выходных данных, передаваемых на клапан, будет закончено (включая верхнее/нижнее граничные значения конечного сигнала для клапана). Это осуществляется в блоке «Вычисление выходных данных регулятора».
4) Включение действия малого окна.
Под включением действия малого окна подразумевается, что способ/система, соответствующая изобретению, может добавлять положительный скачок к суммарным выходным данных, передаваемым на клапан, если это требуется для того, чтобы предотвратить блокировку жидкости в трубопроводе, и если, кроме того, это разрешено (см. ниже). Решение вопроса, требуется это или нет, базируется на изме
- 7 012223 нении άΡ и на изменении суммарных выходных данных от регулятора впускного давления, содержащихся в окнах 8ιη;·ι11\νίηάο\\_ΟΡ и 8ιη;·ι11\νίηάο\ν_ί.’οΟιιΙ соответственно. Для включения действия малого окна требуется, чтобы άΡ через клапан был ниже некоторого предела (ВаЬ1т1_ПР), причем причина заключается в том, что, если клапан внезапно открывается с высоким άΡ на нем, то это может вызвать серьезные проблемы вниз по потоку, предотвратить которые более важно, нежели стабилизировать трубопровод. Кроме того, трубопровод уже не следует рассматривать как стабилизированный.
Этот включающий блок можно также просто объединить с блоком Проверка, разрешено ли действие малого окна, и результат этого объединения называется Включение действия малого окна или Проверка, разрешено ли действие малого окна.
5) Включение действия большого окна.
Смысл слова включение в этом случае такой же, как в случае включения действия малого окна. Для включения действия большого окна требуется, чтобы было установлено, что трубопровод находится в устойчивом состоянии, и что прошло время, достаточное для заполнения окна Багдс^1пйоч. (Фактически, окно Βι.ιΓίθΓ\νίηάο\ν обязательно заполнено, если заполнено окно Багдс^1пйоч).
Этот включающий блок также может быть просто объединен с блоком Проверка, разрешено ли действие большого окна, и результат этого объединения называется Включение действия большого окна или Проверка, разрешено ли действие большого окна.
6) Сброс.
Если падение давления άΡ на клапане достигает некоторого предела (ВаЫт1_ЭР). то включение действия малого и большого окон сбрасываются, и то же самое происходит с выявлением устойчивого состояния, а также стабилизации системы. Это означает, что если άΡ достигнет этого предела, то способ/система, соответствующая изобретению, не будет вносить вклад в суммарные выходные данные, передаваемые на клапан. Таким образом, со стороны способа/системы, соответствующей изобретению, будет вноситься нулевой вклад.
7) Проверка, разрешено ли действие малого окна.
Действие малого окна разрешается только в случае, если оно включено, включен сам способ/система, соответствующая изобретению, все операции постановки в очередь во время установки в исходное состояние (т.е. работы первого цикла) прошли нормально, и в данный момент никакого ожидания после последнего действия малого окна не происходит.
Смотрите также вышеупомянутое описание под заголовком Включение действия малого окна.
8) Проверка, разрешено ли действие большого окна.
Действие большого окна разрешается только в случае, если оно включено, включен сам способ/система, соответствующая изобретению, все операции постановки в очередь во время установки в исходное состояние (т.е. работы первого цикла) прошли нормально, и в данный момент никакого ожидания после последнего действия большого окна не происходит.
9) Проверка, требуется ли действие большого окна.
Действие, связанное с созданием положительного скачка при открытии клапана/дросселя с целью предотвращения блокировки жидкости в трубопроводе, требуется в случае, если текущий отфильтрованный άΡ через клапан меньше определенного процента самого низкого отфильтрованного άΡ, содержащегося в большом окне. Этот самый низкий άΡ представляет собой нормально низкий άΡ в устойчивом состоянии.
Это следует понимать так, что если текущая оценка потока очень низка по сравнению с тем, что является нормальным в устойчивом состоянии, то поток, вероятно, приостанавливается, и что клапан/дроссель надо открыть со скачком, чтобы принять вновь идущий поток.
10) Проверка, требуется ли действие малого окна.
Действие, связанное с созданием положительного скачка при открытии клапана/дросселя с целью предотвращения блокировки жидкости в трубопроводе, требуется в случае, если увеличение выходных данных на клапан/дроссель через окно 8та11^Мо^_СоОи!, предполагающее нулевой вклад со стороны способа/системы, соответствующей изобретению, в текущем отсчете, слишком мало, и выходные данные на клапан/дроссель с нулевым вкладом от способа/системы уже не слишком высоки, и падение в клапане άΡ в период времени, представляющий малое окно, достаточно велико, а текущее значение άΡ клапана меньше, чем значение в предыдущем отсчете.
Это следует понимать так, что если текущий поток из трубопровода быстро падал в течение некоторого промежутка времени после образования пробки и в данный момент также быстро падает, то клапан/дроссель следует быстро открыть с помощью регулирующего способа/системы с тем, чтобы принять вновь идущий поток для предотвращения образования другой пробки, при условии, что клапан/дроссель уже не открывается достаточно быстро, и что клапан/дроссель уже не слишком открыт (для того, чтобы уменьшить опасность появления проблем вниз по потоку).
11) Вычисление скачка на выходе, когда требуется действие малого или большого окон.
Если обнаруживается, что требуется действие малого или большого окон, то, по существу, предпринимается попытка добавить положительную величину от регулирующего способа/системы в ВаОрешпд, которая передается на дроссель/клапан. Однако если отверстие с нулевым вкладом от спосо
- 8 012223 ба/системы превышает ВаЬ1ш1_и_КР, но при этом оно ниже ВаЬ1ш2_и_КР, то ВаОрешид масштабируется по ВаКР_8са1шд. Если отверстие с нулевым вкладом от способа/системы превысит ВаЕ1ш2_и_КР, то вклад от способа/системы будет нулевым.
Если полученное в результате отверстие клапана превысит ВаЕ1ш2_и_КР после добавления вклада от способа/системы, то полученный в результате вклад от способа/системы будет являться процентом, переданным от ВаКР_8са1шд, от разности между ВаЕ1ш2_ц_КР и отверстием дросселя/клапана с нулевым вкладом от способа/системы.
12) Ожидание после действия большого окна.
После того, как произошло действие большого окна, должен пройти определенный период времени (ВаТ5_\У секунд), прежде чем будет разрешено следующее действие большого окна.
13) Ожидание после действия малого окна.
После того, как произошло действие малого окна, должен пройти определенный период времени (ВаТ2_\У секунд), прежде чем будет разрешено следующее действие малого окна.
14) Подтверждение, что ВаОи! >=0.
Воздействие регулирующего способа/системы в смысле регулирования отверстия клапана должно быть положительным.
15) Вычисление выходных данных регулятора.
Сигнал выходных данных дросселя/клапана готов для отправки на клапан. Описываемые в настоящий момент способ и система были проверены с помощью имитационных моделей трубопровода ОЬСЛ. Трубопровод закупоривается (нестабилен) с использованием постоянных отверстий клапана, равных 20 и 30%. Это показано на фиг. 7. Способ/система, соответствующие изобретению, были испытаны без использования автоматического регулирования с обратной связью для впускного давления, и результат этого показан на фиг. 8. Система была включена в момент времени Т = 4 ч. Можно видеть, что она начинает действовать в момент времени = 5,4 ч путем увеличения отверстия клапана нелинейным образом, когда падение давления на клапане начинает быстро уменьшаться. Результат заключается в том, что трубопровод стабилизируется, и уменьшение падения давления на клапане останавливается.
На фиг. 9 показаны реальные эксплуатационные данные от регулирования закупоривающегося трубопровода с использованием способа/системы, соответствующей изобретению, вместе с регулятором впускного давления. Выход на фигуре - это управляемое командами отверстие клапана. Можно видеть, что способ/система открывает клапан в четыре отдельных момента времени, когда выявляются быстрое падения в 6Р (= Р2-Р3) три раза вследствие действий малого окна и один раз вследствие действий большого окна, как показано соответствующими стрелками на фиг. 9. В этом случае размер малого окна составляет приблизительно 7,5 мин, тогда как размер большого окна составляет приблизительно 25 мин. Хотя действия малого и большого окон останавливаются на ненулевой период времени после того, как эти действия произошли, следует отметить, что сопровождающее автоматическое регулирование с обратной связью впускного давления Р1 непрерывно управляет дросселем. Кроме того, действия малого и большого окон останавливаются всякий раз, когда 6Р больше, чем ВЛЫт1_ЭР. с тем, чтобы предотвратить возможные большие нарушения на оборудовании ниже по потоку. Также показаны такие события, как Выявлена стабилизация системы и Выявлено устойчивое состояние, которые влияют на поведение алгоритма. Результат заключается в том, что трубопровод стабилизируется.
Кроме того, следует отметить, что способ/система, соответствующая изобретению, в отличие от стандартного ПИД-регулятора, содержит нелинейный компонент. Еще одно различие между обычными автоматическими регуляторами с обратной связью и способом/системой по изобретению, заключается в том, что способ/система по изобретению обычно быстро увеличивает отверстие клапана в отдельные моменты времени, в противоположность непрерывному (во времени) управлению клапаном в обоих направлениях.
Способ в соответствии с настоящим изобретением может быть реализован как программное обеспечение, аппаратные средства или их комбинация. Компьютерный программный продукт, реализующий способ или его часть, содержит программное обеспечение или компьютерную программу, работающую на компьютере общего назначения или специально адаптированном компьютере, процессоре или микропроцессоре. Программное обеспечение содержит элементы кода компьютерной программы или участки кода программного обеспечения, которые обеспечивают выполнение компьютером способа, включающего, по меньшей мере, один из шагов способа, соответствующего изобретению.
Программа может быть сохранена целиком или частично на или в одном или более подходящих компьютерных носителях данных или средствах хранения данных, таких как магнитный диск, СЭ-КОМ или диск ЭУЭ, жесткий диск, средства магнитооптических запоминающих устройств, в ОЗУ или энергозависимом запоминающем устройстве, КОМ-памяти или флэш-памяти, в качестве программноаппаратных средств или на сервере данных.
Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что могут быть произведены различные модификации и изменения настоящего изобретения без отступления от объема охраны, который определяется прилагаемой формулой.
Claims (11)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ автоматического регулирования многофазного потока в трубопроводной системе, причем указанная трубопроводная система включает в себя трубопровод (3), впуск (1) и выпуск (2) трубопровода и регулирующий клапан или дроссель (4), расположенный на выпуске (2) трубопровода (3), отличающийся тем, что включает в себя следующие шаги:регулирование отверстия клапана или дросселя нелинейным образом посредством регулирующего блока (5), измерение или оценка скорости (ЕТ2) выпускного потока или давления (РТ2) выше по потоку относительно клапана или дросселя, или перепада давления (6Р) на клапане или дросселе, или плотности текучей среды, или температуры текучей среды, или любой комбинации указанных параметров, а также отверстия клапана или дросселя, определение наличия аномального падения в каких-либо измерениях или оценках, принятие на основе измерений или оценок решения относительно существования или приближения блокировки жидкости в трубопроводе, и если блокировка жидкости указана как существующая или приближающаяся, то резкое увеличение отверстия клапана или дросселя (4) на величину, определенную на основе измерений или оценок, запрещение дальнейшего управления клапаном или дросселем (4) до истечения ненулевого периода времени и ожидание в течение ненулевого периода времени до дальнейшего начала управления отверстием клапана или дросселя и повтор вышеуказанных шагов.
- 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержит следующие дополнительные шаги:измерение или оценка скорости (ЕТ1) потока, или давления (РТ1), или температуры текучей среды на впуске (1) трубопровода (3), определение баланса массы в трубопроводной системе и принятие решения на основе указанного баланса массы относительно существования или приближения блокировки жидкости.
- 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержит следующие дополнительные шаги:измерение или оценка величины тенденции изменения скорости (ЕТ2) выпускного потока или давления (РТ2) выше по потоку относительно клапана или дросселя, или перепада давления (6Р) на клапане или дросселе, или плотности текучей среды, или температуры текучей среды, или любой комбинации указанных параметров, а также отверстия клапана или дросселя в первом окне, движущемся во времени, измерение или оценка величины тенденции изменения скорости (ЕТ) выпускного потока или давления (РТ) выше по потоку относительно клапана или дросселя, или перепада давления (6Р) на клапане или дросселе, или плотности текучей среды, или температуры текучей среды, или любой комбинации указанных параметров, а также отверстия клапана или дросселя во втором окне, движущемся во времени, и если указанная величина тенденции изменения, измеренная или оцененная в первом окне, падает ниже определенного процента от величины тенденции изменения, измеренной или оцененной во втором окне, то принятие решения относительно существования или приближения блокировки жидкости.
- 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержит следующие шаги:измерение перепада давления на клапане (4), и если указанный перепад давления превышает предварительно определенное или автоматически вычисленное значение, то запрещение управления клапаном или дросселем (4).
- 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение скорости выпускного потока осуществляют многофазным расходомером.
- 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что оценку скорости выпускного потока выполняют на основе измерений перепада давления на клапане (4).
- 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что оценку скорости выпускного потока выполняют на основе измерений перепада давления на клапане (4) и измерений отверстия клапана или дросселя и/или плотности текучей среды, протекающей в трубопроводе.
- 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что клапан (4) регулируют только по истечении предварительно определенного периода времени после последнего шага открытия.
- 9. Система для автоматического регулирования многофазного потока в трубопроводной системе, причем указанная трубопроводная система содержит впуск (1) и выпуск (2) трубопровода (3) и регулирующий клапан или дроссель (4), расположенный на выпуске (2) трубопровода (3), отличающаяся тем, что содержит регулирующий блок (5), выполненный с возможностью регулирования отверстия клапана или дросселя нелинейным образом, средства для измерения или оценки скорости (ЕТ2) выпускного потока или давления (РТ2) выше по потоку относительно клапана или дросселя, или перепада давления (6Р) на клапане или дросселе, или- 10 012223 плотности текучей среды, или температуры текучей среды, или любой комбинации указанных параметров, а также отверстия клапана или дросселя, средства для определения наличия аномального падения в каких-либо измерениях или оценках, средства для принятия решения на основе измерений или оценок относительно существования или приближения блокировки жидкости в трубопроводе, средства для резкого увеличения отверстия клапана или дросселя (4) на величину, определенную на основе измерений или оценок, если блокировка жидкости указана как существующая или приближающаяся, и средства для запрещения дальнейшего управления клапаном или дросселем (4) до истечения ненулевого периода времени после резкого увеличения отверстия клапана или дросселя (4), и ожидания в течение ненулевого периода времени до дальнейшего начала управления отверстием клапана или дросселя.
- 10. Система по п.9, отличающаяся тем, что содержит средства для обеспечения возможности регулирующему блоку (5) регулировать клапан (4) только по истечении предварительного определенного периода времени после последнего шага открытия.
- 11. Машиночитаемый носитель данных, содержащий компьютерный программный продукт, который служит для осуществления способа, охарактеризованного в пп.1-8.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20052273A NO324906B1 (no) | 2005-05-10 | 2005-05-10 | Fremgangsmåte og system for forbedret regulering av strømningslinje |
| PCT/IB2006/001183 WO2006120537A2 (en) | 2005-05-10 | 2006-05-09 | A method and a system for enhanced flow line control |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200702394A1 EA200702394A1 (ru) | 2008-04-28 |
| EA012223B1 true EA012223B1 (ru) | 2009-08-28 |
Family
ID=35276255
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200702394A EA012223B1 (ru) | 2005-05-10 | 2006-05-09 | Способ и система для регулирования потока в трубопроводе |
| EA200900597A EA015393B1 (ru) | 2005-05-10 | 2006-05-09 | Способ и система для регулирования потока в трубопроводе |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200900597A EA015393B1 (ru) | 2005-05-10 | 2006-05-09 | Способ и система для регулирования потока в трубопроводе |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9323252B2 (ru) |
| EP (1) | EP1885993A4 (ru) |
| CA (1) | CA2651975C (ru) |
| EA (2) | EA012223B1 (ru) |
| MX (1) | MX2007013902A (ru) |
| NO (2) | NO324906B1 (ru) |
| WO (1) | WO2006120537A2 (ru) |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO327866B1 (no) * | 2006-03-09 | 2009-10-12 | Abb Research Ltd | En fremgangsmåte for styring og/eller overvåking |
| EP2128380A1 (en) * | 2008-05-02 | 2009-12-02 | BP Exploration Operating Company Limited | Slug mitigation |
| US20100147391A1 (en) * | 2008-12-12 | 2010-06-17 | Chevron U.S.A. Inc | Apparatus and method for controlling a fluid flowing through a pipeline |
| MX2011006017A (es) * | 2008-12-17 | 2011-06-28 | Fluor Tech Corp | Configuraciones y metodos para el control de produccion submarina mejorados. |
| FR2942265B1 (fr) * | 2009-02-13 | 2011-04-22 | Total Sa | Procede de conduite d'installation de production d'hydrocarbures |
| US9416637B2 (en) * | 2009-11-12 | 2016-08-16 | Schlumberger Technology Corporation | Integrated choke manifold system for use in a well application |
| CN102426100A (zh) * | 2011-09-01 | 2012-04-25 | 杭州前进齿轮箱集团股份有限公司 | 一种风电齿轮箱润滑油路系统的快速检测方法及检测装置 |
| EP2570589A1 (en) * | 2011-09-16 | 2013-03-20 | Vetco Gray Controls Limited | Setting the value of an operational parameter of a well |
| US9534795B2 (en) * | 2012-10-05 | 2017-01-03 | Schneider Electric Buildings, Llc | Advanced valve actuator with remote location flow reset |
| GB2530416B (en) * | 2013-03-29 | 2019-12-25 | Schlumberger Holdings | Optimum flow control valve setting system and procedure |
| EP2821587A1 (en) * | 2013-07-01 | 2015-01-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Method of operating a pipeline-riser system |
| CA2918791A1 (en) | 2013-07-25 | 2015-01-29 | Schlumberger Canada Limited | Sand control system and methodology |
| BR102013030571A2 (pt) * | 2013-11-28 | 2016-09-20 | Petróleo Brasileiro S A Petrobras | sistema avançado de controle automático para minimização de golfadas |
| US9982846B2 (en) | 2015-04-23 | 2018-05-29 | Chevron U.S.A. Inc. | Method and system for controlling hydrodynamic slugging in a fluid processing system |
| GB201508125D0 (en) * | 2015-05-13 | 2015-06-24 | Norwegian Univ Sci & Tech Ntnu | Control system for controlling a dynamic system |
| RU2638236C1 (ru) * | 2016-07-21 | 2017-12-12 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Способ предотвращения формирования пробкового режима течения газожидкостной смеси в непрямолинейной скважине или трубопроводе |
| US10024499B2 (en) | 2016-12-21 | 2018-07-17 | Chevron U.S.A. Inc. | Method and system for controlling slugging in a fluid processing system |
| WO2018144669A1 (en) | 2017-02-02 | 2018-08-09 | Schlumberger Technology Corporation | Downhole tool for gravel packing a wellbore |
| GB2568689B (en) | 2017-11-22 | 2023-01-04 | Goel Abhinav | Control apparatus and method |
| US11441395B2 (en) | 2019-05-16 | 2022-09-13 | Saudi Arabian Oil Company | Automated production optimization technique for smart well completions using real-time nodal analysis including real-time modeling |
| US11326423B2 (en) * | 2019-05-16 | 2022-05-10 | Saudi Arabian Oil Company | Automated production optimization technique for smart well completions using real-time nodal analysis including recommending changes to downhole settings |
| US11499423B2 (en) | 2019-05-16 | 2022-11-15 | Saudi Arabian Oil Company | Automated production optimization technique for smart well completions using real-time nodal analysis including comingled production calibration |
| US11821289B2 (en) | 2019-11-18 | 2023-11-21 | Saudi Arabian Oil Company | Automated production optimization technique for smart well completions using real-time nodal analysis |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5014789A (en) * | 1986-07-07 | 1991-05-14 | Neville Clarke | Method for startup of production in an oil well |
| US6390114B1 (en) * | 1999-11-08 | 2002-05-21 | Shell Oil Company | Method and apparatus for suppressing and controlling slugflow in a multi-phase fluid stream |
| WO2002046577A1 (en) * | 2000-12-06 | 2002-06-13 | Abb Research Ltd. | Method, computer program prodcut and use of a computer program for stabilizing a multiphase flow |
| US20060150749A1 (en) * | 2004-12-21 | 2006-07-13 | Eken Adriaan N | Method, system, controller and computer program product for controlling the flow of a multiphase fluid |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8917026D0 (en) * | 1989-07-25 | 1989-09-13 | Shell Int Research | Method and apparatus for preventing slug growth in a pipeline |
| EP0549440B1 (fr) * | 1991-12-27 | 1996-10-16 | Institut Français du Pétrole | Procédé d'optimisation d'un dispositif de régulation et d'amortissement d'un écoulement polyphasique et dispositif obtenu par le procédé |
| US5256171A (en) * | 1992-09-08 | 1993-10-26 | Atlantic Richfield Company | Slug flow mitigtion for production well fluid gathering system |
| US5544672A (en) * | 1993-10-20 | 1996-08-13 | Atlantic Richfield Company | Slug flow mitigation control system and method |
| GB2341695B (en) * | 1998-09-17 | 2003-02-26 | Petroleo Brasileiro Sa | Device and method for eliminating severe slugging in multiphase-stream flow lines |
| US6716268B2 (en) * | 2000-01-17 | 2004-04-06 | Lattice Intellectual Property Ltd. | Slugging control |
| US6715550B2 (en) * | 2000-01-24 | 2004-04-06 | Shell Oil Company | Controllable gas-lift well and valve |
| US6276385B1 (en) | 2000-06-09 | 2001-08-21 | Fisher Controls International, Inc. | Plug and seat positioning system for control applications |
| NO320427B1 (no) * | 2002-12-23 | 2005-12-05 | Norsk Hydro As | Et system og fremgangsmate for a forutsi og handtere vaeske- eller gassplugger i et rorledningssystem |
| NO319642B1 (no) * | 2003-02-20 | 2005-09-05 | Statoil Petroleum As | Styresystem for væskepluggforhindring, strømningsstabilisering og forseparasjon av gass fra væske fra en rørledning som i hovedsak fører gass |
| FR2875260B1 (fr) * | 2004-09-13 | 2006-10-27 | Inst Francais Du Petrole | Systeme pour neutraliser la formation de bouchon de liquide dans une colonne montante |
-
2005
- 2005-05-10 NO NO20052273A patent/NO324906B1/no unknown
-
2006
- 2006-05-09 EP EP06744663.3A patent/EP1885993A4/en not_active Withdrawn
- 2006-05-09 CA CA2651975A patent/CA2651975C/en active Active
- 2006-05-09 US US11/920,267 patent/US9323252B2/en active Active
- 2006-05-09 MX MX2007013902A patent/MX2007013902A/es active IP Right Grant
- 2006-05-09 EA EA200702394A patent/EA012223B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2006-05-09 WO PCT/IB2006/001183 patent/WO2006120537A2/en active Application Filing
- 2006-05-09 EA EA200900597A patent/EA015393B1/ru not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-10-05 NO NO20075027A patent/NO339311B1/no unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5014789A (en) * | 1986-07-07 | 1991-05-14 | Neville Clarke | Method for startup of production in an oil well |
| US6390114B1 (en) * | 1999-11-08 | 2002-05-21 | Shell Oil Company | Method and apparatus for suppressing and controlling slugflow in a multi-phase fluid stream |
| WO2002046577A1 (en) * | 2000-12-06 | 2002-06-13 | Abb Research Ltd. | Method, computer program prodcut and use of a computer program for stabilizing a multiphase flow |
| US20060150749A1 (en) * | 2004-12-21 | 2006-07-13 | Eken Adriaan N | Method, system, controller and computer program product for controlling the flow of a multiphase fluid |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HAVRE, K. ET AL.: "Taming slug flow in pipelines". ABB Review 4/200, [Online] retrieved on 2006-10-13. Retrieved from the Internet: http://library.abb.com/GLOBAL/SCOT/scot271.nsf/VerityDisplay/A17C32BF3D81C104C1256EFD00429718/$File /55-63%20M612.pdf, See the whole document, especially figures 3, 7 * |
| JANSEN, B. ET AL.: Made to Measure,"New upstream control and optimization techniques increase return on investment". ABB Review 3/2001. [Online] retrieved on 2006-10-13, retrieved from the Internet: http://library.abb.com/GLOBAL/SCOT/scot271.nsf/VerityDisplay/73DF374A40E2A338C1256DDD00 346FD6/$File/20-27%20M716%20.pdf See the whole document, especially figure 5 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9323252B2 (en) | 2016-04-26 |
| NO324906B1 (no) | 2008-01-02 |
| EA015393B1 (ru) | 2011-08-30 |
| NO339311B1 (no) | 2016-11-21 |
| MX2007013902A (es) | 2008-01-16 |
| NO20052273L (no) | 2006-11-13 |
| NO20052273D0 (no) | 2005-05-10 |
| EA200900597A1 (ru) | 2009-08-28 |
| CA2651975A1 (en) | 2006-11-16 |
| NO20075027L (no) | 2006-11-13 |
| EA200702394A1 (ru) | 2008-04-28 |
| WO2006120537A2 (en) | 2006-11-16 |
| WO2006120537A3 (en) | 2007-01-04 |
| EP1885993A4 (en) | 2014-02-19 |
| US20090173390A1 (en) | 2009-07-09 |
| EP1885993A2 (en) | 2008-02-13 |
| CA2651975C (en) | 2014-07-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA012223B1 (ru) | Способ и система для регулирования потока в трубопроводе | |
| CN101084363B (zh) | 用于控制多相流体的流动的方法、系统以及控制器 | |
| Godhavn et al. | New slug control strategies, tuning rules and experimental results | |
| Aamo et al. | Observer design for multiphase flow in vertical pipes with gas-lift––theory and experiments | |
| CA2643686C (en) | A method and a system for feedback control or monitoring of an oil or gas production system and computer program product | |
| US8459285B2 (en) | Slug mitigation | |
| US20100132800A1 (en) | Method and apparatus for controlling fluctuations in multiphase flow production lines | |
| CN105612289A (zh) | 流体管道网络的需求管理和控制的方法 | |
| AU2012216693B2 (en) | Setting the value of an operational parameter of a well | |
| Nandan et al. | Nonlinear model predictive controller for kick attenuation in managed pressure drilling | |
| WO2015000655A1 (en) | Method of operating a pipeline-riser system | |
| Stringam et al. | The ratio controller for regulation of turnout flow rate | |
| WO2019102196A1 (en) | Control apparatus and method | |
| BRPI0912004B1 (pt) | Método para mitigar a formação de lama e sistema para mitigar a formação de lama |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM BY KG MD TJ |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AZ KZ TM RU |