RU2637541C1 - Method for preventing hydrate formation in field systems of gas collection - Google Patents

Method for preventing hydrate formation in field systems of gas collection Download PDF

Info

Publication number
RU2637541C1
RU2637541C1 RU2016139838A RU2016139838A RU2637541C1 RU 2637541 C1 RU2637541 C1 RU 2637541C1 RU 2016139838 A RU2016139838 A RU 2016139838A RU 2016139838 A RU2016139838 A RU 2016139838A RU 2637541 C1 RU2637541 C1 RU 2637541C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
value
loop
temperature
hydrate formation
pressure
Prior art date
Application number
RU2016139838A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марина Юрьевна Прахова
Андрей Николаевич Краснов
Елена Александровна Хорошавина
Геннадий Юрьевич Коловертнов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет"
Priority to RU2016139838A priority Critical patent/RU2637541C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2637541C1 publication Critical patent/RU2637541C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17DPIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D1/00Pipe-line systems
    • F17D1/02Pipe-line systems for gases or vapours
    • F17D1/04Pipe-line systems for gases or vapours for distribution of gas
    • F17D1/05Preventing freezing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: according to method, inhibitor of hydrate formation is supplied to the loop. To determine the beginning of hydrate formation process, gas temperature is measured at wellhead, actual gas temperature at the loop outlet and ambient temperature are determined. Certain rated values of gas temperature are calculated by the determined model. The actual value of the temperature at the loop output is compared in real with the base value. Additionally, in real-time mode the pressure is measured at wellhead and at the loop output. The theoretical rated value of hydrate formation temperature is taken as the basic temperature value. If actual temperature at the loop output is reduced to values below the base value, the actual pressure value at the loop output is compared with the value obtained in previous measurement cycle, and actual pressure value at the wellhead is compared with the value obtained in previous measurement cycle. If this pressure at the wellhead is increased by certain value and the pressure at the loop output is reduced by certain value, the specific values of which are determined by the cognitive model for given loop, and these dynamics is maintained for a period of time also determined by the cognitive model, then the beginning of hydrate formation process is diagnosed. First, supply of inhibitor to the loop is increased. If pressure values at wellhead and the loop output do not go beyond specified cognitive model, then the theoretical rated value of hydrate formation temperature is corrected according to the cognitive model. The theoretical estimated value of hydrate formation temperature is determined by determined model defined by analytical expression.
EFFECT: optimized hydrate formation inhibitor consumption and improved operation reliability of gas collection field systems.
3 cl, 2 tbl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области добычи природного газа, а именно к области предупреждения гидратообразования в системах промыслового сбора газа посредством подачи в них ингибитора гидратообразования преимущественно в условиях Крайнего Севера.The invention relates to the field of natural gas production, and in particular to the field of preventing hydrate formation in field gas collection systems by supplying a hydrate inhibitor to them mainly in the Far North.

Известен способ предупреждения гидратообразования путем подачи ингибитора, в качестве которого используют метанол, на кусты скважин по отдельному метанолопроводу. Метанол подают с установки комплексной подготовки газа (УКПГ) в начало шлейфа на устье скважины [Макогон Ю.Ф. Газовые гидраты, предупреждение их образования и использование. - М.: Недра, 1985. - 232 с.].A known method of preventing hydrate formation by supplying an inhibitor, which is used as methanol, to well clusters through a separate methanol pipe. Methanol is supplied from the integrated gas preparation unit (UKPG) to the beginning of the loop at the wellhead [Makogon Yu.F. Gas hydrates, prevention of their formation and use. - M .: Nedra, 1985. - 232 p.].

Основным недостатком данного способа является неоправданно высокий расход метанола. Для характерных термобарических условий эксплуатации шлейфов на северных месторождениях теоретический расход метанола может изменяться в довольно широких пределах (от 0 до 300 г на 1000 м3 газа). На практике же необходим дополнительный запас в 20-25% по расходу метанола при ингибировании шлейфов с целью устранения опасности появления гидратов в коллекторе [Инструкция по расчету нормативов потребления метанола для использования в расчетах предельно допустимых или временно согласованных сбросов метанола для объектов ОАО «Газпром». Ведомственный руководящий документ ВРД 39-1.13-010-2000. - Москва, 2000]. Кроме того, в присутствии разбавленных водных растворов метанола для предупреждения гидратов недостаточной концентрации возникает противоположный эффект ускоренного роста кристаллогидратов. Поэтому на большинстве месторождений при дозировании метанола исходят из того, что экономный расход может стать причиной серьезной аварии, ликвидация которой обойдется значительно дороже, чем затраты на расход метанола с «запасом».The main disadvantage of this method is the unreasonably high consumption of methanol. For the typical thermobaric operating conditions of the plumes in the northern deposits, the theoretical methanol consumption can vary over a fairly wide range (from 0 to 300 g per 1000 m 3 of gas). In practice, an additional margin of 20-25% is required for methanol consumption during loop inhibition in order to eliminate the risk of hydrates in the collector [Instructions for calculating methanol consumption standards for use in calculating maximum permissible or temporarily agreed methanol discharges for Gazprom facilities. Departmental guidance document WFD 39-1.13-010-2000. - Moscow, 2000]. In addition, in the presence of dilute aqueous solutions of methanol to prevent hydrates of insufficient concentration, the opposite effect of accelerated growth of crystalline hydrates occurs. Therefore, in most fields, when dosing methanol, it is assumed that economical consumption can cause a serious accident, the elimination of which will cost much more than the cost of methanol consumption with a “margin”.

Известен также способ предупреждения и разрушения гидратов путем подачи метанола на кусты скважин по метанолопроводу, в соответствии с которым начало процесса гидратообразования в шлейфе определяют по температуре газа на входе УКПГ: при снижении этой температуры до значения, при котором в шлейфе возможно начало образования гидратов, в него подают метанол [Истомин В.А., Квон В.Т. Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системах добычи газа. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004].There is also a method of preventing and destroying hydrates by supplying methanol to well boreholes through a methanol pipe, according to which the start of the hydrate formation process in the loop is determined by the gas temperature at the inlet of the gas treatment plant: when this temperature is reduced to a value at which hydrate formation can begin in the loop, it is fed methanol [Istomin V.A., Kwon V.T. Prevention and elimination of gas hydrates in gas production systems. - M .: IRC Gazprom LLC, 2004].

Существенным недостатком этого способа также является значительный перерасход метанола на УКПГ. Это вызвано тем, что наибольшие затруднения при нормировании расхода метанола связаны с условиями ингибирования системы «скважина - шлейф (коллектор) - входной сепаратор УКПГ». Это обусловлено, в первую очередь, тем обстоятельством, что режимы работы скважин, шлейфов и коллекторов могут существенно различаться между собой. Вследствие этого расходные показатели по метанолу для них также могут заметно отличаться. К числу факторов, способствующих такому различию, относятся производительность скважин, длина шлейфов и их загрузка, что обуславливает температурный режим их работы; количество выносимой из скважины воды и ее минерализация; количество углеводородной жидкости и др. Однако из-за отсутствия индивидуальных систем дозировки и метанолопроводов к каждой скважине, а также контроля за распределением метанола по индивидуальным отводам от общего метанолопровода метанол подается в максимально требуемом количестве.A significant disadvantage of this method is also a significant overspending of methanol on the gas treatment facility. This is due to the fact that the greatest difficulties in rationing the consumption of methanol are associated with the inhibition conditions of the "well - loop (collector) - inlet separator UKPG" system. This is primarily due to the fact that the modes of operation of wells, loops and reservoirs can vary significantly from one another. As a result, methanol consumption rates for them can also differ markedly. Among the factors contributing to this difference are the productivity of the wells, the length of the loops and their loading, which determines the temperature regime of their work; the amount of water carried out from the well and its mineralization; the amount of hydrocarbon fluid, etc. However, due to the lack of individual dosage systems and methanol pipelines to each well, as well as monitoring the distribution of methanol on individual outlets from the total methanol pipelines, methanol is supplied in the maximum required amount.

Кроме того, причиной понижения температуры на входе УКПГ может быть понижение температуры окружающей среды вдоль шлейфа, протяженность которого может достигать 10 км, изменение направления и скорости ветра, толщины снежного покрова и т.п. причины, не требующие увеличения расхода метанола.In addition, a decrease in the ambient temperature along the plume, the length of which can reach 10 km, a change in the direction and speed of the wind, the thickness of the snow cover, etc. reasons that do not require an increase in methanol consumption.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ управления процессом предупреждения гидратообразования во внутрипромысловых шлейфах газовых и газоконденсатных месторождений Крайнего Севера [патент RU №2 329 371]. Данный способ включает определение начала процесса гидратообразования в шлейфе путем контроля температуры газа, поступающего на вход УКПГ из шлейфа, и подачу ингибитора на кусты скважин по отдельному трубопроводу, при этом измеряют фактическую температуру tи газа на выходе его из шлейфа, температуру газа на устье скважины tн и температуру окружающей среды t0, по значениям tн и t0 вычисляют расчетное значение температуры газа на выходе из шлейфа tp и сравнивают динамику ее изменения во времени с динамикой изменения фактической температуры газа tи и по результату сравнения судят о начале процесса гидратообразования и необходимости подачи в шлейф ингибитора гидратообразования. При этом расчетное значение температуры газа на выходе из шлейфа tp определяют из соотношенияThe closest in technical essence to the claimed invention is a method of controlling the process of preventing hydrate formation in infield loops of gas and gas condensate fields of the Far North [patent RU No. 2 329 371]. This method includes determining the beginning of the hydrate formation process in the plume by controlling the temperature of the gas entering the inlet gas treatment unit from the plume, and supplying the inhibitor to the well clusters through a separate pipeline, in this case, the actual temperature t and gas at its outlet from the plume are measured, the gas temperature at the wellhead t n and ambient temperature t 0 , from the values of t n and t 0 calculate the calculated value of the gas temperature at the outlet of the loop t p and compare the dynamics of its change in time with the dynamics of changes in actual temperatures s gas t and and by the result of the comparison judge the beginning of the hydrate formation process and the need to supply a hydrate inhibitor to the loop. In this case, the calculated value of the gas temperature at the outlet of the loop t p is determined from the relation

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где Δt - поправка, учитывающая влияние факторов (скорость и направление ветра, занесение шлейфа снегом и качество изоляции шлейфа), которое невозможно оценить в рамках детерминированной модели, a tk - расчетное значение температуры газа на выходе из шлейфа, определяемое из детерминированной моделиwhere Δt is the correction that takes into account the influence of factors (wind speed and direction, snow plume entering and loop insulation quality), which cannot be estimated within the deterministic model, at k is the calculated value of the gas temperature at the loop exit, determined from the deterministic model

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где

Figure 00000003
,Where
Figure 00000003
,

Figure 00000004
- длина газопровода, KT - коэффициент теплопередачи в окружающую среду, D - диаметр газопровода, Ср - теплоемкость газа при постоянном давлении, ρ - плотность газа, Q - объемный расход газа в нормальных условиях.
Figure 00000004
is the length of the gas pipeline, K T is the coefficient of heat transfer to the environment, D is the diameter of the gas pipeline, C p is the heat capacity of the gas at constant pressure, ρ is the gas density, Q is the volumetric gas flow under normal conditions.

Недостатком данного способа является отсутствие контроля изменения давления на устье скважины и на входе УКПГ, что снижает достоверность определения момента начала гидратообразования, так как снижение температуры не обязательно бывает однозначно связано с процессом гидратообразования. Ошибка в определении момента начала гидратообразования приводит либо к необоснованному началу подачи метанола, либо к его избыточному расходу.The disadvantage of this method is the lack of control of changes in pressure at the wellhead and at the inlet of the gas treatment facility, which reduces the reliability of determining the start of hydrate formation, since a decrease in temperature is not necessarily uniquely associated with the hydrate formation process. An error in determining the start of hydrate formation leads either to an unreasonable start of the supply of methanol, or to its excessive flow.

Задачей предлагаемого технического решения является создание способа предупреждения гидратообразования в промысловых системах сбора газа, позволяющего оптимизировать расход ингибитора гидратообразования.The objective of the proposed technical solution is to create a method for preventing hydrate formation in field gas collection systems, which allows optimizing the flow rate of a hydrate inhibitor.

Технический результат достигается путем диагностирования начала процесса гидратообразования по динамике изменения во времени двух параметров газового потока на устье скважины и выходе из шлейфа - температуры и давления, при этом в качестве критериев безгидратного режима используют теоретическое расчетное значение температуры гидратообразования, вычисленное по детерминированной модели и уточненное при необходимости по когнитивной модели, и допустимые колебания давления, определяемые также по когнитивной модели для данного шлейфа.The technical result is achieved by diagnosing the beginning of the hydrate formation process according to the dynamics of the change in time of two parameters of the gas flow at the wellhead and exit from the loop - temperature and pressure, while the theoretical calculated value of the hydration temperature calculated using the deterministic model and refined at the need for a cognitive model, and permissible pressure fluctuations, also determined by the cognitive model for a given loop.

Цель заявляемого изобретения - оптимизация расхода ингибитора гидратообразования за счет повышения достоверности определения начала этого процесса.The purpose of the invention is the optimization of the flow rate of the hydrate inhibitor by increasing the reliability of determining the beginning of this process.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе предупреждения гидратообразования в промысловых системах сбора газа, преимущественно в районах Крайнего Севера, при котором в шлейф подают ингибитор гидратообразования, а для определения начала процесса гидратообразования измеряют температуру газа на устье скважины t1, фактическую температуру газа на выходе из шлейфа t2 и температуру окружающей среды t0, вычисляют по детерминированной модели некоторое расчетное значение температуры газа, принимают его за базовое значение и в режиме реального времени сравнивают фактическое значение температуры на выходе из шлейфа с базовым значением, дополнительно в режиме реального времени измеряют давление на устье скважины р1 и на выходе из шлейфа р2, за базовое значение температуры принимают теоретическое расчетное значение температуры гидратообразования tгт, при уменьшении фактической температуры на выходе из шлейфа t2 до значений ниже базового значения tгт сравнивают текущее значение давления на выходе из шлейфа

Figure 00000005
со значением р2, полученным в предыдущем измерительном цикле, и текущее значение давления на устье скважины
Figure 00000006
со значением р1, полученным в предыдущем измерительном цикле, и, если это давление на устье возросло на некоторую величину Δ1, а давление на выходе из шлейфа одновременно уменьшилось на некоторую величину Δ2, конкретные значения которых определяют по когнитивной модели для данного шлейфа, и эта динамика сохраняется в течение времени τ, также определяемого по когнитивной модели, то диагностируют начало процесса гидратообразования и начинают (увеличивают) подачу ингибитора в шлейф, а если значения давления на устье скважины и выходе шлейфа не выходят за установленные когнитивной моделью пределы изменения, корректируют теоретическое расчетное значение температуры гидратообразования tгт по когнитивной модели.This goal is achieved due to the fact that in the method of preventing hydrate formation in field gas collection systems, mainly in the Far North, in which a hydrate inhibitor is fed into the plume, and to determine the beginning of the hydrate formation process, measure the gas temperature at the wellhead t 1 , the actual gas temperature at the outlet of the loop t 2 and the ambient temperature t 0 , some calculated value of the gas temperature is calculated according to the deterministic model, it is taken as the base value and in p in real time mode, the actual temperature value at the outlet of the plume is compared with the base value, in addition, in real time, the pressure at the wellhead p 1 and at the output of the plume p 2 are measured, the theoretical calculated value of hydration temperature t gt is taken as the base temperature value, with a decrease the actual temperature at the outlet of the loop t 2 to values below the base value t gm compare the current value of the pressure at the outlet of the loop
Figure 00000005
with the value of p 2 obtained in the previous measuring cycle, and the current value of the pressure at the wellhead
Figure 00000006
with the value of p 1 obtained in the previous measuring cycle, and if this pressure at the mouth increased by a certain value Δ 1 , and the pressure at the outlet of the loop at the same time decreased by a certain value Δ 2 , the specific values of which are determined by the cognitive model for this loop, and this dynamics is maintained for a time τ, also determined by the cognitive model, then the onset of hydrate formation is diagnosed and the inhibitor is fed (increased) to the plume, and if the pressure at the wellhead and the plume exit and do not go beyond the limits set by the cognitive model changes, adjust the theoretical calculated value of hydrate formation temperature t rm on the cognitive model.

При этом теоретическое расчетное значение температуры гидратообразования определяют по детерминированной модели видаIn this case, the theoretical calculated value of the temperature of hydrate formation is determined by a deterministic model of the form

Figure 00000007
,
Figure 00000007
,

где KT - теоретический расчетный коэффициент теплопередачи шлейфов, Di - коэффициент Джоуля-Томпсона,

Figure 00000004
- длина шлейфа, G - массовый расход газа, Ср - теплоемкость газа.where K T is the theoretical calculated heat transfer coefficient of the loops, D i is the Joule-Thompson coefficient,
Figure 00000004
is the length of the loop, G is the mass flow rate of gas, C p is the heat capacity of the gas.

В когнитивную модель включают диаметр, длину и пространственное расположение шлейфа, электрическое сопротивление его изоляции, направление и скорость ветра, толщину снежного покрова на шлейфе, объемный расход, влагосодержание и состав газа.The cognitive model includes the diameter, length and spatial location of the loop, the electrical resistance of its insulation, the direction and speed of the wind, the thickness of the snow cover on the loop, volumetric flow rate, moisture content and gas composition.

Техническая и экономическая целесообразность предлагаемого метода заключается в повышении надежности предотвращения гидратообразования в шлейфах при одновременной экономии ингибитора гидратообразования, в частности метанола, за счет оптимизации его расхода. Сокращение расхода метанола, кроме прямой экономии, позволяет также снизить расходы на очистку и утилизацию отработанного водно-метанольного раствора.The technical and economic feasibility of the proposed method is to increase the reliability of preventing hydrate formation in loops while saving a hydrate inhibitor, in particular methanol, by optimizing its consumption. Reducing the consumption of methanol, in addition to direct savings, can also reduce the cost of cleaning and disposal of spent water-methanol solution.

Технический результат предлагаемого изобретения:The technical result of the invention:

- оптимизация расхода ингибитора гидратообразования, в частности метанола;- optimization of the flow rate of the hydrate inhibitor, in particular methanol;

- повышение надежности эксплуатации газосборной системы. Заявленный технический результат обеспечивается следующим образом.- improving the reliability of the operation of the gas collection system. The claimed technical result is provided as follows.

Оптимизация расхода метанола обеспечивается за счет того, что:Optimization of methanol consumption is ensured by the fact that:

- для диагностирования начала гидратообразования используют, кроме уменьшения температуры на выходе шлейфа, дополнительный признак, а именно анализируют динамику изменения давления на устье скважины и на выходе шлейфа, и начинают подавать ингибитор гидратообразования (или увеличивают его подачу) только при выполнении обоих критериев начала гидратообразования;- to diagnose the onset of hydrate formation, they use, in addition to reducing the temperature at the outlet of the plume, an additional feature, namely, they analyze the dynamics of pressure changes at the wellhead and at the exit of the plume, and begin to apply a hydrate inhibitor (or increase its flow) only if both criteria for hydrate formation are met;

- теоретическую температуру гидратообразования, рассчитанную по детерминированной модели, при необходимости уточняют по когнитивной модели конкретного шлейфа.- the theoretical temperature of hydrate formation, calculated according to the deterministic model, if necessary, clarified by the cognitive model of a particular loop.

Повышение надежности эксплуатации газосборной системы достигается тем, что начало процесса гидратообразования в предлагаемом способе диагностируют на более ранней стадии, т.к. изменение давления газового потока происходит более динамично по сравнению с изменением его температуры.Improving the reliability of the operation of the gas collection system is achieved by the fact that the beginning of the hydrate formation process in the proposed method is diagnosed at an earlier stage, because the change in gas flow pressure occurs more dynamically compared to a change in its temperature.

На фиг. 1 приведен алгоритм реализации способа, на фиг. 2 и фиг. 3 показаны тренды изменения давления на устье скважины и на выходе шельфа в режиме реального времени соответственно для случаев отсутствия гидратообразования и его наличия.In FIG. 1 shows an algorithm for implementing the method, FIG. 2 and FIG. Figure 3 shows the trends in pressure at the wellhead and at the shelf outlet in real time, respectively, for cases of the absence of hydrate formation and its presence.

Способ реализуют следующим образом (фиг. 1).The method is implemented as follows (Fig. 1).

В базу данных системы управления подачей ингибитора гидратообразования, например метанола, в раздел нормативной и справочной информации записывают такую информацию, как теоретическое значение коэффициента теплопередачи шлейфов от газа к окружающей среде; длина шлейфа; массовый расход газа; теплоемкость газа; концентрации ингибитора, подаваемого в устье скважин и поступающего из шлейфа; количество пластовой воды, поступающей из скважин; плотность газа и др. В раздел оперативной информации базы данных записывают результаты измерений температуры и давления на устье скважин средствами установленной там телеметрии (например, регистраторов РТП-4 с радиоканалом связи) и температуры и давления на выходе шлейфа, измеряемые средствами измерений, входящими в состав АСУ ТП УКПГ.Information such as the theoretical value of the heat transfer coefficient of the plumes from gas to the environment is recorded in the database of the control system for supplying a hydrate formation inhibitor, for example methanol, in the normative and reference information section; loop length; mass gas flow; gas heat capacity; the concentration of the inhibitor supplied to the wellhead and coming from the loop; the amount of produced water from the wells; gas density, etc. The results of temperature and pressure measurements at the wellhead by means of telemetry installed there (for example, RTP-4 recorders with a radio communication channel) and temperature and pressure at the loop output measured by measuring instruments included in the composition are recorded in the operational information section of the database ACS TP UKPG.

Эти данные используют для расчета теоретической температуры гидратообразования по детерминированной модели видаThese data are used to calculate the theoretical temperature of hydrate formation according to a deterministic model of the form

Figure 00000008
,
Figure 00000008
,

где KT - теоретический расчетный коэффициент теплопередачи шлейфов, Di - коэффициент Джоуля-Томпсона,

Figure 00000004
- длина шлейфа, G - массовый расход газа, Ср - теплоемкость газа.where K T is the theoretical calculated heat transfer coefficient of the loops, D i is the Joule-Thompson coefficient,
Figure 00000004
is the length of the loop, G is the mass flow rate of gas, C p is the heat capacity of the gas.

Когнитивную базу знаний формируют путем извлечения информации по опросам экспертов в виде когнитивной модели, устанавливающей закономерности между коэффициентом теплопередачи шлейфа и такими его характеристиками, как диаметр, длина и расположение в пространстве, состоянием изоляции, толщиной снежного покрова, а также направлением и скоростью ветра и т.п. Когнитивную модель в процессе работы периодически уточняют и дополняют.A cognitive knowledge base is formed by extracting information from expert surveys in the form of a cognitive model that establishes patterns between the loop heat transfer coefficient and its characteristics such as diameter, length and location in space, insulation state, snow cover thickness, as well as wind direction and speed, etc. .P. The cognitive model in the process of work is periodically refined and supplemented.

По результатам измерений температуры и давления и данным, хранящимся в базе данных, производят расчет теоретической температуры гидратообразования tгт по приведенной выше детерминированной модели и определяют соответствующий ей номинальный расход ингибитора qном.According to the results of temperature and pressure measurements and the data stored in the database, the theoretical hydrate formation temperature t gm is calculated using the deterministic model given above and the corresponding nominal inhibitor flow rate q nom is determined.

Управление процессом предупреждения гидратообразования в шлейфах осуществляют на основе контроля давления на устье скважины р1, температуры t2 и давления р2 в конце шлейфа. Эти параметры измеряют в реальном масштабе времени с заданной периодичностью и заносят в базу данных.The process of preventing hydrate formation in the loops is controlled by monitoring pressure at the wellhead p 1 , temperature t 2 and pressure p 2 at the end of the loop. These parameters are measured in real time with a given frequency and entered into the database.

Диагностирование возможного начала процесса гидратообразования во входных шлейфах УКПГ осуществляют постоянным сравнением теоретической расчетной температурой гидратообразования tгт с измеряемой температурой t2 на выходе шлейфа (на входе УКПГ). Пока выполняется условие t2≥tгт, ингибитор, например метанол, в шлейф не подают (либо подают с номинальным расходом qном). Если измеряемая температура становится ниже значения tгт, то теоретически это может означать начало процесса гидратообразования. Однако это может быть следствием того, что детерминированная модель для расчета tгт не учитывает такие не измеряемые непосредственно факторы, как, например, рельеф местности, по которой проложен шлейф, состояние его изоляции, толщина снежного покрова, влияющие на коэффициент теплопередачи, и т.п.Diagnosis of a possible start of the hydrate formation process in the input gas treatment stubs of the gas treatment plant is carried out by constantly comparing the theoretical calculated temperature of hydrate formation t gt with the measured temperature t 2 at the outlet of the cable (at the input of the gas treatment plant). While the condition t rm 2 ≥t inhibitor, such as methanol, in the plume is not fed (or supplied with a nominal flow rate q nom). If the measured temperature falls below the value of t gt , then theoretically this may mean the beginning of the hydrate formation process. However, this may be due to the fact that the deterministic model for calculating t gt does not take into account factors not directly measured, such as, for example, the terrain on which the train is laid, its isolation state, snow cover thickness, affecting the heat transfer coefficient, etc. P.

Поэтому далее производят сравнение значений давления на устье скважины

Figure 00000009
со значением p1, полученным в предыдущем измерительном цикле. Одновременно сравнивают значения давления на выходе шлейфа
Figure 00000010
со значением р2, полученным в предыдущем измерительном цикле.Therefore, a further comparison is made of the pressure at the wellhead
Figure 00000009
with the value of p 1 obtained in the previous measuring cycle. At the same time, the pressure values at the loop output are compared
Figure 00000010
with the value of p 2 obtained in the previous measuring cycle.

Если на устье скважины наблюдают положительную динамику изменения давления (оно возросло на некоторую величину, конкретное значение которой устанавливают по когнитивной модели, например, на 10%), а на выходе шлейфа - отрицательную динамику (давление за тот же промежуток времени уменьшилось на некоторую определенную по когнитивной модели величину, например, тоже на 10%), и такое положение сохраняется в течение определенного времени (например, не менее 30 минут, период времени также устанавливают по когнитивной модели), делают однозначный вывод о начале процесса гидратообразования и подают в шлейф метанол (или увеличивают количество подаваемого метанола до значения, соответствующего устранению гидратной пробки и определяемого технологическим регламентом УКПГ).If at the wellhead a positive dynamics of pressure changes is observed (it has increased by a certain amount, the specific value of which is established by the cognitive model, for example, by 10%), and negative dynamics is observed at the outlet of the loop (pressure over the same period of time decreased by some of the cognitive model, the value, for example, also by 10%), and this position persists for a certain time (for example, at least 30 minutes, the time period is also set by the cognitive model), make an unambiguous conclusion about the beginning of the hydrate formation process and supply methanol to the loop (or increase the amount of methanol supplied to the value corresponding to the elimination of the hydrate plug and determined by the technological regulations of the gas treatment plant).

Если же давление не изменилось или изменение находится в допустимых для данного шлейфа пределах (их определяют из когнитивной модели), осуществляют коррекцию значения теоретической температуры гидратообразования tгт по когнитивной модели.If the pressure has not changed or the change is within the acceptable limits for this loop (they are determined from the cognitive model), the value of the theoretical hydrate formation temperature t rm is corrected using the cognitive model.

Пример конкретной реализации способа.An example of a specific implementation of the method.

Предложенный способ апробирован на шлейфе установки комплексной подготовки газа УКПГ-5 Ямбургского газоконденсатного месторождения. Длина шлейфа составляет 5 км. Давление на устье скважины в начале шлейфа составляет 2,8 МПа, а на входе УКПГ - 0,9 МПа. Месторождение находится в завершающей стадии эксплуатации, поэтому метанол подают в шлейф постоянно с некоторым номинальным расходом qном.The proposed method was tested on the loop of the integrated gas treatment unit UKPG-5 of the Yamburg gas condensate field. The length of the loop is 5 km. The pressure at the wellhead at the beginning of the plume is 2.8 MPa, and at the inlet of the gas treatment facility - 0.9 MPa. The field is in the final stage of operation, therefore methanol is fed into the loop constantly with a certain nominal flow rate q nom .

Расчет теоретической температуры гидратообразования tгт был выполнен по приведенной выше детерминированной модели для исходных данных, приведенных в таблице 1. Значение tгт составило минус 16,6°C, а соответствующая этой температуре концентрация водно-метанольного раствора - 40%.The theoretical hydrate formation temperature t gt was calculated according to the deterministic model given above for the initial data given in table 1. The value of t gt was minus 16.6 ° C, and the concentration of water-methanol solution corresponding to this temperature was 40%.

Figure 00000011
Figure 00000011

На скважинах, подключенных к шлейфу, были установлены регистраторы технологических параметров РТП-4, измеряющие значения давления и температуры и передающие их по радиоканалу в АСУ ТП УКПГ.At the wells connected to the loop, RTP-4 technological parameters recorders were installed, measuring pressure and temperature values and transmitting them over the air to ACS TP UKPG.

На фиг. 2 показан фрагмент данных регистрации значений давления на устье скважины (верхний график) и на выходе шлейфа (нижний график), полученный 10.02.2016. Как видно из графиков, примерно в 12 часов давление начинает изменяться, температура на выходе шлейфа в этот момент времени составила минус 17,8°C. Анализ результатов замеров давления на устье скважины и на выходе шлейфа примерно через 30 минут (таблица 2) показывает, что давление на устье возросло на 1.8% (ΔP1), а давление на выходе шлейфа уменьшилось на 16.7% (ΔР2). Таким образом, так как давление на выходе шлейфа уменьшилось более чем на 10%, то в соответствии с алгоритмом (см. фиг. 1) через 30 минут должен быть проведен повторный анализ динамики изменения давления. Анализ значений давления, соответствующих отметке времени 12.58, показывает, что давление на устье возросло на 4.3% (ΔP1), после чего стабилизировалось, а давление на выходе шлейфа уменьшилось на 27.8% (ΔР2) и также стабилизировалось. Следовательно, согласно алгоритму (см. фиг. 1), условие возникновения гидратообразования не выполняется и требуется корректировка теоретической температуры гидратообразования по когнитивной модели до минус 18.3°C.In FIG. Figure 2 shows a piece of data on recording pressure values at the wellhead (upper graph) and at the loop exit (lower graph) obtained on 02.10.2016. As can be seen from the graphs, at about 12 o’clock the pressure begins to change, the temperature at the loop exit at this point in time was minus 17.8 ° C. An analysis of the results of pressure measurements at the wellhead and at the loop exit after about 30 minutes (Table 2) shows that the pressure at the wellhead increased by 1.8% (ΔP 1 ), and the pressure at the loop outlet decreased by 16.7% (ΔP 2 ). Thus, since the pressure at the outlet of the loop decreased by more than 10%, then in accordance with the algorithm (see Fig. 1) after 30 minutes, a repeated analysis of the dynamics of pressure changes should be carried out. An analysis of the pressure values corresponding to a time stamp of 12.58 shows that the pressure at the wellhead increased by 4.3% (ΔP 1 ), then stabilized, and the pressure at the outlet of the loop decreased by 27.8% (ΔP 2 ) and also stabilized. Therefore, according to the algorithm (see Fig. 1), the condition for the occurrence of hydrate formation is not fulfilled and a correction of the theoretical temperature of hydrate formation according to the cognitive model to minus 18.3 ° C is required.

На фиг. 3 показаны графики изменения давления, снятые 14.02.2016. Давление начинает изменяться примерно в 21.51, температура на выходе шлейфа в этот момент времени составила минус 18,6°C. Анализ результатов замеров давления на устье скважины и на выходе шлейфа в 22.21 показывает, что давление на устье возросло на 10.5% (ΔP1), а давление на входе в УКПГ уменьшилось на 49.2% (ΔР2). Таким образом, так как оба значения давления на устье скважины и на входе в УКПГ изменились более чем на 10%, то в соответствии с алгоритмом (см. фиг. 1) через 30 минут должен быть проведен повторный анализ динамики изменения давления. Замер, проведенный в 22.51, показывает, давление на устье возросло на 13.3% (ΔP1), а давление на выходе шлейфа уменьшилось на 52% (ΔР2). Следовательно, согласно алгоритму (см. фиг. 1) выполняется условие возникновения гидратообразования и необходимо увеличить подачу метанола.In FIG. Figure 3 shows the graphs of pressure changes taken on 02/14/2016. The pressure begins to change at about 21.51, the temperature at the outlet of the loop at this point in time was minus 18.6 ° C. An analysis of the results of pressure measurements at the wellhead and at the loop exit at 22.21 shows that the pressure at the wellhead increased by 10.5% (ΔP1), and the pressure at the inlet to the gas treatment facility decreased by 49.2% (ΔP2). Thus, since both pressure values at the wellhead and at the inlet of the gas treatment facility have changed by more than 10%, in accordance with the algorithm (see Fig. 1), a reanalysis of the dynamics of pressure changes should be carried out after 30 minutes. Measurement taken at 22.51 shows that the pressure at the mouth increased by 13.3% (ΔP1), and the pressure at the outlet of the loop decreased by 52% (ΔP2). Therefore, according to the algorithm (see Fig. 1), the condition for hydrate formation occurs and it is necessary to increase the supply of methanol.

Figure 00000012
Figure 00000012

Таким образом, предложенный способ обеспечивает следующие положительные результаты:Thus, the proposed method provides the following positive results:

- повышение достоверности определения момента начала гидратообразования за счет ввода дополнительных критериев и их проверки и корректировки в режиме реального времени;- increasing the reliability of determining the moment of hydrate formation by introducing additional criteria and checking and adjusting them in real time;

- уменьшение расхода ингибитора гидратообразования за счет того, что подача начинается только в случае реального возникновения условий гидратообразования;- reducing the flow rate of the hydrate inhibitor due to the fact that the supply starts only in the event of a real occurrence of hydration conditions;

- повышение оперативности подачи ингибитора гидратообразования за счет раннего обнаружения условий возникновения гидратной пробки;- increasing the flow rate of the hydrate inhibitor due to the early detection of conditions for the occurrence of hydrate plugs;

- повышение точности определения температуры начала гидратообразования за счет использования когнитивной модели.- improving the accuracy of determining the temperature of hydrate formation through the use of a cognitive model.

Claims (5)

1. Способ предупреждения гидратообразования в промысловых системах сбора газа, преимущественно в районах Крайнего Севера, при котором в шлейф подают ингибитор гидратообразования, а для определения начала процесса гидратообразования измеряют температуру газа на устье скважины t1, фактическую температуру газа на выходе из шлейфа t2 и температуру окружающей среды t0, вычисляют по детерминированной модели некоторое расчетное значение температуры газа, принимают его за базовое значение и в режиме реального времени сравнивают фактическое значение температуры на выходе из шлейфа с базовым значением, отличающийся тем, что дополнительно в режиме реального времени измеряют давление на устье скважины р1 и на выходе из шлейфа р2, за базовое значение температуры принимают теоретическое расчетное значение температуры гидратообразования tгт, при уменьшении фактической температуры на выходе из шлейфа t2 до значений ниже базового значения tгт сравнивают текущее значение давления на выходе из шлейфа р2 ' со значением р2, полученным в предыдущем измерительном цикле, и текущее значение давления на устье скважины p1 ' со значением р1, полученным в предыдущем измерительном цикле, и если это давление на устье возросло на некоторую величину Δ1, а давление на выходе из шлейфа одновременно уменьшилось на некоторую величину Δ2, конкретные значения которых определяют по когнитивной модели для данного шлейфа, и эта динамика сохраняется в течение времени τ, также определяемого по когнитивной модели, то диагностируют начало процесса гидратообразования и начинают (увеличивают) подачу ингибитора в шлейф, а если значения давления на устье скважины и выходе шлейфа не выходят за установленные когнитивной моделью пределы изменения, корректируют теоретическое расчетное значение температуры гидратообразования tгт по когнитивной модели.1. A method of preventing hydrate formation in field gas collection systems, mainly in the Far North, where a hydrate inhibitor is fed into the plume, and to determine the beginning of the hydrate formation process, measure the gas temperature at the wellhead t 1 , the actual gas temperature at the outlet of the plume t 2 and ambient temperature t 0 is calculated by the deterministic model a calculated value of the gas temperature, taking for its base value and in real time comparing actual The values of the outlet temperature of the plume with the base value, characterized in that an additional real-time measured pressure wellhead p 1 and at the outlet of the loop p 2, the base temperature value is taken theoretically calculated hydrate formation temperature value t zm, while reducing the actual outlet temperature t 2 loop to a value below the reference value t rm compare current pressure value at the outlet of the loop p 2 'with the value p 2, obtained in the previous measurement cycle, and the current znach of pressure at the wellhead p 1 'to the value p 1, obtained in the previous measurement cycle, and if the pressure at the wellhead increased by some amount Δ 1, and the pressure at the exit of the loop at the same time decreased by a certain value Δ 2, specific values are determined according to the cognitive model for this loop, and this dynamics is maintained for a time τ, also determined by the cognitive model, then the onset of the hydrate formation process is diagnosed and the flow of the inhibitor into the loop is started (increased), and if the values are pressured At the wellhead and the loop exit, they do not go beyond the limits of change established by the cognitive model; they correct the theoretical calculated value of hydrate formation temperature tmr according to the cognitive model. 2. Способ предупреждения гидратообразования в промысловых системах сбора газа по п. 1, отличающийся тем, что теоретическое расчетное значение температуры гидратообразования определяют по детерминированной модели вида2. A method of preventing hydrate formation in commercial gas collection systems according to claim 1, characterized in that the theoretical calculated value of the temperature of hydrate formation is determined by a deterministic model of the form
Figure 00000013
Figure 00000013
где КТ - теоретический расчетный коэффициент теплопередачи шлейфов, Di - коэффициент Джоуля-Томпсона, l - длина шлейфа, G - массовый расход газа, Ср - теплоемкость газа.where K T is the theoretical calculated heat transfer coefficient of the loops, D i is the Joule-Thompson coefficient, l is the length of the loop, G is the mass flow of gas, C p is the heat capacity of the gas. 3. Способ предупреждения гидратообразования в промысловых системах сбора газа по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что в когнитивную модель включают диаметр, длину и пространственное расположение шлейфа, электрическое сопротивление его изоляции, направление и скорость ветра, толщину снежного покрова на шлейфе, объемный расход, влагосодержание и состав газа.3. A method of preventing hydrate formation in field gas collection systems according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that the cognitive model includes the diameter, length and spatial location of the loop, the electrical resistance of its insulation, the direction and speed of the wind, the thickness of the snow cover on the loop, volumetric flow rate, moisture content and gas composition.
RU2016139838A 2016-10-10 2016-10-10 Method for preventing hydrate formation in field systems of gas collection RU2637541C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016139838A RU2637541C1 (en) 2016-10-10 2016-10-10 Method for preventing hydrate formation in field systems of gas collection

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016139838A RU2637541C1 (en) 2016-10-10 2016-10-10 Method for preventing hydrate formation in field systems of gas collection

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2637541C1 true RU2637541C1 (en) 2017-12-05

Family

ID=60581538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016139838A RU2637541C1 (en) 2016-10-10 2016-10-10 Method for preventing hydrate formation in field systems of gas collection

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2637541C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111322066A (en) * 2020-03-26 2020-06-23 东北石油大学 Wellhead throttling high-pressure gas well hydrate monitoring method and control device
RU2778763C1 (en) * 2021-06-03 2022-08-24 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Иркутск" (ООО "Газпром добыча Иркутск") Method for preventing hydrate formation in a gas collection system of gas condensate fields

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1301434A1 (en) * 1985-11-27 1987-04-07 Специальное проектно-конструкторское бюро "Промавтоматика" Method of automatic control for preventing hydration
SU1690800A1 (en) * 1989-03-30 1991-11-15 Краснодарское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика" Method of testing for hydrates in gas lines
RU2049957C1 (en) * 1992-01-31 1995-12-10 Уренгойское производственное объединение им.С.А.Оруджева "Уренгойгазпром" Method of avoidance of hydrate formation in preparing hydrocarbon gas for transportation
US5674312A (en) * 1994-07-13 1997-10-07 Gdt Corporation Injection of soluble gas in a liquid stream and removal of residual undissolved gas
RU2329371C1 (en) * 2006-10-26 2008-07-20 ООО "Ямбурггаздобыча" Method of hydration control in intrafield flowlines of gas and gas-condensate pools in far north

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1301434A1 (en) * 1985-11-27 1987-04-07 Специальное проектно-конструкторское бюро "Промавтоматика" Method of automatic control for preventing hydration
SU1690800A1 (en) * 1989-03-30 1991-11-15 Краснодарское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика" Method of testing for hydrates in gas lines
RU2049957C1 (en) * 1992-01-31 1995-12-10 Уренгойское производственное объединение им.С.А.Оруджева "Уренгойгазпром" Method of avoidance of hydrate formation in preparing hydrocarbon gas for transportation
US5674312A (en) * 1994-07-13 1997-10-07 Gdt Corporation Injection of soluble gas in a liquid stream and removal of residual undissolved gas
RU2329371C1 (en) * 2006-10-26 2008-07-20 ООО "Ямбурггаздобыча" Method of hydration control in intrafield flowlines of gas and gas-condensate pools in far north

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ИСТОМИН В. А. и др., Предупреждение и ликвидация газовых гидратов в системах добычи газа, Москва, ООО ИРЦ Газпром, 2004, с. 328-408. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111322066A (en) * 2020-03-26 2020-06-23 东北石油大学 Wellhead throttling high-pressure gas well hydrate monitoring method and control device
RU2778763C1 (en) * 2021-06-03 2022-08-24 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Иркутск" (ООО "Газпром добыча Иркутск") Method for preventing hydrate formation in a gas collection system of gas condensate fields

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2329371C1 (en) Method of hydration control in intrafield flowlines of gas and gas-condensate pools in far north
US20210108146A1 (en) Additive management system
AU2007235957B2 (en) Method for production metering of oil wells
CN103534556B (en) Flow measurement device
EP3749930B1 (en) Systems and methods for finding and solving wet gas venturi meter problems in real-time
DK179510B1 (en) MULTIFASE FLUID ANALYSIS
BRPI0815491B1 (en) method for determining fluid flow rates in a group of fluid injection wells connected to a collective fluid supply manifold
Reshetnikov et al. An evaluation of historical methane emissions from the Soviet gas industry
RU2637541C1 (en) Method for preventing hydrate formation in field systems of gas collection
CN103217457A (en) Method for predicting hydrates in natural gas pipeline running and cleaning processes
CN111364941A (en) Shale gas well wellhead pressure control method and control system thereof
RU2661500C1 (en) Method of inhibitor supply automatic control for prevention of the hydrates formation in gas gathering tails of gas condensate deposits located in the far north regions
CN106223995A (en) Down-hole coal bed region gas pumping effect analysis method based on monitoring historical data
RU2532490C1 (en) Method and installation for flow rate measurement of products from gas-condensate and oil wells
RU2573654C1 (en) Method to control hydrate formation process in gas-gathering flow lines connected to common manifold at far north gas and gas condensate deposits
RU2597390C1 (en) Method of operating gas field in collector-beam arrangement scheme collection at final stage of deposit development
RU2764944C2 (en) Method for determining the beginning of formation of liquid or hydrate plugs in a gas collecting field network
RU2671013C1 (en) Method and installation for measuring liquid and gas components of oil, gas and gas-condensate wells
RU2687519C1 (en) Inhibitor supply automatic control method for the hydrates formation prevention in located in the far north regions integrated / preliminary gas preparation installations gathering systems
CN111832232A (en) Technical method for diagnosing and identifying accumulated liquid in pipeline
RU2775929C1 (en) Method for automatic control of inhibitor supply for preventing hydrate or ice formation in systems for extraction, collection and preparation of gas and gas condensate fields
Prakhova et al. Cognitive model-based system of optimal control of methanol supply to the flowline
RU2596611C2 (en) Adaptive method for measuring flow rate of gas condensate well products
US20240185268A1 (en) System and Method for Calculating Flare Volumes
WO2022119479A1 (en) Controlling the condensate/gas or gas/oil ratio of a multiphase fluid

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181011