La capacità di monitorare il livello della sabbia nei dissabbiatori, nei separatori e nei sistemi di riflusso consente l'automazione e una maggiore efficienza dei processi di rimozione della sabbia e un migliore utilizzo e durata delle apparecchiature.
Introduzione
La produzione di sabbia è una delle maggiori preoccupazioni nell’industria del petrolio e del gas. La sabbia viene creata dai fluidi e dalle rocce estratte dai pozzi. Come conseguenza della presenza di sabbia, l’intero processo di trasporto e trasformazione è influenzato dal deterioramento delle attrezzature (pozzo di pozzo, condutture, tubi, valvole, strozzatore, separatore), arresti della produzione, diminuzione della velocità di produzione, manutenzione anticipata, ecc. Sono necessari notevoli sforzi economici quindi impegnarsi nella gestione e nel controllo della sabbia sul campo.
La produzione di sabbia è una questione presente nel settore Upstream di Oil and Gas, che si occupa dell’esplorazione, estrazione e produzione di petrolio greggio e gas. Dopo che un pozzo è stato perforato e controllato con una quantità economicamente estraibile di idrocarburi, le teste pozzo vengono utilizzate per controllare la velocità e le condizioni di estrazione. I separatori monofase o multifase vengono quindi utilizzati per ottenere gli idrocarburi necessari per la raffinazione o la lavorazione, nota come lato downstream del settore.
Questo articolo descrive il Rheonics Sensore SDP per il rilevamento della sabbia e come viene utilizzato per monitorare il livello della sabbia nell'attrezzatura per la separazione della sabbia, consentendo azioni rapide per una migliore gestione della sabbia.
Rheonics vengono utilizzati anche i sensori monitoraggio del peso del fangooring dei fluidi di perforazione in tempo reale sui siti degli impianti.
Figura 1: Panoramica sull'estrazione di petrolio e gas e sulla produzione di sabbia
Monitoraggio del livello di gestione della sabbiaoring e controllo
La gestione della sabbia si riferisce al "ciclo di vita della sabbia", che comprende procedure come le previsioni modellate iniziali e il monitoraggio effettivooringe lo smaltimento finale degli accumuli di sabbia, considerando gli aspetti ambientali, di sicurezza ed economici.
Durante la gestione della sabbia le azioni richieste sono: separazione, raccolta, pulizia, misurazione e monitoraggiooring.
Separatori di sabbia
La separazione è un processo utilizzato per isolare i solidi dal liquido contenuto nel fluido multifase proveniente dal pozzo. Attrezzatura utilizzata per la separazione della sabbia, ovvero. I dissabbiatori possono essere recipienti a gravità (ad esempio, sistemi di eliminazione dell'acqua libera (FWKO) con un getto di sabbia), dissabbiatori con trappole di sabbia, idrocicloni o sistemi di filtraggio.
Questi dissabbiatori variano in termini di design, dimensioni e principi di funzionamento. La selezione dipende dalla capacità richiesta, dalla portata, dalle dimensioni dei solidi, dalla posizione nella linea di produzione, dall'impatto economico, ecc. Esistono diversi stili di dissabbiatori adatti a casi d'uso specifici come dissabbiatore multi-linea, dissabbiatore a inserti, ecc.
Dissabbiatore della testa di pozzo sono separatori ciclonici multifase suolo-fluido progettati per trattare l'intero flusso del pozzo. Possono funzionare con flussi misti di petrolio, gas e acqua e possono funzionare con frazioni di vuoto completo di gas e sono utilizzati sia nei pozzi di gas che in quelli petroliferi. Vengono utilizzati sia per la gestione della produzione temporanea di solidi durante i test e la pulizia dei pozzi, sia per il processo di produzione continua e permanente della sabbia. Sono costruiti per soddisfare le classificazioni di progettazione ASME e API-6A.
Il prossimo figura mostra i dissabbiatori comuni utilizzati in luoghi diversi e dove sono in linea Rheonics è possibile utilizzare sensori.
L'installazione di un dissabbiatore può essere definita dalla sua posizione rispetto alla valvola a farfalla. Le valvole di strozzatura vengono utilizzate per controllare la portata e la pressione nella linea. I dissabbiatori posizionati prima della strozzatura o alla testa pozzo proteggono tutte le apparecchiature a valle (inclusa la strozzatura della testa pozzo) ma richiedono una progettazione ad alta pressione. I dissabbiatori posizionati dopo lo starter richiedono valori di pressione molto più bassi, possono essere più economici, ma non proteggono lo starter (è richiesta manutenzione o sostituzione) e sono generalmente di dimensioni maggiori.
Un ulteriore vantaggio dei dissabbiatori installati prima della strozzatura della testa pozzo è che la sabbia filtrata è solitamente più pulita, con una bassa percentuale di idrocarburi (fino allo 0.5% di concentrazione in peso – kg di olio per kg di sabbia secca) [5].
Idrocicloni:
Un dispositivo separatore ciclonico, chiamato anche “dissabbiatore”, “ciclone dissabbiatore” o “idrociclone dissabbiatore”, utilizza un flusso vorticoso con il fluido multifase effluente per catturare e separare i solidi. Le forze centrifughe costringono i solidi, come la sabbia, a spostarsi vicino alla parete e vengono trascinati verso il basso per gravità lungo il recipiente a forma conica come sottoflusso. Durante questo processo, un flusso di fluido pulito, acqua o idrocarburi viene indotto a fuoriuscire dal recipiente attraverso la parte superiore, al centro del flusso vorticoso.
Il sottoflusso con i solidi filtrati viene stoccato in una sezione di accumulo sottostante, che può essere solidale o separata dalla ciclone.
Un problema noto dei separatori ciclonici è l'accumulo o la solidificazione della sabbia che può intasare il sistema. Ciò può accadere se la velocità con cui viene creata la sabbia supera la velocità con cui la sabbia viene rimossa attraverso tubi e valvole. Le valvole di scarico con un ciclo di apertura predefinito sono inefficaci poiché la formazione di sabbia può non essere costante e spesso varia. Se la valvola si apre quando non si forma sabbia, il fluido effluente multifase può passare direttamente attraverso il sottoflusso, perdendo il prodotto. Se si apre troppo tardi, la sabbia riempirà la nave, compromettendo le operazioni generali.
Lasciando leggermente aperta la valvola di scarico dell'accumulatore si ha una continua perdita di liquido ed erosione sulla valvola di scarico. Per il funzionamento a bassa pressione (<100 psig all'ingresso) viene spesso utilizzato questo metodo di funzionamento. Tuttavia, per il funzionamento ad alta pressione (>100 psig), o flusso multifase con olio nel flusso del fluido, o solidi molto abrasivi, o problemi con la gestione di grandi volumi di liquidi scaricati, aprire la valvola di scarico non è una soluzione ragionevole (4) .
Una soluzione migliorata consiste nell'utilizzare linee di flusso o linee di flusso nel recipiente. Utilizzando sensori di pressione, è possibile rilevare la differenza di pressione creata dall'accumulo di sabbia e la linea di flusso crea un flusso verso il basso evitando l'intasamento della sabbia. Questi però sono inefficaci anche se il tasso di creazione della sabbia è troppo elevato.
Gli operatori possono monitorare la produzione di sabbia nei separatori e in qualsiasi altra attrezzatura, utilizzando una varietà di tecniche, come l'analisi di campioni di fluido, simulazioni numeriche e altre tecniche di misurazione indiretta oltre ai sensori di misurazione diretta del livello della sabbia come Rheonics Sonda per rilevamento sabbia SRV-SDP. L'obiettivo in tutti questi casi è identificare e affrontare tempestivamente i problemi di produzione della sabbia e, in alcuni casi, automatizzare la rimozione della sabbia.
Figura 5: Linea di flusso nei dissabbiatori
Necessità di monitoraggio in tempo realeoring del livello della sabbia
L'utilizzo di apparecchiature per monitorare il livello o la concentrazione della sabbia consente all'utente di:
- Identificare gli accumuli di sabbia senza intervento umano
- Pianificare la manutenzione e la pulizia delle attrezzature
- Agire tempestivamente (prima che i depositi di sabbia causino gravi danni)
- Pianificare i miglioramenti del processo
- Analizzare le tendenze del tasso di erosione
- Stabilizzare gli scantinati per il controllo completo dell'automazione
- Ridurre la necessità di controlli visivi e supervisione umana
- Migliorare la sicurezza operativa e la sicurezza del personale in loco
Diverse strategie per il sand monitoring
Alcune tecnologie utilizzate per il monit della sabbiaoring sono elencati nella tabella successiva.
Tabella 1: Tecnologie dei sensori per il monitoraggio della sabbiaoring
| Tecnologia | Descrizione | Vantaggi | Svantaggi |
|---|---|---|---|
| Sensori acustici | Non intrusivo Misura le onde sonore generate dalla sabbia a causa delle particelle che colpiscono la superficie di un pozzo, di una tubazione o di qualsiasi attrezzatura | Facile da installare in più punti di produzione. Utile per identificare i luoghi di concentrazione e, fino ad un certo livello, la dimensione delle particelle. | Influenzato dal flusso del fluido, dalle bolle, dalle vibrazioni esterne, ecc. Difficile da calibrare: mancanza di apparecchiature di calibrazione affidabili. Non funziona ad alte pressioni o quando sono presenti depositi sul trasduttore. |
| Sonde di erosione | Sonda intrusiva e invasiva. Misura le differenze di resistenza elettrica dovute alla perdita di materiale dalla superficie metallica della sonda causata dall'impatto della sabbia. | Fornisce informazioni dirette e quantitative sulla quantità e distribuzione della produzione di sabbia. Utilizzato come campione di potenziali danni all'apparecchiatura. | Interessato da corrosione, incrostazioni o ostruzioni. Prestazioni e durata sono compromesse. Necessita di un monitoraggio attentooring per la sostituzione. La sensibilità della misurazione è compromessa a causa degli artefatti del processo. |
| Sensore di concentrazione della sabbia | Misura la resistenza elettrica o la capacità del fluido, che dovrebbe essere correlata alla concentrazione di sabbia e alla portata massica nel fluido. | Offre dati continui e in tempo reale Avvisa eventuali modifiche o anomalie. | Influenzato da altre proprietà del fluido, come temperatura, pressione e salinità. La sensibilità e l'affidabilità della misurazione sono gravemente influenzate dagli artefatti del processo come i depositi. |
| Sonde ad ultrasuoni | Non invadente o invasivo Il sensore funziona emettendo onde sonore e determina il tempo in cui ritornano. Funziona come un radar per determinare se si formano solidi in una determinata sezione dell'apparecchiatura. | Fornisce informazioni in tempo reale senza essere invadente. Gestisce vibrazioni, radiazioni infrarosse, rumore ambientale e radiazioni EMI (interferenze elettromagnetiche). | Le letture possono essere influenzate dalle proprietà esterne dei fluidi. Richiede la calibrazione sul campo per ciascuna installazione a meno che non venga utilizzata una cella di flusso o un alloggiamento specifico. Gravemente affetto da depositi sulle pareti e necessita di ricalibrazione per funzionare con le mutevoli condizioni delle pareti dei vasi. |
| Sonde di vibrazione | Invasivo e invasivo Funziona ad una certa frequenza e rileva i cambiamenti o le deviazioni della frequenza quando è a contatto con fluidi e solidi. | Rileva gli accumuli nel tempo Può essere impostato come allarme di livello Può rilevare la corrosione | Può essere intasato da depositi. |
Rheonics SDP - Sonda per rilevamento sabbia
Rheonics SDP è una sonda per il rilevamento della sabbia in linea basata su Rheonics viscosimetro SRV. Il sensore SDP viene utilizzato insieme al software Ostrich (Rheonics Software per il rilevamento del livello della sabbia) per il rilevamento in tempo reale della sabbia nelle apparecchiature di separazione, compresi i separatori a ciclone.
Rheonics L'SDP può essere utilizzato per monitorare il livello della sabbia nelle apparecchiature dell'industria petrolifera e del gas come i separatori. Ciò aiuta a proteggere gli elementi di produzione in superficie (petrolio e gas) e sottomarini (attrezzature sottomarine).
Il funzionamento del sensore si basa su un risonatore torsionale che rileva le variazioni di viscosità e densità di un fluido monofase o multifase. Il sensore percepisce lo smorzamento indotto dal fluido in cui è immerso e il suo impatto sulla frequenza di risonanza.
L'SDP è configurato per sostenere le condizioni di lavoro del sistema, per pressioni elevate fino a 10K psi, con versioni disponibili per 15K psi e 25K psi. La sonda del sensore può anche essere montata con diverse connessioni al processo come flange API, Grayloc, Hammer Union, ecc. Ciò aiuta nell'integrazione del sensore SDP in diversi dissabbiatori e tubazioni e serbatoi a monte o a metà flusso.
Tabella 2: Specifiche Rheonics Sonda per rilevamento sabbia – SDP
| Rheonics Sonda per rilevamento sabbia - SDP | |
|---|---|
| Lunghezza di estensione | Personalizzabili |
| Connessione al processo | Personalizzabili |
| Massimo. Varianti di valutazione della pressione | 10,000 psi (690 bar, 69 MPa) 15,000 psi (1035 bar, 103 MPa) 25,000 psi (1724 bar, 172 MPa) |
| Materiali | Acciaio inox 316 Hastelloy C22 disponibile per ambienti ad alta corrosione |
| Certificazioni | Ex (ATEX, IECEx, JPEGx, ecc.) |
| disegno | Rheonics Disegno SDP |
Figura 6: Rheonics SDP – Sonda per rilevamento sabbia
Visita il prossimo articolo per conoscere un caso di installazione di Misuratore di densità e viscosità SRD in oleodotti e gasdotti secondo gli standard API.
Installazione SDP della sonda di rilevamento del livello della sabbia
Come mostrato nelle Figure 2, 4 e 5, il sensore SDP può essere installato in diversi punti, o tipi di dissabbiatore, della sezione a monte del petrolio e del gas.
Il sensore SDP può essere utilizzato per rilevare la presenza di sabbia o particelle che potrebbero “cementare” e ostruire lo scarico di sottoflusso sui dissabbiatori. Il sensore è posizionato ad un'altezza predefinita nel dissabbiatore che indica se il livello e il volume della sabbia sono sufficientemente alti da avvisare che è necessaria un'azione da parte del controller (ad esempio PLC) e dell'attuatore (ad esempio valvola) per rimuovere la sabbia. È possibile utilizzare due sonde per segnalare livelli bassi e alti per una migliore automazione del controllo della valvola di rimozione della sabbia ed evitare che qualsiasi fluido fuoriesca dal serbatoio nella linea di uscita dei solidi.
Le letture SDP del livello della sabbia forniscono informazioni sul livello dei depositi solidi in un fluido multifase. Ad esempio, se il fluido è composto principalmente da acqua, il sensore emette una lettura di circa 1-2cP. Ma quando vengono presentate particelle o fluidi aggiuntivi (ad esempio sabbia, olio, ecc.), le letture cambiano in modo significativo.
applicazioni:
Automatizza la rimozione dei solidi degli accumulatori nei dissabbiatori e separatori utilizzati per
- Perforazione di petrolio e gas
- Rimozione della sabbia prodotta
- Operazioni di prova bene
- Pulizia del tubo a spirale
- Operazioni di perforazione sbilanciate
- Trattamento delle acque reflue
- Trattamento delle acque di processo industriale
- Trattamento del deflusso delle acque meteoriche
- Impianto di desalinizzazione
- Impianto di riciclaggio
Vantaggi:
- Design compatto e robusto
- Nessuna parte in movimento, zero manutenzione o assistenza
- Riduce i costi operativi del dissabbiatore, rendendo economica la produzione di pozzi ad alto contenuto di sabbia
- Riduce l'erosione dei solidi della valvola di scarico dell'accumulatore attraverso l'attivazione basata sugli eventi
- Aiuta a ridurre la contaminazione da olio della sabbia prevenendo la formazione di fanghi e allevia i difficili problemi di accumulo di solidi
operazioni:
- Disponibili in un'ampia gamma di dimensioni e valori di pressione
- Disponibili con flange conformi ASME e API 6-A e altre connessioni al processo
- Non è necessaria alcuna messa in servizio o calibrazione in loco
- Viene fornito con il monitoraggio del livello di sabbiaoring software con avvisi e livelli di allarme facili da impostare
- È anche possibile attivare la valvola di scarico dell'accumulatore direttamente dal sistema di sensori
- Nessuna perdita di pressione operativa dovuta all'installazione del sensore nel dissabbiatore o nell'accumulatore
Installazione e supporto:
- Facile da installare
- Sonda sensore costruita per adattarsi a qualsiasi porta del dissabbiatore
- Certificato EX
- Non è necessaria alcuna messa in servizio o calibrazione
- Modalità test per verificare il funzionamento e la sensibilità del sensore
- Supporto globale con diagnosi remota e configurazione dei sensori
Sistema automatizzato di rimozione della sabbia
I Rheonics La sonda di rilevamento del livello di sabbia, SDP, apre la strada alla rimozione automatizzata degli accumuli di sabbia nei dissabbiatori e separatori utilizzati nell'industria petrolifera e del gas. Ciò avviene rilevando la presenza nella linea di sabbia o solidi prima che causino gravi danni all'apparecchiatura e inviando un segnale per attivare una valvola nella linea di sottoflusso per il trasporto della sabbia e la successiva rimozione.
Figura 7: Controllo della rimozione della sabbia con Rheonics Sonda per rilevamento sabbia SRV-SDP
Numerose aziende producono e gestiscono dissabbiatori adatti a varie applicazioni industriali. Alcuni di quelli sono:
- Controllo solidi GN
- Derrick Corporation
- Sulzer
- Schlumberger
- Expro
- Tecnica FMC
- Tecnologia eProcess
- FLSmetà
- CampioneX
- EnFloTech (tecnologia del dissabbiatore utilizzata per estrarre minerali pesanti dal mulino durante il processo di macinazione)
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Riferimenti
- Testa di pozzo – Wikipedia
- Indagine sui fenomeni di produzione della sabbia: una valutazione degli esperimenti di laboratorio e dei modelli analitici passati ed emergenti
- Tecnologia dell'idrociclone per la rottura del consolidamento e la rimozione della sabbia dell'idrato di gas naturale
- Dissabbiatore liquido – Bilanciamento del flusso Apex (B-FSM069)
- Applicazione della tecnologia del dissabbiatore multifase alla produzione di petrolio e gas
