Технические науки/ 12. Автоматизированные системы управления на производстве

Ермаханов Арыстан Арапбаевич

Кызылординский государственный университет им. Коркыт Ата, Казахстан

СОВРЕМЕННАЯ СИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ МНОГОФАЗНОГО ТРАНСПОРТА ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ

Одной из главных задач освоения морских нефтегазовых месторождений, и месторождений расположенных на суше, с которой связаны вопросы производственной безопасности, экологии и значительных финансовых вложений, является задача транспорта добытого сырья. Наиболее экономичным для морских месторождений является многофазный транспорт, позволяющий перекачать добытую смесь по трубопроводу до береговой инфраструктуры. Однако многофазный поток требует тщательного контроля, мониторинга, анализа и управления. Это связано с неустановившимся режимом различных процессов в потоке, зависящих от многих факторов как внутри трубопровода, так и снаружи.

Потенциальные проблемы при многофазном потоке связаны со следующими факторами: одновременное существование нескольких режимов, фазовые взаимодействия, свойства флюидов, влияние геометрии трубопровода и топологии сети трубопровода на стабильность потока и др. В процессе транспорта все эти явления находятся во взаимодействии, что делает невозможным прогнозирование и борьбу с ними путем моделирования статических режимов.

Наиболее совершенными системами моделирования считаются решения, способные моделировать неустановившиеся процессы в динамике. Такой подход необходим при наличии многофазной смеси, которую необходимо транспортировать до пункта сбора и первичной обработки. Промысловые и экспериментальные данные подтверждают, что изменение угла наклона трубы всего на 2° влияет на режим потока, а изменение режима потока легко может привести к его прекращению (рис. 1).

Наиболее универсальным решением в области многофазного моделирования неустановившихся процессов является технология OLGA 2000 норвежской компании Scandpower Petroleum Technology AS. Начало ее создания относится к 70-м годам XX века. Инициатива принадлежала таким компаниям как Statoil, Norsk Hydro, ExxonMobil, Total, ConocoPhillips, Agip, и двум исследовательским норвежским институтам SINTEF и IFE. В настоящее время технология является производственным стандартом в области динамического моделирования многофазного потока.

Технология OLGA 2000 позволяет исследовать все трудно прогнозируемые технологические процессы, изменяющиеся во времени: коррозию, образование гидратов, рельефных и гидродинамических пробок, выпадение парафинов и др. Именно этим явлениям следует уделять особое внимание, так как их игнорирование на ранней стадии проектирования может привести к огромным материальным потерям, а на стадии эксплуатации – к снижению эффективности производства.

В практике моделирования обустройства морских месторождений технология OLGA 2000 используется для определения оптимальной транспортной инфраструктуры, позволяющей проводить загрузку дополнительными объемами с учетом ввода соседних месторождений. При этом определяется влияние смешанного состава флюидов на режимы потока по трубопроводу и возможности приемных сооружений на берегу. По такому принципу были разработаны и введены в эксплуатацию месторождения SNOHVIT, ALBATROSS, ASKELADD (рис. 2).

Доставка многофазного потока осуществляется по 143-км трубопроводу по дну моря до завода сжижения газа на берегу. Работы выполняются с максимальной экологической безопасностью, что является результатом тщательного моделирования, в том числе и использования технологии OLGA 2000. Без применения средств динамического моделирования многофазный транспорт на таком расстоянии был бы невозможен.

Практика показывает, что и менее сложные с климатической и технической точек зрения многофазные трубопроводы могут послужить причиной выхода из строя оборудования, остановки перекачки, что в конечном счете выливается в миллионы недополученных средств и недополученной прибыли. Причиной может быть влияние как рельефа трубопровода на режим потока, что может выражаться в образовании пробок, вызванном влиянием рельефа на процесс перераспределения углеводородов в трубопроводе (рис. 3), так и гидродинамических пробок, образование которых обусловлено разной скоростью движущихся фаз. Из-за динамического характера этих процессов можно описать с помощью динамического моделирования. Технология OLGA 2000 дает полное представление о начале образования, движении, разрушении или конгломерации как гидродинамических, так и рельефных пробок по всей длине трубопровода на любой момент времени в любой его точке. Таким образом, задолго до запуска трубопровода можно оценить влияние пробок на стабильность в нем потока, оценить влияние режима потока на технологическое оборудование как на входе, так и на выходе из трубопровода. Эта оценка позволяет избежать дополнительных затрат в период эксплуатации.

Согласно статистическим данным более 90 % выхода из строя насосов происходит в период остановки и повторного запуск оборудования. В большинстве случаев причинами выхода из строя являются ошибки проектирования, связанные с неучетом влияния рельефа трубопровода на объем жидкости, накапливающейся в трубопроводе после остановки насоса и перераспределяющейся по рельефу трубопровода под действием собственного веса. Неучет накопленной жидкости в период остановки является основной причиной перегрузки оборудования и невозможности в некоторых случаях осуществить его повторный запуск.

Приведенные данные подтверждают необходимость использования средств моделирования неустановившихся процессов на ранней стадии проектирования для разработки технологического решения, учитывающего все возможные негативные динамические процессы, которые нельзя выявить при использовании статических средств моделирования.