Введение к работе
Актуальность темы
Одной из важнейших технических задач нефтедобывающих компаний является измерение количества добываемой нефти. В настоящее время в России ужесточается государственный контроль разработки нефтяных месторождений и рационального использования недр нашей страны. В этих условиях задача измерений количества добываемой нефти на устьях скважин и на лицензионных участках недр становится всё более актуальной.
Для решения этой задачи в настоящее время разрабатывается множество средств измерений. Однако для их применения необходимо знать их метрологические характеристики, такие как погрешность средства измерений и условия измерений, при которых пофешность измерений находится в обозначенных пределах.
Метрологические характеристики средств измерений определяются в процессе калибровки, поверки или испытаний с целью утверждения типа. В данной работе термином «испытания» мы определяем любые испытания средств измерений с целью определения их метрологических характеристик.
Существующие методы испытаний средств измерений расхода нефти разработаны для так называемой «товарной», или подготовленной нефти. Существуют государственные эталоны, поверочные установки, разработаны методы испытаний средств измерений расхода. Однако остается нерешенной проблема измерений расхода так называемой «сырой» нефти. Такие измерения необходимо выполнять с целью контроля за использованием месторождений нефти с точки зрения повышения отдачи нефтяных пластов, а также для финансовых расчетов между предприятиями и с целью налогообложения на добычу полезных ископаемых.
Сырая нефть содержит в себе воду, свободный и растворенный газ, механические примеси и т.д. Сырая нефть является очень сложным объектом измерений из-за неоднородности своего состава, и в первую очередь это связано с наличием в ней свободного газа.
Методы испытаний средств измерений расхода нефти, применяемые в настоящее время, позволяют определять характеристики приборов только на чистых жидкостях. Чаще всего такие испытания проводятся на товарной нефти или на воде. Для средств измерений расхода сырой нефти необходимы другие методы испытаний, позволяющие определять метрологические характеристики средств измерений.
Поведение сырой нефти в трубе является весьма сложным процессом, поэтому чрезвычайно сложно построить модель этого процесса и теоретически оценить влияние тех или иных параметров на процесс измерений. В настоящее время только обширные экспериментальные исследования могут дать надежные результаты при определении метрологических характеристик средств измерений расхода.
Таким образом, разработка и исследование методов испытаний расходомеров на искусственных газожидкостных потоках с заранее заданными характеристиками, а также методов комплексных испытаний сложных систем измерений количества сырой нефти в условиях эксплуатации представляют значительный интерес для создания системы метрологического обеспечения измерений и учета добываемых углеводородов.
Цель работы
Разработка метода испытаний расходомеров на газожидкостных потоках, позволяющего экспериментально определить метрологические характеристики расходомеров.
Разработка метода комплексных испытаний сложных систем измерений количества сырой нефти на месте их эксплуатации.
Разработка испытательных установок для реализации предложенных методов.
Достижение поставленной цели требует решения следующих научно-технических задач:
Разработать метод испытаний и алгоритм определения метрологических характеристик расходомеров нефти на газожидкостных потоках.
Разработать и создать установку для испытаний средств измерений расхода на газожидкостных потоках.
Экспериментально опробовать метод испытаний на примере кориолисовых массовых расходомеров.
Разработать схему испытательного полигона для метрологического обеспечения средств измерений расхода нефти.
Разработать метод испытаний стационарных систем измерений количества сырой нефти с помощью передвижной поверочной установки.
Разработать мобильную установку для комплексных испытаний систем измерений количества нефти на месте их эксплуатации.
Научная новизна
В данной диссертационной работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
Разработан метод испытаний кориолисовых массовых расходомеров, заключающийся в сличении результата измерений массы газожидкостной смеси расходомером с суммой масс отдельных компонентов смеси. Данный метод позволяет определить метрологические характеристики расходомеров при измерении газожидкостных потоков.
Разработан метод применения градуировочной характеристики кориолисовых массовых расходомеров на основе измерений плотности жидкости, что повышает метрологическую надежность прибора.
Разработан метод комплексных испытаний стационарных систем измерений количества сырой нефти, заключающийся в сличении результата измерений массы нетто нефти двумя последовательно установленными измерительными системами.
Разработана и предложена эталонная мобильная массоизмерительная установка (ЭММУ) для реализации метода комплексных испытаний стационарных систем измерений количества нефти.
Практическая значимость работы
Разработанная и построенная установка высокой точности (УВТ) позволяет создавать газожидкостные потоки, с высокой точностью соответствующие заранее заданным характеристикам, а также контролировать структуру газожидкостного потока.
Разработанный метод испытаний расходомеров с применением УВТ позволяет экспериментально исследовать влияние свободного газа в жидкости на метрологические характеристики расходомеров любого типа.
Проведенные исследования метрологических характеристик расходомеров позволяют научно обоснованно выбирать тип расходомеров в составе измерительных систем и методы их поверки, а также позволяют определить метрологические характеристики расходомеров и границы их применимости. Результаты проведенных исследований использованы при разработке ГОСТ Р 8.615 «ГСИ. Измерения количества извлекаемых из недр нефти и нефтяного газа. Общие метрологические и технические требования», имеется акт об использовании результатов исследований.
Предложена структура и состав испытательного полигона для средств измерений сырой нефти и продукции нефтяных скважин.
Результаты данной работы были использованы при выполнении НИР «Разработка технологии создания государственного эталонного комплекса метрологического обеспечения измерений количества добываемого углеводородного сырья (нефти и нефтяного газа) и экологически чистого бензина с использованием мембранных материалов», выполняемой в рамках Федеральной целевой программы «Национальная технологическая база» на 2007-2011 годы. Разработанные методы испытаний средств измерений расхода нефти заложены в основу проектируемого Государственного эталонного комплекса метрологического обеспечения добываемого углеводородного сырья. Имеется акт об использовании результатов диссертационной работы.
5. Разработанные метод комплексных испытаний стационарных систем
измерений количества сырой нефти и эталонная мобильная массомерная
установка (ЭММУ) позволяют определять погрешность систем измерений
количества сырой нефти путем сличения результатов измерений массы нетто
нефти, измеренной за сутки, с показаниями ЭММУ.
На защиту выносятся:
Метод испытаний средств измерений расхода, основанный на измерениях расхода газожидкостной смеси с заранее заданными характеристиками.
Установка УВТ для испытаний средств измерений расхода на газожидкостных потоках.
Результаты экспериментальных исследований метрологических характеристик кориолисовых массовых расходомеров, показывающие систематический характер дополнительной погрешности расходомеров при наличии газа в измеряемой жидкости.
Метод градуировки кориолисового массового расходомера на основе измеренной плотности газожидкостного потока, заключающийся в построении зависимости коэффициента коррекции расходомера от объемного содержания газа в жидкости.
Структурная схема и состав испытательного полигона средств измерений газожидкостных потоков.
Разработанная и построенная эталонная мобильная массомерная установка ЭММУ для комплексных испытаний и поверки стационарных измерительных систем.
Степень достоверности результатов проведенных исследований Достоверность полученных результатов обеспечивается одновременным применением нескольких принципов измерений и повторяемостью результатов, сопоставимостью результатов эксперимента с результатами исследований известных авторов. Достоверность результатов также подтверждается актами
использования результатов работы при разработке ГОСТ Р 8.615 и при
проектировании Государственного эталонного комплекса для средств измерений
добываемого углеводородного сырья.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались
на V, IX международных симпозиумах «Ресурсоэффективкость и
энергосбережение» (Казань, 2004 и 2008 гг.), XXII, XXVII и XXVIII
международных практических конференциях «Коммерческий учет
энергоносителей» (Санкт-Петербург, 2005 и 2008 гг.), II молодежной
международной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань,
2007 г.).
Публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в 12 печатных работах, из
них четыре в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих
в Перечень ВАК,
Личный вклад автора
Результаты, представленные в диссертации и публикациях, получены при
непосредственном участии соискателя. Автор принимал участие в разработке и
создании испытательной установки, разработал методы испытаний средств
измерений, выполнил экспериментальные исследования и анализ
экспериментальных данных.
Соответствие диссертации научной специальности
Диссертация соответствует специальности 05.11.13 - Приборы и методы
контроля природной среды, веществ, материалов и изделий. Представленные в
ней результаты соответствуют п. 3 «Разработка, внедрение и испытания
приборов, средств и систем контроля природной среды, веществ, материалов и
изделий, имеющих лучшие характеристики по сравнению с прототипами», п. 5
«Разработка метрологического обеспечения приборов и средств контроля
природной среды, веществ, материалов и изделий, оптимизация
метрологических характеристик приборов» и п. 7 «Методы повышения
информационной и метрологической надежности приборов и средств контроля
в процессе эксплуатации, диагностика приборов контроля» паспорта
специальности.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии.
Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, включая 35
рисунков и 10 таблиц. Библиографический список включает 98 наименований.
