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苛刻工况环境下的智能控制阀应用

来源:CECHINA2006.09.30阅读 2130

  时至今日,石油和天然气的开采工作仍多数在地处世界最偏远角落、开采条件极其恶劣的井下作业。尽管各大媒体竞相报道油价飞涨,油田的日常工作仍维持相对稳定的开采量。巨大的商机和市场潜力不断地鼓励着人们发现更多新技术来优化开采工艺。
  这就是促使总部设在阿拉斯加的Flowserve流量控制公司的经销商,同时也是Alpine阀门与控制系统公司总裁的Joe Gross和Unocal Alaska公司合作的动力。Alpine公司、Unocal公司和Flowserve公司的工程师们设计、实现和解决了Unocal公司的油井开采问题。在阿拉斯加中南部上Upper Cook湾Unocal公司的Monopod海上平台上,Flowserve公司的StarPac智能控制阀对稳定油井性能和提高产油量很有帮助。它不但提高了收入CONTROL ENGINEERING China版权所有,而且和传统的阀门技术相比更有成本优势。
  扰动影响产油量
  根据多年的海上采油经验,Gross说:“油井是敏感之物,稍受干扰,它就会失常”。
  为了解决油井扰动问题,Gross和Unocal公司采油工程师Justus Hinks在Monopod平台上会面。Monop
od平台是1967年安装的,是Cook湾第一批投入使用的石油-天然气平台中的一个。油井已显现出包括不稳定、有限的产油量和高气举消耗量等一系列的问题。Gross和Hinks必须确定StarPac智能控制阀是否能控制油井的气举流量,从而稳定油井,提高产液量并减少运行所需的注气量。

Monopod平台A-15油井的价值
图1:图中使用彩色强调了Monopod平台A-15油井的价值。插
入的照片显示的是安装在油井上的StarPac 智能控制阀。1968
年,这个油井钻探到9,794 英尺的深度。


  超越传统的气举技术
  Monopod平台油井中的石油不是自然地流向地面,而是需要平台的辅助。尽管已有许多不同的技术可选用,但Monopod平台仍然使用着传统的气举技术。这项技术是把高度压缩的天然气压向数千英尺的井底。气泡通过液柱上升,使液体变轻——使储油层压力能够输送更多液体到地面。在地面上,生产出来的液体被分离成石油、水和天然气。然后天然气再次被压缩并用于反复的气举循环;按照传统的工艺,气举气体流量是不加控制的。

  “能减少因检修故障而出差的次数的技术就意味着省钱。”

  但是,Gross和Hinks并不认为仅仅用一个控制阀来精确调节气流量就能使不稳定的油井稳定下来。“我发觉这个油井运行得不是很好,”Hinks说。“Joe通过Flowserve公司了解到别处已成功使用StarPac智能控制阀自动控制了气举流量并且提高了油井性能。大多数气举应用使用手动截止阀来控制气举操作,” Hinks补充道。“这意味着大多数操作员只能估计输送到井底的流量。他们无法精确控制它。”
  “许多人相信手动阀控制流量,但事实上这是不对的,”Gross说,“实际上,把手动阀设置在一个特定的位置,只有当压差——上游和下游的压力差——是恒定的时候才能保持所需的流量。这种情况是很罕见的。即使气举进气管的压力相对恒定控制工程网版权所有,油井内部压力也会大幅变动,导致气举气体的流量波动很大。地面进气流量变化引起油井内动态变化www.cechina.cn,从井底开始,随后随着气液混合物的上浮,逐步影响到地面。”Gross解释道。
  “由于通常情况下www.cechina.cn,储油层多在井口下方1英里以上,所以在前一次气举后的液体到达地面之前,许多后一次气举形成的扰动已经开始影响油井的稳定。因此,油井基本总是处于不稳定的状态,产油量自然也无法达到最优。气举的目标是使液量总产最大化;也就是收入最大化。达到这个目标的关键是通过地面尽可能小的变化,使油井稳定在理想的流量水平。要做到这点,首先要确定最恰当的气体流量,然后通过精确的自动控制来保持它。”
  Gross和Hinks认为StarPac智能控制阀的嵌入式智能系统可以解决这个问题。这种阀门具有以下特点:
  ■  各式各样的过程传感器;
  ■  基于微处理器的控制器;和
  ■  高性能数字式定位器
  由于所有元件和阀门是一体化的CONTROL ENGINEERING China版权所有,所以“在法兰与法兰之间实际上形成了一个完整的PID(比例-积分-微分)控制回路”。这种阀门的功能包括:
  ■  流量测量和控制;
  ■  回压控制;
  ■  压力调节;
  ■  压差控制;和
  ■  温度控制
  挑选一个典型的试验品
  Gross和Hinks认为StarPac智能控制阀能以比传统自动控制


























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