デサンダー、分離器、および還流システム内の砂のレベルを監視できる機能により、砂除去プロセスの自動化と効率の向上、および機器の使用量と寿命の向上が可能になります。
概要
砂の生産は、石油・ガス業界における主要な懸念事項の 1 つです。砂は井戸から抽出された液体と岩石から作られます。砂の存在により、全体の輸送および変換プロセスは、設備（坑井、パイプライン、チューブ、バルブ、チョーク、分離器）の劣化、生産停止、生産率の低下、早期メンテナンスなどの影響を受けます。高い経済的努力が必要です。そのため、現場での砂の管理と管理に力を入れています。
砂の生産は、原油とガスの探査、抽出、生産を扱う石油とガスの上流側に存在する問題です。坑井が掘削され、経済的に抽出可能な量の炭化水素が精査された後、坑口を使用して抽出速度と条件を制御します。次に、単相または多相分離器を使用して、精製または加工に必要な炭化水素を取得します。これは業界の下流側として知られています。
この記事では説明し Rheonics 砂検出 SDP センサーと、それを使用して砂分離装置内の砂レベルを監視し、砂管理を改善するための迅速な対応を可能にします。
Rheonics センサーは次の用途にも使用されます 泥重量モニターoring 掘削液の リグサイトでリアルタイムに。
図 1: 石油とガスの採掘と砂の生産の概要
砂管理レベル監視oring そして制御
砂管理は「砂のライフサイクル」に関連しており、これには初期モデル化された予測、実際の監視などの手順が含まれます。oring環境、安全性、経済性を考慮し、堆積土砂の最終処分を行います。
砂の管理中に必要な作業は、分離、収集、洗浄、測定、監視です。oring.
サンドセパレーター
分離は、井戸から来る混相流体に含まれる液体から固体を分離するために使用されるプロセスです。砂の分離に使用される装置、別名。砂除去器には、重力容器 (つまり、サンド ジェットによる自由水ノックアウト (FWKO))、砂トラップ除去、ハイドロ サイクロン、またはフィルター システムを使用できます。
これらのデサンダーは、デザイン、サイズ、動作原理が異なります。選択は、必要な容量、流量、固形物サイズ、生産ライン内の位置、経済的影響などによって異なります。マルチライナーデサンダー、インサートデサンダーなど、特定の使用事例に適したさまざまなデサンダーのスタイルがあります。
坑口デサンダー は、坑井の流れ全体を処理するように設計された多相土壌流体サイクロン分離器です。これらは、混合した石油、ガス、水の流れを扱うことができ、完全なガス空隙率で動作することができ、ガス井と油井の両方で使用されます。これらは、坑井のテストおよび清掃中の一時的な固体生産の処理と、永続的な継続的な砂生産処理の両方に使用されます。 ASME および API-6A の設計評価を満たすように構築されています。
次の 図 さまざまな場所やインラインで使用される一般的なデサンダーを示します Rheonics センサーを使用できます。
デサンダーの設置は、チョークバルブに関連する位置によって定義できます。チョークバルブは、ライン内の流量と圧力を制御するために使用されます。デサンダーはチョークの前または坑口に配置され、下流のすべての機器 (坑口チョークを含む) を保護しますが、高圧設計が必要です。チョークの後に配置されるデサンダーは、はるかに低い圧力定格を必要とし、安価である可能性がありますが、チョークを保護せず (メンテナンスまたは交換が必要)、通常は寸法が大きくなります。
坑口チョークの前にデサンダーを設置するもう 0.5 つの利点は、濾過された砂が通常、炭化水素の割合が低く、よりきれいであることです (重量濃度の 5% まで - 乾燥砂 XNUMX kg あたり石油 XNUMX kg) [XNUMX]。
液体サイクロン:
「デサンダー」、「デサンディング サイクロン」、または「デサンディング ハイドロサイクロン」とも呼ばれるサイクロン分離装置は、流出多相流体の旋回流を使用して固体を捕捉および分離します。遠心力により、砂などの固体が壁の近くに移動し、アンダーフローとして円錐形の容器に沿って重力によって引き下げられます。このプロセス中に、きれいな流体、水、または炭化水素の流れが誘導され、渦巻き流の中心にある上部を通って容器から排出されます。
ろ過された固形物を含むアンダーフローは、下の蓄積セクションに保管されます。蓄積セクションは一体である場合もあれば、分離された場合もあります。 サイクロン.
サイクロン分離器に関する既知の問題は、システムを詰まらせる可能性がある砂の蓄積または固化です。これは、砂の生成速度がパイプやバルブを介して砂が除去される速度を超える場合に発生する可能性があります。砂の形成は一定ではなく、変化することが多いため、事前に定義された開サイクルを備えたダンプ バルブは効果的ではありません。砂が形成されていないときにバルブが開くと、多相流出流体が直接アンダーフローを通過し、製品が失われる可能性があります。開くのが遅すぎると、砂が船内に充満し、全体の操業に支障をきたします。
アキュムレータの排出バルブを少し開いたままにしておくと、継続的に液体が失われ、排出バルブが侵食されます。低圧操作 (入口で 100 psig 未満) の場合、この操作方法がよく使用されます。ただし、高圧操作 (>100 psig)、流体の流れに油が含まれる混相流、または非常に摩耗性の固体、または大量の排出液体の処理に関する問題の場合、排出バルブをこじ開けるのは合理的な解決策ではありません (4) 。
改善された解決策は、容器内でフラックス ラインまたはフロー ラインを使用することです。圧力センサーを使用すると、砂の蓄積によって生じる圧力差が検出され、磁束線が下向きの流れを生成して砂の詰まりを回避します。ただし、砂の生成速度が高すぎる場合、これらも効果がありません。
オペレーターは、流体サンプルの分析、数値シミュレーション、および砂レベルを直接測定するセンサーなどの間接的な測定技術など、さまざまな技術を使用して、分離器やその他の機器での砂の生成を監視できます。 Rheonics 砂探知プローブ SRV-SDP。これらすべての場合の目的は、砂生産の問題を早期に特定して対処すること、場合によっては砂の除去を自動化することです。
図 5: デサンダー内の磁束線
リアルタイム監視の必要性oring 砂のレベル
機器を使用して砂のレベルまたは濃度を監視すると、ユーザーは次のことが可能になります。
- 人間の介入なしで砂の堆積を特定
- 機器のメンテナンスと清掃をスケジュールする
- 早期に（砂の堆積が深刻な被害を引き起こす前に）対策を講じてください。
- プロセスの改善を計画する
- 侵食速度の傾向を分析する
- 地下室を安定させて完全自動制御を実現
- 目視チェックや人間による監視の必要性を軽減
- 操業の安全性と現場作業員の安全性を向上
サンドモントのさまざまな戦略oring
サンドモントに使用されている技術の一部oring 次の表にリストされています。
表 1: 砂監視用センサー技術oring
| テクノロジー | 説明 | メリット | デメリット |
|---|---|---|---|
| 音響センサー | 邪魔にならない 坑井、パイプライン、またはその他の機器の表面に衝突する粒子によって砂によって発生する音波を測定します。 | 複数の生産ポイントに簡単に設置できます。 濃度の位置と、ある程度のレベルまでは粒子のサイズを特定するのに役立ちます。 | 流体の流れ、気泡、外部振動などの影響を受けます。 校正が難しい - 信頼できる校正機器が不足しています。 高圧では、またはトランスデューサーに堆積物がある場合は機能しません。 |
| エロージョンプローブ | 侵入的かつ侵入的なプローブ。 砂の衝撃によるプローブの金属表面からの材料の損失による電気抵抗の違いを測定します。 | 砂の生産量と分布に関する直接的かつ定量的な情報を提供します。 機器への潜在的な損傷のサンプルとして使用されます。 | 腐食、汚れ、詰まりの影響を受ける。 性能や耐久性が損なわれます。 近くの監視が必要ですoring 交換用。 測定感度はプロセスアーチファクトにより損なわれます。 |
| 砂濃度センサー | 流体の電気抵抗または静電容量を測定します。流体内の砂の濃度と質量流量に関連すると予想されます。 | 継続的かつリアルタイムのデータを提供します 変化や異常を警告します。 | 温度、圧力、塩分など、流体の他の特性の影響を受けます。 測定の感度と信頼性は、堆積物のようなプロセスアーチファクトによって大きく影響されます。 |
| 超音波プローブ | 侵入的でも侵襲的でもない センサーは音波を送信することで機能し、音波が戻ってくる時間を測定します。レーダーのように機能して、機器の特定のセクションに固体が形成されているかどうかを判断します。 | 邪魔にならずにリアルタイムの情報を提供します。 振動、赤外線放射、周囲ノイズ、EMI (電磁妨害) 放射に対応します。 | 測定値は流体の外部特性の影響を受ける可能性があります。 特定のフローセルまたはハウジングを使用しない限り、設置ごとに現場での校正が必要です。 壁の堆積物によって深刻な影響を受けるため、血管壁の状態の変化に合わせて再校正する必要があります。 |
| 振動プローブ | 侵入的かつ侵略的 特定の周波数で動作し、液体や固体と接触したときに周波数の変化や偏差を検出します。 | 時間の経過に伴う蓄積を検出します レベルアラームとして設定可能 腐食を検出できる | 預金によって塞ぐことができます。 |
Rheonics SDP - 砂検出プローブ
Rheonics SDP は、以下に基づいたインライン砂検出プローブです。 Rheonics 粘度計SRV。 SDP センサーは、Ostrich ソフトウェア (Rheonics 砂レベル検出ソフトウェア）は、サイクロンセパレーターなどのセパレーター装置内の砂をフィールド内でライブ検出します。
Rheonics SDP は、分離器などの石油およびガス産業の機器の砂レベルを監視するために使用できます。これは、地表 (石油とガス) と海底側 (海底機器) の生産要素を保護するのに役立ちます。
センサーの動作は、単相または多相流体の粘度および密度の変化を検出するねじり共振器に基づいています。センサーは、センサーが浸漬されている流体によって引き起こされる減衰と、その共振周波数への影響を感知します。
SDP は、最大 10 psi の高圧でシステムの動作条件を維持するように構成されており、15 psi および 25 psi のバージョンも利用可能です。センサー プローブは、API フランジ、Grayloc、Hammer Union などのさまざまなプロセス接続に取り付けることもできます。これは、SDP センサーをさまざまなデサンダー、上流または中流のパイプラインおよびリザーバーに統合するのに役立ちます。
表2：仕様 Rheonics 砂検出プローブ – SDP
| Rheonics 砂検出プローブ - SDP | |
|---|---|
| 延長長さ | カスタマイズ可能 |
| プロセス接続 | カスタマイズ可能 |
| 最大。圧力定格のバリエーション | 10,000 psi（690 bar、69 MPa） 15,000 psi（1035 bar、103 MPa） 25,000 psi（1724 bar、172 MPa） |
| 材料 | ステンレス鋼316 高腐食環境向けにハステロイ C22 を使用可能 |
| 認定証 | Ex（ATEX、IECEx、JPExなど） |
| 描画 | Rheonics SDP図面 |
図6： Rheonics SDP – 砂検出プローブ
の導入事例については、次の記事をご覧ください。 API規格に準拠した石油およびガスパイプラインのSRD密度および粘度計。
砂位検知プローブ SDP の設置
図 2、4、および 5 に示すように、SDP センサーは、石油およびガスの上流セクションのさまざまなポイントまたはデサンダー タイプに取り付けることができます。
SDP センサーは、デサンダーのアンダーフロー出口を「固着」させて詰まる可能性のある砂や粒子の存在を検出するために使用できます。センサーはデサンダー内の所定の高さに設置されており、砂のレベルと量がコントローラー (PLC など) やアクチュエーター (バルブなど) から砂を除去するためのアクションが必要であることを警告するのに十分な高さであるかどうかを示します。 2 つのプローブを使用して低レベルと高レベルの信号を送信することで、砂除去バルブ制御の自動化を改善し、固体出口ラインで容器から流体が流出するのを回避できます。
砂レベルの SDP 測定値は、多相流体内の固体堆積物のレベルに関する情報を提供します。たとえば、流体が主に水で構成されている場合、センサーは約 1 ～ 2cP の読み取り値を出力します。しかし、追加の粒子や流体 (砂、油など) が存在すると、測定値は大幅に変化します。
アプリケーション：
用途に使用されるデサンダーおよびセパレーターでのアキュムレーター固形物の除去を自動化します。
- 石油およびガス掘削
- 発生砂除去
- 坑井試験作業
- コイル状チューブのクリーンアップ
- アンバランスな掘削作業
- 廃水処理
- 工業用プロセス水処理
- 雨水流出処理
- 海水淡水化プラント
- リサイクル施設
利点：
- コンパクトで頑丈なデザイン
- 可動部品がないため、メンテナンスや修理が不要
- デサンダーの運用コストを削減し、高砂生産井の生産を経済的にします。
- イベントベースのアクティベーションによりアキュムレータ排出バルブの固体浸食を軽減します
- 砂の油汚染を軽減し、スラッジの形成を防ぎ、困難な固形物の蓄積の問題を軽減します。
オペレーション：
- 幅広いサイズと圧力定格を取り揃えています
- ASME および API 6-A 準拠のフランジおよびその他のプロセス接続で利用可能
- 現場での試運転や校正は必要ありません
- 砂レベルモニターが付属していますoring アラートとアラームレベルを簡単に設定できるソフトウェア
- センサーシステムから直接アキュムレーター排出バルブを作動させることも可能
- デサンダーやアキュムレーターにセンサーを搭載しているため、作動時の圧力損失がありません。
インストールとサポート:
- 簡単にインストールするには
- デサンダーのあらゆるポートに適合するように構築されたセンサー プローブ
- EX認定
- 試運転や校正は不要です
- センサーの動作や感度を確認するテストモード
- センサーのリモート診断と構成によるグローバル サポート
自動砂除去システム
Rheonics 砂レベル検出プローブ SDP は、石油およびガス産業で使用されるデサンダーやセパレーターに蓄積された砂の自動除去への道を先導します。これは、機器に深刻な損傷を与える前に、ライン内の砂や固形物の存在を検出し、砂の輸送とその後の除去のためにアンダーフローラインのバルブを作動させる信号を送信することによって行われます。
図 7: 砂除去制御 Rheonics SRV-SDP 砂探知プローブ
多くの企業が、さまざまな産業用途に対応するデサンダーを製造および運用しています。それらのいくつか :
- GNソリッドコントロール
- デリックコーポレーション
- スルザー
- シュランベルジェ
- エクスプロ
- FMC テクニック
- eプロセス技術
- FLSミッドス
- チャンピオンX
- EnFloTech (粉砕プロセス中に工場から重鉱物を抽出するために使用されるデサンダー技術)
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