Одной из задач учёта при добыче нефти на месторождении является измерение расхода воды, закачиваемой в пласт для поддержания давления, или, попросту, говоря, пластовой воды. В части оперативного учёта добываемой нефти непосредственно на месторождении конечной целью измерения пластовой воды является получение величины объёма жидкости, закаченной в пласт для её последующего сравнения с дебитом нефти скважины. Эти два параметра являются первичными для анализа отдачи пласта и определения достоверности оперативного учёта нефти. Кроме того, учёт воды, закачиваемой в пласт, учитывается в целях определяемых и регулируемых экологическим законодательством РФ.
Большинство проблем в системах ППД (поддержания пластового давления) на месторождениях обусловлены причинами, которые имеют эксплуатационный характер, в первую очередь, выход из строя и износ оборудования, но основной является проблема, по большей части, природного характера, наличие растворённого и нерастворённого газа в воде, извлекаемой из артезианской скважины.
На смену многообразию счётчиков воды, работающих на различных методах измерения, в системах ППД последнее время начинает приходить предпочтение в использовании вихревых расходомеров. И это обусловлено, как субъективными, так и объективными причинами.
В числе субъективных причин – конкурентные преимущества отдельных производителей, которые способны решать до настоящего времени считавшиеся сложными задачи борьбы с вибрациями на трубопроводе; загрязнённости и загазованности пластовой воды; а также интеграции расходомеров в существующие scada-системы месторождений в результате адьюстировки электронного блока счётчика по длительности, частоте и цене импульса.
Основной объективной причиной формирования тенденции к замещению вихревыми расходомерами приборов, основанных на иных методах измерения, служит признание крупными нефтедобывающими компаниями России результатов исследований и эксплуатации вихревых преобразователей расхода в самых жёстких условиях функционирования систем поддержания пластового давления. В связи с чем, необходимо подчеркнуть, что высокими характеристиками устойчивости к кавитации и наличию загрязнений в воде могут похвастаться не все технические решения, основанные на вихревом методе измерения. Параметры снижения восприимчивости к фактору загазованности и наличию механических примесей являются следствием конкретного технического решения по съёму и последующей обработке сигнала. В этой связи, за достаточно короткий промежуток времени на рынке сформировался спрос на продукцию конкретной торговой марки, который с каждым годом увеличивается, подкрепляемый техническими новинками и усовершенствованиями производителя. Так в чём же секрет успеха производителей вихревых расходомеров для систем ППД?
В первую очередь, как уже говорилось выше, этому способствует сам метод измерения. Как показывает практический опыт и проведённые испытания устойчивость вихревых расходомеров к нерастворённому газу вне зависимости от размера пузырьков гораздо выше, чему у электромагнитных и ультразвуковых расходомеров.
Так ультразвуковые расходомеры демонстрируют метрологическую достоверность и стабильность при небольшом содержании растворённого и нерастворённого газа в измеряемой рабочей среде, в то время как вихревые расходомеры - при значительно больших величинах, вплоть до двадцати процентов.
Причина лежит в том, что при использовании механического способа съёма сигнала - такой вариант реализован посредством использования крыла сенсора (пьезо-электрического датчика) такими производителями, как «Endress+Hauser», «Yokogawa», «ЭМИС» - процесс не зависит от разницы физических характеристик среды, в которой присутствует и жидкая, и газообразная фаза. Вместе с тем, при электромагнитном и ультразвуковом способе измерения зависят от физических характеристик среды, так как, соответственно, параметры прохождения электромагнитного импульса или ультразвукового сигнала имеют непосредственную зависимость от физических свойств среды. В этой связи, следует подчеркнуть, что при механическом считывании вихреобразования, в частности, пьезоэлектрическим датчиком первоочередное значение имеют частота и сила воздействия на лопатку сенсора, что зависит только от давления и скорости потока, имеющих равное существенное значение в большинстве методов измерения. При этом зависимость от того, содержится ли в рабочей среде (жидкости) нерастворённый газ, у вихревых расходомеров мала, так как фактически рабочая среда воспринимается расходомером, как газожидкостная смесь, имеющая однородный характер: показания вихревого расходомера не зависят от плотности рабочей среды (в системах ППД).
Вторым фактором, определяющим устойчивость расходомера, основанного на вихревом методе измерения, является использование отдельными производителями, к сожалению, в большинстве своём зарубежными, цифровой обработки сигнала, позволяющей фильтровать полезный сигнал от паразитных шумов, в том числе порождаемых эффектом «газировки».
Среди отечественных производителей лавры лидера в данном аспекте приборостроения принадлежат, компании «ЭМИС». Данный производитель в выпускаемом им цифровом электронном блоке реализовал возможность одновременного применения нескольких фильтров помех, которые и позволяют настраивать прибор таким образом, чтобы снижать зависимость показаний от внешних негативных факторов, связанных с особенностями отдельных производственных процессов, и гарантировать стабильность и достоверность метрологических характеристик.
В текущей версии электроники вихревых расходомеров торговой марки «ЭМИС» заложена возможность одновременного использования четырёх фильтров. В рамках формирования общего представления о них коротко остановимся на каждом.
-
Прямой фильтр. Преимущественно используется для подавления детерминированных помех, имеющих фиксированную частоту или диапазон частот. Возможно одновременное включение пяти фильтров на разную частоту.
-
Медианный фильтр. Хорошо подходит для подавления и фильтрации случайных (стахостических) помех. Возможна регулировка фильтрации (3 уровней) в зависимости от частоты проявления паразитного сигнала.
-
Фильтр по минимальной амплитуде сигнала позволяет установить отсечку, при которой расходомером не будут восприниматься сигналы с меньшей величиной амплитуды.
-
Фильтр по минимальной частоте вихреобразования (фильтр минимального расхода) позволяет установить минимальную границу диапазона расхода, за пределами которой сигнал, возникающий с меньшим значением частоты, электронный блок расходомера будет распознавать, как помеху, и игнорировать.
Возвращаясь непосредственно к преимуществам, определяемым именно самим методом измерения, менее существенным, но, тем не менее, значимым для вихревых расходомеров с описываемым конструктивным способом снятия информации о вихреобразовании (с помощью крыла (лопатки) сенсора) при использовании для решения задач по учёту пластовой воды с содержанием газа и примесей следует признать возможность их расположения как вертикально (стойка электронного блока расходомера располагается перпендикулярно линии горизонта), так и горизонтально (стойка электронного блока располагается параллельно линии горизонта). В случае горизонтального монтажа вихревого расходомера при отсутствии полного заполнения трубопровода крыло сенсора полностью погружено в рабочую среду, что позволяет гарантировать полное и достоверное считывание сигнала (вихреобразования). Возможность горизонтального монтажа вихревого расходомера является нормативной, и предусмотрена большинством производителей в руководстве по эксплуатации.
Таким образом, совокупность перечисленных выше факторов, как применения вихревого метода измерения в общем, так и использования конкретных технических решений отдельных производителей, в частности, позволяет гарантировать решение задач измерения воды в системах поддержания пластового давления с большей метрологической достоверностью, что имеет существенное значение в случае, если величину загазованности невозможно установить, или она значительно превышает десять процентов.
В текущей рыночной ситуации при отрицательном тренде цены на нефть в целях снижения себестоимости добычи «чёрного золота» всё больше и больше российских нефтедобывающих компаний принимают нежелательное, но вынужденное решение, о закачке воды из производящей скважины в нагнетающую без подготовки (фильтрации), что безусловно ужесточает условия эксплуатации оборудования в системах ППД, и создаёт угрозу достоверности производимого учёта в виде загазованности и загрязнённости измеряемой среды. В таком случае гарантировать относительную точность измерений возможно только, используя вихревые расходомеры учёта пластовой воды.
