RU2755099C1

RU2755099C1 - Method for automatic control of low-temperature gas separation at oil and gas condensate fields in the north of the russian federation

Info

Publication number: RU2755099C1
Application number: RU2020140792A
Authority: RU
Inventors: Андрей Николаевич ЕФИМОВ; Анатолий Кузьмич Арабский; Алексей Леонидович Агеев; Михаил Михайлович Партилов; Илья Валериевич Смердин; Сергей Иванович Гункин; Александр Александрович Турбин; Этибар Гурбанали оглы Талыбов; Владислав Леонидович Пономарев; Сергей Петрович Железный; Илья Александрович Дяченко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Ямбург"
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2021-09-13

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: claimed method for automatic control of low-temperature gas separation in oil and gas condensate fields in the north of the Russian Federation. The method includes primary cleaning in the separator of the first stage of separation of the produced gas-condensate mixture from mechanical impurities, an aqueous solution of an inhibitor - ASI and heavy hydrocarbons of unstable gas condensate - UGC, which, as they accumulate in the lower part of this separator, are diverted to a liquid separator - LS for its separation into components and degassing. The weathering gas is disposed of. ASI is sent for regeneration. UGC is fed with the help of a pumping unit to the main condensate pipeline - MCP. The purified gas-condensate mixture at the outlet of the separator of the first separation stage is divided into two streams. One stream is fed to the inlet of the first section of the recuperative heat exchanger - HE "gas-gas". The second flow through the valve-regulator - VR is directed to the inlet of the first section of the "gas-condensate" HE. At the exit from the first sections of these HE, the flows are combined and the combined flow is fed through the reducing choke into the low-temperature separator, in which the final separation of the dried gas from the ASI and UGC solution is carried out, which, as it accumulates in the lower part of the low-temperature separator, is sent to the VR through the second section "gas-condensate" HE, providing cooling of the flow of the produced gas-liquid mixture passing through its first section. The dried gas from the outlet of the low-temperature separator through the second section of the "gas-gas" HE is fed for cold recovery to the second flow of the produced gas-liquid mixture passing through the first section of the same HE. Then it is sent to the main gas pipeline – MGP. A VR controlled by a proportional-integral-differentiating - PID controller is installed, which is built on the basis of an automated process control system of the installation, on the bypass line of the second section of the "gas-gas" HE. The input of this PID controller and the PID controller, which controls the distribution of the produced gas-liquid mixture between the first sections of the gas-gas and gas-condensate HE, is fed a single value of the temperature setpoint signal in the low-temperature gas separator, which must the current operating conditions of the field in a given range, and at the same time a signal from the temperature sensor in the low-temperature separator is fed to the feedback input of the same PID controllers. By processing these signals, these PID controllers generate control signals for their VRs at their outputs. The amount of dried gas passing through the bypass line of the second section of the "gas-to-gas" HE, and the flows of the produced gas-condensate mixture passing through the first sections of the "gas-gas" and "gas-condensate" HE are controlled, and thus the temperature is kept in the low-temperature separator in a predetermined range, and at the same time control the temperature value of the dried gas entering the MGP and the temperature of the UGC supplied to the MCP. All these operations are performed using the APCS.

EFFECT: invention increases the efficiency of the process of preparing natural gas and STC for long-distance transport with the optimization of the use of reservoir energy for the process of low-temperature gas separation and improving the quality of prepared products supplied to consumers.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области подготовки природного газа и газового конденсата к дальнему транспорту, в частности, к автоматическому распределению нагрузки между теплообменниками на установках низкотемпературной сепарации (НТС) газа (далее установка), расположенных в районах Севера РФ.The invention relates to the field of preparation of natural gas and gas condensate for long-distance transport, in particular, to automatic load distribution between heat exchangers at low-temperature separation units (LTS) of gas (hereinafter referred to as the unit) located in the regions of the North of the Russian Federation.

На нефтегазоконденсатных месторождениях (НГКМ) Севера РФ при разработке валанжинских залежей широко применяется технологический процесс НТС газа на температурном уровне до минус 30°С [например, см. стр. 371-403, Гриценко А.И. и др. Сбор, промысловая подготовка газа на северных месторождениях России. - М.: ОАО «Издательство «Недра», 1999. - 473 с.].At oil and gas condensate fields (NGKM) of the North of the Russian Federation, in the development of Valanginian deposits, the technological process of LTS gas at a temperature level of up to minus 30 ° C is widely used [for example, see pp. 371-403, Gritsenko A.I. and other Collection, field preparation of gas in the northern fields of Russia. - M .: JSC "Publishing house" Nedra ", 1999. - 473 p.].

На установке природный газ осушается по влаге и углеводородам до определенных кондиций в соответствии с требованиями и нормами для природного газа холодной климатической зоны по ОСТ 51.40-93 «Газы горючие природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным газопроводам», а конденсат газовый нестабильный (товарный) по СТО Газпром 5.11-2008 «Конденсат газовый нестабильный». Для соблюдения норм и требований этих регламентирующих документов температура в низкотемпературном сепараторе должна поддерживаться на уровне минус 23-30°С. Этот режим работы низкотемпературного сепаратора обеспечивает достижение температуры осушенного газа на выходе установки близким к температуре грунта, что в условиях Севера гарантирует стационарность состояния системы трубопровод - многолетнемерзлые породы [например, см. стр. 778, Вяхирев Р.И., Гриценко А.И., Тер-Саркисов P.M. Разработка и эксплуатация газовых месторождений. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. - 880 с.].At the unit, natural gas is dried in terms of moisture and hydrocarbons to certain conditions in accordance with the requirements and standards for natural gas of a cold climatic zone according to OST 51.40-93 "Combustible natural gases supplied and transported through main gas pipelines", and unstable gas condensate (commercial) according to STO Gazprom 5.11-2008 “Unstable gas condensate”. To comply with the norms and requirements of these regulatory documents, the temperature in the low-temperature separator must be maintained at minus 23-30 ° C. This mode of operation of the low-temperature separator ensures that the temperature of the dried gas at the outlet of the installation is close to the temperature of the soil, which in the North guarantees the stationary state of the pipeline system - permafrost [for example, see p. 778, Vyakhirev R.I., Gritsenko A.I. , Ter-Sarkisov PM Development and operation of gas fields. - M .: LLC "Nedra-Business Center", 2002. - 880 p.].

Для получения низких температур на установке используют пластовую энергию природного газа или искусственное охлаждение. В первом случае температура природного газа понижается в результате адиабатического расширения (дросселирование), во втором - за счет внешних источников холода (агрегаты воздушного охлаждения, турбодетандерные агрегаты). В начальной и нарастающих стадиях эксплуатации НГКМ, как правило, используют технологические схемы с получением холода за счет дросселирования газа на штуцере.To obtain low temperatures, the unit uses reservoir energy of natural gas or artificial cooling. In the first case, the temperature of natural gas decreases as a result of adiabatic expansion (throttling), in the second - due to external sources of cold (air cooling units, turbo expander units). In the initial and increasing stages of oil and gas condensate field operation, as a rule, technological schemes are used with obtaining cold due to gas throttling at the choke.

Для рационального использования получаемого холода на установке в ее схему включают рекуперативные теплообменники (далее ТО), которые позволяют максимально использовать производимый холод за счет дросселирования газа на штуцере, обеспечивая поддержание параметров осушенного газа и нестабильного газового конденсата (НГК), подаваемых в магистральный газопровод (МГП) и магистральный конденсатопровод (МКП), соответственно, в рамках ограничений, заданных технологическим регламентом установки.For the rational use of the obtained cold at the installation, recuperative heat exchangers (hereinafter referred to as TO) are included in its scheme, which make it possible to maximize the use of the produced cold by throttling the gas at the choke, ensuring the maintenance of the parameters of dried gas and unstable gas condensate (NGK) supplied to the main gas pipeline (MGP ) and the main condensate pipeline (MCP), respectively, within the limits set by the technological regulations of the installation.

В процессе эксплуатации, по разным причинам, например, из-за залповых выбросов воды и/или пескопроявления в скважинах, возникающих при добыче природного газа, из-за коррозии оборудования и т.д., происходит изменение состояния оборудования установки, особенно сепаратора первой ступени сепарации газа, приводящее к ухудшению качества его работы. Это увеличивает унос из него капельной жидкости и механических примесей, что приводит к снижению эффективности работы ТО из-за загрязнения поверхности их теплообменных труб, происходит образование гидратных и иных отложений на стенках ТО, что, в свою очередь, приводит к изменению перепада давления в них и, в конечном итоге, сказывается на эффективности их работы.During operation, for various reasons, for example, due to burst outbursts of water and / or sand production in wells that occur during natural gas production, due to corrosion of equipment, etc., the state of the equipment of the installation, especially the first stage separator, changes. separation of gas, leading to a deterioration in the quality of its work. This increases the entrainment of droplet liquid and mechanical impurities from it, which leads to a decrease in the efficiency of the HE operation due to contamination of the surface of their heat exchange tubes, the formation of hydrate and other deposits on the walls of the HE, which, in turn, leads to a change in the pressure drop in them and, ultimately, affects the efficiency of their work.

Очевидно, что загрязнение поверхности теплообменных труб ТО, а также образование гидратных и иных отложений на их стенках будут происходить не равномерно. Поэтому фактическое состояние каждого из ТО по работоспособности со временем будет отличаться друг от друга. Следовательно, на установке, для повышения эффективности ее работы, процесс подготовки природного газа и газового конденсата к дальнему транспорту необходимо осуществлять с учетом фактического состояния каждого ТО. Это позволит значительно повысить качество подготавливаемого природного газа к дальнему транспорту при соблюдении норм и ограничений технологического регламента установки.Obviously, contamination of the surface of the heat exchange tubes of the TO, as well as the formation of hydrate and other deposits on their walls, will not occur uniformly. Therefore, the actual state of each of the TOs in terms of operability over time will differ from each other. Consequently, in order to increase the efficiency of its operation, the process of preparing natural gas and gas condensate for long-distance transport at the installation must be carried out taking into account the actual state of each TO. This will significantly improve the quality of prepared natural gas for long-distance transport, while observing the norms and limitations of the plant's technological regulations.

Известен способ распределения нагрузки между ТО, работающими параллельно, который осуществляют с помощью клапана-регулятора (КР), установленного на входе первой секции одного из ТО типа «газ-газ» или «газ-конденсат», и управляемого вычислительным устройством, контролирующем разность температур между прямыми и обратными потоками на теплых и холодных концах ТО, расход прямого потока, давление прямого потока на входе и выходе ТО и расходы обратных потоков, по значениям которых вычислительное устройство определяет величину производной эксэргии по расходу для каждого ТО и используют ее в качестве командного сигнала [см., А.С. SU №802 775].There is a known method of distributing the load between TO operating in parallel, which is carried out using a regulator valve (KR) installed at the inlet of the first section of one of the TO type "gas-gas" or "gas-condensate", and controlled by a computing device that controls the temperature difference between the forward and reverse flows at the warm and cold ends of the TO, the flow rate of the forward flow, the pressure of the forward flow at the inlet and outlet of the TO and the flow rates of the reverse flows, according to the values of which the calculating device determines the value of the derivative of the exergy with respect to the flow rate for each TO and use it as a command signal [see, A.S. SU No. 802 775].

Недостатком указанного способа является то, что в нем распределение нагрузки между ТО ведется автономно, по производной эксэргии, т.е. оптимизируется работа самих ТО, а не в контексте комплексного управления технологическим процессом низкотемпературной сепарации, реализуемый всем комплексом оборудования установки. При этом не учитывается и фактическое состояния ТО при распределении нагрузки между ними. Как следствие, снижается эффективность процесса разделения газоконденсатной смеси, ухудшается качество подготовки газа и НГК к дальнему транспорту.The disadvantage of this method is that the distribution of the load between the TO is carried out autonomously, according to the derivative of exergy, i.e. the operation of the TO itself is optimized, and not in the context of the integrated management of the technological process of low-temperature separation, which is implemented by the entire set of equipment of the installation. At the same time, the actual state of maintenance is not taken into account when distributing the load between them. As a result, the efficiency of the gas-condensate mixture separation process decreases, the quality of gas and NGK preparation for long-distance transport deteriorates.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ подготовки природного газа методом низкотемпературной сепарации, включающий распределение нагрузки между двумя ТО типа «газ-газ» и «газ-конденсат», работающими параллельно, с помощью КР, установленного на входе первой секции одного из ТО, и управляемого автоматизированной системой управления технологическими процессами (АСУ ТП) установки [см., стр. 56, Ланчаков Г.А., Кульков А.Н., Зиберт Г.К. Технологические процессы подготовки природного газа и методы расчета оборудования. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. - 279 с.].The closest in technical essence to the claimed invention is a method for the preparation of natural gas by the method of low-temperature separation, including the distribution of the load between two TO of the "gas-gas" and "gas-condensate" type, operating in parallel, using a KR installed at the inlet of the first section of one of TO, and controlled by an automated process control system (APCS) of the installation [see, p. 56, GA Lanchakov, AN Kulkov, GK Zibert. Technological processes for the preparation of natural gas and methods for calculating equipment. - M .: LLC "Nedra-Business Center", 2000. - 279 p.].

Существенным недостатком указанного способа является то, что в нем разделение потоков газа между первыми секциями ТО осуществляют так, чтобы температура охлажденного газа на выходе первой секции у обоих ТО была практически одинаковой. Такое распределение нагрузки между ТО нацелено на устранение потенциальных явлений турбулентности при смешении потоков после их выхода из первых секций обоих ТО, а не в контексте комплексного управления технологическим процессом низкотемпературной сепарации, реализуемый всем комплексом оборудования установки. При этом не учитывается фактическое состояние оборудования ТО, которое изменяется в процессе их эксплуатации. Как следствие, снижается эффективность процесса и качество подготовки газа и газового конденсата к дальнему транспорту.A significant disadvantage of this method is that in it the separation of gas streams between the first sections of the HE is carried out so that the temperature of the cooled gas at the outlet of the first section for both HE is practically the same. This distribution of the load between the TO is aimed at eliminating the potential turbulence phenomena when the flows are mixed after their exit from the first sections of both HEs, and not in the context of the integrated management of the low-temperature separation technological process, which is implemented by the entire set of equipment of the installation. This does not take into account the actual state of maintenance equipment, which changes during their operation. As a result, the efficiency of the process and the quality of gas and gas condensate preparation for long-distance transport are reduced.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности процесса подготовки природного газа и НГК к дальнему транспорту с оптимизацией использования пластовой энергии для процесса низкотемпературной сепарации газа и улучшение качества подготавливаемой продукции, поставляемой потребителям.The aim of the present invention is to improve the efficiency of the process of preparing natural gas and oil and gas condensate for long-distance transport with the optimization of the use of reservoir energy for the process of low-temperature gas separation and improving the quality of the prepared products supplied to consumers.

Техническим результатом, достигаемым от реализации настоящего изобретения, является обеспечение заданной степени извлечения НГК из природного газа на установке при соблюдении норм и ограничений на технологические параметры процесса, установленные технологическим регламентом установки, с одновременным учетом фактического состояния ТО для оптимизации процессов НТС газа в нем.The technical result achieved from the implementation of the present invention is to provide a predetermined degree of oil and gas extraction from natural gas at the installation, subject to the norms and restrictions on the technological parameters of the process established by the technological regulations of the installation, while taking into account the actual state of TO to optimize the LTS processes of gas in it.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что способ автоматического управления низкотемпературной сепарацией газа на нефтегазоконденсатных месторождениях севера РФ, включает первичную очистку в сепараторе первой ступени сепарации добытой газоконденсатной смеси от механических примесей, водного раствора ингибитора (ВРИ) и тяжелых углеводородов НГК, которые, по мере их накопления в нижней части этого сепаратора, отводят в разделитель жидкостей (РЖ) для ее разделения на компоненты и дегазацию, при этом газ выветривания утилизируют, ВРИ направляют на регенерацию, а НГК с помощью насосного агрегата подают в МКП. Очищенную газоконденсатную смесь на выходе сепаратора первой ступени разделяют на два потока, один из которых подают на вход первой секции ТО «газ-газ, а второй поток через КР направляют на вход первой секции ТО «газ-конденсат». Оба ТО работают параллельною На выходе из первых секций эти потоки объединяют и подают объединенный поток через редуцирующий штуцер на адиабатическое расширение и далее, в низкотемпературный сепаратор, в котором производят финальное отделение осушенного газа от раствора ВРИ и НГК. Этот раствор, по мере его накопления в нижней части низкотемпературного сепаратора, направляют в РЖ через вторую секцию ТО «газ-конденсат», обеспечивая охлаждение потока добытой газожидкостной смеси, проходящей по его первой секции. Осушенный газ с выхода низкотемпературного сепаратора направляют через вторую секцию ТО «газ-газ» для рекуперации холода во второй поток добытой газожидкостной смеси, проходящий по первой секции этого же ТО. Выходящий из второй секции ТО «газ-газ» направляют в МГП. При этом следят за тем, чтобы нагрев осушенного газа осуществлялся до температуры, исключающей растепление мерзлого грунта вокруг МГП. Для этого устанавливают КР на байпасную линию второй секции ТО «газ-газ». Этим КР, и, соответственно, величиной потока газа через вторую секцию ТО «газ-газ» управляет ПИД-регулятор, который построен на базе АСУ ТП установки.This problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the method of automatic control of low-temperature gas separation at oil and gas condensate fields in the north of the Russian Federation includes primary cleaning in the separator of the first stage of separation of the produced gas-condensate mixture from mechanical impurities, aqueous inhibitor solution (ARI) and heavy hydrocarbons of NGK , which, as they accumulate in the lower part of this separator, are diverted to a liquid separator (LF) for its separation into components and degassing, while the weathering gas is utilized, VRI is sent to regeneration, and NGK is fed to the MCP using a pumping unit. The purified gas-condensate mixture at the outlet of the first stage separator is divided into two streams, one of which is fed to the inlet of the first section of the "gas-gas" TO, and the second flow through the KR is directed to the inlet of the first section of the "gas-condensate" TO. Both TOs work in parallel.At the outlet of the first sections, these streams are combined and the combined stream is fed through a reducing choke to adiabatic expansion and then to a low-temperature separator, in which the final separation of dried gas from the VRI and NGK solution is performed. This solution, as it accumulates in the lower part of the low-temperature separator, is directed to the RL through the second section of the "gas-condensate" TO, providing cooling of the flow of the produced gas-liquid mixture passing through its first section. The dried gas from the outlet of the low-temperature separator is directed through the second section of the "gas-gas" TO for cold recovery into the second stream of the produced gas-liquid mixture passing through the first section of the same TO. Outgoing from the second section of TO "gas-gas" is sent to the MGP. At the same time, make sure that the dried gas is heated to a temperature that excludes thawing of the frozen soil around the MHP. To do this, install the KR on the bypass line of the second section of the "gas-gas" TO. This KR, and, accordingly, the value of the gas flow through the second section of the gas-to-gas TO is controlled by the PID controller, which is built on the basis of the plant's automated process control system.

А распределение по потокам добытой газоконденсатной смеси между первыми секциями ТО «газ-газ» и «газ-конденсат» осуществляет КР, который установлен перед ТО «газ-конденсат». Управление им осуществляет другой ПИД-регулятор, также построенному на базе АСУ ТП установки. При этом АСУ ТП подает на вход задания обоих ПИД-регуляторов единое значение сигнала уставки температуры в низкотемпературном сепараторе газа, которую необходимо поддерживать при текущих условиях работы промысла в заданном диапазоне. Одновременно на вход обратной связи этих же ПИД-регуляторов АСУ ТП подает сигнал с датчика температуры в низкотемпературном сепараторе. Обрабатывая эти сигналы, указанные ПИД-регуляторы формируют на своих выходах управляющие сигналы для своих КР, соответственно. В результате они осуществляют управление количеством осушенного газа, проходящим по байпасной линии второй секции ТО «газ-газ», и потоками добытой газоконденсатной смеси, проходящими по первым секциям ТО «газ-газ» и «газ-конденсат», удерживая таким образом температуру в низкотемпературном сепараторе в заданном технологическим регламентом диапазоне. Одновременно АСУ ТП контролирует значения температуры осушенного газа, поступающего в МГК, и температуры НГК, подаваемого в МКП.And the distribution of the produced gas-condensate mixture between the first sections of the gas-gas and gas-condensate TO is carried out by the KR, which is installed before the gas-condensate TO. It is controlled by another PID controller, also built on the basis of the plant's automated process control system. At the same time, the APCS sends a single value of the temperature setpoint signal in the low-temperature gas separator to the input of the reference of both PID controllers, which must be maintained under the current operating conditions of the field in the specified range. At the same time, the ACS sends a signal from the temperature sensor in the low-temperature separator to the feedback input of the same PID controllers. By processing these signals, these PID controllers form control signals for their RCs at their outputs, respectively. As a result, they control the amount of dried gas passing through the bypass line of the second section of the gas-gas TO, and the flows of the produced gas-condensate mixture passing through the first sections of the gas-gas and gas-condensate TO, thus keeping the temperature in low-temperature separator in the range specified by the technological regulations. At the same time, the APCS monitors the temperature of the dried gas entering the MCP and the temperature of the NGK supplied to the MCP.

В случаях, когда значение температуры в МГП, либо МКП достигнет своих ограничительных уставок, верхней либо нижней, АСУ ТП формирует сообщение оператору установки о возникшем нарушении и необходимости принять решение об изменении режима работы установки.In cases when the temperature value in the MHP or MCP reaches its limiting settings, upper or lower, the APCS generates a message to the installation operator about the violation and the need to make a decision to change the installation operating mode.

В случаях, когда исполнительные органы обоих КР достигнут своих крайних положений - открыто либо закрыто, то АСУ ТП об этом формирует сообщение оператору установки и рекомендует принять решение об изменении режима работы установки.In cases when the executive bodies of both CDs reach their extreme positions - open or closed, the APCS generates a message about this to the installation operator and recommends a decision to change the installation operating mode.

На фиг. 1 приведена укрупненная принципиальная технологическая схема установок, эксплуатируемых на Заполярном НГКМ. В ней использованы следующие обозначения:FIG. 1 shows an enlarged schematic flow diagram of the units operated at the Zapolyarnoye oil and gas condensate field. It uses the following designations:

1 - входная линия установки;1 - inlet line of the installation;

2 - сепаратор первой ступени сепарации газа;2 - separator of the first stage of gas separation;

3 - КР расхода газоконденсатной смеси через первую секцию ТО «газ-конденсат» 6;3 - KP flow rate of the gas-condensate mixture through the first section of TO "gas-condensate" 6;

4 - АСУ ТП установки;4 - APCS of the installation;

5 - ТО «газ-газ»;5 - TO "gas-gas";

6 - ТО «газ-конденсат»;6 - TO "gas-condensate";

7 - РЖ;7 - RJ;

8 - КР расхода газа через вторую секцию ТО «газ-газ» 5;8 - КР gas flow rate through the second section of TO "gas-gas" 5;

9 - редуцирующий штуцер;9 - reducing fitting;

10 - насосный агрегат подачи НГК в МКП;10 - pumping unit for supplying oil and gas to the MCP;

11 - датчик температуры осушенного газа, подаваемого в МГП, установленный на выходе установки.11 - temperature sensor of the dried gas supplied to the MGP, installed at the outlet of the installation.

12 - датчик температуры в низкотемпературном сепараторе;12 - temperature sensor in the low-temperature separator;

13 - низкотемпературный сепаратор сепарации газа;13 - low-temperature gas separator;

14 - датчик температуры НГК, подаваемого в МКП, установленный на выходе установки.14 - temperature sensor of NGK supplied to the MCP, installed at the outlet of the installation.

На фиг. 2 приведена структурная схема автоматического управления распределения нагрузки между ТО установки. В ней использованы следующие обозначения:FIG. 2 shows a block diagram of the automatic control of load distribution between the plant maintenance. It uses the following designations:

15 - сигнал фактической температуры в низкотемпературном сепараторе 13, поступающий с датчика 12;15 - signal of the actual temperature in the low-temperature separator 13, coming from the sensor 12;

16 - сигнал задания (уставки) температуры в низкотемпературном сепараторе 13;16 - signal for setting (setting) the temperature in the low-temperature separator 13;

17 - ПИД-регулятор, управляющий через КР 8 режимом работы ТО «газ-газ» 5;17 - PID-regulator, which controls the gas-to-gas TO operation mode via KP 8;

18 - ПИД-регулятор, управляющий через КР 3 режимом работы ТО «газ-конденсат» 6;18 - PID-controller, which controls the mode of operation of TO "gas-condensate" 6 through KP 3;

19 - сигнал управления для КР 8;19 - control signal for KR 8;

20 - сигнал управления для КР 3.20 - control signal for KP 3.

ПИД-регуляторы 17 и 18 реализованы на базе АСУ ТП 4.PID controllers 17 and 18 are based on APCS 4.

Способ автоматического управления низкотемпературной сепарацией газа на нефтегазоконденсатных месторождениях севера РФ работает следующим образом:The method for automatic control of low-temperature gas separation at oil and gas condensate fields in the north of the Russian Federation works as follows:

Добытая газоконденсатная смесь через входную линию 1 установки поступает в сепаратор 2 первой ступени сепарации газа. В сепараторе 2 происходит первичное очищение газоконденсатной смеси от механических примесей, водного раствора ингибитора (ВРИ), выделяется основное количество тяжелых углеводородов НГК, которые, по мере их накопления в нижней части сепаратора 2, отводятся в РЖ 7. Частично очищенная от капельной влаги и пластовой жидкости газоконденсатная смесь с выхода сепаратора 2 первой ступени сепарации газа разделяется на два потока. Первый поток направляется в трубное пространство первой секции ТО «газ-газ» 5, где происходит его предварительное охлаждение встречным потоком осушенного газа, поступающем из низкотемпературного сепаратора 13 и проходящем через вторую секцию ТО «газ-газ» 5. Второй поток через КР 3 подают в трубное пространство первой секции ТО «газ-конденсат» 6, который охлаждается встречным потоком смеси НГК и ВРИ, отводимой из низкотемпературного сепаратора газа 13 и проходящей через вторую секцию ТО «газ-конденсат» 6.The extracted gas-condensate mixture through the inlet line 1 of the installation enters the separator 2 of the first stage of gas separation. In the separator 2, the primary purification of the gas-condensate mixture from mechanical impurities, an aqueous solution of the inhibitor (WRI), is released, the main amount of heavy hydrocarbons of the NGK is released, which, as they accumulate in the lower part of the separator 2, are discharged into the RL 7. Partially cleaned of droplet moisture and reservoir liquid gas-condensate mixture from the outlet of the separator 2 of the first stage of gas separation is divided into two streams. The first flow is directed into the tube space of the first section of the "gas-gas" TO 5, where it is pre-cooled by the counter flow of dried gas coming from the low-temperature separator 13 and passing through the second section of the "gas-gas" TO 5. The second flow is fed through KP 3 into the pipe space of the first section of the "gas-condensate" TO 6, which is cooled by the counter flow of a mixture of NGK and VRI, withdrawn from the low-temperature gas separator 13 and passing through the second section of the "gas-condensate" TO 6.

Потоки газоконденсатной смеси, поступающие с выходов первых секций ТО «газ-газ» 5 и ТО «газ-конденсат» 6, объединяют и подают на вход штуцера 9. Проходя его, за счет дроссель-эффекта, температура газоконденсатной смеси резко снижается, а давление в ней падает до давления, при котором происходит максимально возможная конденсация углеводородов. И эта смесь далее поступает на вход низкотемпературного сепаратора газа 13. Вследствие изменения термодинамических условий и снижения скорости потока газоконденсатной смеси в сепараторе 13, происходит финальное выделение из нее осушенного газа, а смесь НГК и ВРИ собирается в нижней части низкотемпературного сепаратора 13.The flows of the gas-condensate mixture coming from the outputs of the first sections of the "gas-gas" 5 and the "gas-condensate" TO 6 are combined and fed to the inlet of the choke 9. Passing it, due to the throttle effect, the temperature of the gas-condensate mixture drops sharply, and the pressure it drops to the pressure at which the maximum possible condensation of hydrocarbons occurs. And this mixture then enters the inlet of the low-temperature gas separator 13. Due to changes in thermodynamic conditions and a decrease in the flow rate of the gas-condensate mixture in the separator 13, the final separation of dried gas from it occurs, and the mixture of NGK and VRI is collected in the lower part of the low-temperature separator 13.

Отсепарированный холодный осушенный газ на выходе из низкотемпературного сепаратора 13 разделяют на два потока, один из которых проходит через вторую секцию ТО «газ-газ» 5, где отдает холод встречному потоку добытой газоконденсатной смеси и далее подается в МГП, оснащенный датчиком температуры 11. Второй поток направляют по байпасной линии второй секции ТО «газ-газ» 5, на которую устанавливают КР 8, управляемый ПИД-регулятором 17. Такая схема управления степенью рекуперации холода в ТО «газ-газ» 5 совместно с параллельной рекуперацией холода в ТО «газ-конденсат» 6 обеспечивает оптимизацию работы низкотемпературного сепаратора 13 с учетом всех технологических норм и ограничений.The separated cold dried gas at the outlet of the low-temperature separator 13 is divided into two streams, one of which passes through the second section of the gas-gas TO 5, where it gives off cold to the counter flow of the produced gas-condensate mixture and is then fed to the MGP equipped with a temperature sensor 11. Second the flow is directed through the bypass line of the second section of the "gas-gas" TO 5, on which KP 8 is installed, controlled by the PID controller 17. Such a control scheme for the degree of cold recovery in the "gas-gas" TO 5 together with parallel cold recovery in the "gas -condensate "6 ensures the optimization of the operation of the low-temperature separator 13, taking into account all technological standards and restrictions.

Смесь НГК и ВРИ, выходящая из нижней части низкотемпературного сепаратора 13, проходит через вторую секцию ТО «газ-конденсат» 6, где нагревается, отдавая свой холод встречному потоку добытой газожидкостной смеси, и поступает в РЖ 7, где происходит ее разделение и дегазация. Газ выветривания отправляется либо на факел, либо используется на собственные нужды промысла. ВРИ, выводимый из нижней части РЖ 7, направляют на регенерацию в цех регенерации ингибитора. Отделенный НГК, для дальнейшей транспортировки потребителям, подается насосом 10 в МКП, оснащенный датчиком температуры 14.The mixture of NGK and VRI, leaving the lower part of the low-temperature separator 13, passes through the second section of the "gas-condensate" TO 6, where it heats up, giving its cold to the counter flow of the produced gas-liquid mixture, and enters RZh 7, where it is separated and degassed. The weathering gas is sent either to the torch or used for the own needs of the field. VRI, taken out from the lower part of RZh 7, is sent for regeneration to the inhibitor regeneration workshop. The separated NGK, for further transportation to consumers, is supplied by pump 10 to the MCP equipped with a temperature sensor 14.

Задачу поддержания заданной температуры в низкотемпературном сепараторе 13 с распределением нагрузки между ТО «газ-газ» 5 и ТО «газ-конденсат» 6, решает совместная работа ПИД-регуляторов 17 и 18.The task of maintaining the set temperature in the low-temperature separator 13 with the distribution of the load between the "gas-gas" 5 and the "gas-condensate" 6 is solved by the joint operation of the PID controllers 17 and 18.

Для этого, на вход заданий SP ПИД-регуляторов 17 и 18, управляющих режимом работы ТО «газ-газ» 5 и ТО «газ-конденсат» 6, АСУ ТП 4 подает единое значение сигнала уставки 16 температуры в низкотемпературном сепараторе газа 13, которую необходимо поддерживать при текущих условиях работы промысла в заданном диапазоне. Одновременно на вход обратной связи PV этих же ПИД-регуляторов подают сигнал 15 с датчика температуры 12 в низкотемпературном сепараторе 13. В результате на выходах CV ПИД-регуляторы 17 и 18 формируют управляющие сигналы 19 и 20 для КР 8 и КР 3, соответственно и одновременно работают оба КР, при этом КР 8 управляет количеством холодного газа, проходящего по байпасной линии второй секции ТО «газ-газ» 5, регулируя тем самым рекуперацию холода в нем, а КР 3 распределяет поток добытой газоконденсатной смеси между первыми секциями ТО «газ-конденсат» 6 и ТО «газ-газ» 5, удерживая таким образом температуру в низкотемпературном сепараторе 13 в заданном технологическим регламентом диапазоне.To do this, to the input of the SP tasks of the PID regulators 17 and 18, which control the operating mode of TO "gas-gas" 5 and TO "gas-condensate" 6, the APCS 4 supplies a single value of the signal to the setpoint 16 of the temperature in the low-temperature gas separator 13, which must be maintained within the specified range under the current operating conditions of the fishery. At the same time, the signal 15 from the temperature sensor 12 in the low-temperature separator 13 is fed to the PV feedback input of the same PID controllers. As a result, at the CV outputs, the PID controllers 17 and 18 generate control signals 19 and 20 for KP 8 and KP 3, respectively, and simultaneously both KP work, while KP 8 controls the amount of cold gas passing through the bypass line of the second section of the "gas-gas" TO condensate "6 and TO" gas-gas "5, thus keeping the temperature in the low-temperature separator 13 in the range specified by the technological regulations.

Одновременная реализация указанных операций позволяет поддерживать оптимальную температуру предварительного охлаждения газоконденсатной смеси, подаваемой с выходов первых секций ТО «газ-газ» 5 и ТО «газ-конденсат» 6 на вход редуцирующего штуцера 9. Как следствие, обеспечивается экономия энергии пласта газоносной залежи и продлевается срок эксплуатации промысла за счет этой энергии.Simultaneous implementation of these operations allows you to maintain the optimal temperature of pre-cooling of the gas-condensate mixture supplied from the outputs of the first sections of the "gas-gas" 5 and TO "gas-condensate" 6 to the inlet of the reducing choke 9. As a result, the energy of the gas-bearing reservoir is saved and is extended the life of the field due to this energy.

АСУ ТП 4, для обеспечения требований технологического регламента установки по соблюдению норм и ограничений при подготовке природного газа и газового конденсата к дальнему транспорту, в реальном режиме работы осуществляет контроль температуры осушенного газа и НГК, подаваемого в МГП и МКП, соответственно, с помощью датчиков 11 и 14. В случаях, когда значение температуры в МГП, либо МКП достигнет своих ограничительных уставок (верхней, либо нижней), то АСУ ТП 4 формирует сообщение оператору установки о возникшем нарушении и необходимости принять решение об изменении режима работы установки.APCS 4, in order to meet the requirements of the plant's process regulations for compliance with the norms and restrictions in the preparation of natural gas and gas condensate for long-distance transport, in real mode it monitors the temperature of the dried gas and NGK supplied to the MGP and MCP, respectively, using sensors 11 and 14. In cases when the temperature value in the MHP or MCP reaches its limiting settings (upper or lower), the APCS 4 generates a message to the installation operator about the violation and the need to make a decision to change the installation operating mode.

В случаях, когда положения исполнительных органов обоих КР достигнут своих крайних положений - открыт (закрыт), то АСУ ТП 4 об этом формирует сообщение оператору установки и рекомендует принять решение об изменении режима работы установки.In cases where the positions of the executive bodies of both KR reach their extreme positions - open (closed), the APCS 4 generates a message about this to the installation operator and recommends a decision to change the installation operating mode.

Настройку используемых ПИД-регуляторов проводит обслуживающий персонал в момент запуска системы в работу под конкретный режим работы установки согласно методу, изложенному, например, в «Энциклопедии АСУ ТП», п. 5.5, ПИД- регулятор, ресурс:The tuning of the used PID controllers is carried out by the maintenance personnel at the time of starting the system into operation for a specific operating mode of the installation according to the method set forth, for example, in the "Encyclopedia of ACS TP", p. 5.5, PID controller, resource:

http://www.bookasutp.ru/Chapter5_5.aspx#HandTuning.http://www.bookasutp.ru/Chapter5_5.aspx#HandTuning.

Способ автоматического управления низкотемпературной сепарацией газа на нефтегазоконденсатных месторождениях севера РФ реализован в ПАО «Газпром» ООО «Газпром добыча Ямбург» на Заполярном НГКМ на установках комплексной подготовки газа 1 В и 2 В. Результаты эксплуатации показали его высокую эффективность. Заявляемое изобретение может широко использоваться и на других действующих и вновь осваиваемых НГКМ РФ.The method of automatic control of low-temperature gas separation at oil and gas condensate fields in the north of the Russian Federation was implemented in PJSC Gazprom, OOO Gazprom dobycha Yamburg at the Zapolyarnoye oil and gas condensate field at integrated gas treatment units 1 B and 2 V. The operation results showed its high efficiency. The claimed invention can be widely used in other operating and newly developed oil and gas condensate fields of the Russian Federation.

Применение данного способа позволяет повысить эффективность процесса подготовки природного газа и НГК к дальнему транспорту и улучшить качество подготавливаемой продукции для поставки потребителям.The use of this method makes it possible to increase the efficiency of the process of preparing natural gas and oil and gas condensate for long-distance transport and improve the quality of prepared products for delivery to consumers.

Claims

1. Способ автоматического управления низкотемпературной сепарацией газа на нефтегазоконденсатных месторождениях севера РФ, включающий первичную очистку в сепараторе первой ступени сепарации добытой газоконденсатной смеси от механических примесей, водного раствора ингибитора - ВРИ и тяжелых углеводородов нестабильного газового конденсата - НГК, которые, по мере их накопления в нижней части этого сепаратора, отводят в разделитель жидкостей - РЖ для ее разделения на компоненты и дегазацию, при этом газ выветривания утилизируют, ВРИ направляют на регенерацию, а НГК с помощью насосного агрегата подают в магистральный конденсатопровод - МКП, а очищенную газоконденсатную смесь на выходе сепаратора первой ступени сепарации разделяют на два потока, один из которых подают на вход первой секции рекуперативного теплообменника - ТО «газ-газ», а второй поток через кран-регулятор - КР направляют на вход первой секции ТО «газ-конденсат», и на выходе из первых секций этих ТО потоки объединяют и подают объединенный поток через редуцирующий штуцер в низкотемпературный сепаратор, в котором производят финальное отделение осушенного газа от раствора ВРИ и НГК, который, по мере его накопления в нижней части низкотемпературного сепаратора, направляют в РЖ через вторую секцию ТО «газ-конденсат», обеспечивая охлаждение потока добытой газожидкостной смеси, проходящей по его первой секции, а осушенный газ с выхода низкотемпературного сепаратора через вторую секцию ТО «газ-газ» подают для рекуперации холода второму потоку добытой газожидкостной смеси, проходящему по первой секции этого же ТО, и далее направляют в магистральный газопровод - МГП, при этом нагрев осушенного газа осуществляют до температуры, исключающей растепление мерзлого грунта вокруг МГП, отличающийся тем, что устанавливают КР, управляемый пропорционально-интегрально-дифференцирующим - ПИД-регулятором, который построен на базе автоматизированной системы управления технологическими процессами - АСУ ТП установки, на байпасную линию второй секции ТО «газ-газ», при этом на вход задания этого ПИД-регулятора и ПИД-регулятора, который управляет распределением добытой газожидкостной смеси между первыми секциями ТО «газ-газ» и ТО «газ-конденсат», подают единое значение сигнала уставки температуры в низкотемпературном сепараторе газа, которую необходимо поддерживать при текущих условиях работы промысла в заданном диапазоне, и одновременно на вход обратной связи этих же ПИД-регуляторов подают сигнал с датчика температуры в низкотемпературном сепараторе, и, обрабатывая эти сигналы, указанные ПИД-регуляторы формируют на своих выходах управляющие сигналы для своих КР, соответственно, осуществляя управление количеством осушенного газа, проходящим по байпасной линии второй секции ТО «газ-газ», и потоками добытой газоконденсатной смеси, проходящими по первым секциям ТО «газ-газ» и ТО «газ-конденсат», и удерживают таким образом температуру в низкотемпературном сепараторе в заданном диапазоне, и одновременно контролируют значение температуры осушенного газа, поступающего в МГК, и температуры НГК, подаваемого в МКП, причем все эти операции выполняют с помощью АСУ ТП.1. A method for automatic control of low-temperature gas separation at oil and gas condensate fields in the north of the Russian Federation, including primary cleaning in a separator of the first stage of separation of the produced gas condensate mixture from mechanical impurities, an aqueous solution of an inhibitor - VRI and heavy hydrocarbons of unstable gas condensate - NGK, which, as they accumulate in the lower part of this separator is diverted to the liquid separator - RZh for its separation into components and degassing, while the weathering gas is disposed of, VRI is sent to regeneration, and the NGK is fed into the main condensate pipeline - MCP using a pumping unit, and the purified gas-condensate mixture at the outlet of the separator the first stage of separation is divided into two streams, one of which is fed to the inlet of the first section of the recuperative heat exchanger - TO "gas-gas", and the second flow through the valve-regulator - KR is directed to the inlet of the first section of TO "gas-condensate", and at the outlet from the first sections of these TOs, the flows combine and supply the combined flow through the reducing choke into the low-temperature separator, in which the final separation of the dried gas from the VRI and NGK solution is carried out, which, as it accumulates in the lower part of the low-temperature separator, is directed to the RL through the second section of the gas-condensate TO, providing cooling of the flow of the extracted gas-liquid mixture passing through its first section, and the dried gas from the outlet of the low-temperature separator through the second section of the "gas-gas" TO is fed to the second flow of the produced gas-liquid mixture passing through the first section of the same TO, and then sent to the main gas pipeline - MHP, while heating of the dried gas is carried out to a temperature that excludes thawing of frozen soil around the MHP, characterized in that they install a KR controlled by a proportional-integral-differentiating - PID controller, which is built on the basis of an automated process control system - an automated process control system of the installation , on the bypass line the second section of TO "gas-gas", while the input of this PID controller and the PID controller, which controls the distribution of the produced gas-liquid mixture between the first sections of TO "gas-gas" and TO "gas-condensate", is fed a single value signal of the temperature setpoint in the low-temperature gas separator, which must be maintained under the current operating conditions of the field in the specified range, and at the same time a signal from the temperature sensor in the low-temperature separator is fed to the feedback input of the same PID controllers, and, processing these signals, the specified PID controllers form at their outputs control signals for their control units, respectively, controlling the amount of dried gas passing through the bypass line of the second section of the gas-gas TO, and the flows of the produced gas-condensate mixture passing through the first sections of the gas-gas and TO gas-condensate ", and thus keep the temperature in the low-temperature separator in the specified range, and at the same time control the value the temperature of the dried gas entering the MHC and the temperature of the OGC fed to the MCP, and all these operations are performed using the APCS.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случаях, когда значение температуры в МГП, либо МКП достигнет своих ограничительных уставок, верхней либо нижней, формируют сообщение оператору установки о возникшем нарушении и необходимости принять решение об изменении режима работы установки, используя АСУ ТП.2. The method according to claim 1, characterized in that in cases when the temperature value in the MHP or MCP reaches its limiting settings, upper or lower, a message is generated to the installation operator about the violation and the need to make a decision to change the operating mode of the installation using APCS.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае, когда исполнительные органы обоих КР достигнут своих крайних положений - открыто либо закрыто, формируют об этом сообщение оператору установки и рекомендуют принять решение об изменении режима работы установки, используя АСУ ТП.3. The method according to claim. 1, characterized in that in the case when the executive bodies of both KR reach their extreme positions - open or closed, form a message about this to the operator of the installation and recommend to make a decision to change the operating mode of the installation using the APCS.