La capacité de surveiller le niveau de sable dans les dessableurs, les séparateurs et les systèmes de reflux permet une automatisation et une plus grande efficacité des processus d'élimination du sable ainsi qu'une utilisation et une durée de vie améliorées de l'équipement.
Introduction
La production de sable est l’une des préoccupations majeures de l’industrie pétrolière et gazière. Le sable est créé à partir des fluides et des roches extraits des puits. En raison de la présence de sable, le processus global de transport et de transformation est affecté par la détérioration des équipements (puits de forage, pipelines, tubing, vannes, starter, séparateur), les arrêts de production, la diminution du taux de production, la maintenance précoce, etc. Des efforts économiques importants sont donc mis dans la gestion et le contrôle du sable sur le terrain.
La production de sable est un problème présent du côté amont du pétrole et du gaz, qui traite de l'exploration, de l'extraction et de la production de pétrole brut et de gaz. Une fois qu'un puits a été foré et vérifié avec une quantité d'hydrocarbures économiquement extractible, des têtes de puits sont utilisées pour contrôler le taux et les conditions d'extraction. Des séparateurs monophasiques ou multiphasiques sont ensuite utilisés pour obtenir les hydrocarbures nécessaires au raffinage ou au traitement, ce que l'on appelle l'aval de l'industrie.
Cet article décrit la Rheonics Capteur SDP de détection de sable et comment il est utilisé pour surveiller le niveau de sable dans l'équipement de séparation du sable, permettant des actions rapides pour une meilleure gestion du sable.
Rheonics des capteurs sont également utilisés pour moniteur de poids de boueoring de fluides de forage en temps réel sur les sites de forage.
Figure 1 : Aperçu de l’extraction de pétrole et de gaz et de la production de sable
Surveillance du niveau de gestion du sableoring Et le contrôle
La gestion du sable concerne le « cycle de vie du sable », qui comprend des procédures telles que les prévisions modélisées initiales, la surveillance réelle.oringet l'élimination finale de l'accumulation de sable, en tenant compte des aspects environnementaux, de sécurité et économiques.
Pendant la gestion du sable, les actions requises sont : la séparation, la collecte, le nettoyage, la mesure et la surveillance.oring.
Séparateurs de sable
La séparation est un processus utilisé pour isoler les solides du liquide contenu dans le fluide multiphasique provenant du puits. Équipement utilisé pour la séparation du sable, alias. Les dessableurs peuvent être des vaisseaux gravitaires (c'est-à-dire un système d'élimination d'eau libre (FWKO) avec un jet de sable), un dessableur de dessableur, un hydrocyclone ou des systèmes de filtration.
Ces dessableurs varient en termes de conception, de taille et de principes de fonctionnement. La sélection dépend de la capacité requise, du débit, de la taille des solides, de l'emplacement dans la chaîne de production, de l'impact économique, etc. Il existe différents styles de dessableurs adaptés à des cas d'utilisation spécifiques comme les dessableurs multi-liners, les dessandeurs à insert, etc.
Dessableur de tête de puits sont des séparateurs cycloniques sol-fluide multiphasiques conçus pour traiter le débit complet du puits. Ils peuvent fonctionner avec des flux mixtes de pétrole, de gaz et d’eau et peuvent fonctionner avec des fractions de vide de gaz complètes et sont utilisés dans les puits de gaz et de pétrole. Ils sont utilisés à la fois pour gérer la production temporaire de solides pendant les tests et le nettoyage des puits, ainsi que pour le traitement permanent et continu de la production de sable. Ils sont construits pour répondre aux normes de conception ASME et API-6A.
La prochaine comprendre montre les dessableurs courants utilisés dans différents endroits et lorsqu'ils sont en ligne Rheonics Des capteurs peuvent être utilisés.
L'installation d'un dessableur peut être définie par son emplacement par rapport à la vanne d'étranglement. Les vannes d'arrêt sont utilisées pour contrôler le débit et la pression dans la conduite. Les dessableurs situés avant le starter ou en tête de puits protègent tous les équipements en aval (y compris le starter de tête de puits) mais nécessitent une conception haute pression. Les desanders situés après le starter nécessitent des pressions nominales beaucoup plus faibles, peuvent être moins chers, mais ne protégeront pas le starter (entretien ou remplacement requis) et sont généralement de plus grandes dimensions.
Un avantage supplémentaire des dessableurs installés avant le starter de tête de puits est que le sable filtré est généralement plus propre, avec un faible pourcentage d'hydrocarbures (jusqu'à 0.5 % de concentration en poids – kg d'huile par kg de sable sec) [5].
Hydrocyclone :
Un dispositif de séparation cyclonique, également appelé « dessableurs », « cyclone de dessablage » ou « hydrocyclone de dessablage », utilise un flux tourbillonnant avec le fluide multiphasique effluent pour capturer et séparer les solides. Les forces centrifuges forcent les solides, comme le sable, à se déplacer près du mur et sont entraînés par gravité le long du récipient de forme conique sous forme de sous-verse. Au cours de ce processus, un flux de fluide propre, d'eau ou d'hydrocarbures est amené à sortir du récipient par le haut, au centre du flux tourbillonnant.
La sous-verse avec les solides filtrés est stockée dans une section d'accumulation en dessous, qui peut être intégrée ou séparée du cyclone.
Un problème connu avec les séparateurs cycloniques est l’accumulation ou la solidification de sable qui peut boucher le système. Cela peut se produire si la vitesse à laquelle le sable est créé dépasse la vitesse à laquelle le sable est éliminé par les tuyaux et les vannes. Les vannes de décharge avec un cycle ouvert prédéfini sont inefficaces car la formation de sable peut être inconstante et souvent variable. Si la vanne s'ouvre alors qu'aucun sable ne se forme, le fluide effluent multiphasique peut passer directement par le sous-verse, perdant le produit. S'il s'ouvre trop tard, le sable remplira le navire, compromettant ainsi l'ensemble des opérations.
Laisser la vanne de décharge de l'accumulateur légèrement ouverte entraîne une perte de liquide et une érosion continues sur la vanne de décharge. Pour un fonctionnement à basse pression (<100 psig à l'entrée), cette méthode de fonctionnement est souvent utilisée. Cependant, pour un fonctionnement à haute pression (> 100 psig), ou un écoulement multiphasique avec de l'huile dans le flux de fluide, ou des solides très abrasifs, ou des problèmes de manipulation de grands volumes de liquides déchargés, ouvrir la vanne de décharge n'est pas une solution raisonnable (4). .
Une solution améliorée consiste à utiliser des lignes de flux ou des lignes d'écoulement dans le récipient. À l'aide de capteurs de pression, la différence de pression créée par l'accumulation de sable peut être détectée et la ligne de flux crée un flux descendant évitant le colmatage du sable. Mais ceux-ci sont également inefficaces si le taux de création de sable est trop élevé.
Les opérateurs peuvent surveiller la production de sable dans les séparateurs et tout autre équipement, en utilisant diverses techniques, telles que l'analyse d'échantillons de fluides, des simulations numériques et d'autres techniques de mesure indirectes en plus des capteurs de mesure directe du niveau de sable comme Rheonics Sonde de détection de sable SRV-SDP. L’objectif dans tous ces cas est d’identifier et de résoudre les problèmes de production de sable dès le début et, dans certains cas, d’automatiser l’enlèvement du sable.
Figure 5 : Ligne de flux dans les dessableurs
Besoin d'une surveillance en temps réeloring du niveau de sable
L'utilisation d'un équipement pour surveiller le niveau ou la concentration de sable permet à l'utilisateur de :
- Identifiez les accumulations de sable sans intervention humaine
- Planifier l'entretien et le nettoyage des équipements
- Agissez dès le début (avant que les dépôts de sable ne causent de graves dommages)
- Planifier les améliorations des processus
- Analyser les tendances du taux d’érosion
- Stabilisez les sous-sols pour un contrôle total de l'automatisation
- Réduisez le besoin de contrôles visuels et de supervision humaine
- Améliorer la sécurité des opérations et la sécurité du personnel sur site
Différentes stratégies pour la surveillance du sableoring
Certaines technologies utilisées pour le contrôle du sableoring sont répertoriés dans le tableau suivant.
Tableau 1 : Technologies de capteurs pour le moniteur de sableoring
| Technologie | Description | Avantages | Inconvénients |
|---|---|---|---|
| Capteurs acoustiques | Non intrusif Mesure les ondes sonores générées par le sable en raison des particules frappant la surface d'un puits de forage, d'un pipeline ou de tout autre équipement | Facile à installer dans plusieurs points de production. Utile pour identifier les emplacements de concentration et, jusqu'à un certain niveau, la taille des particules. | Affecté par le flux de fluide, les bulles, les vibrations externes, etc. Difficile à calibrer – manque d’équipement d’étalonnage fiable. Ne fonctionne pas à haute pression ou lorsqu'il y a des dépôts sur le transducteur. |
| Sondes d'érosion | Sonde intrusive et invasive. Mesure les différences de résistance électrique dues à la perte de matière de la surface métallique de la sonde provoquée par l'impact du sable. | Fournit des informations directes et quantitatives sur la quantité et la répartition de la production de sable. Utilisé comme échantillon des dommages potentiels à l'équipement. | Affecté par la corrosion, l'encrassement ou le colmatage. Les performances et la durabilité sont compromises. Nécessite une surveillance étroiteoring pour remplacement. La sensibilité des mesures est compromise en raison d'artefacts de processus. |
| Capteur de concentration de sable | Mesure la résistance électrique ou la capacité du fluide, censée être liée à la concentration de sable et au débit massique dans le fluide. | Offre des données continues et en temps réel Alerte tout changement ou anomalie. | Influencé par d'autres propriétés du fluide, telles que la température, la pression et la salinité. La sensibilité et la confiance des mesures sont gravement affectées par les artefacts de processus tels que les dépôts. |
| Sondes à ultrasons | Pas intrusif ou invasif Le capteur fonctionne en envoyant des ondes sonores et détermine l’heure à laquelle elles reviennent. Fonctionne comme un radar pour déterminer si des solides se forment dans une certaine section de l'équipement. | Fournit des informations en temps réel sans être intrusif. Gère les vibrations, le rayonnement infrarouge, le bruit ambiant et le rayonnement EMI (interférence électromagnétique). | Les lectures peuvent être affectées par les propriétés externes des fluides. Nécessite un étalonnage sur le terrain pour chaque installation, sauf si une Flow Cell ou un boîtier spécifique est utilisé. Gravement affecté par les dépôts sur les parois et nécessite un réétalonnage pour fonctionner avec les conditions changeantes des parois des vaisseaux. |
| Sondes vibrantes | Intrusif et envahissant Fonctionne à une certaine fréquence et détecte les changements ou les écarts de fréquence lorsqu'il est en contact avec des fluides et des solides. | Détecte les accumulations au fil du temps Peut être réglé comme alarme de niveau Peut détecter la corrosion | Peut être bouché par des dépôts. |
Rheonics SDP - Sonde de détection de sable
Rheonics SDP est une sonde de détection de sable en ligne basée sur Rheonics viscosimètre SRV. Le capteur SDP est utilisé avec le logiciel Ostrich (Rheonics Logiciel de détection du niveau de sable) pour la détection en direct sur le terrain du sable dans les équipements de séparation, y compris les séparateurs à cyclone.
Rheonics Le SDP peut être utilisé pour surveiller le niveau de sable dans les équipements de l’industrie pétrolière et gazière tels que les séparateurs. Cela permet de protéger les éléments de production en surface (pétrole et gaz) et sous-marins (équipements sous-marins).
Le fonctionnement du capteur est basé sur un résonateur de torsion qui détecte les changements de viscosité et de densité d'un fluide monophasé ou multiphasé. Le capteur perçoit l'amortissement induit par le fluide dans lequel il est immergé et son impact sur la fréquence de résonance.
Le SDP est configuré pour supporter les conditions de fonctionnement du système, pour des pressions élevées allant jusqu'à 10 15 psi, avec des versions disponibles pour 25 XNUMX psi et XNUMX XNUMX psi. La sonde du capteur peut également être montée avec différents raccords de processus tels que des brides API, Grayloc, Hammer Union, etc. Cela facilite l'intégration du capteur SDP dans différents dessableurs et pipelines et réservoirs en amont ou au milieu du courant.
Tableau 2 : Spécifications Rheonics Sonde de détection de sable – SDP
| Rheonics Sonde de détection de sable - SDP | |
|---|---|
| Longueur d'extension | Personnalisable |
| Connexion de processus | Personnalisable |
| Max. Variantes de pression nominale | 10,000 psi (690 bars, 69 MPa) 15,000 psi (1035 bars, 103 MPa) 25,000 psi (1724 bars, 172 MPa) |
| Matières | Acier inoxydable 316 Hastelloy C22 disponible pour les environnements à forte corrosion |
| Certifications | Ex (ATEX, IECEx, JPEx, etc. ) |
| Dessin | Rheonics Dessin SDP |
Figure 6: Rheonics SDP – Sonde de détection de sable
Consultez l'article suivant pour en savoir plus sur un cas d'installation du Densimètre et viscosité SRD dans les oléoducs et gazoducs selon les normes API.
Installation SDP de la sonde de détection du niveau de sable
Comme le montrent les figures 2, 4 et 5, le capteur SDP peut être installé à différents points, ou types de dessableur, de la section pétrolière et gazière en amont.
Le capteur SDP peut être utilisé pour détecter la présence de sable ou de particules qui pourraient « cimenter » et boucher la sortie de sous-verse sur les dessableurs. Le capteur est placé à une hauteur prédéfinie dans le dessableur qui indiquerait si le niveau et le volume de sable sont suffisamment élevés pour alerter qu'une action est nécessaire de la part du contrôleur (par exemple PLC) et de l'actionneur (par exemple vanne) pour retirer le sable. Deux sondes peuvent être utilisées pour signaler les niveaux bas et élevés pour une meilleure automatisation du contrôle de la vanne d'évacuation du sable et pour éviter que tout fluide ne sorte du récipient par la conduite de sortie de solides.
Les lectures SDP du niveau de sable fournissent des informations sur le niveau de dépôts solides dans un fluide multiphasé. Par exemple, si le fluide est principalement composé d'eau, le capteur émet une lecture d'environ 1 à 2 cP. Mais lorsque des particules ou des fluides supplémentaires sont présentés (c'est-à-dire du sable, du pétrole, etc.), les lectures changent considérablement.
Applications :
Automatisez l'élimination des solides des accumulateurs dans les dessandeurs et les séparateurs utilisés pour
- Forage pétrolier et gazier
- Enlèvement de sable produit
- Opérations de tests de puits
- Nettoyage des tubes enroulés
- Opérations de forage sous-équilibrées
- Traitement des eaux usées
- Traitement des eaux de process industriels
- Traitement des eaux pluviales
- Usine de dessalement
- Installation de recyclage
Avantages :
- Conception compacte et robuste
- Aucune pièce mobile, zéro maintenance ou entretien
- Réduit le coût d'exploitation du dessableur, ce qui rend économique la production de puits à forte production de sable
- Réduit l'érosion des solides de la soupape de décharge de l'accumulateur grâce à une activation basée sur des événements
- Aide à réduire la contamination du sable par l'huile, empêchant la formation de boues et atténuant les problèmes difficiles d'accumulation de solides
Opérations:
- Disponible dans une large gamme de tailles et de pressions nominales
- Disponible avec des brides et d'autres raccords de processus conformes aux normes ASME et API 6-A
- Aucune mise en service ou étalonnage sur site n'est nécessaire
- Livré avec un moniteur de niveau de sableoring logiciel avec des alertes et des niveaux d'alarme faciles à définir
- Possibilité d'activer également la vanne de décharge de l'accumulateur directement à partir du système de capteurs
- Aucune perte de pression de fonctionnement due à l'installation du capteur dans un dessableur ou un accumulateur
Installation et assistance :
- Facile à installer
- Sonde de capteur conçue pour s'adapter à n'importe quel port du dessableur
- Certifié EX
- Pas besoin de mise en service ou d'étalonnage
- Mode test pour vérifier le fonctionnement et la sensibilité du capteur
- Assistance globale avec diagnostic et configuration à distance des capteurs
Système automatisé d'élimination du sable
La Rheonics La sonde de détection du niveau de sable, SDP, ouvre la voie à l'élimination automatisée des accumulations de sable dans les dessableurs et les séparateurs utilisés dans l'industrie pétrolière et gazière. Cela se fait en détectant la présence de sable ou de solides dans la conduite avant qu'ils ne causent de graves dommages à l'équipement, et en envoyant un signal pour activer une vanne dans la conduite de sous-verse pour le transport du sable et son élimination ultérieure.
Figure 7 : Contrôle de l'élimination du sable avec Rheonics Sonde de détection de sable SRV-SDP
De nombreuses entreprises fabriquent et exploitent des Desanders destinés à diverses applications industrielles. Certains d'entre eux :
- Contrôle des solides GN
- Société Derrick
- Sulzer
- Schlumberger
- Expro
- FMC-Technip
- Technologie des processus électroniques
- FLSmidth
- ChampionX
- EnFloTech (technologie Desander utilisée pour extraire les minéraux lourds du broyeur pendant le processus de broyage)
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Bibliographie
- Tête de puits – Wikipédia
- Enquête sur les phénomènes de production de sable : évaluation des expériences de laboratoire et des modèles analytiques passés et émergents
- Technologie hydrocyclone pour la consolidation par rupture et l'élimination du sable de l'hydrate de gaz naturel
- Dessableur liquide – Équilibrage de flux Apex (B-FSM069)
- Application de la technologie des sableurs multiphasés à la production pétrolière et gazière
