雷達液位計在分離器實時排液上的應用

 

引言

試油作業期間，通過分離器進行油、氣、水產量計量時，安全環保方麵存在兩個急待解決的問題［1］：（1）分離器的液位控製一般通過浮筒、液位控製器和自動控製閥聯動，實現分離器高低液位報警和自動排液。儲層壓裂改造後排液初期，井筒返排液中含有大量的壓裂砂、岩屑等雜質容易堵塞浮筒［2］，導致液位感應裝置失靈，使得分離器無法自動排液，可能造成“冒罐”的後果，影響工程進度，甚至導致安全事故的發生。

 

（2）以往作業過程中，通過液位計玻璃看窗或者磁翻板液位計直接觀察分離器內液麵高度。人工液位監測不及時，可能導致排液不及時，容易引起因分離器液位控製不當造成氣路竄液或液路竄氣等後果。隨著數字化的發展，智能化監測技術應用也越來越多，需要改變分離器液位人工監測方式，以大大提高工作人員的工作效率，保障生產安全［3］。因此，研究一種智能化液位監測技術具有重要的意義。

 

另外，隨著測試期間HSE要求的提高，“雷達探測技術”被應用在分離器實時排液上，有效控製了試油測試期間氣路竄液或液路竄氣的風險。

 

1　技術原理

“雷達探測技術”的原理是：雷達探測裝置發射出雷達波，這些雷達波被分離器內液麵反射後，被雷達探測裝置接收，從而得到分離器內液位高低信號［4］。液位信號經過信號接口箱反饋給數據采集軟件後，通過一係列控製指令，將分離器液位信號傳遞給定位器，定位器再根據接收到的液位信號轉化成壓力信號，從而控製分離器Fisher閥開啟度。分離器液位控製信號傳輸流程見圖1所示。

該技術的優點是：

（1）雷達液位計可以實時監測到分離器液麵高度，並且能在數據采集係統上的液位可視模塊實時顯示高度。同時，可以實現液麵超限設置，並提供報警輸出功能，實現高低液位報警。

（2）雷達液位計發射的雷達波不受環境溫度和壓力的影響，滿足分離器在-19~121℃工作溫度和15MPa工作壓力下使用的要求。

（3）由於雷達液位探測儀是安裝在分離器罐體頂部，不受罐體沉砂堵塞通道的影響，探測到的液位高度信號通過接口箱和定位器實時傳遞給自動控製閥，控製閥根據接收到的信號自動調節閥門的開啟度，從而實現分離器實時自動排液，液麵控製好，安全性高［5］。

 

2、分離器實時自動排液裝置簡介

該裝置由雷達液位計、閥門定位器、Fisher閥和遠程數據采集及控製係統組成。j9国际站真人雷達液位計實時監測分離器液麵高度，並將監測的液位信號傳遞給接口箱；定位器接收來自接口箱的電信號，並將接收到的電信號轉化成壓力信號，然後將壓力信號傳遞給自動控製閥；自動控製閥根據接收到的壓力信號，調節閥門的開啟度，從而實現自動排液，PLC可以實時遠程監測液麵情況，並通過預設的高低液麵參數，實時控製分離器液麵高度。

 

2.1雷達液位計

雷達液位計是基於時間行程原理的雷達波測距係統。儀表發出1GHz的微功率雷達波信號沿著探杆組件（探杆或探杆纜繩）以光速傳播。當雷達波接觸到被測物質表麵時，因介電常數發生突變，雷達波被反射回來。發射回來的雷達波沿著探測組件傳播，並返回到儀表探頭。雷達波的發射與接收時間間隔與儀表探頭到被測介質的距離成正比，由此計算出儀表探頭到被測介質表麵的距離。該套裝置的導波杆材質：不鏽鋼：316L；防護等級：IP67；防爆等級：ExiaIICT6；承壓能力：15MPa；溫度範圍：-40~150℃；信號傳輸：4~20mA。

 

2.2閥門定位器+Fisher閥

定位器將閥杆位移信號作為輸入的反饋測量信號，以控製器輸出信號作為設定信號，進行比較，當兩者有偏差時，改變其到執行機構的輸出信號，使執行機構動作，建立了閥杆位移量與控製器輸出信號之間的一一對應關係。因此，閥門定位器是以閥杆位移為測量信號，以控製器輸出信號為設定信號的反饋控製係統。閥門定位器入口接入獨立的氣源，出口氣路則接入到Fisher閥中，當閥門定位器收到來自防爆接口箱的模擬控製信號時，通過控製出口的氣源壓力大小實現Fisher閥的開閉，同時Fisher閥也將開度經行程傳感器反饋給防爆接口箱，zui終實現整套係統Fisher閥的開度控製與反饋。定位器與Fisher閥的安裝示意圖如圖2所示。基本參數：輸入輸出信號為4~20mA；防護等級為IP66；行程範圍為3~130mm；進氣壓力為0.5~0.8MPa；防爆標識為ExiaIICT6/T4Gb；使用環境溫度為-30~60℃。

2.3遠程數據采集和控製係統

包括接口箱、PLC控製器、數采係統等。通過調試數據采集軟件，預設分離器液位上下限值、液位控製手自動設置，將各個監測點的數據匯總到控製

平台上顯示出來。由PLC自動控製程序完成分析、整理和判斷，並調控整個係統的運行。

 

3　應用效果

雷達探測技術改變了分離器現有排液模式，該裝置已在威遠頁岩氣區塊應用4個作業平台，從應用效果來看，主要有以下幾個方麵：從4個作業平台14個不同時間點（見表1），對比分離器玻璃看窗實測液位高度，j9国际站真人雷達液位計與玻璃看窗實測液位高度差值zui大2.7cm，差值zui小-1cm，平均誤差0.8cm，雷達液位計液麵探測值穩定可靠［6］。

整個控製係統液麵控製靈敏，當係統設置控製上下限分別為0.2~1.05m時，控製範圍為0.85m，Fisher閥開度維持在15%~16%之間，液位穩定在0.3m左右；當係統設置控製上下限分別為0.2~0.3m時，控製範圍0.1m，Fisher閥門開度維持在1%~25%之間，液位穩定於0.19~0.22m。

 

該套裝置在油氣井測試作業中，實現分離器液位遠程實時監測、高低液位報警和實時自動排液的功能［7-8］。

 

另外，在分離器液位自動控製現場試驗階段，液位控製上下限範圍較小（0.2~0.3m），液位始終保持在0.2m左右波動且很穩定，Fisher開關非常頻繁，且閥門開度也存在較大波動，波動隨著時間的推移而逐漸減小。多口井的試驗結果表明：雷達液位計與Fisher閥的結合，能夠自動將分離器內液位控製在穩定的範圍［9］。

 

4　結論及建議

（1）采用雷達液位計，改變了分離器液位的人工監測方式，解決了傳統的玻璃看窗和磁浮子液位計容易吸附黏稠物或雜質導致液位看不清楚，或者液位計橫管堵塞後不能真實反映分離器內液位的難題，實現了分離器液位遠程實時精確監測、高低液位報警。

（2）通過雷達液位探測儀和分離器Fisher控製閥的有機結合、無縫銜接，實現了分離器實時自動排液。該技術是信息化和機械化的有機結合，通過

遠程監控和自動控製，解決了分離器排液智能化的問題，提高了排液效率。

（3）分離器液位自動監控技術在頁岩氣平台的成功應用，解決了頁岩氣分離器液位監控依靠人工、效率低下、不準確以及分離器排液的生產難題，保障了生產安全，建議加大該技術的推廣應用的力度。