Bewältigung der wachsenden Herausforderung des Produzierten

Jun 10, 2024

Da die Energiewirtschaft danach strebt, produziertes Wasser wiederzuverwenden und die Entsorgungskosten für produziertes Wasser steigen, steigt der Bedarf an genaueren Messungen, um Geld zu sparen.

Die Messung des produzierten Wassers auf dem unkonventionellen US-Markt wird durch Paraffinablagerungen auf den Messgeräten beeinträchtigt, die zu ungenauen Messwerten der Menge des produzierten Wassers führen. Die Branche beginnt, dieses wachsende Problem anzugehen, indem sie neue Technologielösungen einsetzt, die dauerhafte Genauigkeit anstelle routinemäßiger Wartung ermöglichen, die eine vorübergehende Lösung darstellt.

Bei den meisten Öl- und Gasproduzenten kommt es zu Paraffinablagerungen auf der Innenfläche ihrer elektromagnetischen Durchflussmesser. Diese Messgeräte befinden sich typischerweise auf der Produktionswasserstrecke, stromabwärts von Produktions- und Testabscheidern. Paraffin, eine wachsartige Substanz, die bei der Rohölförderung vorkommt, tropft aus der Lösung, wenn die Flüssigkeit vom Bohrlochkopf durch die Oberflächenausrüstung abkühlt.

Während die Flüssigkeit durch die Rohre transportiert wird, kühlt sie ab, wodurch das Paraffin erstarrt und sich an den Wänden von Rohren und Durchflussmessern ablagert. Separatoren, die den Großteil des Paraffins durch Hitze entfernen sollen, sind immer noch anfällig für die Ansammlung kleiner Mengen Paraffin, die das Rohr und die Messgeräte bedecken können.

Elektromagnetische Durchflussmesser werden zur Messung des Volumenstroms leitfähiger Flüssigkeiten in Rohrleitungen, wie beispielsweise Förderwasser, eingesetzt. Sie erzeugen ein Magnetfeld entlang des Strömungswegs und messen die Spannung, die von der Flüssigkeit beim Durchströmen des Magnetfelds induziert wird.

Die Spannung ist proportional zur Strömungsgeschwindigkeit und der magnetischen Feldstärke, aus der der Volumenstrom der Flüssigkeit berechnet wird. Elektromagnetische Durchflussmesser enthalten mindestens zwei Elektroden, die je nach Hersteller aus keramischen oder metallischen Materialien bestehen. Die Elektroden messen die induzierte Spannung des produzierten Wassers, das durch das Messgerät fließt.

Im Inneren des Messgeräts befindet sich zwischen der leitfähigen Flüssigkeit und dem Metallgehäuse eine isolierende Auskleidung. Dadurch wird die zu messende Flüssigkeit vom Gehäuse des Messgeräts isoliert und verhindert, dass die Flüssigkeit einen elektrischen Kurzschluss verursacht.

Paraffinablagerungen beeinträchtigen die Genauigkeit und Zuverlässigkeit elektromagnetischer Durchflussmesser, da sie sich auf den Elektroden und der Auskleidung des Messgeräts bilden. Mit der Zeit nimmt die Paraffinablagerung rund um die Elektroden zu, wodurch die Elektroden im Wesentlichen von der Flüssigkeit isoliert werden. An diesem Punkt wird die Leitfähigkeit der Flüssigkeit künstlich verringert und der Durchflussmesser zeigt einen Unterwert an.

Wenn die Paraffinbeschichtung auf den Elektroden dick genug wird, ist ein Durchflussmesser vollständig vom produzierten Wasser isoliert, was das Messgerät als Nulldurchfluss interpretiert. Wenn die Paraffinbeschichtung auf der Auskleidung zunimmt, verringert sich die Querschnittsfläche des Messgeräts, was zu einer höheren Flüssigkeitsgeschwindigkeit führt, was dazu führt, dass das Messgerät die Durchflussrate zu hoch anzeigt (Q = Av, wobei A die Querschnittsfläche des Durchflusses und v ist). seine Durchschnittsgeschwindigkeit).

Öl- und Gasproduzenten sind möglicherweise auf Probleme mit Paraffinablagerungen in ihren elektromagnetischen Durchflussmessern aufmerksam, insbesondere wenn sie in der Vergangenheit Probleme mit ungenauen Messungen oder Ausfällen von Durchflussmessern hatten.

Es wird geschätzt, dass Zehntausende der elektromagnetischen Durchflussmesser, die heute auf dem unkonventionellen Öl- und Gasmarkt in den USA im Einsatz sind, anfällig für Paraffinablagerungen sind. Viele Betreiber haben Strategien entwickelt, um Probleme mit der Paraffinbildung in ihren Durchflussmessern zu verringern, wie z. B. das Erhitzen des Messgeräts, um das Paraffin in flüssigem Zustand zu halten, indem ein Heizsystem verwendet wird, das die Temperatur über dem Schmelzpunkt des Paraffins hält.

Zu anderen Strategien gehören chemische Behandlungsprogramme, mit denen Paraffinablagerungen auf den Elektroden und Auskleidungen aufgelöst werden. Diese Behandlungen sind jedoch kostspielig und erfordern Ausfallzeiten des Messgeräts. Einige Unternehmen führen möglicherweise auch regelmäßige Wartungs- und Reinigungsverfahren ein, um sicherzustellen, dass das Durchflussmessgerät ordnungsgemäß funktioniert. Regelmäßige Wartungs- und Reinigungsvorgänge sind jedoch sowohl zeitaufwändig als auch kostspielig.

Es ist jedoch auch wahrscheinlich, dass einige Öl- und Gasproduzenten sich der Paraffinablagerungsprobleme in ihren elektromagnetischen Durchflussmessern nicht bewusst sind, insbesondere wenn sie nicht über ein umfassendes Wartungs- und Überwachungsprogramm verfügen. In solchen Fällen können Fehler im Durchflussmesser unentdeckt bleiben, bis sie zu erheblichen Problemen oder Ausfallzeiten führen.

Ein Öl- und Gasbetreiber im Süden von Texas musste alle 60 Tage seine verschmutzten Messgeräte ausbauen und reinigen, da er keinen Durchflusswert von seinen Messgeräten ermitteln konnte.

Ab Oktober 2021 führte der Betreiber gemeinsam mit dem Vertriebspartner KopMan Industries die sogenannte Aculon Measurement Integrity (AMI)-Behandlung ein, um das Problem der Paraffinbildung bei sechs seiner elektromagnetischen Durchflussmesser zu bekämpfen.

Durchflussmesser in Produktionsbetrieben können innerhalb von 3 bis 4 Stunden pro Meter behandelt werden. Neue Zähler können problemlos innerhalb einer Stunde behandelt werden. Für die Behandlung dieser Messgeräte ist keine Aushärtungszeit oder Temperatur erforderlich.

Durch die AMI-Anwendung konnte der Betreiber die Zeit zwischen der Wartung der Zähler von 60 auf 540 Tage (also 18 Monate) und der Zählung verlängern.

Zunächst wurden die Messgeräte nach 180 Tagen physisch auf Verschmutzung untersucht und es wurde festgestellt, dass die Elektroden frei von Paraffinablagerungen waren. Die Messgeräte wurden aufgrund von Verschmutzung seitdem nicht mehr zur Wartung ausgezogen, da die vom magnetischen Durchflussmesser gemeldeten Durchflussraten weiterhin mit den täglichen Mengen an produziertem Wasser des Betreibers übereinstimmen.

Der AMI-Service besteht aus der Reinigung, Vorbereitung und Behandlung der Oberfläche des magnetischen Durchflussmessers mit omniphoben Oberflächenmodifikationschemikalien, die sowohl Wasser als auch Kohlenwasserstoffe abstoßen. Die omniphobe Chemie von Aculon wird zur Behandlung der Keramik- oder Metallelektroden eingesetzt und verbindet sich kovalent mit der Oberfläche mit einer 2–5 Nanometer dicken, optisch klaren Behandlung.

Der Liner, der typischerweise aus Polytetrafluorethylen besteht, ist mit der nanobeständigen Chemie von Aculon behandelt, die für Oberflächen aus Nichtmetalllegierungen entwickelt wurde. Solche Chemikalien werden seit über zwei Jahrzehnten außerhalb der Öl- und Gasindustrie eingesetzt.

Aculon ist seit Anfang der 2000er Jahre auf die Synthese und Herstellung von Nano-Oberflächenmodifikationschemikalien spezialisiert und hat mehr als 100 Produkte zur Modifizierung der Oberflächenenergie verschiedener Arten von Substraten entwickelt. Im Jahr 2022 ging Aculon eine Partnerschaft mit KopMan ein, das bereits seit fünf Jahren Geräte mit der Chemie von Aculon reinigt, vorbereitet und behandelt und über 6.000 verschiedene Geräteteile behandelt hat.

Gemeinsam entwickelten die Partner AMI, das erfolgreich eingesetzt wurde, um die hier beschriebene Zeit zwischen den Wartungsarbeiten von sechs Metern um den Faktor neun zu verlängern. Mittlerweile beginnen immer mehr Betreiber, Mittel für die Wartung der magnetischen Durchflussmesser bereitzustellen, um die unproduktive Zeit zu reduzieren, die mit dem routinemäßigen Herausziehen und Reinigen der magnetischen Durchflussmesser verbunden ist.

Seit 2021 wurden mehr als 250 elektromagnetische Durchflussmesser mit einer Größe von 2 bis 10 Zoll mit der AMI-Technologie behandelt. Von den 250 behandelten Metern befanden sich 200 in der Förderwasserversorgung, die vor Ort entnommen und gereinigt wurde.

Heutzutage wird der Messunsicherheit von produziertem Wasser im Vergleich zu Kohlenwasserstoffen weniger Aufmerksamkeit geschenkt. Dies ändert sich jedoch, da der Druck zunimmt, genauere und zuverlässigere Messungen des produzierten Wassers angesichts steigender Handhabungs- und Entsorgungskosten, Vorschriften, der Nachfrage nach Recycling und der Notwendigkeit, die Leckerkennung zu verbessern, sicherzustellen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die praxiserprobte AMI-Technologie in der Lage ist, diese Probleme zu lösen und gleichzeitig die Leistung der Durchflussmessung langfristig zu verbessern.

Clay Wernli, CEO und Gründer von KopMan Industries, ist ein Branchenführer in der Aufbereitung gebrauchter Geräte mit komplexen Geometrien zur „Weißreinigung“ und der Anwendung von Behandlungen zur Modifizierung von Oberflächeneigenschaften. Seit 1991 ist er in der industriellen Reinigungsbranche für den Raffineriemarkt tätig. Im Jahr 2014 stieg er in den Spezialdienstleistungsmarkt ein und beriet Betreiber bei der Lösung von Herausforderungen im Zusammenhang mit organischen Elementen, Verschmutzung und anderen Problemen, die die Produktionsdienste stören. Er arbeitete mit Ohmstede Industrial Services und Ohmstead LTD am Aufbau ihres ONE-Programms auf dem Raffineriemarkt. Er ist Absolvent der AIU Business School.

Elizabeth Cambre, SPE, ist die globale Business Development Managerin für Energie bei Aculon. Sie verfügt über 15 Jahre Erfahrung in der Öl- und Gasbranche und beschäftigt sich bei Schlumberger im operativen und technischen Vertrieb in Oman, Katar und den Vereinigten Arabischen Emiraten mit Problemen der anorganischen und organischen Ablagerung. Sie war ehemalige Ausbilderin für hydraulisches Brechen und Ansäuern und Produktverfechterin neuer Technologien bei Baker Hughes. Darüber hinaus war sie Leiterin der Produktionsoptimierung bei Tendeka. Sie ist Autorin von neun SPE-Publikationen und ehemalige Co-Vorsitzende des SPE International Hydraulic Fracturing Technical Committee. Sie hat Abschlüsse in Chemieingenieurwesen, Mathematik, Wirtschaftswissenschaften, internationalen Angelegenheiten und Chinesisch (magna cum laude) von der University of Colorado in Boulder.