การวัดความหนืดอย่างต่อเนื่อง
I. คุณลักษณะของของเหลวที่ไม่เป็นไปตามแบบแผนและความท้าทายในการวัด
การประยุกต์ใช้ที่ประสบความสำเร็จของการวัดความหนืดอย่างต่อเนื่องระบบในสาขาการสกัดน้ำมันจากหินดินดานและการสกัดน้ำมันจากทรายน้ำมันสิ่งนี้ต้องการการรับรู้ที่ชัดเจนถึงความซับซ้อนทางด้านรีโอโลยีอย่างมากที่มีอยู่ในของเหลวที่ไม่ธรรมดาเหล่านี้ ซึ่งแตกต่างจากของเหลวทั่วไปหยาบน้ำมันหนักน้ำมันดินและสารละลายข้นที่เกี่ยวข้องมักแสดงคุณสมบัติที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตัน มีหลายเฟส ควบคู่ไปกับความไวต่ออุณหภูมิอย่างมาก ซึ่งสร้างความยากลำบากเป็นพิเศษต่อเสถียรภาพและความแม่นยำของเครื่องมือวัด
1.1 การกำหนดขอบเขตของพลศาสตร์ของไหลที่ไม่เป็นไปตามแบบแผน
1.1.1 คุณสมบัติความหนืดสูง: ความท้าทายของบิทูเมนและน้ำมันหนัก
ไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ธรรมดา โดยเฉพาะบิทูเมนที่ได้จากแหล่งต่างๆการสกัดน้ำมันจากทรายน้ำมันโดยทั่วไปแล้ว บิทูเมนจากแหล่งสะสมขนาดใหญ่จะมีค่าความหนืดสูงมาก โดยมักมีความหนืดอยู่ในช่วง 100-100 มิลลิปาสคาลวินาที (cP) ที่อุณหภูมิห้องมาตรฐาน (25°C) แรงเสียดทานภายในในระดับนี้เป็นอุปสรรคสำคัญต่อการไหล และจำเป็นต้องใช้วิธีการที่ซับซ้อน เช่น เทคนิคการกู้คืนความร้อนอย่างเช่น การระบายน้ำด้วยแรงโน้มถ่วงโดยใช้ไอน้ำช่วย (SAGD) เพื่อการสกัดและการขนส่งที่ประหยัด
ความสัมพันธ์ระหว่างความหนืดและอุณหภูมิของน้ำมันหนักไม่ได้เป็นเพียงปัจจัยเชิงปริมาณเท่านั้น แต่ยังเป็นเกณฑ์พื้นฐานในการประเมินการเคลื่อนที่ของของเหลวและการประเมินพฤติกรรมที่เชื่อมโยงกันระหว่างความร้อน การไหล และโครงสร้างภายในแหล่งกักเก็บ ความหนืดไดนามิกจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วนี้หมายความว่าข้อผิดพลาดเล็กน้อยในการวัดอุณหภูมิระหว่างการวัดนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งการวัดความหนืดอย่างต่อเนื่องซึ่งส่งผลโดยตรงต่อข้อผิดพลาดเชิงสัดส่วนขนาดใหญ่ในค่าความหนืดที่รายงาน ดังนั้น การชดเชยอุณหภูมิที่แม่นยำและบูรณาการจึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับระบบอินไลน์ที่เชื่อถือได้ใดๆ ที่ใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยงสูงและไวต่ออุณหภูมิเหล่านี้ นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงความหนืดที่เกิดจากอุณหภูมิยังสร้างโซนทางธรณีกลศาสตร์ที่แตกต่างกัน (ระบายออกหมดแล้ว ระบายออกบางส่วน ระบายออกไม่หมด) ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการไหลของของเหลวและการเปลี่ยนแปลงรูปทรงของแหล่งกักเก็บ จึงจำเป็นต้องใช้ข้อมูลความหนืดที่แม่นยำเพื่อเป็นแนวทางในการออกแบบแผนการกู้คืนที่มีประสิทธิภาพ
1.1.2 พฤติกรรมที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตัน: การลดความหนืดเมื่อถูกแรงเฉือน, ภาวะทิกโซโทรปี และผลกระทบจากแรงเฉือน
ของเหลวหลายชนิดที่พบในกระบวนการสกัดทรัพยากรที่ไม่ธรรมดาแสดงคุณสมบัติที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตันอย่างชัดเจน เช่น ของเหลวที่ใช้ในการแตกหินด้วยแรงดันไฮดรอลิกใน...การสกัดน้ำมันจากหินดินดานของเหลวที่มีความหนืดลดลงเมื่ออัตราการเฉือนเพิ่มขึ้น มักเป็นของเหลวที่มีส่วนประกอบเป็นเจล ในทำนองเดียวกัน สารละลายโพลีเมอร์ที่ใช้ในการเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตน้ำมัน (Enhanced Oil Recovery: EOR) ในแหล่งกักเก็บน้ำมันหนัก ก็แสดงคุณสมบัติการลดความหนืดเมื่ออัตราการเฉือนเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน ซึ่งมักวัดได้ด้วยดัชนีพฤติกรรมการไหลต่ำ (n) เช่น n=0.3655 สำหรับสารละลายโพลีอะคริลาไมด์บางชนิด
ความแปรผันของความหนืดตามอัตราการเฉือนก่อให้เกิดความท้าทายอย่างมากสำหรับเครื่องมือวัดแบบติดตั้งในสายการผลิต เนื่องจากความหนืดของของเหลวที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตันไม่ใช่คุณสมบัติคงที่ แต่ขึ้นอยู่กับสนามเฉือนเฉพาะที่มันประสบ ดังนั้นการวัดอย่างต่อเนื่องจึงมีความสำคัญเครื่องมือวัดความหนืดของน้ำมันเซ็นเซอร์จะต้องทำงานที่อัตราการเฉือนที่กำหนดไว้ ต่ำ และมีความแม่นยำสูง ซึ่งคงที่โดยไม่ขึ้นอยู่กับสภาวะการไหลของกระบวนการโดยรวม (แบบราบเรียบ แบบเปลี่ยนผ่าน หรือแบบปั่นป่วน) หากอัตราการเฉือนที่เซ็นเซอร์ใช้ไม่คงที่ ค่าความหนืดที่ได้จะเป็นเพียงค่าชั่วคราวและไม่สามารถนำไปใช้เปรียบเทียบกระบวนการ การติดตามแนวโน้ม หรือการควบคุมได้อย่างน่าเชื่อถือ ข้อกำหนดพื้นฐานนี้บังคับให้ต้องเลือกเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ เช่น อุปกรณ์เรโซแนนซ์ความถี่สูง ที่แยกออกจากพลศาสตร์ของไหลระดับมหภาคของท่อหรือภาชนะอย่างตั้งใจ
1.1.3 ผลกระทบของความเค้นครากและความซับซ้อนของหลายเฟส
นอกเหนือจากการลดความหนืดเมื่อถูกแรงเฉือนอย่างง่ายแล้ว น้ำมันหนักและบิทูเมนยังสามารถแสดงคุณสมบัติพลาสติกแบบบิงแฮมได้ ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีค่าความชันของแรงดันวิกฤติ (Threshold Pressure Gradient: TPG) ที่ต้องเอาชนะให้ได้ก่อนที่การไหลจะเริ่มขึ้นในตัวกลางที่มีรูพรุน ในการไหลในท่อส่งและแหล่งกักเก็บ ผลกระทบรวมกันของการลดความหนืดเมื่อถูกแรงเฉือนและแรงเค้นครากจะจำกัดการเคลื่อนที่อย่างรุนแรงและส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการกู้คืน
นอกจากนี้ กระแสการสกัดแบบไม่ธรรมดามีลักษณะเป็นหลายเฟสและมีความไม่สม่ำเสมอสูง กระแสเหล่านี้มักมีของแข็งแขวนลอย เช่น ทรายและอนุภาคละเอียด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทำการสกัดที่มีความเข้มข้นสูงน้ำมันที่มีความหนืดเกิดจากหินทรายที่อัดตัวไม่แน่น การไหลเข้าของทรายเป็นความเสี่ยงในการปฏิบัติงานที่สำคัญ ทำให้เกิดการสึกกร่อนของอุปกรณ์อย่างมาก การอุดตันของบ่อ และการยุบตัวของก้นบ่อ การรวมกันของไฮโดรคาร์บอนที่มีความหนืดสูงและเหนียว (แอสฟัลทีน บิทูเมน) และของแข็งแร่ธาตุที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ก่อให้เกิดภัยคุกคามสองประการต่ออายุการใช้งานของเซ็นเซอร์: ความทนทานการฟาวล์(การยึดเกาะของวัสดุ) และเชิงกลการขัดถู. ใดๆการวัดความหนืดแบบอินไลน์ระบบจะต้องมีความแข็งแรงทางกลและได้รับการออกแบบด้วยพื้นผิวเคลือบแข็งที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะ เพื่อทนต่อสภาวะการกัดกร่อนและการสึกกร่อน พร้อมทั้งต้านทานการสะสมของของเหลวที่มีความหนืดสูงภาพยนตร์.
1.2 ข้อบกพร่องของแบบแผนการวัดแบบดั้งเดิม
วิธีการวัดในห้องปฏิบัติการแบบดั้งเดิม เช่น เครื่องวัดความหนืดแบบหมุน แบบใช้หลอดแคปิลลารี หรือแบบลูกบอลตก แม้ว่าจะได้รับการกำหนดมาตรฐานสำหรับการใช้งานเฉพาะด้านแล้ว แต่ก็ไม่เหมาะสมสำหรับการควบคุมอย่างต่อเนื่องแบบเรียลไทม์ที่จำเป็นสำหรับการดำเนินงานที่ไม่เป็นไปตามแบบแผนในปัจจุบัน การวัดในห้องปฏิบัติการนั้นเป็นแบบคงที่โดยธรรมชาติ ไม่สามารถจับภาพการเปลี่ยนแปลงทางรีโอโลยีแบบไดนามิกที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของกระบวนการผสมและการฟื้นตัวทางความร้อนได้
เทคโนโลยีแบบอินไลน์รุ่นเก่าที่อาศัยชิ้นส่วนหมุนแบบดั้งเดิม เช่น เครื่องวัดความหนืดแบบหมุนบางประเภท มีจุดอ่อนโดยธรรมชาติเมื่อนำไปใช้กับน้ำมันดิบหรือยางมะตอยที่มีความหนืดสูง การพึ่งพาตลับลูกปืนและชิ้นส่วนเคลื่อนที่ที่บอบบางทำให้เครื่องมือเหล่านี้มีความเสี่ยงสูงต่อความล้มเหลวทางกล การสึกหรอก่อนกำหนดจากอนุภาคทรายที่กัดกร่อน และการอุดตันอย่างรุนแรงเนื่องจากความหนืดสูงและคุณสมบัติการยึดเกาะของน้ำมันดิบ การอุดตันสูงจะทำให้ความแม่นยำของช่องว่างแคบๆ หรือพื้นผิวการตรวจจับที่จำเป็นสำหรับการอ่านค่าความหนืดที่แม่นยำลดลงอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ประสิทธิภาพไม่สม่ำเสมอและเกิดการหยุดชะงักในการบำรุงรักษาที่มีค่าใช้จ่ายสูง สภาพแวดล้อมที่รุนแรงของความหนืดของน้ำมันหินดินดานและการสกัดน้ำมันจากทรายน้ำมันจึงจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างเป็นพื้นฐานเพื่อกำจัดจุดบกพร่องทางกลไกเหล่านี้
II. เทคโนโลยีการวัดขั้นสูง: หลักการของการวัดความหนืดแบบอินไลน์
สภาพแวดล้อมการใช้งานของน้ำมันดิบที่ไม่ธรรมดา กำหนดให้เทคโนโลยีการวัดที่เลือกใช้ต้องมีความแข็งแกร่งเป็นพิเศษ มีช่วงไดนามิกกว้าง และให้ค่าที่อ่านได้โดยไม่ขึ้นอยู่กับสภาวะการไหลโดยรวม สำหรับการใช้งานนี้ เทคโนโลยีเครื่องวัดความหนืดแบบสั่นหรือแบบเรโซแนนซ์ได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือที่เหนือกว่า
2.1 หลักการทางเทคนิคของเครื่องวัดความหนืดแบบสั่น (เซ็นเซอร์แบบเรโซแนนซ์)
เครื่องวัดความหนืดแบบสั่นทำงานโดยอาศัยหลักการหน่วงการสั่น องค์ประกอบที่สั่นได้ ซึ่งมักจะเป็นตัวเรโซเนเตอร์แบบบิดหรือส้อมเสียง จะถูกกระตุ้นด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าให้เกิดการสั่นพ้องที่ความถี่ธรรมชาติคงที่ (ωn) และแอมพลิจูดคงที่ (x) ของเหลวโดยรอบจะก่อให้เกิดผลหน่วง ทำให้ต้องใช้แรงกระตุ้นเฉพาะ (F) เพื่อรักษาระดับพารามิเตอร์การสั่นที่คงที่นั้นไว้
ความสัมพันธ์เชิงพลวัตถูกกำหนดไว้ว่า หากแอมพลิจูดและความถี่ธรรมชาติคงที่ แรงกระตุ้นที่ต้องการจะแปรผันตรงกับสัมประสิทธิ์ความหนืด (C) วิธีการนี้ช่วยให้สามารถวัดความหนืดได้อย่างแม่นยำสูง ในขณะเดียวกันก็ขจัดความจำเป็นในการใช้ชิ้นส่วนเชิงกลที่ซับซ้อนและสึกหรอได้ง่าย
2.2 การวัดความหนืดแบบไดนามิกและการตรวจวัดพร้อมกัน
หลักการวัดแบบเรโซแนนซ์เป็นตัวกำหนดความต้านทานต่อการไหลและความเฉื่อยของของเหลวโดยพื้นฐาน ส่งผลให้ได้ค่าการวัดที่มักแสดงในรูปผลคูณของความหนืดไดนามิก (μ) และความหนาแน่น (ρ) ซึ่งแสดงเป็น μ×ρ เพื่อแยกและรายงานค่าความหนืดไดนามิกที่แท้จริง (ρ) จำเป็นต้องทราบความหนาแน่นของของเหลว (ρ) อย่างแม่นยำ
ระบบขั้นสูง เช่น เครื่องมือตระกูล SRD นั้นมีความโดดเด่นเนื่องจากสามารถวัดความหนืด อุณหภูมิ และความหนาแน่นได้พร้อมกันภายในหัววัดเดียว ความสามารถนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในของเหลวหลายเฟสที่ไม่เป็นไปตามแบบแผนทั่วไป ซึ่งความหนาแน่นผันผวนเนื่องจากก๊าซที่ปะปนอยู่ ปริมาณน้ำที่เปลี่ยนแปลง หรืออัตราส่วนการผสมที่เปลี่ยนไป ด้วยการให้ความแม่นยำในการวัดความหนาแน่นที่ต่ำถึงระดับ g/cc เครื่องมือเหล่านี้จึงมั่นใจได้ว่าการคำนวณความหนืดแบบไดนามิกจะยังคงแม่นยำแม้ว่าองค์ประกอบของของเหลวจะเปลี่ยนแปลงไป การบูรณาการนี้ช่วยขจัดความยากลำบากและข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับการติดตั้งเครื่องมือแยกกันสามชิ้น และให้ข้อมูลคุณสมบัติของของเหลวแบบเรียลไทม์ที่ครอบคลุม
2.3 ความแข็งแรงเชิงกลและการลดการเกิดคราบสกปรก
เซ็นเซอร์แบบสั่นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงความหนืดของน้ำมันหินดินดานเนื่องจากมีส่วนประกอบการวัดแบบไร้สัมผัสที่ทนทาน จึงสามารถทำงานได้ภายใต้สภาวะสุดขั้ว รวมถึงแรงดันสูงถึง 5000 psi และอุณหภูมิสูงถึง 200°C
ข้อได้เปรียบที่สำคัญคือเซ็นเซอร์มีความทนทานต่อสภาวะการไหลระดับมหภาค องค์ประกอบเรโซแนนซ์จะสั่นด้วยความถี่สูงมาก (มักจะหลายล้านรอบต่อวินาที) การสั่นสะเทือนความถี่สูงและแอมพลิจูดต่ำนี้หมายความว่าการวัดความหนืดนั้นแทบจะไม่ขึ้นอยู่กับอัตราการไหลโดยรวม ซึ่งช่วยขจัดข้อผิดพลาดในการวัดที่เกิดจากความปั่นป่วนในท่อ การเปลี่ยนแปลงการไหลแบบราบเรียบ หรือรูปแบบการไหลที่ไม่สม่ำเสมอ
นอกจากนี้ การออกแบบทางกายภาพยังช่วยเพิ่มเวลาการใช้งานได้อย่างมากโดยลดการเกาะติดของสิ่งสกปรก การสั่นสะเทือนความถี่สูงช่วยยับยั้งการเกาะติดอย่างต่อเนื่องของวัสดุที่มีความหนืดสูง เช่น บิทูเมนหรือแอสฟัลทีน โดยทำหน้าที่เสมือนกลไกทำความสะอาดตัวเองแบบกึ่งอัตโนมัติ เมื่อรวมกับพื้นผิวเคลือบแข็งที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะ ป้องกันรอยขีดข่วนและทนต่อการสึกหรอ เซ็นเซอร์เหล่านี้จึงสามารถทนต่อผลกระทบจากการกัดกร่อนสูงของทรายและฝุ่นละอองขนาดเล็กที่พบได้ทั่วไปในสภาพแวดล้อมต่างๆการสกัดน้ำมันจากทรายน้ำมันสารละลายข้น ความทนทานในระดับสูงนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออายุการใช้งานของเซ็นเซอร์ในระยะยาวในสภาพแวดล้อมที่มีการเสียดสีสูง
2.4 หลักเกณฑ์การคัดเลือกสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
การเลือกสิ่งที่เหมาะสมการวัดความหนืดแบบอินไลน์เทคโนโลยีสำหรับงานบริการที่ไม่เป็นไปตามแบบแผนดั้งเดิม จำเป็นต้องมีการประเมินความทนทานและความเสถียรในการใช้งานอย่างรอบคอบ โดยให้ความสำคัญกับคุณลักษณะเหล่านี้มากกว่าต้นทุนเริ่มต้นของอุปกรณ์
2.4.1 พารามิเตอร์ประสิทธิภาพหลักและขอบเขตการครอบคลุม
เพื่อให้การควบคุมกระบวนการมีความน่าเชื่อถือ เครื่องวัดความหนืดต้องแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการทำซ้ำที่ยอดเยี่ยม โดยทั่วไปแล้วข้อกำหนดจะต้องดีกว่า ±0.5% ของค่าที่อ่านได้ ความแม่นยำนี้เป็นสิ่งที่ไม่สามารถต่อรองได้สำหรับการใช้งานควบคุมแบบวงปิด เช่น การฉีดสารเคมี ซึ่งข้อผิดพลาดเล็กน้อยในอัตราการไหลอาจนำไปสู่ต้นทุนและประสิทธิภาพที่ลดลงอย่างมาก ช่วงความหนืดต้องกว้างเพียงพอที่จะรองรับการทำงานทั้งหมด ตั้งแต่น้ำมันเจือจางที่บางไปจนถึงยางมะตอยที่ไม่เจือจางที่หนา เซ็นเซอร์แบบเรโซแนนซ์ขั้นสูงมีช่วงตั้งแต่ 0.5 cP ถึง 50,000 cP และสูงกว่านั้น ทำให้มั่นใจได้ว่าระบบจะยังคงทำงานได้ตลอดการเปลี่ยนแปลงและการทำงานที่ผิดปกติในการผสม
2.4.2 ขอบเขตการใช้งาน (HPHT) และวัสดุ
เนื่องจากกระบวนการกู้คืนและขนส่งที่ไม่เป็นไปตามแบบแผนนั้นเกี่ยวข้องกับแรงดันและอุณหภูมิสูง เซ็นเซอร์จึงต้องได้รับการจัดอันดับให้รองรับช่วงการทำงานเต็มรูปแบบ ซึ่งมักต้องการคุณสมบัติเฉพาะที่สูงถึง 5000 psi และเครื่องวัดความหนืดแบบอินไลน์ช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมกับกระบวนการทางความร้อน (เช่น สูงถึง 200°C) นอกเหนือจากความเสถียรต่อแรงดันและอุณหภูมิแล้ว วัสดุที่ใช้ในการผลิตก็มีความสำคัญอย่างยิ่ง การใช้พื้นผิวเคลือบแข็งที่เป็นกรรมสิทธิ์เป็นคุณลักษณะที่สำคัญ ซึ่งให้การปกป้องที่จำเป็นต่อการกัดกร่อนทางกลที่เกิดจากอนุภาคทรายและการโจมตีทางเคมี ทำให้มั่นใจได้ถึงการทำงานที่เสถียรในระยะยาว
ตารางที่ 1 แสดงภาพรวมโดยย่อของข้อดีเปรียบเทียบของเซ็นเซอร์แบบเรโซแนนซ์ในการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพสูงนี้
ตารางที่ 1: การวิเคราะห์เปรียบเทียบเทคโนโลยีเครื่องวัดความหนืดแบบติดตั้งในสายการผลิตสำหรับการใช้งานกับน้ำมันดิบที่ไม่เป็นไปตามแบบแผนทั่วไป
| เทคโนโลยี | หลักการวัด | การนำไปใช้กับของไหลที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตัน | ความต้านทานต่อการเกาะติด/การเสียดสี | ความถี่ในการบำรุงรักษาโดยทั่วไป |
| การสั่นแบบบิดตัว (เรโซแนนซ์) | การหน่วงขององค์ประกอบที่สั่น (μ×ρ) | ยอดเยี่ยม (กำหนดขอบเขตแรงเฉือนต่ำ) | สูง (ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหว เคลือบผิวแข็ง) | ต่ำ (ความสามารถในการทำความสะอาดตัวเอง) |
| แบบหมุน (อินไลน์) | แรงบิดที่จำเป็นในการหมุนชิ้นส่วน | สูง (สามารถให้ข้อมูลกราฟแสดงอัตราการไหลได้) | ระดับความเสี่ยงต่ำถึงปานกลาง (ต้องใช้ตลับลูกปืน มีโอกาสเกิดคราบสะสม/สึกหรอ) | ระดับสูง (ต้องทำความสะอาด/ปรับเทียบเป็นประจำ) |
| คลื่นอัลตราโซนิก/คลื่นเสียง | การลดทอนการแพร่กระจายของคลื่นเสียง | ระดับปานกลาง (คำจำกัดความของแรงเฉือนมีข้อจำกัด) | ระดับสูง (ไม่สัมผัสหรือสัมผัสน้อยที่สุด) | ต่ำ |
ตารางที่ 2 สรุปข้อกำหนดที่สำคัญซึ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานในสภาวะที่รุนแรง เช่น การแปรรูปยางมะตอย
ตารางที่ 2: ข้อกำหนดประสิทธิภาพที่สำคัญสำหรับเครื่องวัดความหนืดแบบสั่นสะเทือน
| พารามิเตอร์ | ข้อกำหนดที่จำเป็นสำหรับการใช้งานกับยางมะตอย/น้ำมันหนัก | ช่วงทั่วไปสำหรับเซ็นเซอร์เรโซแนนซ์ขั้นสูง | ความสำคัญ |
| ช่วงความหนืด | ต้องรองรับ cP ได้มากกว่า 100,000 หน่วย | 0.5 cP จนถึง 50,000+ cP | ต้องครอบคลุมความแปรผันของกระแสป้อน (จากเจือจางไปจนถึงไม่เจือจาง) |
| ความสามารถในการทำซ้ำของความหนืด | ดีกว่า ±0.5% ของการอ่าน | โดยทั่วไป ±0.5% หรือดีกว่านั้น | มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการควบคุมการฉีดสารเคมีแบบวงปิด |
| อัตราแรงดัน (แรงม้า) | แรงดันขั้นต่ำ 1500 psi (โดยทั่วไปมักต้องการ 5000 psi) | สูงสุด 5000 psi | จำเป็นสำหรับท่อส่งแรงดันสูงหรือท่อสำหรับงานแตกหิน |
| การวัดความหนาแน่น | จำเป็น (μ และ ρ พร้อมกัน) | ความแม่นยำในการวัดซ้ำ g/cc | จำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการตรวจจับหลายเฟสและการคำนวณความหนืดแบบไดนามิก
|
III. การใช้งานภาคสนาม การติดตั้ง และอายุการใช้งาน
ความสำเร็จในการดำเนินงานสำหรับการวัดความหนืดอย่างต่อเนื่องการกู้คืนทรัพยากรที่ไม่ธรรมดาต้องอาศัยทั้งเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ที่เหนือกว่าและวิศวกรรมการประยุกต์ใช้จากผู้เชี่ยวชาญอย่างเท่าเทียมกัน การติดตั้งอย่างเหมาะสมจะช่วยลดผลกระทบจากกระแสไหลภายนอกและหลีกเลี่ยงพื้นที่ที่มีแนวโน้มจะเกิดการหยุดนิ่ง ในขณะที่โปรโตคอลการบำรุงรักษาที่เข้มงวดจะจัดการกับปัญหาการอุดตันและการสึกหรอที่หลีกเลี่ยงไม่ได้
3.1 กลยุทธ์การใช้งานที่เหมาะสมที่สุด
3.1.1 การจัดวางเซ็นเซอร์และการลดผลกระทบจากบริเวณน้ำนิ่ง
การวัดจะต้องดำเนินการในสภาวะการไหลที่ของเหลวเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องตลอดพื้นที่ตรวจวัดเสมอ นี่เป็นข้อพิจารณาที่สำคัญสำหรับน้ำมันหนักและบิทูเมน ซึ่งมักแสดงพฤติกรรมความเค้นคราด หากปล่อยให้ของเหลวหยุดนิ่ง ค่าที่อ่านได้จะผันผวนสูง ไม่เป็นตัวแทนของกระแสโดยรวม และอาจสูงกว่าความหนืดที่แท้จริงของของเหลวที่เคลื่อนที่อยู่หลายร้อยเท่า
วิศวกรต้องกำจัดบริเวณที่น้ำหยุดนิ่งทั้งหมดอย่างจริงจัง แม้แต่บริเวณเล็กๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณใกล้ฐานขององค์ประกอบตรวจจับ สำหรับการติดตั้งแบบ T-piece ซึ่งพบได้ทั่วไปในท่อส่งน้ำ หัววัดสั้นๆ มักไม่เพียงพอ เพื่อให้แน่ใจว่าองค์ประกอบตรวจจับได้รับน้ำไหลอย่างต่อเนื่องและสม่ำเสมอ จำเป็นต้องใช้หัววัดที่ยาวกว่าเซ็นเซอร์แบบสอดยาวโดยควรติดตั้งให้ลึกเข้าไปในท่อมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยควรเลยจุดที่กระแสของเหลวไหลออกจากข้อต่อรูปตัว T กลยุทธ์นี้จะวางตำแหน่งองค์ประกอบที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงไว้ใจกลางของกระแสของเหลว ทำให้ได้รับสัมผัสกับของเหลวในกระบวนการอย่างสูงสุด ในงานที่เกี่ยวข้องกับของเหลวที่มีความเค้นครากสูง ทิศทางการติดตั้งที่เหมาะสมที่สุดคือขนานกับทิศทางการไหล เพื่อลดแรงต้านและส่งเสริมการเฉือนของของเหลวอย่างต่อเนื่องที่หน้าเซ็นเซอร์
3.1.2 การบูรณาการในการผสมและการทำงานของถังเก็บ
แม้ว่าการรับประกันการไหลในท่อส่งจะเป็นปัจจัยสำคัญ แต่การประยุกต์ใช้การวัดความหนืดแบบอินไลน์การวัดความหนืดในสภาพแวดล้อมที่อยู่กับที่ก็มีความสำคัญเช่นกัน เครื่องวัดความหนืดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในถังผสม ซึ่งมีการผสมน้ำมันดิบ ยางมะติน และสารเจือจางต่างๆ เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดในขั้นตอนต่อไป ในการใช้งานเหล่านี้ เซ็นเซอร์อาจติดตั้งในถังในทิศทางใดก็ได้ โดยต้องใช้อุปกรณ์เชื่อมต่อกระบวนการที่เหมาะสม การอ่านค่าแบบเรียลไทม์จะให้ข้อมูลป้อนกลับทันทีเกี่ยวกับความสม่ำเสมอของส่วนผสม ทำให้มั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายตรงตามเป้าหมายคุณภาพที่กำหนด เช่น ข้อกำหนดที่ต้องการดัชนีความหนืด.
3.2 โปรโตคอลการสอบเทียบและการตรวจสอบความถูกต้อง
ความแม่นยำจะคงอยู่ได้ก็ต่อเมื่อขั้นตอนการสอบเทียบมีความเข้มงวดและตรวจสอบย้อนกลับได้อย่างครบถ้วน ซึ่งรวมถึงการคัดเลือกมาตรฐานการสอบเทียบอย่างระมัดระวังและการควบคุมตัวแปรด้านสิ่งแวดล้อมอย่างพิถีพิถัน
ความหนืดของอุตสาหกรรมน้ำมันหล่อลื่นวัดเป็นหน่วยวัดความหนืดอาจเป็นเซนติพอยส์หรือมิลลิพาสคาล-วินาที (mPa⋅s) หรือความหนืดจลน์ในหน่วยเซนติสโตกส์ (cSt) และความแม่นยำจะคงไว้โดยการเปรียบเทียบค่าที่วัดได้กับมาตรฐานการสอบเทียบที่ได้รับการรับรอง มาตรฐานเหล่านี้ต้องสามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ถึงมาตรฐานมาตรวิทยาแห่งชาติหรือสากล (เช่น NIST, ISO 17025) เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือ ต้องเลือกมาตรฐานที่ครอบคลุมช่วงการทำงานทั้งหมด ตั้งแต่ความหนืดต่ำสุดที่คาดการณ์ไว้ (ผลิตภัณฑ์เจือจาง) ไปจนถึงความหนืดสูงสุดที่คาดการณ์ไว้ (วัตถุดิบตั้งต้น)
เนื่องจากความหนืดของน้ำมันหนักมีความไวต่ออุณหภูมิอย่างมาก การสอบเทียบที่แม่นยำจึงขึ้นอยู่กับการรักษาอุณหภูมิให้คงที่อย่างแม่นยำ หากอุณหภูมิระหว่างขั้นตอนการสอบเทียบเบี่ยงเบนไปแม้เพียงเล็กน้อย ค่าความหนืดอ้างอิงของน้ำมันมาตรฐานก็จะผิดเพี้ยนไป ซึ่งจะทำให้ค่าความแม่นยำที่กำหนดไว้สำหรับเซ็นเซอร์ภาคสนามนั้นไม่ถูกต้อง ดังนั้น การควบคุมอุณหภูมิอย่างเข้มงวดระหว่างการสอบเทียบจึงเป็นตัวแปรสำคัญที่กำหนดความน่าเชื่อถือของเซ็นเซอร์การวัดความหนืดอย่างต่อเนื่องระบบอยู่ในระหว่างการใช้งาน โรงกลั่นมักใช้เซ็นเซอร์สองตัวที่ปรับเทียบที่อุณหภูมิเฉพาะ เช่น 40°C และ 100°C เพื่อคำนวณค่าแบบเรียลไทม์ได้อย่างแม่นยำดัชนีความหนืด(VI) ของน้ำมันหล่อลื่น
3.3 การแก้ไขปัญหาและการบำรุงรักษาในสภาพแวดล้อมที่มีคราบสกปรกเกาะติดสูง
แม้แต่เซนเซอร์แบบเรโซแนนซ์ที่มีความทนทานทางกลสูงที่สุดก็ยังต้องได้รับการบำรุงรักษาเป็นประจำในสภาพแวดล้อมที่มีคราบสกปรกสูงจากบิทูเมน แอสฟัลทีน และกากน้ำมันดิบหนัก โปรโตคอลการทำความสะอาดที่เฉพาะเจาะจงและเชิงรุกจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการลดเวลาหยุดทำงานและป้องกันการคลาดเคลื่อนของการวัด
3.3.1 น้ำยาทำความสะอาดเฉพาะทาง
สารละลายอุตสาหกรรมมาตรฐานมักไม่ได้ผลกับคราบสะสมที่ซับซ้อนและเหนียวแน่นซึ่งเกิดจากน้ำมันหนักและยางมะตอย การทำความสะอาดที่มีประสิทธิภาพต้องใช้สารละลายเคมีที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเฉพาะทาง ซึ่งใช้สารกระจายตัวและสารลดแรงตึงผิวที่มีประสิทธิภาพสูงร่วมกับระบบตัวทำละลายอะโรมาติก สารละลายเหล่านี้ เช่น HYDROSOL ได้รับการคิดค้นสูตรขึ้นมาโดยเฉพาะเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการแทรกซึมของคราบสะสมและการเปียกพื้นผิว ละลายคราบน้ำมันหนัก น้ำมันดิบ ยางมะตอย แอสฟัลทีน และพาราฟินได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ในขณะเดียวกันก็ป้องกันการตกตะกอนซ้ำของวัสดุเหล่านี้ในส่วนอื่น ๆ ของระบบระหว่างรอบการทำความสะอาดด้วย
3.3.2 ขั้นตอนการทำความสะอาด
โดยทั่วไป กระบวนการทำความสะอาดจะเกี่ยวข้องกับการหมุนเวียนตัวทำละลายเฉพาะหลัก ซึ่งมักจะรวมกับการล้างด้วยตัวทำละลายรองที่มีความระเหยสูง เช่น อะซิโตน อะซิโตนเป็นที่นิยมเนื่องจากความสามารถในการละลายตัวทำละลายปิโตรเลียมที่ตกค้างและร่องรอยของน้ำ หลังจากล้างด้วยตัวทำละลายแล้ว เซ็นเซอร์และตัวเรือนจะต้องทำให้แห้งสนิท วิธีที่ดีที่สุดคือการใช้กระแสลมสะอาดอุ่นๆ ที่ความเร็วต่ำ การระเหยอย่างรวดเร็วของตัวทำละลายที่ระเหยง่ายอาจทำให้พื้นผิวของเซ็นเซอร์เย็นลงต่ำกว่าจุดน้ำค้าง ทำให้เกิดการควบแน่นของไอน้ำในอากาศชื้น ซึ่งจะปนเปื้อนของเหลวในกระบวนการเมื่อเริ่มการทำงานใหม่ การให้ความร้อนแก่อากาศหรือตัวเครื่องมือเองจะช่วยลดความเสี่ยงนี้ได้ โปรโตคอลการทำความสะอาดจะต้องถูกรวมเข้ากับการหยุดเดินเครื่องท่อหรือภาชนะตามกำหนดเวลาเพื่อลดการหยุดชะงักในการปฏิบัติงานให้น้อยที่สุด
ตารางที่ 3: คู่มือการแก้ไขปัญหาความไม่เสถียรในการวัดความหนืดอย่างต่อเนื่อง
| ความผิดปกติที่สังเกตได้ | สาเหตุที่เป็นไปได้ในบริการที่ไม่เป็นไปตามแบบแผน | การดำเนินการแก้ไข/คำแนะนำภาคสนาม | คุณลักษณะเซ็นเซอร์ที่เกี่ยวข้อง |
| ค่าความหนืดสูงขึ้นอย่างกะทันหันโดยไม่มีสาเหตุ | การอุดตันของเซ็นเซอร์ (แอสฟัลต์, ฟิล์มน้ำมันหนา) หรือการสะสมของอนุภาค | เริ่มกระบวนการทำความสะอาดด้วยสารเคมีโดยใช้ตัวทำละลายอะโรมาติกชนิดพิเศษ | การสั่นสะเทือนความถี่สูงมักช่วยลดแนวโน้มการเกิดคราบสกปรก |
| ความหนืดจะเปลี่ยนแปลงอย่างมากตามอัตราการไหล | เซ็นเซอร์ติดตั้งในบริเวณที่ของเหลวหยุดนิ่ง หรือการไหลเป็นแบบราบเรียบ/ไม่สม่ำเสมอ (ของเหลวที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตัน) | ติดตั้งเซ็นเซอร์แบบสอดยาวเพื่อให้เข้าถึงแกนกลางของการไหล ปรับตำแหน่งให้ขนานกับการไหล | เซ็นเซอร์แบบสอดใส่ยาว (คุณลักษณะด้านการออกแบบ) |
| การเบี่ยงเบนของการอ่านหลังการเริ่มต้นระบบ | ฟองอากาศ/ก๊าซที่ถูกกักไว้ (ปรากฏการณ์หลายเฟส) | ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการระบายอากาศและการปรับสมดุลความดันอย่างเหมาะสม ดำเนินการล้างด้วยการไหลชั่วคราว | การวัดความหนาแน่นพร้อมกัน (SRD) สามารถตรวจจับสัดส่วนของก๊าซ/ช่องว่างได้ |
| ค่าความหนืดต่ำกว่าผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการอย่างสม่ำเสมอ | การเสื่อมสภาพ/การเจือจางของพอลิเมอร์/สารเติมแต่ง DRA ภายใต้แรงเฉือนสูง | ตรวจสอบการทำงานที่แรงเฉือนต่ำในปั๊มฉีด ปรับขั้นตอนการเตรียมสารละลาย DRA ให้เหมาะสม | การวัดไม่ขึ้นอยู่กับอัตราการไหล (การออกแบบเซ็นเซอร์) |
IV. ข้อมูลแบบเรียลไทม์เพื่อการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการและการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์
การสตรีมข้อมูลแบบเรียลไทม์จากแหล่งที่มีความน่าเชื่อถือสูงการวัดความหนืดอย่างต่อเนื่องระบบนี้เปลี่ยนการควบคุมการดำเนินงานจากการเฝ้าระวังแบบตอบสนองไปสู่การจัดการเชิงรุกและปรับให้เหมาะสมที่สุดในหลายแง่มุมของการสกัดและการขนส่งที่ไม่เป็นไปตามแบบแผนทั่วไป
4.1 การควบคุมการฉีดสารเคมีอย่างแม่นยำ
4.1.1 การเพิ่มประสิทธิภาพการลดแรงต้าน (DRA)
สารลดแรงเสียดทาน (DRAs) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการกลั่นน้ำมันดิบความหนืดของน้ำมันสารเหล่านี้มักใช้ในท่อส่งเพื่อลดแรงเสียดทานจากการไหลปั่นป่วนและลดความต้องการกำลังในการสูบจ่าย โดยทั่วไปแล้วสารเหล่านี้จะเป็นโพลิเมอร์หรือสารลดแรงตึงผิว ทำงานโดยการทำให้ของเหลวมีพฤติกรรมลดความหนืดเมื่อถูกแรงเฉือน การพึ่งพาการวัดค่าความดันตกเพียงอย่างเดียวในการควบคุมการฉีด DRA นั้นไม่มีประสิทธิภาพ เนื่องจากความดันตกอาจได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิ ความผันผวนของอัตราการไหล และการสึกหรอทางกลโดยทั่วไป
ระบบควบคุมที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าจะใช้ค่าความหนืดปรากฏแบบเรียลไทม์เป็นตัวแปรป้อนกลับหลักสำหรับการกำหนดปริมาณสารเคมี โดยการตรวจสอบคุณสมบัติทางรีโอโลยีของของเหลวที่เกิดขึ้นโดยตรง ระบบสามารถปรับอัตราการฉีด DRA ได้อย่างแม่นยำเพื่อรักษาสภาพรีโอโลยีของของเหลวให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมที่สุด (เช่น การลดความหนืดปรากฏให้ได้ตามเป้าหมายและเพิ่มดัชนีการลดความหนืดเมื่อแรงเฉือนเพิ่มขึ้นให้สูงสุด) วิธีนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการลดแรงต้านสูงสุดจะเกิดขึ้นได้โดยใช้สารเคมีน้อยที่สุด ซึ่งนำไปสู่การประหยัดต้นทุนอย่างมาก นอกจากนี้ การตรวจสอบอย่างต่อเนื่องยังช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถตรวจจับและลดการเสื่อมสภาพทางกลของ DRA ซึ่งอาจเกิดขึ้นเนื่องจากอัตราการเฉือนของการไหลสูง การใช้ปั๊มฉีดที่มีแรงเฉือนต่ำและการตรวจสอบความหนืดทันทีหลังจุดฉีดจะยืนยันการกระจายตัวที่เหมาะสมโดยไม่ทำให้เกิดการแตกตัวของโซ่พอลิเมอร์ซึ่งจะลดความสามารถในการลดแรงต้าน
4.1.2 การเพิ่มประสิทธิภาพการฉีดสารเจือจางสำหรับการขนส่งน้ำมันหนัก
การเจือจางเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการขนส่งน้ำมันดิบและบิทูเมนที่มีความหนืดสูง โดยต้องผสมสารเจือจาง (คอนเดนเซตหรือน้ำมันดิบเบา) เพื่อให้ได้กระแสของเหลวรวมที่ตรงตามข้อกำหนดของท่อส่ง ความสามารถในการดำเนินการการวัดความหนืดแบบอินไลน์ให้ข้อมูลป้อนกลับทันทีเกี่ยวกับความหนืดของส่วนผสมที่ได้ (μm)
การตอบรับแบบเรียลไทม์นี้ช่วยให้สามารถควบคุมอัตราส่วนการฉีดสารเจือจางได้อย่างแม่นยำและต่อเนื่อง ( ) เนื่องจากสารเจือจางมักเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีมูลค่าสูง การลดปริมาณการใช้สารเจือจางให้น้อยที่สุดในขณะที่ปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านการไหลของท่อส่งและความปลอดภัยอย่างเคร่งครัดจึงเป็นเป้าหมายทางเศรษฐกิจที่สำคัญยิ่งการสกัดน้ำมันจากทรายน้ำมันการตรวจสอบความหนืดและความหนาแน่นมีความสำคัญอย่างยิ่งในการตรวจจับความไม่เข้ากันของวัตถุดิบดิบที่คาดไม่ถึงในระหว่างการผสม ซึ่งอาจเร่งการเกิดคราบสกปรกและเพิ่มต้นทุนด้านพลังงานในกระบวนการขั้นต่อไปได้
4.2 การรับประกันการไหลและการเพิ่มประสิทธิภาพการขนส่งทางท่อ
การรักษาเสถียรภาพและประสิทธิภาพของการไหลของน้ำมันดิบที่ไม่ธรรมดาเป็นเรื่องท้าทาย เนื่องจากน้ำมันดิบประเภทนี้มีแนวโน้มที่จะเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะและมีการสูญเสียจากแรงเสียดทานสูง ข้อมูลความหนืดแบบเรียลไทม์จึงเป็นพื้นฐานสำคัญสำหรับกลยุทธ์การรับประกันการไหลในยุคปัจจุบัน
4.2.1 การคำนวณโปรไฟล์ความดันที่แม่นยำ
ความหนืดเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับแบบจำลองทางไฮดรอลิกที่ใช้คำนวณการสูญเสียแรงเสียดทานและโปรไฟล์แรงดัน สำหรับน้ำมันดิบซึ่งคุณสมบัติอาจแตกต่างกันอย่างมากจากแหล่งหนึ่งไปยังอีกแหล่งหนึ่ง ข้อมูลที่แม่นยำและต่อเนื่องจะช่วยให้แบบจำลองทางไฮดรอลิกของท่อส่งยังคงสามารถคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำและเชื่อถือได้
4.2.2 การปรับปรุงระบบตรวจจับการรั่วไหล
ระบบตรวจจับการรั่วไหลสมัยใหม่พึ่งพาการวิเคราะห์แบบจำลองการเปลี่ยนแปลงแบบเรียลไทม์ (Real Time Transient Model: RTTM) เป็นอย่างมาก ซึ่งใช้ข้อมูลความดันและการไหลเพื่อระบุความผิดปกติที่บ่งชี้ถึงการรั่วไหล เนื่องจากความหนืดส่งผลโดยตรงต่อการลดลงของความดันและพลวัตการไหล การเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติในคุณสมบัติของน้ำมันดิบอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในโปรไฟล์ความดันที่เลียนแบบการรั่วไหล ซึ่งนำไปสู่การแจ้งเตือนที่ผิดพลาดในอัตราสูง การบูรณาการแบบเรียลไทม์จึงช่วยแก้ปัญหานี้ได้การวัดความหนืดอย่างต่อเนื่องด้วยข้อมูลดังกล่าว ระบบ RTTM สามารถปรับแบบจำลองได้อย่างไดนามิกเพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงของอสังหาริมทรัพย์เหล่านี้ การปรับปรุงนี้ช่วยเพิ่มความไวและความน่าเชื่อถือของระบบตรวจจับการรั่วไหลอย่างมีนัยสำคัญ ทำให้สามารถคำนวณอัตราและตำแหน่งการรั่วไหลได้แม่นยำยิ่งขึ้น และลดความเสี่ยงในการดำเนินงาน
4.3 การสูบน้ำและการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน
สถานะทางรีโอโลยีของของเหลวส่งผลกระทบอย่างมากต่อภาระเชิงกลและประสิทธิภาพของอุปกรณ์สูบน้ำ ข้อมูลความหนืดแบบเรียลไทม์ช่วยให้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพและตรวจสอบตามสภาพการทำงานได้
4.3.1 ประสิทธิภาพและการควบคุมการเกิดโพรงอากาศ
เมื่อความหนืดของของเหลวเพิ่มขึ้น การสูญเสียพลังงานภายในปั๊มก็จะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพทางไฮดรอลิกลดลงอย่างมาก และต้องใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อรักษาระดับการไหล การตรวจสอบความหนืดอย่างต่อเนื่องช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถติดตามประสิทธิภาพของปั๊มที่แท้จริงและปรับตัวขับความเร็วแปรผันเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพสูงสุดและจัดการการใช้ไฟฟ้าได้
นอกจากนี้ ความหนืดสูงยังเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดโพรงอากาศ ของเหลวที่มีความหนืดสูงจะทำให้แรงดันตกคร่อมที่ด้านดูดของปั๊มเพิ่มขึ้น ส่งผลให้กราฟแสดงประสิทธิภาพของปั๊มเปลี่ยนไป และเพิ่มค่าแรงดันดูดสุทธิที่ต้องการ (Net Positive Suction Head Required หรือ NPSHr) หากค่า NPSHr ที่ต้องการนั้นประเมินต่ำเกินไป ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่พบได้บ่อยเมื่อใช้ข้อมูลความหนืดแบบคงที่หรือแบบล่าช้า ปั๊มจะทำงานใกล้จุดเกิดโพรงอากาศอย่างอันตราย เสี่ยงต่อความเสียหายทางกลแบบเรียลไทม์การวัดความหนืดแบบอินไลน์ให้ข้อมูลที่จำเป็นในการคำนวณค่าแก้ไข NPSHr ที่เหมาะสมโดยอัตโนมัติ เพื่อให้มั่นใจว่าปั๊มรักษาขอบเขตการทำงานที่ปลอดภัย และป้องกันการสึกหรอและความเสียหายของอุปกรณ์
4.3.2 การตรวจจับความผิดปกติ
ข้อมูลความหนืดเป็นข้อมูลเชิงบริบทที่มีประสิทธิภาพสำหรับการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ การเปลี่ยนแปลงความหนืดที่ผิดปกติ (เช่น การเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันเนื่องจากการดูดกลืนอนุภาค หรือการลดลงเนื่องจากการเจือจางที่เพิ่มขึ้นอย่างไม่คาดคิด หรือการรั่วไหลของก๊าซ) อาจบ่งชี้ถึงการเปลี่ยนแปลงในการรับภาระของปั๊ม หรือปัญหาความเข้ากันได้ของของเหลว การบูรณาการข้อมูลความหนืดกับพารามิเตอร์การตรวจสอบแบบดั้งเดิม เช่น สัญญาณความดันและการสั่นสะเทือน ช่วยให้ตรวจจับความผิดปกติและวินิจฉัยข้อบกพร่องได้เร็วและแม่นยำยิ่งขึ้น ป้องกันความล้มเหลวในอุปกรณ์ที่สำคัญ เช่น ปั๊มฉีด
ตารางที่ 4: เมทริกซ์การประยุกต์ใช้ข้อมูลความหนืดแบบเรียลไทม์ในการดำเนินงานด้านน้ำมันนอกระบบ
| พื้นที่ปฏิบัติการ | การตีความข้อมูลความหนืด | ผลลัพธ์การปรับให้เหมาะสม | ตัวชี้วัดผลการปฏิบัติงานหลัก (KPI) |
| การลดแรงต้าน (ท่อส่ง) | การลดลงของความหนืดหลังการฉีดมีความสัมพันธ์กับประสิทธิภาพของการลดความหนืดเมื่อถูกแรงเฉือน | ลดการใช้สารเคมีเกินขนาดให้น้อยที่สุด ในขณะที่ยังคงรักษาอัตราการไหลที่เหมาะสม | ลดกำลังการสูบน้ำ (kWh/bbl); ลดการสูญเสียแรงดัน |
| การผสมสารเจือจาง (เครื่องมือวัดความหนืดของน้ำมัน) | ระบบป้อนกลับที่รวดเร็วช่วยให้มั่นใจได้ว่าความหนืดในการผสมจะถึงระดับที่ต้องการ | รับประกันการปฏิบัติตามข้อกำหนดของท่อส่ง และลดต้นทุนสารเจือจาง | ความสม่ำเสมอของดัชนีความหนืด (VI) ของผลิตภัณฑ์ที่ได้; อัตราส่วนของสารเจือจางต่อน้ำมัน |
| การตรวจสอบสุขภาพปั๊ม | การเปลี่ยนแปลงหรือการแกว่งตัวของความหนืดที่ไม่สามารถอธิบายได้ | ระบบเตือนภัยล่วงหน้าสำหรับภาวะของเหลวไม่เข้ากัน การรั่วซึม หรือการเกิดโพรงอากาศในระยะเริ่มต้น; ขอบเขต NPSHr ที่เหมาะสมที่สุด | ลดเวลาหยุดทำงานโดยไม่คาดคิด; เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน |
| การรับประกันการไหล (การวัดความหนืดอย่างต่อเนื่อง) | มีความแม่นยำสำหรับการคำนวณการสูญเสียแรงเสียดทานและความแม่นยำของแบบจำลองชั่วคราว | ลดความเสี่ยงต่อการอุดตันของท่อส่ง และเพิ่มความไวในการตรวจจับการรั่วไหล | ความแม่นยำของแบบจำลองการรับประกันการไหล; การลดจำนวนสัญญาณเตือนการรั่วไหลที่ผิดพลาด |
สรุปและข้อเสนอแนะ
เชื่อถือได้และแม่นยำการวัดความหนืดอย่างต่อเนื่องของไฮโดรคาร์บอนที่ไม่ธรรมดา—โดยเฉพาะความหนืดของน้ำมันหินดินดานและของเหลวจากการสกัดน้ำมันจากทรายน้ำมัน—ไม่ใช่เพียงแค่ข้อกำหนดด้านการวิเคราะห์ แต่เป็นสิ่งจำเป็นหลักสำหรับประสิทธิภาพในการดำเนินงานและด้านเศรษฐกิจ ความท้าทายโดยธรรมชาติที่เกิดจากความหนืดสูงมาก พฤติกรรมที่ไม่เป็นไปตามกฎของนิวตันที่ซับซ้อน คุณลักษณะของแรงเค้นคราด และภัยคุกคามสองประการจากการอุดตันและการสึกหรอ ทำให้เทคโนโลยีการวัดแบบอินไลน์แบบดั้งเดิมล้าสมัยไปแล้ว
เรโซแนนซ์ขั้นสูงหรือเครื่องวัดความหนืดแบบสั่นเครื่องวัดความหนืดแบบหลายเฟส (SRD) เป็นเทคโนโลยีที่เหมาะสมที่สุดสำหรับบริการนี้ เนื่องจากมีข้อได้เปรียบด้านการออกแบบพื้นฐาน ได้แก่ ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ การวัดแบบไม่สัมผัส ทนต่อการสึกหรอสูง (ด้วยการเคลือบแข็ง) และมีภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติต่อความผันผวนของการไหล ความสามารถของเครื่องมือสมัยใหม่ในการวัดความหนืด อุณหภูมิ และความหนาแน่นพร้อมกัน (SRD) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการหาค่าความหนืดไดนามิกที่แม่นยำในกระแสของเหลวหลายเฟส และช่วยให้สามารถจัดการคุณสมบัติของของเหลวได้อย่างครอบคลุม
การติดตั้งอย่างมีกลยุทธ์จำเป็นต้องใส่ใจรายละเอียดอย่างพิถีพิถันในเรื่องรูปทรงการติดตั้ง โดยเน้นการใช้เซ็นเซอร์แบบสอดเข้าไปในข้อต่อรูปตัว T และข้อศอกที่มีความยาวมาก เพื่อหลีกเลี่ยงบริเวณที่เกิดการหยุดนิ่งซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของของเหลวที่มีแรงเค้นคราด อายุการใช้งานที่ยาวนานได้รับการรับประกันด้วยการบำรุงรักษาตามกำหนด โดยใช้ตัวทำละลายอะโรมาติกชนิดพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อแทรกซึมและกระจายคราบไฮโดรคาร์บอนที่เกาะติดแน่น
การใช้ข้อมูลความหนืดแบบเรียลไทม์ก้าวข้ามการตรวจสอบแบบธรรมดา ช่วยให้สามารถควบคุมกระบวนการสำคัญได้อย่างซับซ้อนและครบวงจร ผลลัพธ์ที่สำคัญของการเพิ่มประสิทธิภาพ ได้แก่ การลดการใช้สารเคมีในการลดแรงเสียดทานโดยการควบคุมให้ได้ตามสถานะทางรีโอโลยีเป้าหมาย การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้สารเจือจางในการผสมอย่างแม่นยำ การเพิ่มความแม่นยำของระบบตรวจจับการรั่วไหลแบบ RTTM และการป้องกันความล้มเหลวทางกลโดยการตรวจสอบให้แน่ใจว่าปั๊มทำงานภายในขอบเขต NPSHr ที่ปลอดภัยซึ่งปรับเปลี่ยนแบบไดนามิกตามความหนืดของของเหลว การลงทุนในระบบที่แข็งแกร่งและต่อเนื่องจึงเป็นสิ่งสำคัญการวัดความหนืดแบบอินไลน์เป็นกลยุทธ์ที่สำคัญยิ่งในการเพิ่มผลผลิตสูงสุด ลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน และสร้างความมั่นใจในความสมบูรณ์ของการไหลเวียนในกระบวนการผลิตและการขนส่งน้ำมันจากแหล่งที่ไม่ใช่แหล่งดั้งเดิม
วันที่เผยแพร่: 11 ตุลาคม 2568
