NO20140337A1 - Karakterisering av flerfasefluidstrømning - Google Patents
Karakterisering av flerfasefluidstrømning Download PDFInfo
- Publication number
- NO20140337A1 NO20140337A1 NO20140337A NO20140337A NO20140337A1 NO 20140337 A1 NO20140337 A1 NO 20140337A1 NO 20140337 A NO20140337 A NO 20140337A NO 20140337 A NO20140337 A NO 20140337A NO 20140337 A1 NO20140337 A1 NO 20140337A1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- production equipment
- fluid
- measured
- temperature
- temperature sensors
- Prior art date
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 99
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 title description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 80
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 25
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 8
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005206 flow analysis Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000000700 radioactive tracer Substances 0.000 description 1
- 230000000246 remedial effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
- G01F1/6847—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow where sensing or heating elements are not disturbing the fluid flow, e.g. elements mounted outside the flow duct
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
- G01F1/6965—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters comprising means to store calibration data for flow signal calculation or correction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/74—Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid
Abstract
Fremgangsmåte og apparat for bestemmelse av flerfasestrømningskarakteristikkerinne i produksjonsutstyr inneholdende minst to fluider. En varmepuls fra en varmekilde tilgrensende produksjonsutstyret er tilveiebrakt, og en termisk respons på pulsen måles ved hver av en flerhet av temperaturfølere som er tilgrensende produksjonsutstyret. Den termiske responsmålingen omfatter en tidskonstant oppnådd fra et målt fall i temperaturen etter at varmepulsen er tilveiebrakt. De målte termiske responsene anvendes til å bestemme parametere for et fluid som befinner seg i produksjonsutstyret i nærhet av hver avtemperaturfølerne. De konstaterte fluidparameteme anvendes i sin tur til å bestemme flerfasekarakteristikker.
Description
Karakterisering av flerfasefluidstrømning
TEKNISK OMRÅDE
Den foreliggende oppfinnelsen angår området for karakterisering av flerfasefluidstrømning.
BAKGRUNN
Olje- og gassproduksjonsrørledninger kan tillate flerfasestrømning, i hvilken mer enn ett fluid blir transportert i rørledningen. Dette er fordelaktig fordi når mer enn ett fluid skal transporteres, er bare én rørledning nødvendig, og separasjonsutstyr er ikke påkrevd. Dette er spesielt fordelaktig i områder som er vanskelig tilgjengelige, slik som havbunner og barske klima, ettersom bruk av bare én rørledning i stor grad reduserer kapitalkostnader.
De forskjellige fluidene som strømmer i rørledningen samtidig har forskjellige strømningskarakteristikker som styres av deres forskjellige viskositeter og densiteten Dette gjør det vanskelig å karakterisere flerfasestrømning. Det er viktig å være i stand til å karakterisere dette, ettersom strømningskarakteristikker har en effekt på plugging, korrosjon og erosjon av rørledningen. Plugging kan forekomme ved dannelse av voksaktige avleiringer i rørledningen. For trygt å drive en flerfaserørledning er det derfor viktig å ha en god kunnskap om strømningskarakteristikkene i rørledningen. En av de viktigere strømningskarakteristikker er fasefordelingen (noen ganger betegnet som strømningsregime) i rørledningen.
Strømningskarakteristikker bestemmes vanligvis ved hjelp av empiriske ligninger som har blitt testet ved anvendelse av laboratorieforsøk. Imidlertid er disse ligningene begrenset ettersom de ikke kan ta hensyn til alle variablene som kan være til stede i en fungerende rørledning, slik som inklinasjon, variasjoner i strømningshastighet og så videre. Ettersom testrigger som anvendes til å verifisere de empiriske ligningene videre har betydelig mindre diameter enn produksjonsrørledninger, er gyldigheten av modellene for rør med stor diameter ukjent.
Flerfasestrømning kan også beregnes teoretisk ved hjelp av modeller og ligninger, men disse har lignende begrensninger som anvendelsen av empiriske modeller.
GB2307047 beskriver en fremgangsmåte for å bestemme volumetriske strømningshastigheter for gass og fluid i lagdelt strømning. Dette krever anvendelse av en strømningsmåler eller et radioaktivt sporstoff for å måle strømningen av den flytende fasen og en strømningsmåler eller temperaturfølere for å måle strømningen av gassfasen i flerfasestrømningen. Systemet krever installasjon av utstyr inne i en rørledning, hvilket er kostbart og forstyrrende.
US 2008/0163692 beskriver et system med termiske følersonder til strømningsanalyse i en flerfaserørledning. I dette systemet påføres konstant temperatur på forskjellige punkter rundt i rørledningen, og temperaturforskjellen mellom hver varmekilde og rørledningsveggen måles ved anvendelse av flere varmekilder og tilhørende sonder.
SAMMENDRAG
Oppfinneren har innsett at det er ulemper med å anvende empiriske ligninger til å estimere strømningskarakteristikker, og fremgangsmåtene ifølge kjent teknikk er unøyaktige eller invasive og derfor kostbare og forstyrrende. Ifølge et første aspekt er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for bestemmelse av flerfasestrømningskarakteristikker inne i produksjonsutstyr inneholdende minst to fluider. En varmepuls fra en varmekilde tilgrensende produksjonsutstyret er tilveiebrakt, og en termisk respons måles ved hver av en flerhet av temperaturfølere som er anbrakt tilgrensende produksjonsutstyret. Den termiske responsmålingen omfatter en tidskonstant oppnådd fra et målt fall i temperaturen etter at varmepulsen er tilveiebrakt. De målte termiske responsene anvendes til å bestemme parametere for et fluid som befinner seg i produksjonsutstyret i nærheten av hver av temperaturfølerne. De konstaterte fluidparameterne anvendes i sin tur til å bestemme flerfasekarakteristikker.
I en valgfri utførelsesform sammenlignes tidskonstanten med tidskonstanter som tidligere er målt for kjente fluider for å karakterisere fluidet. Tidskonstanten sammenlignes eventuelt med tidskonstanter for kjente fluider ved en hvilken som helst av en flerhet av forskjellige temperaturer og strømning i en flerhet av forskjellige hastigheter.
Fremgangsmåten omfatter eventuelt anvendelse av den målte termiske responsen for å bestemme et Prandtl-tall for et fluid i nærheten av minst én temperaturføler av flerheten av temperaturfølere. I dette tilfellet kan fremgangsmåten eventuelt omfatte sammenligning av det konstaterte Prandtl-tallet med Prandtl-tall som tidligere er målt for kjente fluider for ytterligere å karakterisere fluidet.
Selv om fremgangsmåten kan anvendes på en hvilken som helst tid for produksjonsutstyret, er den spesielt egnet for anvendelse i en rørledning som fører flerfasefluider.
Ifølge et andre aspekt er det tilveiebrakt et apparat for bestemmelse av flerfasestrømningskarakteristikker inne i produksjonsutstyr inneholdende minst to fluider. Apparatet er tilveiebrakt med en flerhet av temperaturfølere som er tilpasset til å bli montert på produksjonsutstyret på forskjellige steder. En varmekilde som er i stand til å tilveiebringe en varmepuls er også tilveiebrakt, idet varmekilden er tilpasset til å bli montert på produksjonsutstyret. En kontroller er tilveiebrakt for å måle en termisk respons fra hver av flerheten av temperaturfølere etter at en varmepuls er blitt anvendt på produksjonsutstyret, idet den termiske responsen omfatter en tidskonstant oppnådd fra et målt fall i temperaturen etter at varmepulsen er tilveiebrakt. Kontrolleren er ytterligere innrettet for å anvende den målte termiske responsen for å bestemme parametere for et fluid som befinner seg i produksjonsutstyret i nærheten av hver av temperaturfølerne, og anvende de konstaterte fluidparameterne til å bestemme flerfasestrømningskarakteristikker innenfor produksjonsutstyret.
Kontrolleren er eventuelt ytterligere tilpasset til å styre driften av varmeelementet, men dette kan alternativt oppnås ved hjelp av en separat kontroller.
Som et alternativ omfatter kontrolleren videre en database, idet databasen lagrer tidligere målte termiske responser på kjente fluider.
Kontrolleren er eventuelt ytterligere tilpasset til å beregne et Prandtl-tall for et fluid i nærheten av minst én temperaturføler.
Ifølge et tredje aspekt er det tilveiebrakt en datamaskinanordning for bestemmelse av flerfasestrømningskarakteristikker inne i produksjonsutstyr som inneholder minst to fluider. Datamaskinanordningen omfatter en inn-/utanordning for mottak, fra en flerhet av temperaturfølere i nærheten av produksjonsutstyret, data som angir en termisk respons på et fluid i nærheten av hver temperaturføler som respons på en varmepuls. Datamaskinanordningen er også utstyrt med en prosessor for å beregne, for hver enkelt temperaturføler, en tidskonstant oppnådd fra et fall i den målte temperaturen etter at varmepulsen er tilveiebrakt. Prosessoren er ytterligere innrettet for å bestemme parametere for et fluid som befinner seg i produksjonsutstyret i nærheten av hver av temperaturfølerne ved anvendelse av hver beregnet tidskonstant, og å bestemme flerfasekarakteristikker ved anvendelse av de konstaterte fluidparameterne.
Som et alternativ omfatter datamaskinanordningen videre en database for lagring av tidskonstanter som tidligere er målt for kjente fluider under kjente betingelser, idet prosessoren ytterligere er innrettet til å sammenligne hver målte tidskonstant med en tidskonstant som er lagret for å karakterisere fluidet.
Prosessoren er eventuelt ytterligere innrettet til å bestemme et Prandtl-tall for et fluid i nærheten av minst én temperaturføler av flerheten av temperaturfølere.
Som et alternativ omfatter datamaskinanordningen videre en database for lagring av Prandtl-tall som tidligere er målt for kjente fluider, idet prosessoren ytterligere er innrettet til å sammenligne det konstaterte Prandtl-tallet med de lagrede Prandtl-tallene for å kunne karakterisere fluidet.
Som et alternativ er prosessoren ytterligere innrettet til å styre drift av et varmeelement, idet varmeelementet er innrettet til å levere en varmepuls til produksjonsutstyret.
Ifølge et fjerde aspekt er det tilveiebrakt et datamaskinprogram, omfattende datalesbar kode som, når den kjøres på en datamaskinanordning, fører til at datamaskinanordningen oppfører seg som en datamaskinanordning som beskrevet ovenfor i det tredje aspektet.
Ifølge et femte aspekt er det tilveiebrakt et datamaskinprogramprodukt omfattende et datamaskinlesbart medium og et datamaskinprogram som beskrevet ovenfor i fjerde aspekt, hvori datamaskinprogrammet er lagret på det datamaskinlesbare mediet.
KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE
Figur 1 er et sideriss av en rørledning og varmeelement ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 2 er et tverrsnitt av en rørledning ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 3 viser skjematisk i et blokkdiagram et system for å karakterisere flerstrømningsregimer ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 4 er en graf som viser en temperaturrespons på en varmepuls for to følere ved måling av lagdelt flerfasestrømning; Figur 5 er en graf som viser en målt tidskonstant for en flerhet av følere for lagdelt flerfasestrømning i en rørledning; Figur 6 er en endelig element-modell av varmepulsprosessen ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen; og Figur 7 er et flytdiagram som viser trinn ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen.
DETALJERT BESKRIVELSE
Med henvisning til figur 1 er det illustrert produksjonsutstyr 1 med et varmeelement 2 anordnet rundt en ytre vegg av produksjonsutstyret 1. Produksjonsutstyret 1 i dette eksemplet er en rørledning, selv om varmeelementet 2 kan være anordnet rundt eller tilgrensende en hvilken som helst type produksjonsutstyr.
Med henvisning til figur 2 kan det ses at et varmeledende bånd 3 er anordnet rundt produksjonsutstyret 1 og i kontakt med varmeelementet 2 for å sikre at det er god termisk kontakt mellom varmeelementet 2 og produksjonsutstyret 1. Det varmeledende båndet 3 kan være laget av hvilket som helst egnet materiale, slik som kobber eller messing. En flerhet av temperaturfølere 4, 5, 6, 7, 8 er også anordnet rundt produksjonsutstyret 1.
For å sikre god kontakt mellom temperaturfølerne og produksjonsutstyret 1 kan det innføres spor på en ytre vegg av produksjonsutstyret. Hvert spor anvendes til å romme en temperaturføler.
Med henvisning til figur 3 er det her vist et system for karakterisering av flerfasestrømning. Varmefølerne er forbundet med en datamaskinanordning 9 ved hjelp av en inn-/utanordning 10. lnn-/utanordningen 10 anvendes til å sende instruksjoner til varmeelementet 2 og til å motta data fra temperaturfølerne. En prosessor 11 anvendes til generering av instrukser som sendes til varmeelementet 2 for å styre driften av varmeelementet 2. Prosessoren 11 anvendes også og til å analysere målinger tatt fra temperaturfølerne. Det skal forstås at disse funksjonene kan implementeres ved bruk av forskjellige prosessorer, men for tydelighets skyld vises bare én prosessor 11.
I dette utførelsesformeksemplet er det også tilveiebrakt en visningsskjerm 12 for å tillate en bruker å se resultatene av analysen av informasjon fra temperaturfølerne. Et datamaskinlesbart medium i form av et minne 13 er også tilveiebrakt. Minnet 13 kan anvendes til oppbevaring av innsamlede data, forhåndsprogrammerte instruksjoner til varmeelementet 2 og en database 14 med termiske responser og Prandtl-tall for en rekke fluider og fluidblandinger under forskjellige forhold. Minnet 13 kan også anvendes til å lagre et program 15 som omfatter instruksjoner som blir utført av prosessoren.
Legg merke til at figur 3 viser en kontroller i form av en datamaskinanordning 9 forbundet med et enkelt element av produksjonsutstyr 1. Det skal forstås at en enkelt datamaskinanordning 9 kan forbindes med en flerhet av elementer av produksjonsutstyr, eller til en flerhet av varmeelementer anordnet på forskjellige punkter på en eller flere elementer av produksjonsutstyr for å karakterisere flerfasestrømning i forskjellige elementer av produksjonsutstyr eller på forskjellige punkter på det samme produksjonsutstyret.
Når produksjonsutstyret 1 inneholder et flerfasefluid, og det er nødvendig å på noen måte karakterisere strømningen av flerfasefluidet, sender prosessoren 11 en instruksjon til varmeelementet 2 om å tilveiebringe en kort varmepuls ved å slå på varmeelementet 2 i et kort tidsrom. Tiden velges for å sikre at en rimelig temperaturrespons kan oppnås, noe som er basert på effekten av oppvarmingsutstyret. Når varmeelementet 2 er slått på, begynner det å varmes opp og varmer dermed opp veggene i produksjonsutstyret 1. Varmen blir ledet gjennom veggene og varmer opp fluidene som finnes i produksjonsutstyret 1.
Når varmeelementet 2 er slått av, begynner temperaturen i veggene i produksjonsutstyret 1 å falle ettersom den utviklede varmen tapes til fluidet som inneholdes i produksjonsutstyret 1. Hastigheten som temperaturen synker med er blant annet avhengig av arten av fluidet som er tilgrensende veggen av produksjonsutstyret 2, og særlig av varmeovergangstallet mellom den indre veggen av produksjonsutstyret 1 og fluidet som er tilgrensende den indre veggen. Varmeovergangstallet er avhengig av Prandtl-tallet, Pr, som avspeiler fluidets termiske egenskaper. Prandtl-tallene for vanlig transporterte fluider (olje, gass, vann) varierer nok til å vise en signifikant forskjell i målt termisk respons.
Prandtl-tallet er dimensjonsløst, ettersom det er et forhold mellom momentdiffusivitet og termisk diffusivitet, og kan defineres ved:
der v er kinematisk viskositet, a er termisk diffusivitet, u er dynamisk viskositet, k er termisk konduktivitet, cp er spesifikk varme og p er densitet. En lav Pr indikerer vanligvis at konduktiv overføring er en dominerende mekanisme for varmeoverføring, og varmen diffunderer hurtig, mens en høy Pr vanligvis betyr at konvektiv varmeoverføring er en dominerende mekanisme for varmeoverføring og varmen diffunderer mindre hurtig.
Det fremgår av figur 2 at i flerfasestrømning er et fluid med høy densitet egnet til å være tilgrensende de lavere temperaturfølerne 7, 8, mens et fluid med lavere densitet vil strømme tilgrensende de høyere temperaturfølerne 4, 5. Denne type strømning er betegnet som lagdelt strømning. Oppfinnelsen kan anvendes på andre typer strømning, men lagdelt strømning er anvendt som et eksempel.
Figur 4 viser den termiske responsen fra temperaturføler 4 og temperaturføler 8 i et eksempel hvor produksjonsutstyret 1 transporterer olje og vann i lagdelt strømning. På grunn av de forskjellige densitetene i de to fluidene er temperaturføleren 4 i dette eksempelet tilgrensende olje i produksjonsutstyret 1, og temperaturføler 8 er tilgrensende vann i produksjonsutstyret 1. En varmepuls på 20 sekunder ble anvendt. Det kan sees at temperaturen ved føleren 8 tilgrensende vannet steg hurtigere, nådde en høyere verdi og falt hurtigere enn temperaturen ved føleren 4 tilgrensende oljen. Denne informasjonen kan anvendes til å bidra til å karakterisere flerfasestrømning, eller i det minste til å bestemme hvilke faser som er til stede, og på hvilke punkter i produksjonsutstyret 1.
For å forbedre kvaliteten av målingene og redusere signal-til-støy-forholdet ekstraheres en tidskonstant fra temperaturresponsen for hver sensor fra det eksponentielle fallet i temperatur etter varmepulsen. Det eksponentielle fallet i temperatur inntreffer kort tid etter at den maksimale temperaturen er blitt målt. I stedet for å måle tiden det tar å nå et visst nivå temperaturnivå, noe som bare ville anvende ett temperaturmålepunktet og innføre en stor grad av usikkerhet, anvender bestemmelse av tidskonstanten fra det eksponentielle fallet i temperatur en stor serie av punkter og jevner ut tilsvarende feil.
I hver enkleste form vil teknikken returnere et resultat som vist i figur 4: Hvis fasene som forventes i produksjonsutstyret allerede er kjent (i dette tilfellet ren olje og rent vann uten noen dispersjon), kan strømningsregimet lett bestemmes. Tidskonstanten kan anvendes til å bestemme en eller flere parametere for fluidet, slik som typen fluid som strømmer i nærheten av temperaturføleren.
Når vi går over til figur 4 vises tidskonstanten for hver sensor 4, 5, 6, 7, 8. Det kan sees at tidskonstanten over en vesentlig tidsperiode for hver temperaturføler 4, 5, 6 er omtrent den samme, mens tidskonstanten for temperaturfølere 7 og 8 er lik hverandre, men forskjellig fra tidskonstanten for temperaturfølere 4, 5 og 6. Dette indikerer tydelig en lagdelt strømning med én fluidfase i produksjonsutstyret 1 og opp til minst det nivået hvor temperaturføler 7 er plassert, og en annen fluidfase i produksjonsutstyret 1 over nivået ved hvilket temperaturføler 7 er plassert.
Tidskonstanten kan anvendes til å karakterisere fluidstrømningen, ettersom den er påvirket av både fluidegenskapene og strømningshastigheten. For eksempel kan tidskonstanten måles for enkeltfasestrømning (for hver av de anvendte fluidene etter tur) ved forskjellige strømningshastigheter. Dette kan anvendes til å generere en oppslagstabell for tidskonstanter som en funksjon av typen av fluid og strømningshastigheten. En måling av en flerfasestrømning kan deretter slås opp i tabellen (strømningshastigheten må måles parallelt) for å bestemme fasefordelingen. Dette kan gjøres manuelt eller ved hjelp av en datamaskin for å gi en indikasjon på fluidstrømningen.
Dersom en pålitelig modell for fluidstrømningen innenfor målegeometrien er tilgjengelig, kan varmeovergangstallet beregnes ut fra måleresultatet. Varmeovergangstallet er avhengig av Prandtl-tallet og Reynolds-tallet. Reynolds-tallet er kjent, og dermed kan Prandtl-tallet bestemmes. Prandtl-tallet kan deretter sammenlignes med de kjente Prandtl-tallene til de forventede fluidene i produksjonsutstyret. Legg merke til at materialegenskapene, slik som Prandtl-tallet, også er avhengig av bulktemperaturen i produksjonsutstyret, slik at temperaturen må være kjent (enten målte eller simulert), og materialparameterne må justeres i henhold til den faktiske temperaturen.
Hvis fasefordelingen ikke allerede er kjent, for eksempel kan en fase være en dispersjon av olje i vann, og en annen fase kan være olje, så sammenlignes tidskonstanten målt ved hver av følerne med en tidskonstant tidligere målt for et kjent fluid som produksjonsutstyret med sannsynlighet vil inneholde. Tidskonstanten kan variere i henhold til arten av fluidet, strømningshastigheten til fluidet og fluidets temperatur.
På denne måten kan fluidets egenskaper i nærheten av hver av temperaturfølerne bestemmes, og et bilde kan dannes av stedet innenfor produksjonsutstyret 1 hvor fasene kan bli funnet. Det vil fremgå at tilveiebringelse av flere temperaturfølere anbrakt på forskjellige punkter rundt i produksjonsutstyret 1 vil resultere i et mer nøyaktig bilde av fasefordelingen i flerfasefluidstrømningen innenfor produksjonsutstyret 1.
For å få enda mer informasjon for å karakterisere flerfasefluidstrømningen er det mulig å beregne fluidets Prandtl-tall ved anvendelse av den målte temperaturresponsen ved anvendelse av en endelig elementmetode (FEM)-gjengivelse av geometrien, slik som vist i figur 6. Sammenligning av det beregnede Prandtl-tallet med tidligere målte Prandtl-tall av de forskjellige fluidene (f.eks. olje-/vanndispersjoner ved forskjellige vannkutt) kan anvendes for å gi et enda mer detaljert bilde av fasefordelingen.
Den forenklede FEM-modellen vist på figur 6 viser veggen av produksjonsutstyret 1, det varmeledende båndet 3 og varmeelementet 2. Fluidstrømning finner sted på siden av produksjonsutstyrets 1 vegg mot varmeelementet 2. Varmeelementet 2 i denne modellen er ansett å være isolert fra omgivelsestemperaturen, og Uf|Uidkan oppnås for olje, vann eller en blanding av fluider. Legg merke til at figur 6 illustrerer en meget enkel geometri, og mer komplekse former kan modelleres. For eksempel kan et lag av voksavleiringer på produksjonsutstyrsveggen modelleres.
På figur 7 er det et flytdiagram som viser trinnene ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen. Den følgende nummereringen tilsvarer den i figur 7: 51. En varmepuls tilføres til produksjonsutstyr som fører flerfasefluidstrømning. 52. Den termiske responsen måles ved flere temperaturfølere anordnet i nærheten av produksjonsutstyret. En tidskonstant oppnås for hver sensor ved hjelp av temperaturfallet etter at et maksimum er nådd. 53. Den termiske responsen ved hver temperaturføler anvendes for å bestemme fluidparametere, slik som arten av fluidet, i nærheten av hver enkelt temperaturføler. Dette kan kreve at man sammenligner den termiske responstiden med tidligere oppnådde termiske responser for kjente fluider under kjente betingelser.
54. Hvis ingen ytterligere informasjon er nødvendig, stanser prosessen.
55. Dersom ytterligere informasjon er nødvendig, beregnes Prandtl-tallet for fluidet i nærheten av hver temperaturføler ved hjelp av FEM.
S6. Prandtl-tallet beregnet ved hver temperaturføler blir sammenlignet med Prandtl-tall for kjente fluider.
Oppfinnelsen gjør det mulig for flerfaseproduksjonsutstyr, slik som rørledninger, å operere sikrere og mer effektivt, slik at fluidstrømningen i produksjonsutstyret kan overvåkes og eventuelle problemer kan diagnostiseres. Teknikken er ikke-inntrengende og utsetter dermed ikke rørledningens integritet for fare. Videre kan den lett ettermonteres på en eksisterende rørledning på et senere tidspunkt uten å forstyrre eksisterende drift. Oppfinnelsen kan derfor anvendes til å overvåke flerfasestrømning i produksjonsutstyret, så som en rørledning. Noen typer strømning kan være ødeleggende eller skadelig for en rørledning, og overvåking av flerfasestrømning kan fremheve noen typer strømning som er kjent for å være skadelig. Dette gjør at utbedringstiltak kan treffes før strømningen blir for ødeleggende.
Det skal forstås av fagmannen at det kan foretas forskjellige modifikasjoner av de ovenfor beskrevne utførelsesformer uten å avvike fra omfanget av den foreliggende oppfinnelsen slik den er definert i de vedlagte kravene. For eksempel, selv om de ovenfor angitte eksemplene gjelder en rørledning, kan oppfinnelsen anvendes til å karakterisere en hvilken som helst type produksjonsutstyr for bruk i olje- og gassproduksjon.
Claims (17)
1. Fremgangsmåte for bestemmelse av flerfasestrømningskarakteristikker inne i produksjonsutstyr inneholdende minst to fluider, idet fremgangsmåten omfatter: tilveiebringelse av en varmepuls fra en varmekilde i nærheten av produksjonsutstyret; måling av en termisk respons ved hver av en flerhet av temperaturfølere som befinner seg tilgrensende produksjonsutstyret, idet den termiske responsen omfatter en tidskonstant oppnådd fra et målt fall i temperaturen etter at varmepulsen er tilveiebrakt; anvendelse av de målte termiske responsene til å bestemme parametere for et fluid som befinner seg i produksjonsutstyret i nærheten av hver av temperaturfølerne; og bestemmelse av flerfasestrømningskarakteristikker ved anvendelse av de konstaterte fluidparameterne.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori tidskonstanten sammenlignes med tidskonstanter som tidligere er målt for kjente fluider for å karakterisere fluidet.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, hvori tidskonstanten sammenlignes med tidskonstanter for kjente fluider ved en hvilken som helst av en flerhet av forskjellige temperaturer og strømmende i en flerhet av forskjellige hastigheter.
4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1, 2 eller 3, ytterligere omfattende anvendelse av den målte termiske responsen for å bestemme et Prandtl-tall for et fluid i nærheten av i det minste én temperaturføler av flerheten av temperaturfølere.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, ytterligere omfattende sammenligning av det konstaterte Prandtl-tallet med Prandtl-tall som tidligere er målt for kjente fluider for ytterligere å karakterisere fluidet.
6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 til 5, hvori produksjonsutstyret er en rørledning.
7. Apparat for bestemmelse av flerfasestrømningskarakteristikker inne i produksjonsutstyr inneholdende minst to fluider, idet apparatet omfatter: en flerhet av temperaturfølere som er tilpasset til å bli montert på produksjonsutstyret på forskjellige steder; en varmekilde som er stand til å tilveiebringe en varmepuls, idet varmekilden er tilpasset til å bli montert på produksjonsutstyret; en kontroller for måling av en termisk respons fra hver av flerheten av temperaturfølere etter at en varmepuls er blitt anvendt på produksjonsutstyret, idet den termiske responsen omfatter en tidskonstant oppnådd fra et målt fall i temperaturen etter at varmepulsen er tilveiebrakt; hvori kontrolleren er ytterligere innrettet for å anvende den målte termiske responsen for å bestemme parametere for et fluid som befinner seg i produksjonsutstyret i nærheten av hver av temperaturfølerne, og anvende de konstaterte fluidparameterne til å bestemme flerfasestrømningskarakteristikker innenfor produksjonsutstyret.
8. Apparat ifølge krav 7, hvori kontrolleren er ytterligere innrettet til å styre driften av varmeelementet.
9. Apparat ifølge krav 7 eller 8, hvori kontrolleren ytterligere omfatter en database, idet databasen lagrer tidligere målte termiske responser på kjente fluider.
10. Apparat ifølge krav 7, 8, eller 9, hvori kontrolleren eventuelt er ytterligere tilpasset til å beregne et Prandtl-tall for et fluid i nærheten av i det minste én temperaturføler.
11. Datamaskinanordning for bestemmelse av flerfasestrømningskarakteristikker inne i produksjonsutstyr inneholdende minst to fluider, idet datamaskinanordningen omfatter: en inn-/utanordning for mottak, fra en flerhet av temperaturfølere i nærheten av produksjonsutstyret, data som angir en termisk respons på et fluid i nærheten av hver temperaturføler som respons på en varmepuls; en prosessor for beregning, for hver enkelt temperaturføler, av en tidskonstant oppnådd fra et fall i den målte temperaturen etter at varmepulsen er tilveiebrakt; hvori prosessoren ytterligere er innrettet for å bestemme parametere for et fluid som befinner seg i produksjonsutstyret i nærheten av hver av temperaturfølerne ved anvendelse av hver beregnet tidskonstant, og å bestemme flerfasekarakteristikker ved anvendelse av de konstaterte fluidparameterne.
12. Datamaskinanordning ifølge krav 11, ytterligere omfattende en database for lagring av tidskonstanter som tidligere er målt for gitte fluider under kjente betingelser, idet prosessoren ytterligere er innrettet til å sammenligne hver målte tidskonstant med en tidskonstant som er lagret for å karakterisere fluidet.
13. Datamaskinanordningen ifølge krav 11 eller 12, hvori prosessoren er ytterligere innrettet til å bestemme et Prandtl-tall for et fluid i nærheten av minst én temperaturføler av flerheten av temperaturfølere.
14. Datamaskinanordning ifølge krav 13, ytterligere omfattende en database for lagring av Prandtl-tall som tidligere er målt for kjente fluider, idet prosessoren ytterligere er innrettet for å sammenligne det konstaterte Prandtl-tallet med de lagrede Prandtl-tallene for ytterligere å karakterisere fluidet.
15. Datamaskinanordning ifølge hvilket som helst av kravene 11 til 14, hvori prosessoren er ytterligere innrettet til å styre drift av et varmeelement, idet varmeelementet er innrettet til å levere en varmepuls til produksjonsutstyret.
16. Datamaskinprogram omfattende datalesbar kode som, når det kjøres på en datamaskinanordning, fører til at datamaskinanordningen oppfører seg som en datamaskinanordning ifølge hvilket som helst av kravene 11 til 15.
17. Datamaskinprogramprodukt omfattende et datamaskinlesbart medium og et datamaskinprogram ifølge krav 16, hvori datamaskinprogrammat lagres på det datamaskinlesbare mediet.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/EP2011/064321 WO2013026467A1 (en) | 2011-08-19 | 2011-08-19 | Characterizing multiphase fluid flow |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO20140337A1 true NO20140337A1 (no) | 2014-03-13 |
NO343681B1 NO343681B1 (no) | 2019-05-06 |
Family
ID=44534395
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20140337A NO343681B1 (no) | 2011-08-19 | 2014-03-13 | Karakterisering av flerfasefluidstrømning |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9702745B2 (no) |
AU (1) | AU2011375583B2 (no) |
BR (1) | BR112014003861B1 (no) |
CA (1) | CA2845721C (no) |
GB (1) | GB2507909B (no) |
NO (1) | NO343681B1 (no) |
WO (1) | WO2013026467A1 (no) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2012368002B2 (en) * | 2012-01-30 | 2016-04-21 | Equinor Energy As | Characterizing contents of conduits, in particular multiphase flow conduits |
WO2015058811A1 (en) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | Statoil Petroleum As | Methods and apparatus for determining contents of production equipment |
US10634536B2 (en) * | 2013-12-23 | 2020-04-28 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Method and system for multi-phase flow measurement |
WO2015151638A1 (ja) * | 2014-03-31 | 2015-10-08 | 日立金属株式会社 | 熱式質量流量測定方法、当該方法を使用する熱式質量流量計、及び当該熱式質量流量計を使用する熱式質量流量制御装置 |
DE102014008284A1 (de) * | 2014-06-03 | 2015-12-03 | Diehl Metering Gmbh | Verfahren zur Bestimmung des Volumenflusses eines strömenden Mediums durch eine Messstrecke und zugeordnete Messeinrichtung |
US10288463B2 (en) | 2015-06-26 | 2019-05-14 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Multiphase thermal flowmeter for stratified flow |
RU2726304C1 (ru) * | 2019-11-01 | 2020-07-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Способ определения покомпонентного расхода газожидкостной среды |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2603089A (en) * | 1946-08-14 | 1952-07-15 | Ici Ltd | Apparatus for measuring the rate of flow of particulate solids through vessels |
US5233868A (en) * | 1992-04-13 | 1993-08-10 | Coats Montgomery R | Non-intrusive mass flow measuring apparatus and method |
US5633470A (en) | 1995-11-07 | 1997-05-27 | Western Atlas International, Inc. | Velocity and holdup determination method for stratified gas-liquid flow in highly inclined conduits |
US7624632B1 (en) * | 1999-08-17 | 2009-12-01 | Lockheed Martin Corporation | Constant-temperature-difference flow sensor, and integrated flow, temperature, and pressure sensor |
US6962077B2 (en) * | 2002-12-23 | 2005-11-08 | Waters Investments Limited | System and method of measuring convection induced impedance gradients to determine liquid flow rates |
US7755466B2 (en) * | 2006-04-26 | 2010-07-13 | Honeywell International Inc. | Flip-chip flow sensor |
US7779334B2 (en) * | 2006-06-26 | 2010-08-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Memory having an ECC system |
US8360635B2 (en) | 2007-01-09 | 2013-01-29 | Schlumberger Technology Corporation | System and method for using one or more thermal sensor probes for flow analysis, flow assurance and pipe condition monitoring of a pipeline for flowing hydrocarbons |
US7826991B2 (en) * | 2007-07-25 | 2010-11-02 | Rosemount Inc. | Temperature-averaging field device compensation |
US8521449B2 (en) * | 2009-06-06 | 2013-08-27 | International Business Machines Corporation | Three dimensional air flow sensors for data center cooling |
-
2011
- 2011-08-19 WO PCT/EP2011/064321 patent/WO2013026467A1/en active Application Filing
- 2011-08-19 AU AU2011375583A patent/AU2011375583B2/en active Active
- 2011-08-19 US US14/239,519 patent/US9702745B2/en active Active
- 2011-08-19 CA CA2845721A patent/CA2845721C/en active Active
- 2011-08-19 GB GB1402636.3A patent/GB2507909B/en active Active
- 2011-08-19 BR BR112014003861-9A patent/BR112014003861B1/pt active IP Right Grant
-
2014
- 2014-03-13 NO NO20140337A patent/NO343681B1/no unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB2507909A (en) | 2014-05-14 |
WO2013026467A1 (en) | 2013-02-28 |
BR112014003861A2 (pt) | 2017-03-21 |
US20140216152A1 (en) | 2014-08-07 |
CA2845721A1 (en) | 2013-02-28 |
GB2507909B (en) | 2017-09-27 |
AU2011375583A1 (en) | 2014-03-20 |
CA2845721C (en) | 2018-10-16 |
US9702745B2 (en) | 2017-07-11 |
NO343681B1 (no) | 2019-05-06 |
BR112014003861B1 (pt) | 2020-12-29 |
GB201402636D0 (en) | 2014-04-02 |
AU2011375583B2 (en) | 2015-06-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO20140337A1 (no) | Karakterisering av flerfasefluidstrømning | |
Alpak et al. | A phase-field method for the direct simulation of two-phase flows in pore-scale media using a non-equilibrium wetting boundary condition | |
NO343680B1 (no) | Karakterisering av innhold i kanaler, særlig flerfasestrømskanaler | |
Iten et al. | Investigating the impact of Cp-T values determined by DSC on the PCM-CFD model | |
Wang et al. | Prediction for wax deposition in oil pipelines validated by field pigging | |
RU2015148670A (ru) | Способ и измерительное устройство для определения удельных параметров для свойства газа | |
Albright et al. | Development of a model for compensating the influence of temperature gradients within the sample on DSC-results on phase change materials | |
CN109883888B (zh) | 一种高温高压泡沫稳定性和粘度评价装置与评价方法 | |
Hoffmann et al. | Online monitoring of wax deposition in sub-sea pipelines | |
CN104749214B (zh) | 一种基于瞬态平面热源法测量液体导热系数的恒温热浴装置 | |
EP3502687B1 (en) | Determination of gas parameters | |
Saraceno et al. | Development of two heat transfer correlations for a scraped surface heat exchanger in an ice-cream machine | |
Tang et al. | A mechanistic heat transfer correlation for non-boiling two-phase flow in horizontal, inclined and vertical pipes | |
Schiavi | 3D simulation of the thermal response test in a U-tube borehole heat exchanger | |
Li et al. | Experimental investigation of wax deposition at different deposit locations through a detachable flow loop apparatus | |
Boban et al. | Ground Thermal Response and Recovery after Heat Injection: Experimental Investigation | |
Das et al. | A composite heat transfer model for pool boiling on a horizontal tube at moderate pressure | |
CN109752406B (zh) | 低渗致密岩石比热容参数的测量装置 | |
Michalsen et al. | Fundamentals of natural gas processing-hydrocarbon dew point meter modelling | |
Mondal et al. | Measurement of kinematic viscosity and thermal conductivity of 3, 3, 4, 4, 5, 5-HFCPE in liquid and vapor phases | |
Alshawaf | A Novel Thermal Method for Pipe Flow Measurements Using a Non-invasive BTU Meter | |
BURCHIU et al. | NONINVASIVE TEMPERATURE DETERMINATION OF FLUIDS IN HOT WATER HEATING SYSTEMS. | |
Končar et al. | NEPTUNE_CFD Analysis of Flow Field in Rectangular Boiling Channel | |
Olsen et al. | An experimental and computational strategy for an increased understanding of two-phase flow of natural gas | |
WO2015058811A1 (en) | Methods and apparatus for determining contents of production equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: EQUINOR ENERGY AS, NO |