RU2164340C2 - Method determining component rate of flow of gas and liquid mixture of products of gas and oil production in pipe- line and device for its embodiment - Google Patents
Method determining component rate of flow of gas and liquid mixture of products of gas and oil production in pipe- line and device for its embodiment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2164340C2 RU2164340C2 RU97122341A RU97122341A RU2164340C2 RU 2164340 C2 RU2164340 C2 RU 2164340C2 RU 97122341 A RU97122341 A RU 97122341A RU 97122341 A RU97122341 A RU 97122341A RU 2164340 C2 RU2164340 C2 RU 2164340C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- measuring
- liquid
- liquid mixture
- resonator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в газовой и нефтедобывающей промышленности для определения покомпонентного расхода без разделения на фракции газожидкостной смеси (ГЖС) продуктов добычи в трубопроводах непосредственно на скважинах или на коллекторных участках первичной переработки газоконденсатных или нефтяных промыслов. The invention relates to the field of measuring technology and can be used in the gas and oil industries to determine component-wise consumption without separating into a fraction of a gas-liquid mixture (GHS) production products in pipelines directly at wells or in reservoir sections of the primary processing of gas condensate or oil fields.
Известные способы измерения покомпонентного расхода потока ГЖС основаны на определении задающих величин вычисления расходов (скорости и плотности фракций) косвенными методами путем измерения ряда промежуточных физических параметров потока: перепадов давления, виброшумов и динамического давления, энергетического поглощения или отражения радиоволн и гамма-излучения, электрической проводимости, емкости и т.п. Устройства расходомеров на их основе, особенно ориентированные на нефтедобычу, часто содержат элементы конструкций, помещаемые в поток, например, объемные и турбинные счетчики, кориолисовы измерители, измерители с применением диафрагмы или сопла Вентури. В большинстве случаев используется принудительное накопление или частичная сепарация компонентов смеси, часто расходомеры требуют предварительного формирования устойчивого потока определенного типа (Патенты США - 4458524, 4662219, 5029482, 5025160, 5211842, 5127272, 5203211, 5251488). Known methods for measuring the component-wise flow rate of a GHS flow are based on the determination of the flow calculation values (velocity and density of fractions) by indirect methods by measuring a number of intermediate physical flow parameters: pressure drops, vibration noise and dynamic pressure, energy absorption or reflection of radio waves and gamma radiation, electrical conductivity , containers, etc. Devices of flow meters based on them, especially oriented to oil production, often contain structural elements placed in the stream, for example, volumetric and turbine meters, Coriolis meters, meters using a diaphragm or a Venturi nozzle. In most cases, forced accumulation or partial separation of the components of the mixture is used, flowmeters often require the formation of a stable stream of a certain type in advance (U.S. Patent Nos. 4,458,524, 4,662,219, 5,029,482, 5,025,160, 5,211,842, 5127272, 5203211, 5251488).
Эти способы и устройства на их основе ориентированы на сравнительно малые дебит ГЖС и объемную долю газа в продукте добычи, что характерно для нефтедобычи. Для газоконденсатных месторождений они часто принципиально не работают из-за высокого дебита скважин, большой объемной доли газа в продукте добычи (более 95%), а также наличия быстро флуктуирующих нестационарных потоков ГЖС, содержащих маловязкую жидкую фракцию. These methods and devices based on them are focused on the relatively low GHG flow rate and the volume fraction of gas in the production product, which is typical for oil production. For gas condensate fields, they often fundamentally do not work due to the high flow rate of the wells, a large volume fraction of gas in the production product (more than 95%), and the presence of rapidly fluctuating unsteady flows of GHS containing a low-viscosity liquid fraction.
Наиболее близким к заявляемому является способ определения покомпонентного расхода ГЖС, включающий измерение скорости жидкости и измерение площадей поперечного сечения трубопровода, занятых жидкостью и газом, имеющих границу раздела. Устройство, реализующее данный способ, является устройством электроемкостного типа, содержащим две пластины, расположенные в трубопроводе по бокам потока напротив друг друга, одна из которых является сплошным электродом, а вторая содержит матрицу емкостных электродов. По электрическим сигналам матрицы электродов определяют границу раздела сред (газ-жидкость), а по времени прохождения жидкостных пробок определяется скорость жидкости (Патент США N 5287752, МКИ G 01 F 1/74, Measurement of gas and liquid flowrates and watercut of multiphase mixtures of oil, water and gas.)
Данный способ и устройство имеют следующие недостатки.Closest to the claimed is a method for determining the component flow rate of the GHS, including measuring the velocity of the liquid and measuring the cross-sectional areas of the pipeline occupied by liquid and gas, having an interface. A device that implements this method is an electric capacitive type device containing two plates located in the pipeline on the sides of the flow opposite each other, one of which is a solid electrode, and the second contains a matrix of capacitive electrodes. The interface of the media (gas-liquid) is determined from the electrical signals of the electrode matrix, and the fluid velocity is determined from the transit time of the liquid plugs (US Patent N 5287752, MKI G 01 F 1/74, Measurement of gas and liquid flowrates and watercut of multiphase mixtures of oil, water and gas.)
This method and device have the following disadvantages.
Для достижения приемлемых точностных характеристик измерения расходов компонентов ГЖС необходимо формировать или иметь исходно поток смеси с устойчивой границей раздела газа и жидкости и обязательным наличием жидкостных пробок. В реальных условиях такие потоки ГЖС имеют место обычно при малом дебите смеси в целом или малой объемной доле газа в продукте добычи. Кроме того, амплитудные (энергетические) измерения ограничивают эксплуатационную точность и надежность определения расходов. To achieve acceptable accuracy characteristics of measuring the flow rates of GHS components, it is necessary to form or have an initial mixture flow with a stable gas-liquid interface and the obligatory presence of liquid plugs. In real conditions, such GHS flows usually occur with a small flow rate of the mixture as a whole or a small volume fraction of gas in the production product. In addition, amplitude (energy) measurements limit the operational accuracy and reliability of cost determination.
Техническим результатом предложенного изобретения является возможность бесконтактного определения покомпонентного расхода ГЖС практически при любых объемных долях газа и дебитах скважин в условиях течения реальных нестационарных потоков ГЖС. The technical result of the proposed invention is the ability to contactlessly determine the component-wise flow rate of the GHS almost at any volume fractions of gas and flow rates of wells in the flow of real unsteady GHS flows.
Технический результат достигается тем, что измеряют площадь поперечного сечения, занятой жидкой фракцией Sж, вычисляют площадь поперечного сечения газовой фракции Sг по формуле Sг=Sи-Sж, где Sи - измерительное сечение, измеряют скорость газа и жидкости, формируют гомогенизированный поток газожидкостной смеси с отрывом пристеночной жидкости заужением сечения трубопровода до измерительного сечения Sи, устанавливают в зауженной части трубопровода измерительный микроволновый резонатор, возбуждают его радиоволнами, заполняют потоком газожидкостной смеси и измеряют резонансную частоту заполненного резонатора fгжс, измеряют рабочее давление газожидкостной смеси Pс в зауженной части трубопровода и температуру газожидкостной смеси Tс, после чего вычисляют занятую жидкой фракцией площадь поперечного сечения Sж по формуле
где εж - диэлектрическая проницаемость жидкости;
Cj - коэффициент формфактора, характеризующий взаимодействие электромагнитного поля измерительного микроволнового резонатора с потоком газожидкостной смеси;
fгжс - резонансная частота измерительного микроволнового резонатора при заполнении его потоком газожидкостной смеси;
fг - резонансная частота измерительного микроволнового резонатора при заполнении его одним газом, определяемая соотношением
где Pс - рабочее давление газожидкостной смеси в измерительном сечении;
fг.уд - смещение резонансной частоты измерительного микроволнового резонатора для газовой фракции с температурой 20oC при изменении давления на 1,033 кгс/см2 (удельное смещение);
Tс - рабочая температура газожидкостной смеси, K;
P0 - давление газожидкостной смеси, приведенное к стандартным условиям (P0 = 0,1033 кгс/см2);
T0 - температура газожидкостной смеси, приведенная к стандартным условиям (T0 = 293,15 K);
зондируют поток газожидкостной смеси радиоволнами, измеряют спектр доплеровских частот отраженного радиосигнала и по нему определяют спектр скоростей потока газожидкостной смеси, при этом принимают за скорость газа Vг верхнюю границу спектра скоростей, а за скорость жидкости Vж спектральную составляющую скорости, средневзвешенную по площади спектра скоростей, вычисляют объемные расходы газа Qг и жидкости Qж за установленное время t по формулам
Способ реализован в устройстве для определения покомпонентного расхода потока газожидкостной смеси продуктов газонефтедобычи, содержащем измерительный участок, измеритель сечения жидкой фракции, измеритель скорости и вычислительно-управляющий блок. Измерительный участок встроен в трубопровод и выполнен зауженным в поперечном сечении, причем переход от стандартного сечения трубопровода к сечению измерительного участка выполнен в виде конусообразного сужения с рифленой боковой поверхностью и кольцевым выступом с острой кромкой на входе измерительного участка. Измеритель сечения жидкой фракции выполнен в виде панорамного измерителя амплитудно-частотных характеристик и включает в себя микроволновый генератор развертки, выход которого соединен со входом измерительного микроволнового резонатора, расположенного в измерительном участке, причем резонатор содержит два зеркала, расположенных напротив друг друга на боковых стенках измерительного участка трубопровода, а на верхней и нижней стенках измерительного участка в зоне зеркал резонатор содержит продольные ребра треугольного профиля, микроволновый выход измерительного резонатора соединен с амплитудным детектором, низкочастотный выход которого соединен с вычислительно-управляющим блоком. Измеритель скорости выполнен в виде доплеровского микроволнового радиолокатора и содержит приемопередатчик, микроволновый выход которого соединен с приемопередающей антенной, встроенной в трубопровод под острым углом к его продольной оси через радиопрозрачную вставку с наружной поверхностью, повторяющей профиль внутренней поверхности трубопровода, а низкочастотный выход приемопередатчика соединен с соответствующим входом вычислительно-управляющего блока, к другим входам которого подключены выходы измерителей давления и температуры и который обеспечивает управление работой всего устройства, вычисление расходов и отображение информации.The technical result is achieved by measuring the cross-sectional area occupied by the liquid fraction S g , calculating the cross-sectional area of the gas fraction S g according to the formula S g = S and -S g , where S and are the measuring cross-section, measure the gas and liquid velocity, form homogenized liquid mixture flow with the wall of fluid separation narrowed section of the pipe to the measuring section S and is installed in a constricted portion of the pipeline measuring microwave cavity, raise its radio wave, the flow of fill azozhidkostnoy mixture and the measured resonance frequency f of the resonator filled GLM measured working pressure P from the liquid mixture in a constricted portion of the pipeline and the temperature T with the liquid mixture, after which the liquid fraction is calculated occupied cross-sectional area S x according to the formula
where ε W is the dielectric constant of the liquid;
C j is the coefficient of the form factor characterizing the interaction of the electromagnetic field of the measuring microwave resonator with the flow of the gas-liquid mixture;
f gfc is the resonant frequency of the measuring microwave cavity when it is filled with a gas-liquid mixture flow;
f g - the resonant frequency of the measuring microwave resonator when filling it with one gas, determined by the ratio
where P with - the working pressure of the gas-liquid mixture in the measuring section;
f g.ud - the offset of the resonant frequency of the measuring microwave resonator for the gas fraction with a temperature of 20 o C when the pressure changes by 1,033 kgf / cm 2 (specific bias);
T with - operating temperature of the gas-liquid mixture, K;
P 0 is the pressure of the gas-liquid mixture, reduced to standard conditions (P 0 = 0.1033 kgf / cm 2 );
T 0 - temperature of the gas-liquid mixture, reduced to standard conditions (T 0 = 293.15 K);
probe the gas-liquid mixture flow by radio waves, measure the Doppler frequency spectrum of the reflected radio signal and determine the velocity spectrum of the gas-liquid mixture from it, and take the gas velocity V g the upper limit of the velocity spectrum, and the liquid velocity V g the spectral velocity component weighted by the average velocity spectrum area , calculate the volumetric flow rates of gas Q g and liquid Q W for a specified time t according to the formulas
The method is implemented in a device for determining the component-wise flow rate of a gas-liquid mixture of gas and oil products, containing a measuring section, a section meter for the liquid fraction, a speed meter and a control unit. The measuring section is built into the pipeline and made narrower in cross section, and the transition from the standard section of the pipeline to the section of the measuring section is made in the form of a cone-shaped narrowing with a corrugated side surface and an annular protrusion with a sharp edge at the entrance of the measuring section. The liquid fraction cross-section meter is made in the form of a panoramic amplitude-frequency characteristic meter and includes a microwave sweep generator, the output of which is connected to the input of the measuring microwave resonator located in the measuring section, the resonator containing two mirrors located opposite each other on the side walls of the measuring section the pipeline, and on the upper and lower walls of the measuring section in the area of the mirrors, the resonator contains longitudinal ribs of a triangular profile, mic ovolnovy output measuring resonator coupled to an amplitude detector, a low-frequency output is connected to the evaluating and control unit. The speed meter is made in the form of a Doppler microwave radar and contains a transceiver, the microwave output of which is connected to a transceiver antenna that is built into the pipeline at an acute angle to its longitudinal axis through a radio-transparent insert with an outer surface that repeats the profile of the inner surface of the pipeline, and the low-frequency output of the transceiver is connected to the corresponding the input of the computing and control unit, to the other inputs of which the outputs of the pressure and temperature meters are connected tours and which provides control over the operation of the entire device, calculation of expenses and display of information.
Для измерения потоков ГЖС со средним содержанием жидкой фракции более 50% используется измерительный микроволновый резонатор, содержащий две плоскопараллельные диэлектрические пластины, расположенные напротив друг друга вплотную к зеркалам резонатора и закрывающие их полностью по всей площади. To measure GHS flows with an average liquid content of more than 50%, a measuring microwave resonator is used, containing two plane-parallel dielectric plates located opposite each other closely to the cavity mirrors and covering them completely over the entire area.
Для достижения высокой точности измерения расходов фракций нестационарных потоков ГЖС, а также исключения индивидуальной калибровки по частоте генератора развертки и обеспечения его взаимозаменяемости используется измеритель сечения жидкой фракции, выход генератора развертки которого соединен со входом измерительного микроволнового резонатора через одно из выходных плеч делителя мощности, через второе выходное плечо последнего указанный генератор присоединен ко входу блока эталонного резонатора, выход которого соединен с одним из входов вычислительно-управляющего блока, третье выходное плечо делителя мощности соединено с блоком формирования шкалы микроволновых частот, выход которого соединен с соответствующим входом вычислительно-управляющего блока. To achieve high accuracy in measuring the flow rate of fractions of unsteady flows of GHS, as well as to eliminate individual calibration by the frequency of the sweep generator and to ensure its interchangeability, a liquid fraction section meter is used, the output of the sweep generator of which is connected to the input of the measuring microwave resonator through one of the output arms of the power divider, through the second the output arm of the last specified generator is connected to the input of the block of the reference resonator, the output of which is connected to one input of the evaluating and control unit, the third output port of the power divider is connected to the unit forming the microwave frequency scale, whose output is connected to a respective input of the evaluating and control unit.
Данные способ и устройство основаны на непосредственном измерении основных физических величин, требуемых для вычислений покомпонентных расходов: количества вещества каждой из фракций при их прохождении через измерительное сечение и скорости фракций, причем данные величины измеряются прямыми методами, основанными на взаимодействии электромагнитных волн микроволнового диапазона с веществом ГЖС. Измерение расходов проводится за установленное время (час, сутки и т.п.). Искомый расход выражается в объемных или массовых единицах. These method and device are based on the direct measurement of the basic physical quantities required for calculating the component costs: the amount of substance of each fraction as they pass through the measuring cross section and the speed of the fractions, and these values are measured by direct methods based on the interaction of microwave electromagnetic waves with GHS material . Measurement of expenses is carried out for a specified time (hour, day, etc.). The desired flow rate is expressed in volumetric or mass units.
Измерение покомпонентных расходов данным устройством основано на использовании следующей физической модели двухфазного потока ГЖС. Каждая составляющая фракция представляется в виде собственного однофазного потока со следующими свойствами: если однофазный поток непрерывен и имеет постоянную площадь поперечного сечения (поток полностью заполняет трубопровод), то определение расхода в этом случае сводится к вычислению произведения площади поперечного сечения потока на его скорость и установленное время; если поток является переменным и его поперечное сечение и скорость меняются во времени, то арифметическое произведение заменяется интегрированием по времени. Далее однофазные потоки каждой фракции пространственно совмещаются друг с другом и вкладываются в одно общее ограниченное по площади поперечное сечение - трубопровод. Данная модель справедлива при условии, что фракции при их пространственном совмещении не оказывают заметного влияния на физические свойства друг друга и при определении расходов не вызывают увеличения погрешности измерений за допустимые пределы, что, например, справедливо для смеси газ-конденсат, газ-нефть и т.п. The measurement of component costs by this device is based on the use of the following physical model of a two-phase GHS flow. Each component fraction is represented as its own single-phase flow with the following properties: if the single-phase flow is continuous and has a constant cross-sectional area (the flow completely fills the pipeline), then determining the flow rate in this case reduces to calculating the product of the cross-sectional area of the flow and its speed and the set time ; if the flow is variable and its cross section and speed change in time, then the arithmetic product is replaced by integration over time. Next, the single-phase flows of each fraction are spatially combined with each other and are embedded in one common cross-sectional area that is limited in area - the pipeline. This model is valid provided that the fractions during their spatial combination do not significantly affect the physical properties of each other and, when determining the costs, do not cause an increase in the measurement error beyond the permissible limits, which, for example, is true for a gas-condensate, gas-oil mixture, and t .P.
За искомое сечение жидкой фракции при прохождении потока смеси через измерительное сечение принимается сумма площадей всех малых сечений, образованных струями жидкости. Сечение газовой фракции находится вычитанием сечения жидкой фракции из общей площади измерительного сечения, так как наличие газа приводит всегда к полному заполнению потоком смеси всей площади измерительного сечения. По найденным сечениям расходы жидкости и газа для потока смеси вычисляются по формулам однофазного потока. The required section of the liquid fraction when the mixture flows through the measuring section is the sum of the areas of all small sections formed by the jets of liquid. The cross-section of the gas fraction is found by subtracting the cross-section of the liquid fraction from the total measuring cross-sectional area, since the presence of gas always leads to the complete filling of the entire measuring cross-sectional area with the flow of the mixture. According to the found sections, the liquid and gas flow rates for the mixture flow are calculated using the single-phase flow formulas.
Измерение поперечного сечения жидкой фракции осуществляется микроволновым измерительным резонатором, через который пропускается весь поток ГЖС. Так как рабочий объем резонатора пренебрежимо мал по сравнению с объемом трубопровода и измеряемым расходом жидкой фракции, то этот объем функционально можно принять за плоское измерительное сечение с площадью, равной площади поперечного сечения резонатора. Резонатор устанавливается в измерительном участке, где поток смеси гомогенизируется при переходе со стандартного сечения трубопровода на зауженное сечение измерительного участка. Переходной участок выполнен конусообразным и имеет рифленые боковые стенки и кольцевой выступ в конце, что способствует дроблению сгущений жидкости в потоке при его натекании на измерительный участок, отрыву пристеночной жидкости и ее перемешиванию по объему, а увеличение скорости потока смеси в измерительном участке не позволяет жидкости выпадать на его стенки. Гомогенизация потока стабилизирует взаимодействие электромагнитного поля с потоком ГЖС и определяет постоянство среднего значения коэффициента формфактора, характеризующего степенью заполнения рабочего объема резонатора потоком смеси. The cross section of the liquid fraction is measured by a microwave measuring resonator, through which the entire GHS flow is passed. Since the working volume of the resonator is negligible compared to the volume of the pipeline and the measured flow rate of the liquid fraction, this volume can functionally be taken as a flat measuring section with an area equal to the cross-sectional area of the resonator. The resonator is installed in the measuring section, where the flow of the mixture is homogenized during the transition from the standard section of the pipeline to a narrowed section of the measuring section. The transition section is cone-shaped and has corrugated side walls and an annular protrusion at the end, which contributes to the crushing of fluid condensations in the stream when it flows onto the measuring section, separation of the wall fluid and its mixing by volume, and an increase in the flow rate of the mixture in the measuring section does not allow the liquid to fall out on its walls. Homogenization of the flow stabilizes the interaction of the electromagnetic field with the GHS flow and determines the constancy of the average value of the coefficient of the form factor, which characterizes the degree of filling of the working volume of the resonator with the flow of the mixture.
Поток газожидкостной смеси физически представляет собой смесь диэлектриков с существенно различными значениями диэлектрической проницаемости (εж во много раз больше εг), причем значение результирующей диэлектрической проницаемости смеси находится в пределах между проницаемостью газа при рабочем давлении и проницаемостью жидкости и зависит от количественного отношения этих фракций между собой в единице объема. При заполнении измерительного микроволнового резонатора потоком ГЖС за счет изменения диэлектрической проницаемости среды внутри резонатора происходит смещение резонансной частоты от начального положения (пустой резонатор). Это смещение всегда больше некоторого граничного значения, которое соответствует заполнению резонатора одним газом при давлении, равном рабочему в потоке ГЖС. Граничное значение вычисляется по удельному смещению резонансной частоты от давления, измеренному для газа экспериментально. Таким образом, по измеренному для потока ГЖС полному резонансному смещению, после вычитания из него граничного смещения от газа, определяется доля жидкостной компоненты, или по другому, площадь поперечного сечения жидкой фракции. Сечение газовой фракции находится вычитанием сечения жидкой фракции из общей площади измерительного сечения.The flow of a gas-liquid mixture is physically a mixture of dielectrics with substantially different values of dielectric constant (ε and many times greater than ε g ), and the value of the resulting dielectric constant of the mixture is between the gas permeability at operating pressure and the liquid permeability and depends on the quantitative ratio of these fractions among themselves in a unit volume. When the measuring microwave cavity is filled with a GHS flow due to a change in the dielectric constant of the medium inside the cavity, the resonant frequency shifts from the initial position (empty cavity). This displacement is always greater than a certain boundary value, which corresponds to filling the resonator with one gas at a pressure equal to the working one in the GHS flow. The boundary value is calculated from the specific bias of the resonant frequency from pressure, measured experimentally for gas. Thus, according to the total resonant bias measured for the GHS stream, after subtracting the boundary bias from the gas from it, the fraction of the liquid component, or, alternatively, the cross-sectional area of the liquid fraction, is determined. The cross section of the gas fraction is found by subtracting the cross section of the liquid fraction from the total area of the measuring cross section.
Измерение скорости движения фракций потока осуществляется лоцированием вещества потока радиоволнами, причем отражение сигнала осуществляется от жидкой фракции. Формирование частотного участка спектра доплеровских частот выбрано с учетом следующих требований: нижняя граница спектра должна быть выше спектра виброшумов стенок трубопровода и флуктуационных шумов потока; верхняя граница спектра не должна превышать значений, обеспечивающих цифровую обработку сигналов измерений приборами вычислительной техники. Данным требованиям с учетом реальных скоростей движения потоков ГЖС газонефтедобычи, геометрических размеров используемых стандартных трубопроводов, а также энергетики отражения радиоволн от частиц жидкой фракции наиболее полно удовлетворяет микроволновый диапазон радиоволн. The measurement of the speed of the flow fractions is carried out by locating the flow substance with radio waves, and the signal is reflected from the liquid fraction. The formation of the frequency section of the Doppler frequency spectrum is selected taking into account the following requirements: the lower boundary of the spectrum should be higher than the spectrum of vibration noise of the pipe walls and fluctuation noise of the flow; the upper limit of the spectrum should not exceed the values that provide digital processing of measurement signals by computers. These requirements, taking into account the real velocities of gas-oil and gas production flows, the geometric dimensions of standard pipelines used, as well as the energy of reflection of radio waves from liquid particles, are most fully satisfied by the microwave range of radio waves.
Определение скорости газа осуществляется по верхней границе спектра доплеровских частот (спектр скоростей), которая соответствует отражению от самых малых частиц жидкой фракции аэрозоля, двигающегося в потоке практически со скоростью газа. The gas velocity is determined by the upper boundary of the Doppler frequency spectrum (velocity spectrum), which corresponds to the reflection from the smallest particles of the liquid fraction of the aerosol moving in the stream at almost the gas velocity.
Определение средней скорости жидкой фракции также проводится по спектру доплеровских частот, который формируется всеми составляющими частями движущейся жидкости в лоцируемом объеме, причем амплитуда каждой спектральной составляющей определяется количеством жидкости, двигающейся с соответствующей ей скоростью, что позволяет принимать за среднюю скорость движения жидкой фракции положение спектральной составляющей скорости, средневзвешенной по площади спектра скоростей. The average velocity of the liquid fraction is also determined from the spectrum of Doppler frequencies, which is formed by all the constituent parts of the moving liquid in the located volume, and the amplitude of each spectral component is determined by the amount of liquid moving with its corresponding speed, which allows us to take the position of the spectral component as the average velocity of the liquid fraction speed, weighted average over the area of the speed spectrum.
Требуемые для вычисления расходов постоянные коэффициенты, зависящие от конструкции и размеров измерительного сечения, диэлектрическая проницаемость жидкости, удельное по давлению смещение резонансной частоты для газа, коэффициент формфактора и т.п. определяются расчетно с последующим экспериментальным уточнением и затем вводятся в программу расчета. Constant coefficients required for calculating the flow rate, depending on the design and size of the measuring section, dielectric constant of the liquid, specific pressure shift of the resonant frequency for the gas, form factor, etc. determined by calculation with subsequent experimental refinement and then entered into the calculation program.
В случае измерения покомпонентного расхода для нестационарного потока, например, в конце длинного трубопровода со сложной конфигурацией, используются статистические методы накопления и обработки сигналов измерений, базирующиеся на предлагаемом способе измерений и устройств для его реализации. In the case of measuring the component flow rate for an unsteady flow, for example, at the end of a long pipeline with a complex configuration, statistical methods of accumulating and processing measurement signals are used, based on the proposed measurement method and devices for its implementation.
Способ определения покомпонентного расхода потока газожидкостной смеси продуктов газонефтедобычи в трубопроводе и устройство для его реализации поясняются следующими чертежами. The method for determining the component flow rate of a gas-liquid mixture of gas and oil products in a pipeline and a device for its implementation are illustrated by the following drawings.
фиг. 1 - устройство определения покомпонентного расхода;
фиг. 2 - измерительный микроволновый резонатор, содержащий две плоскопараллельные диэлектрические пластины;
фиг. 3 - измеритель сечения жидкой фракции, содержащий микроволновый делитель мощности.FIG. 1 - device for determining the component flow rate;
FIG. 2 - measuring microwave resonator containing two plane-parallel dielectric plates;
FIG. 3 - meter section of the liquid fraction containing a microwave power divider.
На фиг. 1 представлено устройство определения покомпонентного расхода, содержащее измерительный участок 1 в стандартном трубопроводе 2 и измерители скорости 3 сечений жидкой фракции 4, давления 5 и температуры 6. Переход от стандартного трубопровода 2 к измерительному участку 1 выполнен в виде конусообразного сужения 7 с рифленой боковой поверхностью 8 и кольцевым выступом 9. In FIG. 1 shows a device for determining the component flow rate, comprising a measuring section 1 in a standard pipeline 2 and speed meters 3 of the cross sections of the
Измеритель скорости 3 выполнен в виде доплеровского радиолокатора и включает в себя приемопередатчик 10, микроволновый выход которого соединен с антенной 11, встроенной в трубопровод 2 через радиопрозрачную вставку 12 с наружной поверхностью, повторяющей профиль внутренней поверхности трубопровода 2, а низкочастотный выход приемопередатчика 10 соединен с вычислительно-управляющим блоком 13. The speed meter 3 is made in the form of a Doppler radar and includes a transceiver 10, the microwave output of which is connected to the antenna 11, which is built into the pipe 2 through a radiotransparent insert 12 with an outer surface that repeats the profile of the inner surface of the pipe 2, and the low-frequency output of the transceiver 10 is connected to the
Измеритель сечения жидкой фракции 4 выполнен в виде панорамного измерителя амплитудно-частотных характеристик и включает в себя микроволновый генератор развертки 14, выход которого соединен с микроволновым входом открытого с торцов измерительного резонатора 15, который содержит два зеркала 16, размещенных напротив друг друга в боковых стенках измерительного участка трубопровода, а на верхней и нижней стенках измерительного резонатора 15 в зоне зеркал 16 расположены продольные ребра треугольного профиля 17. Микроволновый выход измерительного резонатора 15 соединен с амплитудным детектором 18, низкочастотный выход которого соединен с вычислительно-управляющим блоком 13, к которому также подключены выходы измерителей давления 5 и температуры 6. The cross-section meter of the
Расчет расходов газа и жидкости основан на измерении четырех переменных величин - температуры, давления, скорости и сечения жидкой фракции. Данные о давлении и температуре вводятся автоматически в вычислительно-управляющий блок 13 от стандартных датчиков 5 и 6 в виде напряжений или токов, данные о скорости и сечении жидкой фракции формируются непосредственно соответствующими измерителями 3 и 4. The calculation of gas and liquid flows is based on the measurement of four variables - temperature, pressure, velocity and cross-section of the liquid fraction. Data on pressure and temperature are automatically entered into the computing and
Измерение скорости фракций потока проводится следующим образом. Приемопередатчик 10 измерителя скорости 3 вырабатывает стабильный по частоте непрерывный сигнал микроволнового диапазона длин волн, который излучается антенной 11 через радиопрозрачную вставку 12 во внутреннее пространство трубы 2. Отраженные от частиц жидкой фракции потока микроволновые сигналы принимаются обратно той же антенной 11 и далее поступают на микроволновый вход приемопередатчика 10, где преобразуются в сигнал биений, который фильтруется по частоте, усиливается и с низкочастотного выхода поступает в вычислительно-управляющий блок 13. The measurement of the velocity of the fractions of the stream is as follows. The transceiver 10 of the speed meter 3 generates a frequency-stable continuous signal of the microwave wavelength range, which is emitted by the antenna 11 through the radiolucent insert 12 into the interior of the pipe 2. The microwave signals reflected from the particles of the liquid fraction of the stream are received back by the same antenna 11 and then fed to the microwave input transceiver 10, where it is converted into a beat signal, which is filtered by frequency, amplified and from the low-frequency output enters the
Результатом работы измерителя скорости 3 является получение спектра доплеровских частот, составляющие которого линейно связаны со скоростями движущихся частиц жидкой фракции. The result of the speed meter 3 is to obtain a spectrum of Doppler frequencies, the components of which are linearly related to the velocities of moving particles of the liquid fraction.
Измерение сечения жидкой фракции проводится измерителем 4 по резонансным характеристикам измерительного резонатора 15, установленного на входе измерительного участка 1 после сужающего устройства 7, которое своей рифленой поверхностью 8 и кольцевым выступом 9 осуществляет отрыв потока жидкости от стенок трубы, ее дробление на капли и выброс их в середину струи газового потока. С помощью сужающего устройства 7 обеспечиваются осесимметричность потока ГЖС и выравнивание скоростей капель жидкости с газом в измерительном сечении 1 и резонаторе 15. The measurement of the cross section of the liquid fraction is carried out by the
Результатом работы измерителя сечения 4 является получение частотной последовательности резонансных откликов измерительного резонатора 15 и измерение их частотного смещения относительно смещения по газу, прямо пропорционального количеству жидкой фракции, заполняющей объем измерительного резонатора. Возбуждение резонатора 15 осуществляется с помощью микроволнового генератора развертки 14, электрически перестраиваемого в полосе частот. Наличие в резонаторе 15 ребер треугольного профиля 17 исключает возникновение поперечных паразитных резонансных колебаний, возникающих при постановке зеркал 16 в металлическое полузамкнутое пространство. Сформированные в измерительном резонаторе 15 сигнальные отклики поступают на амплитудный детектор 18 и в виде последовательности огибающих импульсов подаются на вход вычислительно-управляющего блока 13. The result of the
На фиг. 2 представлен измерительный микроволновый резонатор 15, содержащий две плоскопараллельные диэлектрические пластины 19, расположенные напротив друг друга вплотную к зеркалам резонатора и закрывающие их полностью по всей площади. Установка диэлектрических пластин 19, замещающих часть рабочего объема измерительного микроволнового резонатора и снижающих частотную чувствительность резонатора к диэлектрической проницаемости газожидкостной смеси, служит для сопряжения полосы перестройки частот генератора развертки 14 с диапазоном флуктуаций количества измеряемой жидкости при ее большом (более 50%) содержании в потоке ГЖС. In FIG. 2 shows a measuring microwave resonator 15 containing two plane-
На фиг. 3 представлен измеритель сечения жидкой фракции 4, содержащий генератор развертки 14, выход которого соединен с измерительным микроволновым резонатором 15 через одно из выходных плеч делителя мощности 23, через второе выходное плечо делителя мощности указанный генератор соединен с входом блока эталонного резонатора 24, выход которого соединен с одним из входов вычислительно-управляющего блока 13, через третье выходное плечо делителя мощности генератор развертки соединен с блоком формирования шкалы микроволновых частот 25, выход которого соединен с соответствующим входом вычислительно-управляющего блока 13. In FIG. 3 shows a sectional meter of the
Предлагаемые способ определения покомпонентного расхода потока газожидкостной смеси продуктов газонефтедобычи в трубопроводе и устройство для его реализации были использованы в опытном образце расходомера РГЖ-001, изготовленном для газоконденсатного месторождения. The proposed method for determining the component flow rate of a gas-liquid mixture of gas and oil products in a pipeline and a device for its implementation were used in a prototype of the RGZh-001 flow meter manufactured for a gas condensate field.
В качестве примера в протоколе измерений табл. 1 приведены результаты натурных измерений покомпонентного расхода потока газа и газового конденсата и сравнение их с данными контрольного сепаратора. As an example, in the measurement protocol table. Figure 1 shows the results of field measurements of the component flow rate of the gas and gas condensate flow and their comparison with the data of the control separator.
Выводы. Образец прошел натурные приемочные испытания, метрологическую аттестацию на контрольном сепараторе и находится в опытной эксплуатации. Conclusions. The sample passed field acceptance tests, metrological certification on a control separator and is in trial operation.
Claims (3)
где εж - диэлектрическая проницаемость жидкости;
Cj - коэффициент формфактора, характеризующий взаимодействие электромагнитного поля измерительного микроволнового резонатора с потоком газожидкостной смеси;
fгжс - резонансная частота измерительного микроволнового резонатора при заполнении его потоком газожидкостной смеси;
fг - резонансная частота измерительного микроволнового резонатора при заполнении его одним газом,
зондируют поток газожидкостной смеси радиоволнами, измеряют спектр доплеровских частот отраженного радиосигнала и по нему определяют спектр скоростей потока газожидкостной смеси, при этом принимают за скорость газа Vг верхнюю границу спектра скоростей, а за скорость жидкости Vж значение спектральной составляющей скорости, средневзвешенной по площади спектра скоростей и вычисляют объемные расходы газа Qг и жидкости Qж за установленное время t по формулам
2. Устройство для определения покомпонентного расхода потока газожидкостной смеси продуктов газонефтедобычи, содержащее измерительный участок, измеритель сечений жидкой фракции, измеритель скорости, вычислительно-управляющий блок, отличающееся тем, что измерительный участок встроен в трубопровод, причем переход от стандартного сечения трубопровода к сечению измерительного участка выполнен в виде конусообразного сужения с рифленой боковой поверхностью и кольцевым выступом с острой кромкой на входе измерительного участка, измеритель сечения жидкой фракции выполнен в виде панорамного измерителя амплитудно-частотных характеристик и включает в себя микроволновый генератор развертки, выход которого соединен со входом измерительного микроволнового резонатора, расположенного в измерительном участке, причем резонатор содержит два зеркала, расположенных напротив друг друга на боковых стенках измерительного участка трубопровода, а на верхней и нижней стенках измерительного участка в зоне зеркал резонатор содержит продольные ребра треугольного профиля, микроволновый выход измерительного резонатора соединен с амплитудным детектором, низкочастотный выход которого соединен с вычислительно-управляющим блоком, измеритель скорости выполнен в виде доплеровского микроволнового радиолокатора и содержит приемопередатчик, микроволновый выход которого соединен с антенной, встроенной в трубопровод под острым углом к его продольной оси через радиопрозрачную вставку с наружной поверхностью, повторяющей профиль внутренней поверхности трубопровода, а низкочастотный выход приемопередатчика соединен с вычислительно-управляющим блоком, к другим входам которого подключены выходы измерителей давления и температуры газожидкостной смеси.1. The method of determining the component flow rate of the gas-liquid mixture of gas and oil products in the pipeline, including measuring the cross-sectional area occupied by the liquid fraction S g , calculating the cross-sectional area of the gas fraction S g by the formula: S g = S and - S w , where S and - a measuring section, measuring gas and liquid velocities, wherein the homogenised form a gas-liquid mixture flow with the wall of fluid separation narrowed section of the pipe to the measuring section S and is set in the narrowed constant part of the pipeline measuring microwave cavity, raise its radio wave, fill the flow of gas-liquid mixture and the measured resonance filled resonator frequency f GLM measured working pressure liquid mixture P with a constricted portion of the pipeline and the temperature of the gas-liquid mixture of T s, and then calculating occupied liquid fraction transverse area section S w according to the formula
where ε W is the dielectric constant of the liquid;
C j is the coefficient of the form factor characterizing the interaction of the electromagnetic field of the measuring microwave resonator with the flow of the gas-liquid mixture;
f gfc is the resonant frequency of the measuring microwave cavity when it is filled with a gas-liquid mixture flow;
f g - the resonant frequency of the measuring microwave resonator when filling it with one gas,
they probe the flow of the gas-liquid mixture by radio waves, measure the spectrum of the Doppler frequencies of the reflected radio signal and determine the spectrum of the gas-liquid mixture flow rates from it, while the gas velocity V g is taken to be the upper boundary of the velocity spectrum, and the liquid velocity V g is the value of the spectral velocity component weighted by the average spectral area velocities and calculate the volumetric flow rates of gas Q g and liquid Q w for a given time t according to the formulas
2. A device for determining the component flow rate of a gas-liquid mixture of gas and oil products, containing a measuring section, a meter of cross sections of the liquid fraction, a speed meter, a computing and control unit, characterized in that the measuring section is built into the pipeline, and the transition from the standard section of the pipeline to the section of the measuring section made in the form of a cone-shaped narrowing with a corrugated side surface and an annular protrusion with a sharp edge at the entrance of the measuring section, the meter l the cross section of the liquid fraction is made in the form of a panoramic meter of amplitude-frequency characteristics and includes a microwave sweep generator, the output of which is connected to the input of the measuring microwave resonator located in the measuring section, the resonator containing two mirrors located opposite each other on the side walls of the measuring section the pipeline, and on the upper and lower walls of the measuring section in the area of the mirrors, the resonator contains longitudinal ribs of a triangular profile, microwaves the output of the measuring resonator is connected to an amplitude detector, the low-frequency output of which is connected to the computer-control unit, the speed meter is made in the form of a Doppler microwave radar and contains a transceiver, the microwave output of which is connected to the antenna, which is built into the pipeline at an acute angle to its longitudinal axis through a radio-transparent insert with an outer surface repeating the profile of the inner surface of the pipeline, and the low-frequency output of the transceiver is connected to the subtractor Call duration-control unit, to the other inputs of which are connected outputs of the pressure gauges and a gas-liquid mixture.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97122341A RU2164340C2 (en) | 1997-12-30 | 1997-12-30 | Method determining component rate of flow of gas and liquid mixture of products of gas and oil production in pipe- line and device for its embodiment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97122341A RU2164340C2 (en) | 1997-12-30 | 1997-12-30 | Method determining component rate of flow of gas and liquid mixture of products of gas and oil production in pipe- line and device for its embodiment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97122341A RU97122341A (en) | 1999-09-27 |
| RU2164340C2 true RU2164340C2 (en) | 2001-03-20 |
Family
ID=20200924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97122341A RU2164340C2 (en) | 1997-12-30 | 1997-12-30 | Method determining component rate of flow of gas and liquid mixture of products of gas and oil production in pipe- line and device for its embodiment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2164340C2 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003034051A1 (en) * | 2001-10-19 | 2003-04-24 | Roxar Flow Measurement As | Compact flow meter |
| RU2445581C1 (en) * | 2010-08-24 | 2012-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" | Method of fast determination of liquid phase volume content in gas-liquid flow and device to this end |
| WO2013062474A1 (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | Delaval Holding Ab | Multiphase flow measurement |
| WO2013062473A1 (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | Delaval Holding Ab | Multiphase flow measurement |
| RU2498230C2 (en) * | 2008-12-12 | 2013-11-10 | Малти Фейз Митерз Ас | Method and device for measuring flow rate of wet gas and determination of gas characteristics |
| RU2556293C1 (en) * | 2014-01-27 | 2015-07-10 | Закрытое акционерное общество "ОЗНА-Измерительные системы" | Device for measurement of gas-condensate factor |
| RU2733327C1 (en) * | 2019-05-28 | 2020-10-01 | Частное образовательное учреждение высшего образования "Московский Университет им. С.Ю. Витте" | Liquid sorbent carryover sensor in aerosol form from natural gas glycol dehydration apparatus |
| RU2746167C1 (en) * | 2020-04-24 | 2021-04-08 | Акционерное общество "Ижевский мотозавод "Аксион-холдинг" | Multiphase flowmeter for the component-by-component determination of the flow rates of gas, hydrocarbon condensate and water in the products of gas condensate wells |
-
1997
- 1997-12-30 RU RU97122341A patent/RU2164340C2/en active
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003034051A1 (en) * | 2001-10-19 | 2003-04-24 | Roxar Flow Measurement As | Compact flow meter |
| US6915707B2 (en) | 2001-10-19 | 2005-07-12 | Roxar Flow Measurement As | Compact flow meter |
| RU2498230C2 (en) * | 2008-12-12 | 2013-11-10 | Малти Фейз Митерз Ас | Method and device for measuring flow rate of wet gas and determination of gas characteristics |
| RU2445581C1 (en) * | 2010-08-24 | 2012-03-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" | Method of fast determination of liquid phase volume content in gas-liquid flow and device to this end |
| WO2013062474A1 (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | Delaval Holding Ab | Multiphase flow measurement |
| WO2013062473A1 (en) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | Delaval Holding Ab | Multiphase flow measurement |
| US9719821B2 (en) | 2011-10-28 | 2017-08-01 | Delaval Holding Ab | Multiphase flow measurement |
| US9719825B2 (en) | 2011-10-28 | 2017-08-01 | Delaval Holding Ab | Multiphase flow measurement |
| RU2556293C1 (en) * | 2014-01-27 | 2015-07-10 | Закрытое акционерное общество "ОЗНА-Измерительные системы" | Device for measurement of gas-condensate factor |
| RU2733327C1 (en) * | 2019-05-28 | 2020-10-01 | Частное образовательное учреждение высшего образования "Московский Университет им. С.Ю. Витте" | Liquid sorbent carryover sensor in aerosol form from natural gas glycol dehydration apparatus |
| RU2746167C1 (en) * | 2020-04-24 | 2021-04-08 | Акционерное общество "Ижевский мотозавод "Аксион-холдинг" | Multiphase flowmeter for the component-by-component determination of the flow rates of gas, hydrocarbon condensate and water in the products of gas condensate wells |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7469188B2 (en) | Method and flow meter for determining the flow rate of a multiphase fluid | |
| JP4800543B2 (en) | Method and apparatus for simultaneously measuring the flow rate and concentration of a multiphase liquid / gas mixture | |
| US9234779B2 (en) | Integrated acoustic phase separator and multiphase fluid composition monitoring apparatus and method | |
| US7293471B2 (en) | Flow meter for measuring fluid mixtures | |
| US3719073A (en) | Mass flow meter | |
| US7890269B2 (en) | Method and device for acoustic measurement of the specific density of a gaseous or liquid medium | |
| US11841255B2 (en) | Systems, methods, and apparatus to measure multiphase flows | |
| Williams et al. | Multi-phase flow measurements in powder processing | |
| RU2164340C2 (en) | Method determining component rate of flow of gas and liquid mixture of products of gas and oil production in pipe- line and device for its embodiment | |
| Takamoto et al. | New measurement method for very low liquid flow rates using ultrasound | |
| EP1144985B1 (en) | Apparatus and method for determining dielectric properties of an electrically conductive fluid | |
| RU2247947C1 (en) | Method and device for measuring three-phase fluid flow rate | |
| RU97122341A (en) | METHOD FOR DETERMINING A COMPONENT FLOW OF A GAS-LIQUID MIXTURE OF GAS-OIL PRODUCTION PRODUCTS IN A PIPELINE AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| EP0087206A1 (en) | Mass flow meter | |
| RU2556293C1 (en) | Device for measurement of gas-condensate factor | |
| RU2396519C1 (en) | Liquid-gas mixture flow metre | |
| RU2289808C2 (en) | Method and device for determining volumetric shares of liquid hydrocarbon condensate and water in the flow of gas-liquid mixture of natural gas | |
| RU2275604C1 (en) | Arrangement for measuring consumption of the components of the flow of gas-liquid mixture of the products of gas-oil production in a pipeline | |
| RU43068U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE CONSUMPTION OF COMPONENTS OF A GAS-FLUID FLUID PRODUCT MIXTURE OF A GAS-OIL PRODUCTION PRODUCT IN A PIPELINE | |
| RU2194950C2 (en) | Device for determination of flow rate of two- component agent in pipe line | |
| RU2757861C1 (en) | Device for measuring volume flow of gas in operation products of gas condensate wells by correlation method | |
| RU2406976C1 (en) | Device for measuring gas flow rate | |
| RU2805029C1 (en) | Constant differential pressure flowmeter of rotameter type with remote transmission of flow rate | |
| Arakaki et al. | Non-intrusive mass flow measurements in pneumatic transport | |
| JPH11125547A (en) | Method for measuring flow rate of each fluid of multiphase fluid, and flowmeter for multiphase fluid |