RU2406996C1 - Способ определения обводненности эмульсии - Google Patents

Способ определения обводненности эмульсии Download PDF

Info

Publication number
RU2406996C1
RU2406996C1 RU2009142184/28A RU2009142184A RU2406996C1 RU 2406996 C1 RU2406996 C1 RU 2406996C1 RU 2009142184/28 A RU2009142184/28 A RU 2009142184/28A RU 2009142184 A RU2009142184 A RU 2009142184A RU 2406996 C1 RU2406996 C1 RU 2406996C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
emulsion
speed
sound
water
determined
Prior art date
Application number
RU2009142184/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Валерий Витальевич Добрынин (RU)
Валерий Витальевич Добрынин
Владимир Иванович Косарев (RU)
Владимир Иванович Косарев
Виктор Вячеславович Кочнев (RU)
Виктор Вячеславович Кочнев
Георгий Кондратьевич Шеметун (RU)
Георгий Кондратьевич Шеметун
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод" (ОАО "АПЗ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод" (ОАО "АПЗ") filed Critical Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод" (ОАО "АПЗ")
Priority to RU2009142184/28A priority Critical patent/RU2406996C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2406996C1 publication Critical patent/RU2406996C1/ru

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Использование: для определения обводненности эмульсии. Сущность заключается в том, что определяют время прохождения акустического импульса через контролируемый объем многофазного потока, вычисляют скорость ультразвука в эмульсии, определяют скорость ультразвука в обеих жидкостях, составляющих эмульсию, производят учет отличия от линейного закона зависимости скорости звука от обводненности за счет того, что определяют плотности обеих жидкостей, вычисляют адиабатические сжимаемости обеих жидкостей и определяют обводненность, используя соответствующие математические выражения, либо во время калибровки определяют зависимость скорости звука в эмульсии от обводненности, производят аппроксимацию отличия этой зависимости от линейного закона, определяют скорости звука в обеих жидкостях, используя полученное во время калибровки отличие зависимости от линейного закона и замеренную скорость звука в эмульсии, определяют обводненность эмульсии. Технический результат: повышение точности определения обводненности эмульсии. 1 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей, химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известен способ измерения концентрации воды в водонефтегазовой смеси по патенту RU №2249204, G01N 29/02, 9/36, заключающийся в отборе пробы, ее отстаивание и измерение гидростатического давления. Дополнительно измеряют время прохождения ультразвукового импульса через слой отстоявшейся воды. По результатам измерений вычисляют концентрацию воды.
Недостатком данного способа является то, что необходимо отстаивать пробу в течение длительного времени и таким образом исключается оперативность измерения.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ по патенту RU №2138023, G01F 1/74, G01F 1/708, G01F 1/66, 1999 г., включающий зондирование и регистрацию импульсов ультразвука проводят внутри трубопровода в ограниченном контролируемом объеме потока, образованном парой - источник излучения - приемник, фиксируют время прохождения импульсов через контролируемый объем,
Определяют объемную обводненность согласно формуле:
Figure 00000001
где соответственно
τ - время прохождения импульсов через контролируемый объем в процессе измерения в многофазном потоке внутри трубопровода,
τн и τв - время прохождения импульсов в нефти и воде, измеренное при калибровке аппаратуры.
Первый недостаток способа, принятого за прототип.
По мнению авторов патента №2138023 «Приведенные выше соотношения обусловлены физической природой компонентов: скорость звука в воде выше скорости звука в нефти, а скорость звука в смеси вода - нефть зависит линейно от объемной концентрации воды и нефти».
В действительности зависимость скорости звука от обводненности нелинейная и расхождение в эмульсии воды и углеводородов достигает более 10%, что было обнаружено авторами предлагаемого изобретения экспериментально и обосновано теоретически.
Формула (1) верна только для того редкого случая, когда произошло разделение эмульсии на составляющие и они расположились двумя плоскими слоями перпендикулярно пути распространения ультразвука.
Второй недостаток способа, принятого за прототип.
Скорость звука в каждом образце нефти и подтоварной воды разная, что вызвано разницей их химического состава. При изготовлении измерительных устройств практически невозможно повторить расстояние между источником излучения и приемником.
Это приводит к необходимости индивидуальной калибровки каждого образца измерительного устройства на образцах тех жидкостей, с которыми он будет эксплуатироваться.
Задачей изобретения является повышение точности определения обводненности эмульсии путем учета отличия зависимости скорости звука от обводненности эмульсии от линейного закона.
Этот технический результат заключается в определении времени прохождения акустического импульса через контролируемый объем многофазного потока, вычислении скорости ультразвука в эмульсии, определении скорости звука в обеих жидкостях, составляющих эмульсию, учете отличия зависимости скорости звука от обводненности от линейного закона либо тем, что определяют плотности обеих жидкостей, вычисляют адиабатические сжимаемости обеих жидкостей по формуле:
Figure 00000002
где βв - адиабатическая сжимаемость воды.
ρв - плотность воды.
св - скорость звука в воде.
Figure 00000003
где
βн - адиабатическая сжимаемость второй жидкости.
ρн - плотность второй жидкости.
сн - скорость звука во второй жидкости.
Затем определяют обводненность по формуле:
Figure 00000004
где
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
,
либо во время калибровки определяют зависимость скорости звука в эмульсии от обводненности, производят аппроксимацию отличия этой зависимости от линейного закона, определяют скорости звука в обеих жидкостях, используя полученное во время калибровки отличие зависимости от линейного закона и замеренной скорости звука в эмульсии определяют обводненность эмульсии.
Этот технический результат достигается тем, что определяют время прохождения акустического импульса через контролируемый объем многофазного потока, вычисляют скорости ультразвука в эмульсии, определяют скорости звука в обеих жидкостях, составляющих эмульсию.
Предлагается два варианта учета отличия зависимости скорости звука от обводненности от линейного закона.
В первом варианте определяют плотности обеих жидкостей, вычисляют адиабатические сжимаемости обеих жидкостей по формуле:
Figure 00000008
,
затем определяют обводненность по формуле:
Figure 00000004
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведен график теоретической зависимости скорости звука от обводненности.
Учет отличия зависимости скорости звука от обводненности от линейного закона во втором варианте предлагаемого способа производят следующим путем:
во время калибровки определяют зависимость скорости звука в эмульсии от обводненности, производят аппроксимацию отличия этой зависимости от линейного закона, определяют скорости звука в обеих жидкостях, используя полученное во время калибровки отличие зависимости от линейного закона и замеренной скорости звука в эмульсии определяют обводненность эмульсии.
Первый вариант способа предполагает использование теоретической формулы зависимости скорости звука от обводненности. Это позволит не производить калибровку для определения нелинейности характеристики.
Рассмотрим вывод теоретической формулы, примененной в первом варианте реализации способа.
Согласно «Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Глав. ред. И.П.Голямин. - М.: «Советская Энциклопедия» 1979.» скорость звука в жидкости определяется формулой:
Figure 00000009
где
ρ - плотность
Figure 00000010
- адиабатическая сжимаемость.
Кад - адиабатический модуль всестороннего сжатия.
Предположим, что эмульсия состоит из двух жидкостей с разными скоростями звука. Рассмотрим случай, когда размер капелек эмульсии много меньше длины волны звука.
В таком случае средняя плотность эмульсии будет определяться формулой
Figure 00000011
где
ρэ - плотность эмульсии,
ρв - плотность воды,
ρн - плотность второй жидкости, предположим нефти,
W - объемная обводненность.
Средняя адиабатическая сжимаемость:
Figure 00000012
где
βэ - адиабатическая сжимаемость эмульсии,
βв - адиабатическая сжимаемость воды,
βн - адиабатическая сжимаемость второй жидкости, предположим нефти.
Скорость звука в эмульсии
Figure 00000013
Разрешая уравнение (5) относительно W получим
Figure 00000014
Обозначая
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
,
получаем квадратное уравнение
Figure 00000015
Решением которого будет
Figure 00000016
где
Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000007
Рассмотрим численный пример.
Предположим мы имеем воду с плотностью 1 кг/л и скоростью звука 1.5 км/с и углеводород с плотностью 0.8 кг/л и скоростью звука 1.3 км/с.
Поскольку адиабатическую сжимаемость непосредственно замерить затруднительно, вычисляем ее из формулы (2).
Figure 00000017
Для воды βв=0.444444·10-9 1/Па
Для углеводорода βн=0.739645·10-9 1/Па
Рассчитанные по формулам (3), (4) и (5) данные приведены в таблице.
Обводненность Плотность эмульсии Сжимаемость эмульсии Скорость звука в эмульсии
W% кг/л 10-9 1/Па км/с
0 0.8 0.73964497 1.3
10 0.82 0.710124918 1.310465819
20 0.84 0.680604865 1.322552231
30 0.86 0.651084813 1.336386229
40 0.88 0.62156476 1.352120732
50 0.9 0.592044707 1.369939833
60 0.92 0.562524655 1.39006563
70 0.94 0.533004602 1.412767168
80 0.96 0.50348455 1.438372295
90 0.98 0.473964497 1.467283576
100 1 0.444444444 1.5
Полученная теоретически зависимость приведена на чертеже и была подтверждена экспериментально.
Второй вариант рассматривает случай, когда размеры капелек соизмеримы с длиной волны ультразвука или больше. В этом случае зависимость скорости звука от обводненности может отличаться от теоретической, описываемой формулой (5).
При этом реальную зависимость определяют во время калибровки.
Для описания зависимости можно использовать любой из известных методов, например полиномы.
Для выбора варианта работы можно воспользоваться априорной информацией о дисперсности среды либо экспериментально проверить при одном каком-либо значении обводненности.
Дополнительным существенным отличием, характерным для обоих вариантов, является разнесение процедур определения времени прохождения акустического импульса через контролируемый объем многофазного потока и вычисления скорости ультразвука в эмульсии, что позволяет упростить калибровку измерительного устройства.
На первом этапе калибровки проводят определение расстояния между источником излучения и приемником путем измерения времени прохождения импульса через набор эталонных жидкостей с известными скоростями звука.
Задержку распространения ультразвука можно представить в виде суммы задержек срабатывания электроники, времени распространения ультразвука через металлические мембраны, являющиеся конструктивными элементами, и само распространение ультразвука через жидкость. Для нахождения расстояния, которое ультразвук проходит через жидкость, и разделения времени, которое занимает прохождение ультразвука через жидкость, металлические мембраны и время срабатывания электроники необходимо сделать серию замеров и решить систему уравнений.
Таким образом, калибруется само измерительное устройство.
На втором этапе определяют скорости звука в реальных жидкостях, например в нефти и подтоварной воде. Разнесение этих процедур позволяют проводить второй этап необязательно на том же образце измерительного устройства, на котором будет в дальнейшем определяться обводненность эмульсии.
Данная возможность отсутствует в способе, взятом за прототип.

Claims (1)

  1. Способ определения обводненности эмульсии, включающий определение времени прохождения акустического импульса через контролируемый объем многофазного потока, отличающийся тем, что вычисляют скорость ультразвука в эмульсии (сэ), определяют скорости звука в обеих жидкостях, составляющих эмульсию, производят учет отличия зависимости скорости звука от обводненности от линейного закона либо тем, что определяют плотности обеих жидкостей, вычисляют адиабатические сжимаемости обеих жидкостей по формуле
    Figure 00000018

    где βв адиабатическая сжимаемость воды;
    ρв плотность воды;
    св скорость звука в воде;
    Figure 00000019

    где βн адиабатическая сжимаемость второй жидкости;
    ρн плотность второй жидкости;
    сн скорость звука во второй жидкости;
    затем определяют обводненность по формуле
    Figure 00000020

    где a=βв·ρв-βн·ρв-βв·ρн+βн·ρн,
    b=βн·ρв+βв·ρн-2·βн·ρн,
    Figure 00000021
    ,
    либо во время калибровки определяют зависимость скорости звука в эмульсии от обводненности, производят аппроксимацию отличия этой зависимости от линейного закона, определяют скорости звука в обеих жидкостях, используя полученное во время калибровки отличие зависимости от линейного закона и замеренную скорость звука в эмульсии, определяют обводненность эмульсии.
RU2009142184/28A 2009-11-16 2009-11-16 Способ определения обводненности эмульсии RU2406996C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009142184/28A RU2406996C1 (ru) 2009-11-16 2009-11-16 Способ определения обводненности эмульсии

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009142184/28A RU2406996C1 (ru) 2009-11-16 2009-11-16 Способ определения обводненности эмульсии

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2406996C1 true RU2406996C1 (ru) 2010-12-20

Family

ID=44056721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009142184/28A RU2406996C1 (ru) 2009-11-16 2009-11-16 Способ определения обводненности эмульсии

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2406996C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013033198A1 (en) * 2011-09-02 2013-03-07 Schlumberger Canada Limited Calibration and consistency check of variable volume systems
RU2478941C2 (ru) * 2011-02-24 2013-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский технологический институт "НИТИ-ТЕСАР" (ОАО "НИТИ-ТЕСАР") Устройство для определения содержания нерастворенной воды в технических жидкостях
RU2518418C2 (ru) * 2012-09-25 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод имени П.И. Пландина" - ОАО "АПЗ" Способ одновременного определения обводненности и газосодержания в нефте водо газовой смеси (варианы)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478941C2 (ru) * 2011-02-24 2013-04-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский технологический институт "НИТИ-ТЕСАР" (ОАО "НИТИ-ТЕСАР") Устройство для определения содержания нерастворенной воды в технических жидкостях
WO2013033198A1 (en) * 2011-09-02 2013-03-07 Schlumberger Canada Limited Calibration and consistency check of variable volume systems
US20130110401A1 (en) * 2011-09-02 2013-05-02 Kai Hsu Calibration and consistency check of variablew volume systems
US9275009B2 (en) 2011-09-02 2016-03-01 Schlumberger Technology Corporation Calibration and consistency check of variable volume systems
RU2518418C2 (ru) * 2012-09-25 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод имени П.И. Пландина" - ОАО "АПЗ" Способ одновременного определения обводненности и газосодержания в нефте водо газовой смеси (варианы)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2011295673B2 (en) Multiphase fluid characterization system
US9031797B2 (en) Multiphase flow measurement
US8322228B2 (en) Method of measuring flow properties of a multiphase fluid
US6401538B1 (en) Method and apparatus for acoustic fluid analysis
US20030164038A1 (en) Acoustic sensor for fluid characterization
US9046399B2 (en) Minimally intrusive monitoring of a multiphase process flow using a tracer and a spatially arranged array of at least two sensors on a flow pipe
Shi et al. Flow rate measurement of oil-gas-water wavy flow through a combined electrical and ultrasonic sensor
WO2009112834A1 (en) Flow rate determination of a gas-liquid fluid mixture
NO333312B1 (no) Apparat og fremgangsmate for a male mengdestrommer i et metallror
Meribout et al. A multisensor intelligent device for real-time multiphase flow metering in oil fields
RU2406996C1 (ru) Способ определения обводненности эмульсии
Lavery et al. Broadband acoustic quantification of stratified turbulence
RU2726304C1 (ru) Способ определения покомпонентного расхода газожидкостной среды
KR20140022789A (ko) 파이프라인에서 유체 또는 유체 성분의 유속을 결정하기 위한 장치 및 방법
RU2382337C2 (ru) Способ измерения расхода двухфазной трехкомпонентной среды
CN106996988A (zh) 油气水三相塞状分散流流速测量方法
US20140195173A1 (en) Method for Ascertaining Flow by Means of Ultrasound
US9046458B2 (en) Device for use in industrial process on-line determination of particle size distribution, and methods of use
RU2730364C1 (ru) Способ определения содержания компонента газожидкостной среды
Decrop et al. New methods for ADV measurements of turbulent sediment fluxes–application to a fine sediment plume
Panetta et al. Acoustic scattering to measure dispersed oil droplet size and sediment particle size
GB2481827A (en) Flow Measurement
JP2014182024A (ja) 超音波測定器
RU2793366C1 (ru) Интеллектуальная система и способ измерения расхода двухфазного потока нефтяных скважин
Wilson et al. Measuring two-phase particle flux with a multi-frequency acoustic Doppler profiler

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner