RU2730364C1 - Способ определения содержания компонента газожидкостной среды - Google Patents

Способ определения содержания компонента газожидкостной среды Download PDF

Info

Publication number
RU2730364C1
RU2730364C1 RU2019136382A RU2019136382A RU2730364C1 RU 2730364 C1 RU2730364 C1 RU 2730364C1 RU 2019136382 A RU2019136382 A RU 2019136382A RU 2019136382 A RU2019136382 A RU 2019136382A RU 2730364 C1 RU2730364 C1 RU 2730364C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
component
heat
components
flow
Prior art date
Application number
RU2019136382A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Михайлович Беляев
Александр Иванович Попов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2019136382A priority Critical patent/RU2730364C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2730364C1 publication Critical patent/RU2730364C1/ru

Links

Images

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
    • G01F1/74—Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для контроля расхода и определения массы компонента газожидкостной среды (ГЖС), извлекаемой, например, из буровой скважины. Предложен способ определения содержания компонента газожидкостной среды, характеризующийся тем, что периодически создают в поперечном сечении канала с газожидкостным потоком импульсные одинаковые порции количества тепла. Измеряют в равномерно размещенных по второму по потоку сечению точках поглощенное каждым компонентом в соответствии с его теплоемкостью количество теплоты в виде импульсов разной амплитуды. Затем суммируют измеренные во всех точках количество теплоты, запасенной каждым компонентом, вычисляют общую теплоемкость суммы компонентов и определяют массовые доли каждого компонента по соотношению величин их удельных теплоемкостей. Технический результат - упрощение определения содержания компонента газожидкостной среды при ограниченном приборном составе устройств измерения, сокращение вычислительных и измерительных операций, требующих одновременности выполнения. 2 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для контроля расхода и определения массы компонента газожидкостной среды (ГЖС), извлекаемой, например, из буровой скважины.
Известны способы и устройства измерения многофазного расхода многокомпонентных веществ, например (П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества вещества. СПб. Политехника. 2002. Книга 2, с. 245), с помощью нескольких последовательно установленных расходомеров, обладающими селективными свойствами (кориолисова, объемного и теплового), и вычислительного устройства, определяющего на основе показаний приборов расходы отдельных компонентов.
Недостатками известных решений является наличие разнообразных приборов, большие габариты устройства и суммарная большая погрешность измерения расхода.
Известен способ покомпонентного измерения расхода многофазного потока (RU 2428662 С2, 10.09.2011). Предложенный расходомер по известному способу содержит: блок измерения скорости газожидкостного двухфазного трехкомпонентного потока, блок измерения плотности данного потока и блок вычисления скорости потока каждой фазы, при этом блок измерения плотности содержит блок извлечения смешанной жидкости с генератором разности давлений. Вследствие принудительного перемешивания, даже маленькие пузырьки отделяются от смешанной жидкости в газовую фазу. При этом измерение плотности проводят на смешанной жидкости, накопленной в резервуаре для хранения жидкости.
Недостатками известного способа является большое число механических операций при определении плотности потока, отбирается часть потока для анализа, понижающие достоверность измерения всего потока, большое время разделения фаз.
За прототип принят способ, реализованный в устройстве определения параметров потока многофазной среды жидкости и газа (RU 2386930 С2, 27.06.2009). В измерительный канал помещают датчики, имеющие различные зависимости показаний от расходов компонентов потока. Для получения зависимостей показаний датчиков от измеряемых параметров потока во время калибровки производят запись показаний датчиков при различных комбинациях расходов жидкости и газа и осуществляют последовательную интерполяцию. Для определения расходов двух взаимно нерастворимых жидкостей и газа потока трехкомпонентной смеси используют три датчика, зависимость показаний которых от расходов жидкостей и газа разная. Для определения расходов двух взаимно нерастворимых жидкостей, расхода газа и вязкости потока трехкомпонентной смеси используют четыре датчика, зависимость показаний которых от расходов жидкостей, газа и вязкости разная. В частном случае однотипные датчики располагают в последовательно соединенных отрезках измерительного канала разного диаметра.
Недостатком известного способа есть сложная процедура измерения и вычисления компонентов ГЖС.
Техническим результатом изобретения является упрощение определения содержания компонента газожидкостной среды при ограниченном приборном составе устройств измерения, сокращение вычислительных и измерительных операций, требующих одновременности выполнения.
Технический результат достигается тем, что способ определения содержания компонента газожидкостной среды, характеризующийся тем, что периодически создают в поперечном сечении канала с газожидкостным потоком импульсные одинаковые порции количества тепла, измеряют в равномерно размещенных по второму по потоку сечению точках поглощенное каждым компонентом в соответствии с его теплоемкостью количество теплоты в виде импульсов разной амплитуды, затем суммируют измеренные во всех точках количество теплоты, запасенной каждым компонентом, вычисляют общую теплоемкость суммы компонентов и определяют массовые доли каждого компонента по соотношению величин их удельных теплоемкостей.
На фиг. 1 показано расположение по потоку сечений импульсного источника тепла и измерительных датчиков теплового потока.
На фиг. 2 показаны импульсы суммарной общей удельной теплоемкости всех компонентов потока по всему сечению.
Описание способа выполнено на примере определения расхода трех компонентной двухфазной среды (газ, вода, нефть).
1 - Сечение нагрева среды, по окружности которого расположен импульсный стабилизированный источник энергии; 2 - Датчики, А, В и др., введенные непосредственно в поток ГЖС; 3 - измерительное сечение с датчиками теплового потока; 4 - канал; 5 - поток ГЖС; 6 - газовая фаза потока; 7 - жидкая фаза (нефть и вода) в потоке; 8 - порция ГЖС с принятым импульсом теплоты; 9 - поток ГЖС с отданной компонентами порцией теплоты потока датчикам; 10 - вычислительный блок.
ср общ - общая теплоемкость всех компонентов, Е - эдс преобразователя, Мобщ - общая масса компонентов, проходящих через измерительное сечение.
Принцип работы основан на различии теплоемкости трех компонентов двухфазной среды, в способе определения массы компонента газожидкостной среды, который характеризуется вводом импульсных порций теплового потока в поперечном сечении 1 канала 4, в различном поглощении этих тепловых порций компонентами среды 6, 7, передачей потоком 5 поглощенных порций датчикам теплового потока, размещенным в различных точках в следующем по потоку сечении 3 канала 4, и основан на том, что электросигналы от поглощенных порций компонентами передаются вычислительному блоку 10 для определения массы компонента.
Вычислительный блок суммирует измеренные во всех точках количество теплоты запасенной каждым компонентом, вычисляет общую теплоемкость суммы компонентов и определяет массовые доли каждого компонента по соотношению величин их удельных теплоемкостей. Величины удельных теплоемкостей для контролируемых компонентов выявляются предварительно в лаборатории. Для принятой, как пример, среды (нефть, вода, газ) величины удельных теплоемкостей компонентов известны из литературы (см. таблицу).
Источник импульсного стабилизированного питания, расположенный по окружности сечения 1 канала 4 периодически посылает импульсы тепловой энергии в поток компонентам 6, 7 потока 5 ГЖС среды, проходящим по каналу 4. Частота импульсов выбирается с учетом скорости движения среды ГЖС в канале, которая в свою очередь определяет скорость снятия полученной энергии теплового потока с каждого датчика (предыдущих показаний сигнала).
Поскольку в зоне сечения 1 нагрева излучаемые от источника питания импульсные порции теплового потока равны между собой и одинаковы для различных по массе компонентов, то поглощенное количества тепловой энергии будет пропорционально удельной теплоемкости ср этих компонентов.
Далее получают реакции датчиков на восприятие этих порций теплового потока от различных компонентов 6, 7 среды потока 5 с минимальной потерей информации по времени и величине. Чтобы сократить время приема информации от компонентов 6, 7 и значительно уменьшить тепловой взаимообмен между ними, повышая достоверность получаемой информации, желательно использовать известные датчики с постоянной времени порядка 10-5 с.
Массы компонентов 6, 7 потока 5 проходят некоторое расстояние по пути следования по потоку от сечения 1 до сечения 3, с запасенными порциями тепловой энергии, датчики принимают тепловую энергию и передают информацию в приемный блок 10 вычислителя от каждого датчика.
Отклик датчиков на величины теплового потока от компонентов 6, 7 будут отличаться в зависимости от различных величин ср компонентов, а также от величины массы компонентов. В процессе определения массы компонента в составе ГЖС имеются два этапа: первый этап - передача импульса тепловой энергии каждому компоненту от импульсного источника тепловой энергии в соответствии с законом поглощения α=Фпогл/Фпит, где Фпит - единичная порция тепловой энергии, подведенная к компоненту, Фпогл=Фк=К ср МК - порция теплового потока, поглощенная (усвоенная) компонентом. Второй этап - передача датчику запасенной каждым компонентом тепловой энергии. В датчике тепловой поток Фк компонента преобразуется в эдс в виде зависимости: Фк=К1Ек, где Ек - выработанная датчиком эдс, К и К1 - коэффициенты пропорциональности.
Датчик принимает тепловой поток периодическими импульсами, которые пропорциональны массе МК компонента в окрестности датчика. Далее в вычислительный блок 10 передается величина теплового потока Фк в виде эдс Ек
Фк=К1Ек=К ср МК, пропорциональный массе каждого компонента 6, 7 потока 5.
От источника 1 единичная порция Фпит тепловой энергии, одинаковая для различных компонентов, выдана компоненту 6, 7 в процессе продвижения по каналу 4 от сечения 1 до сечения 3. Для различных компонентов обозначено в данном примере величины Фк как Фн - нефть, Фв - вода, Фг - газ.
Далее по мере продвижения по каналу 4 компоненты 6, 7 проходят через сечение 3 с датчиками, которые воспринимают тепловой поток от масс компонентов 6 и 7 двухфазной среды. Датчики равномерно расположены по сечению 3 канала 4 и находятся в непосредственном контакте с компонентами. Все датчики воспринимают только поток тепловой энергии, безразлично от каких компонентов жидкой фазы 7 (нефть или вода) и газовой фазы 6. Через каждый датчик поочередно проходят в чистом виде компоненты либо нефть, либо вода, либо газ. В процедуре съема один и тот же датчик, например А или В или другой, принимает тепловой поток от масс проходящих компонентов.
Следовательно, например, датчик А ср=К2ЕА/МК может периодически получать данные величин импульсов Фк от показаний при прохождении массы МК. Например, импульсы величиной ср вода=К2ЕАв/Мв от компонента воды массой Мв, импульсы величиной ср нефть=К2ЕАн/Мн от компонента нефти массой Мн и импульсы величиной ср газ=К2ЕАг/Мг от компонента газа массой Мг. Аналогично принимаются данные датчиком В и датчиков в других точках. Каждый датчик преобразует полученный тепловой поток в эдс Фк=К1Ек. За сутки в точке А проходит масса воды Мв≡Σср вода(ЕАв) с ср вода=К2ЕАв/Мв=4,2, масса нефти Мн≡Σср нефть(ЕАн) с ср нефть=К2ЕАн/Мн=2,0 и масса газа Мг≡Σср газ(ЕАг) с ср газ=К2ЕАг/Мг=1,4. На фиг. 2 показано, что через все датчики прошли компоненты в сумме составивших смесь общей теплоемкостью ср общ. На графике показаны импульсы с амплитудой, равной ср общ всех компонентов, проходящих через измерительное сечение, как отклик на единичную порцию поданной нагревателем тепловой энергии.
Данные по массе компонентов М потока 5 среды за сутки в канале 4 будем иметь в сумме по всем показаниям эдс в каждой точке, датчики в которых охватывают все сечение. Для этого необходимо иметь Мобщ=ср общ(Е) всех точек. После обработки вычислительным блоком 10 полученных от датчиков данных получим массовые суточные расходы ГЖС по каналу 4. Отдельные компоненты в чистом виде будут суточные Мг, Мв, Мн, вычисленные по удельным теплоемкостям компонентов, т.е. Мг=ср газМобщ/ср общ, Мв=ср водаМобщ/ср общ, Мн=ср нефтьМобщ/ср общ, где Мобщ=Мг+Мв+Мн. Вычислительный блок суммирует измеренные во всех точках количество теплоты запасенной каждым компонентом, вычисляет общую теплоемкость суммы компонентов и определяет массовые доли каждого компонента по величинам их удельных теплоемкостей.
Датчики принимают тепловой поток независимо от природы компонента, только от их свойства теплоемкости. При таком способе определения масс ГЖС отсутствуют специальные приемы и датчики воды, газосодержания и др.
Таким образом, решается задача определения массы компонента с минимальным технопарком средств измерения и вычислительного процесса, не требуются данные по долям плотности и вязкости смеси.
Figure 00000001

Claims (1)

  1. Способ определения содержания компонента газожидкостной среды, характеризующийся тем, что периодически создают в поперечном сечении канала с газожидкостным потоком импульсные одинаковые порции количества тепла, измеряют в равномерно размещенных по второму по потоку сечению точках поглощенное каждым компонентом в соответствии с его теплоемкостью количество теплоты в виде импульсов разной амплитуды, затем суммируют измеренные во всех точках количество теплоты, запасенной каждым компонентом, вычисляют общую теплоемкость суммы компонентов и определяют массовые доли каждого компонента по соотношению величин их удельных теплоемкостей.
RU2019136382A 2019-11-13 2019-11-13 Способ определения содержания компонента газожидкостной среды RU2730364C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019136382A RU2730364C1 (ru) 2019-11-13 2019-11-13 Способ определения содержания компонента газожидкостной среды

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019136382A RU2730364C1 (ru) 2019-11-13 2019-11-13 Способ определения содержания компонента газожидкостной среды

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2730364C1 true RU2730364C1 (ru) 2020-08-21

Family

ID=72237757

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019136382A RU2730364C1 (ru) 2019-11-13 2019-11-13 Способ определения содержания компонента газожидкостной среды

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2730364C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2760858C1 (ru) * 2020-11-25 2021-12-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Способ измерения дебита газоконденсатной скважины
RU211157U1 (ru) * 2020-11-25 2022-05-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Устройство измерения дебита газоконденсатной скважины

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4813270A (en) * 1988-03-04 1989-03-21 Atlantic Richfield Company System for measuring multiphase fluid flow
US7637167B2 (en) * 2008-04-25 2009-12-29 Schlumberger Technology Corporation Apparatus and method for characterizing two phase fluid flow
RU2386930C2 (ru) * 2007-12-24 2010-04-20 Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод" - ОАО "АПЗ" Способ определения параметров потока многофазной смеси жидкости и газа
RU2396519C1 (ru) * 2009-03-20 2010-08-10 Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Устройство измерения расхода газожидкостной смеси
CN102890099A (zh) * 2012-06-18 2013-01-23 中国海洋大学 一种混合物组分测定的方法装置
RU2575565C2 (ru) * 2010-11-18 2016-02-20 Белимо Холдинг Аг Определение теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды
EP3258060A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-20 Services Pétroliers Schlumberger Fluid component determination using thermal properties

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4813270A (en) * 1988-03-04 1989-03-21 Atlantic Richfield Company System for measuring multiphase fluid flow
RU2386930C2 (ru) * 2007-12-24 2010-04-20 Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод" - ОАО "АПЗ" Способ определения параметров потока многофазной смеси жидкости и газа
US7637167B2 (en) * 2008-04-25 2009-12-29 Schlumberger Technology Corporation Apparatus and method for characterizing two phase fluid flow
RU2396519C1 (ru) * 2009-03-20 2010-08-10 Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Устройство измерения расхода газожидкостной смеси
RU2575565C2 (ru) * 2010-11-18 2016-02-20 Белимо Холдинг Аг Определение теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды
CN102890099A (zh) * 2012-06-18 2013-01-23 中国海洋大学 一种混合物组分测定的方法装置
EP3258060A1 (en) * 2016-06-13 2017-12-20 Services Pétroliers Schlumberger Fluid component determination using thermal properties

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2760858C1 (ru) * 2020-11-25 2021-12-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Способ измерения дебита газоконденсатной скважины
RU211157U1 (ru) * 2020-11-25 2022-05-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Устройство измерения дебита газоконденсатной скважины

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2726304C1 (ru) Способ определения покомпонентного расхода газожидкостной среды
US4080837A (en) Sonic measurement of flow rate and water content of oil-water streams
US5597961A (en) Two and three phase flow metering with a water cut monitor and an orifice plate
RU2079816C1 (ru) Способ измерения скоростей потоков составляющих двухфазной или трехфазной текучей среды и устройство для его осуществления
SU753367A3 (ru) Устройство дл измерени объемного расхода в цилиндрическом трубопроводе
KR20020092979A (ko) 다상유동의 유량 및 농도의 동시 결정법
CN100472184C (zh) 使用一个涡流流速计监视两相流体流
CN100434875C (zh) 一种超声波流量计测量流体流量的方法
US4832503A (en) Steam quality monitoring means and method
RU2730364C1 (ru) Способ определения содержания компонента газожидкостной среды
RU2226263C2 (ru) Ультразвуковой многоканальный расходомер и способ измерения расхода жидкости или газа в трубопроводе
RU2744486C1 (ru) Способ определения массы компонента газожидкостной среды
RU2382337C2 (ru) Способ измерения расхода двухфазной трехкомпонентной среды
RU2521721C1 (ru) Способ измерения покомпонентного расхода газожидкостной смеси
RU2489685C2 (ru) Способ измерения расхода многофазной жидкости
RU2006113591A (ru) Скоростной плотномер и массовый расходомер
RU2396519C1 (ru) Устройство измерения расхода газожидкостной смеси
RU85638U1 (ru) Ультразвуковой расходомер компонентов многофазной среды в трубопроводе
RU2718140C1 (ru) Способ измерения массы одного из компонентов двухкомпонентного вещества с коррекцией по температуре и устройство для его реализации
RU2760926C1 (ru) Способ диагностики компонента двухфазной среды
RU2760858C1 (ru) Способ измерения дебита газоконденсатной скважины
RU2455618C1 (ru) Устройство для измерения расхода газовых потоков, содержащих капельную фазу
RU2695269C1 (ru) Способ измерения массового расхода вещества и устройство для его реализации
RU2521282C1 (ru) Способ измерения расхода газожидкостной смеси
Brown Dual path ultrasonic measurement of fluid flow