RU2743511C1 - Flow method for measuring viscosity of newtonian and non-newtonian liquids using slit-type narrowing device - Google Patents
Flow method for measuring viscosity of newtonian and non-newtonian liquids using slit-type narrowing device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743511C1 RU2743511C1 RU2020106857A RU2020106857A RU2743511C1 RU 2743511 C1 RU2743511 C1 RU 2743511C1 RU 2020106857 A RU2020106857 A RU 2020106857A RU 2020106857 A RU2020106857 A RU 2020106857A RU 2743511 C1 RU2743511 C1 RU 2743511C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- viscosity
- newtonian
- measuring
- liquid
- flow device
- Prior art date
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
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
- G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
- G01N11/16—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring damping effect upon oscillatory body
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике. Изобретение относится к способам для непрерывного (поточного) измерения вязкости протекающей по трубопроводу несжимаемой жидкости (ньютоновской, неньютоновской или многокомпонентной смеси).The invention relates to measuring technology. The invention relates to methods for continuous (in-line) measurement of the viscosity of an incompressible fluid flowing through a pipeline (Newtonian, non-Newtonian, or multicomponent mixture).
Одним из важных контролируемых параметров нефти при ее добыче и транспортировке по трубопроводам является вязкость [патенты SU 427260, 10.08.1968, G01L 27/00; SU 1500909, 29.12.1986, G01N 11/08; SU 1205001, 12.09.1958, B01D 24/48, B01D 21/02;SU 1413481, 02.02.1987, G01N 11/08; RU 2390733; 07.09.2006, G01F 1/84, G01F 1/74, G01F 25/00, G01F 1/34; RU 2414686, 19.07.2007, G01F 1/32, G01F 15/00; RU 2521721, 31.01.2013, G01F 1/00; RU 2451911, 22.12.2008, G01F 15/18]. Такие измерения необходимы, в частности, для непрерывного контроля вязкости многокомпонентной смеси, выходящей из нефтяной скважины.One of the important controlled parameters of oil during its production and transportation through pipelines is viscosity [patents SU 427260, 08/10/1968, G01L 27/00; SU 1500909, 29.12.1986, G01N 11/08; SU 1205001, 12.09.1958, B01D 24/48, B01D 21/02; SU 1413481, 02.02.1987, G01N 11/08; RU 2390733; 09/07/2006, G01F 1/84, G01F 1/74, G01F 25/00, G01F 1/34; RU 2414686, 19.07.2007, G01F 1/32, G01F 15/00; RU 2521721, 31.01.2013, G01F 1/00; RU 2451911, 22.12.2008, G01F 15/18]. Such measurements are necessary, in particular, for continuous monitoring of the viscosity of a multicomponent mixture exiting an oil well.
В настоящее время контроль вязкости продукции нефтяных скважин выполняют периодическим отбором проб для поведения регулярного измерения вязкости этих проб в лабораторных условиях.Currently, oil well production viscosity control is performed by periodic sampling to conduct regular measurement of the viscosity of these samples in laboratory conditions.
В автоматизированных системах измерения физических параметров таких, к примеру, как объемный расход, плотность или вязкость протекающей в трубопроводе среды, часто используют встроенные в систему измерительные приборы, работающие с установленными в трубопроводе различного типа датчиками. Эти датчики вызывают в протекающей среде силы реакции, соответствующие объемному расходу, скорости потока, плотности или вязкости среды. На основе этих сил реакции система вырабатывает измерительный сигнал, соответствующий измеряемому физическому параметру.In automated systems for measuring physical parameters, such as, for example, volumetric flow rate, density or viscosity of a medium flowing in a pipeline, measuring instruments built into the system are often used, which work with various types of sensors installed in the pipeline. These sensors induce reaction forces in the flowing medium corresponding to volumetric flow rate, flow rate, density or viscosity of the medium. Based on these reaction forces, the system generates a measurement signal corresponding to the measured physical parameter.
Одним из традиционных инструментов, используемых для измерения расхода жидкостей и газов является сужающее устройство (СУ). Метод измерения расхода жидкости или газа с помощью СУ основан на измерении перепада давления, возникающего в результате преобразования в СУ части потенциальной энергии потока в кинетическую энергию.One of the traditional instruments used to measure the flow of liquids and gases is the orifice device (VD). The method for measuring the flow rate of a liquid or gas using a CS is based on measuring the pressure drop resulting from the conversion of a part of the potential energy of the flow into kinetic energy in the CS.
Часто используемые разновидности СУ - это стандартные диафрагмы и стандартные сопла. Теория и методики применения СУ в настоящее время хорошо проработаны [Кремлевский. П.П. Расходомеры и счетчики количества вещества / Справочник. Кн.2. Санкт-Петербург: Изд-во «Политехника», 2004. 412 с], геометрия, типоразмеры и диапазоны измерения расходов с помощью СУ, используемых в технологических и в коммерческих целях, жестко регламентированы различными ГОСТ и ТУ.Commonly used SU varieties are standard diaphragms and standard nozzles. The theory and methods of using SU are currently well developed [Kremlevsky. P.P. Flowmeters and counters of the amount of substance / Handbook.
В общем случае можно показать, что зависимость массового расхода жидкости через СУ зависит от перепада давления ΔР на СУ, геометрии проточной части СУ и свойств жидкости (плотности и вязкости).In the general case, it can be shown that the dependence of the mass flow rate of liquid through the CS depends on the pressure drop ΔР across the CS, the geometry of the CS flow path and the properties of the liquid (density and viscosity).
Традиционные СУ используют в таких диапазонах расходов измеряемой среды, когда потери на трение малы по сравнению с потерями давления на преобразование потенциальной энергии потока в кинетическую энергию. В этом случае в уравнении, описывающем процесс, членом, содержащим вязкость текущей жидкости, пренебрегают, и для СУ получается универсальная зависимость, из которой следует, что перепад давления ΔР на СУ зависит только от расхода G и плотности ρ протекающей через СУ жидкости. Эти диапазоны расходов измеряемой среды, когда силами трения (вязкостью жидкости ν) можно пренебречь, реализуются при достаточно больших числах Рейнольдса Re=VD/ν, где V - характерная скорость течения жидкости(например, средняя скорость по сечению трубопровода), D - характерный размер (например, диаметр трубопровода), ν - кинематическая вязкость жидкости. В справочной литературе по СУ для каждого типа СУ всегда указывается рабочий диапазон чисел Рейнольдса (когда справедливо допущение о пренебрежении силами трения).Traditional CS are used in such ranges of flow rates of the measured medium when frictional losses are small compared to pressure losses for converting the potential energy of the flow into kinetic energy. In this case, in the equation describing the process, the term containing the viscosity of the flowing liquid is neglected, and a universal dependence is obtained for the CS, from which it follows that the pressure drop ΔР across the CS depends only on the flow rate G and the density ρ of the liquid flowing through the CS. These ranges of flow rates of the measured medium, when friction forces (fluid viscosity ν) can be neglected, are realized at sufficiently large Reynolds numbers Re = VD / ν, where V is the characteristic fluid flow rate (for example, the average velocity over the pipeline cross section), D is the characteristic size (for example, pipeline diameter), ν is the kinematic viscosity of the fluid. In the reference literature on SU for each type of SU, the working range of Reynolds numbers is always indicated (when the assumption of neglect of friction forces is valid).
При работе с вязкими жидкостями (например, с нефтью и нефтепродуктами) в общем случае пренебрегать силами трения нельзя, так как их вязкость может быть достаточно высока, а расходы весьма умеренны (малые числа Рейнольдса).When working with viscous liquids (for example, with oil and petroleum products), in the general case, friction forces cannot be neglected, since their viscosity can be quite high, and the costs are very moderate (low Reynolds numbers).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому поточному способу является способ, описанный в статье авторов [Серов А.Ф., Мамонов В.Н. Поточный метод измерения вязкости жидкости с помощью сужающего устройства. ИНТЕРЭКСПО ГЕО-СИБИРЬ. Том. 2. №3. 2014. Стр. 51-56].The closest in terms of the totality of essential features to the claimed in-line method is the method described in the article by the authors [AF Serov, VN Mamonov. In-line method for measuring the viscosity of a liquid using a restriction device. INTEREXPO GEO-SIBERIA. Tom. 2. No. 3. 2014. p. 51-56].
В указанной статье не завершена серия экспериментов для подтверждения заявленного ниже технического результата, а именно универсальности способа по жидкостям.In this article, a series of experiments has not been completed to confirm the technical result stated below, namely, the versatility of the method for liquids.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание способа непрерывного измерения «действующего» значения кинематической (динамической) вязкости транспортируемой по трубопроводу жидкости, в том числе ньютоновской, неньютоновской, или многокомпонентной смеси.The problem to be solved by the present invention is to create a method for continuous measurement of the "effective" value of the kinematic (dynamic) viscosity of a fluid transported through a pipeline, including a Newtonian, non-Newtonian, or multicomponent mixture.
Для решения поставленной задачи предлагается способ непрерывного измерения вязкости протекающей по трубопроводу несжимаемой жидкости с помощью щелевого (плоского) сужающего устройства (далее - СУ), в основе работы которого лежит использование безразмерной калибровочной зависимости коэффициента сопротивления СУ (λ=ΔP/(ρV2/2) от числа Рейнольдса (Re=VD/ν), где ΔР - измеренный перепад давления на СУ, ρ - плотность жидкости, V - заданная или измеренная средняя скорость жидкости в трубопроводе, D - диаметр трубопровода, ν - кинематическая вязкость жидкости.To solve this problem is proposed a method for continuous measurement of the viscosity of flowing through conduit incompressible fluid through the slit (flat) primary device (hereinafter - SU), at the basis of which is the use of a dimensionless calibration curve resistance coefficient SU (λ = ΔP / (ρV 2/2 ) on the Reynolds number (Re = VD / ν), where ΔР is the measured pressure drop across the CS, ρ is the density of the liquid, V is the specified or measured average velocity of the liquid in the pipeline, D is the diameter of the pipeline, ν is the kinematic viscosity of the liquid.
Исходя из принципов анализа размерностей и физического подобия гидродинамических процессов [Кутателадзе С.С.. Анализ подобия в теплофизике / Новосибирск: Издательство «Наука», Сибирское отделение, 1982. 280 с], СУ, имеющее определенную геометрию проточной части, можно характеризовать универсальной для любых жидкостей зависимостью:Based on the principles of the analysis of dimensions and physical similarity of hydrodynamic processes [Kutateladze S.S .. Analysis of similarity in thermal physics / Novosibirsk: Publishing house "Nauka", Siberian Branch, 1982. 280 s], the SU, which has a certain geometry of the flow path, can be characterized as universal for any liquids addiction:
Здесь величина λ=ΔP/(ρV2/2) представляет собой безразмерное отношение сил давления потока к силам инерции (ΔР - перепад давления на СУ, V - средняя скорость во входном сечении СУ диаметром D, ρ - плотность жидкости) и называется коэффициентом сопротивления СУ, а безразмерный параметр Re=VD/ν - традиционное число Рейнольдса.Here, the value λ = ΔP / (ρV 2/2) is the dimensionless ratio of the pressure forces to inertial forces (? P - pressure drop across the SU, V - average speed in the inlet section SU diameter D, ρ - fluid density) and is called resistance factor SU, and the dimensionless parameter Re = VD / ν is the traditional Reynolds number.
Вид этой безразмерной зависимости λ=f(Re) уникален для каждого конкретного СУ, так как определяется его геометрическими параметрами.The form of this dimensionless dependence λ = f (Re) is unique for each specific CS, since it is determined by its geometric parameters.
Эта входная геометрия приводит к тому, что средняя скорость потока среды, измеряемая встроенным ультразвуковым измерителем скорости в щелевой зоне, имеет слабую и допустимую зависимость от вязкости.This inlet geometry leads to the fact that the average flow velocity of the medium, measured by the built-in ultrasonic velocity meter in the slot zone, has a weak and acceptable dependence on viscosity.
Но эта индивидуальная с точки зрения геометрии СУ зависимость универсальна для любых жидкостей (в том числе и для смесей) во всем доступном для практики диапазоне расходов, так как она учитывает кинематику потока (скорость V) и свойства жидкости (плотность ρ и вязкость μ).But this dependence, which is individual from the point of view of the CS geometry, is universal for any liquids (including mixtures) in the entire flow rate range available for practice, since it takes into account the flow kinematics (velocity V) and the properties of the liquid (density ρ and viscosity μ).
Безразмерную калибровочную зависимость λ=f(Re) получают экспериментально при калибровке СУ на гидравлическом стенде калибровочной жидкостью с известной зависимостью вязкости от температуры.The dimensionless calibration dependence λ = f (Re) is obtained experimentally when the control system is calibrated on a hydraulic stand with a calibration fluid with a known dependence of viscosity on temperature.
Предлагаемый поточный способ измерения вязкости ньютоновских и неньютоновских жидкостей осуществляют с помощью поточного прибора, представляющего собой измерительный участок (секцию) трубопровода, содержащего щелевое сужающее устройство в виде плоского канала прямоугольного сечения, имеющего соотношение сторон 1:5, и более, и степень сужения по площади по отношению к входному/выходному сечению прибора - 5 и более, систему сбора и обработки информации, включающую датчик перепада давления на СУ с двумя отборными патрубками, систему измерения температуры протекающей жидкости со встроенным датчиком температуры, ультразвуковой измеритель скорости потока жидкости с двумя излучателями/приемниками для определения плотности и средней скорости потока жидкости во входном сечении измерительного участка, которые установлены на противоположных узких сторонах плоского канала со смещением по длине канала, и вычислительное устройство.The proposed in-line method for measuring the viscosity of Newtonian and non-Newtonian fluids is carried out using a flow device, which is a measuring section (section) of a pipeline containing a slotted narrowing device in the form of a flat rectangular channel having an aspect ratio of 1: 5 or more, and the degree of narrowing in area in relation to the inlet / outlet section of the device - 5 and more, a system for collecting and processing information, including a differential pressure sensor on the control system with two sampling pipes, a system for measuring the temperature of a flowing liquid with a built-in temperature sensor, an ultrasonic meter for the fluid flow rate with two emitters / receivers for determining the density and the average fluid flow rate in the inlet section of the measuring section, which are installed on opposite narrow sides of the flat channel with an offset along the channel length, and a computing device.
В качестве вычислительного устройства системы сбора и обработки информации поточного прибора используют либо программируемый контроллер, либо персональный компьютер.Either a programmable controller or a personal computer is used as a computing device of the information collection and processing system of the flow device.
Согласно изобретению поточный способ измерения вязкости ньютоновских и неньютоновских жидкостей включает следующую последовательность шагов:According to the invention, an in-line method for measuring the viscosity of Newtonian and non-Newtonian fluids includes the following sequence of steps:
1. определение калибровочной кривой (универсальной безразмерной зависимости коэффициента сопротивления поточного прибора от числа Рейнольдса) путем калибровки поточного прибора с щелевым СУ;1.determination of the calibration curve (universal dimensionless dependence of the resistance coefficient of the flow device on the Reynolds number) by calibrating the flow device with a slotted CS;
Калибруют поточный прибор на гидравлическом стенде с калибровочной жидкостью, имеющей известную зависимость вязкости от температуры, с получением универсальной безразмерной зависимости коэффициента сопротивления поточного прибора от числа Рейнольдса.The flow device is calibrated on a hydraulic stand with a calibration fluid having a known dependence of viscosity on temperature, to obtain a universal dimensionless dependence of the resistance coefficient of the flow device on the Reynolds number.
2. ввод в память вычислительного устройства системы сбора и обработки информации поточного прибора полученной в результате калибровки прибора универсальной безразмерной зависимости коэффициента сопротивления поточного прибора от числа Рейнольдса;2. input into the memory of the computing device of the system for collecting and processing information of the flow device, obtained as a result of the calibration of the device, the universal dimensionless dependence of the resistance coefficient of the flow device on the Reynolds number;
3. установка в разрыв трубопровода с протекающей жидкостью откалиброванного поточного прибора,3.installation of a calibrated flow device into the rupture of a pipeline with a flowing liquid,
Устанавливают откалиброванный поточный прибор в разрыв трубопровода с протекающей жидкостью с помощью фланцевых соединений.Install a calibrated flow device in a pipeline rupture with a flowing liquid using flange connections.
4. определение вязкости жидкости.4. determination of fluid viscosity.
Определяют вязкость жидкости с помощью откалиброванного поточного прибора в режиме реального времени путем опроса системой сбора и обработки информации датчиков перепада давления и температуры и ультразвукового измерителя скорости потока жидкости с частотой от 10 до 200 измерений в секунду, определения текущих значений средней скорости потока жидкости во входном сечении измерительного участка, V, перепада давления на СУ, ΔР, плотности жидкости, ρ, для измеренной температуры, Т, расчета текущих значений динамической и кинематической вязкости жидкости по заложенной в память вычислительного устройства универсальной безразмерной зависимости коэффициента сопротивления поточного прибора от числа Рейнольдса.The viscosity of the liquid is determined using a calibrated flow device in real time by polling the data collection and processing system from the differential pressure and temperature sensors and an ultrasonic meter of the liquid flow rate with a frequency of 10 to 200 measurements per second, determining the current values of the average liquid flow rate in the inlet section measuring section, V, pressure drop across the control system, ΔР, fluid density, ρ, for the measured temperature, T, calculation of the current values of the dynamic and kinematic viscosity of the fluid according to the universal dimensionless dependence of the drag coefficient of the flow device on the Reynolds number stored in the memory of the computing device.
Текущие значения динамической и кинематической вязкости рассчитывают по следующему алгоритму:The current values of dynamic and kinematic viscosity are calculated according to the following algorithm:
- вычисляют значение коэффициента сопротивления СУ, λ=ΔP/(ρV2/2);- calculating a value SU resistance coefficient, λ = ΔP / (ρV 2/2);
- вычисляют значение числа Рейнольдса Re, соответствующее вычисленному значению λ, по безразмерной калибровочной зависимости λ=f(Re);- calculate the value of the Reynolds number Re corresponding to the calculated value λ, according to the dimensionless calibration dependence λ = f (Re);
- вычисляют искомое значение кинематической вязкости жидкости, ν=VD/Re;- calculate the desired value of the kinematic viscosity of the liquid, ν = VD / Re;
- вычисляют значение динамической вязкости жидкости, μ=ρ⋅ν.- calculate the value of the dynamic viscosity of the liquid, μ = ρ⋅ν.
Система сбора и обработки информации формирует временные архивы всех измеренных и вычисленных величин.The data collection and processing system forms temporary archives of all measured and calculated values.
Информация от датчиков поступает в систему сбора и обработки информации в реальном режиме времени, что позволяет считать, что все первичные данные привязаны к одному моменту времени и, соответственно, к одному состоянию потока, протекающего через измерительный участок в данный момент.The information from the sensors enters the system for collecting and processing information in real time, which makes it possible to consider that all primary data are tied to one moment in time and, accordingly, to one state of the stream flowing through the measuring section at the moment.
Схематичное изображение поточного прибора для реализации поточного способа измерения вязкости ньютоновских и неньютоновских жидкостей показано на фиг. 1 и 2.A schematic representation of an in-line device for implementing an in-line method for measuring the viscosity of Newtonian and non-Newtonian fluids is shown in Fig. 1 and 2.
Фиг.1 - общая схема поточного прибора для измерения вязкости ньютоновских и неньютоновских жидкостей с помощью щелевого сужающего устройства. Фиг. 2 - вид прибора для измерения вязкости в разрезе С-С. Где: 1 - система сбора и обработки информации (ССОИ); 2 - сужающее устройство (измерительный участок) (СУ); 3 - датчик перепада давления на СУ (ΔР); 4 - отборный патрубок датчика перепада давления на СУ (Р1); 5 - отборный патрубок датчика перепада давления на СУ (Р2); 6 - датчик температуры жидкости (Т); 7 - система измерения температуры (СИТ); 8 - ультразвуковой измеритель плотности и средней скорости потока жидкости (УЗИС); 9 - излучатель/приемник УЗИС (А); 10 -излучатель/приемник УЗИС (В); 11 - входное сечение СУ (Вх); 12 - выходное сечение СУ (Вых); V - средняя скорость потока жидкости во входном сечении СУ; ν - вязкость жидкости.1 is a general diagram of an in-line device for measuring the viscosity of Newtonian and non-Newtonian fluids using a slot orifice device. FIG. 2 is a view of a device for measuring viscosity in the section C-C. Where: 1 - information collection and processing system (SSOI); 2 - constriction device (measuring section) (CS); 3 - differential pressure sensor on the control system (ΔР); 4 - selection pipe of the differential pressure sensor at the control system (P1); 5 - sampling pipe of the differential pressure sensor at the control system (P2); 6 - liquid temperature sensor (T); 7 - temperature measurement system (SIT); 8 - ultrasonic meter of density and average fluid flow rate (UZIS); 9 - emitter / receiver UZIS (A); 10 - UZIS emitter / receiver (V); 11 - inlet section of the CS (Bx); 12 - outlet section of the CS (Out); V is the average fluid flow rate in the CS inlet section; ν is the viscosity of the liquid.
Поточный прибор представляет собой измерительный участок (секцию) трубопровода, устанавливаемый с помощью фланцевых соединений в разрыв трубопровода с протекающей жидкостью. Основой поточного прибора является СУ, представляющее собой плоский канал прямоугольного сечения с соотношением сторон не менее, чем 1:5, плавно сопрягающийся с круглыми входным и выходным сечениями СУ. Входное и выходное сечения оканчиваются круглыми плоскими фланцами, предназначенными для установки СУ в трубопроводе. Степень сужения СУ по площади по отношению к входному/выходному сечению прибора не менее, чем 5.A flow device is a measuring section (section) of a pipeline installed by means of flange connections into a pipeline rupture with a flowing liquid. The basis of the flow device is CS, which is a flat rectangular channel with an aspect ratio of not less than 1: 5, smoothly mating with the circular inlet and outlet sections of the CS. The inlet and outlet sections are terminated with round flat flanges intended for the installation of the CS in the pipeline. The degree of CS narrowing in area in relation to the inlet / outlet section of the device is not less than 5.
Поточный прибор включает систему сбора и обработки информации (ССОИ) с датчиком перепада давления (ΔР) на СУ, системой измерения температуры (СИТ), ультразвуковым измерителем скорости (УЗИС) и вычислительным устройством (на фигурах не показано).The flow device includes a system for collecting and processing information (SSOI) with a differential pressure sensor (ΔP) on the control system, a temperature measurement system (SIT), an ultrasonic velocity meter (UZIS) and a computing device (not shown in the figures).
Датчик перепада давления на СУ соединен с установленными в начале и в конце измерительного участка отборными патрубками Р1 и Р2 для измерения перепада давления на СУ. Система измерения температуры включает установленный в конце измерительного участка датчик температуры Т для измерения температуры потока жидкости. Ультразвуковой измеритель скорости (УЗИС) соединен с установленными на противоположных узких сторонах плоского канала со смещением по длине канала излучатели/приемники А и В для определения плотности и средней скорости потока жидкости V во входном сечении измерительного участка.The differential pressure sensor at the CS is connected to the selection pipes P1 and P2 installed at the beginning and at the end of the measuring section for measuring the differential pressure at the CS. The temperature measuring system includes a temperature sensor T installed at the end of the measuring section to measure the temperature of the fluid flow. An ultrasonic velocity meter (UZIS) is connected to emitters / receivers A and B installed on opposite narrow sides of the flat channel with an offset along the length of the channel to determine the density and average fluid flow velocity V in the inlet section of the measuring section.
Датчик перепада давления на СУ (ΔР) в объявленной интерпретации является проточным вискозиметром, так как по величине его сигнала (с учетом значений параметров V и D) по калибровочной кривой СУ вычислительным устройством вычисляется значение кинематической вязкости ν протекающей через СУ среды.The pressure drop sensor at the CS (ΔР) in the announced interpretation is a flow viscometer, since the value of the kinematic viscosity ν of the medium flowing through the CS is calculated by the magnitude of its signal (taking into account the values of the parameters V and D) by the calibration curve of the CS.
Авторы применили ультразвуковой измеритель плотности и средней скорости (УЗИС) потока в плоском прямоугольном канале, излучатели которого, создают акустические колебания по всему поперечному сечению потока в щелевом пространстве. Такой вариант ультразвукового расходомера был реализован и исследован на гидродинамическом стенде [Сертификат об утверждении типа средств измерений «ТРИТОН-М» №20775 от 15 июня 2005 г.; Серов А.Ф. Принцип построения двухкомпонентного счетчика-расходомера для нефтяной скважины / А.Ф. Серов, А.Д. Назаров, В.Н. Мамонов, М.В. Бодров // Научный вестник НГТУ. 2012. Вып.4. С.176-182; Серов А.Ф. Аппаратура и алгоритм для определения содержания нефти в смеси у скважины / А.Ф. Серов, А.Д. Назаров, В.Н. Мамонов, М.В. Бодров // Сборник материалов Международного научного конгресса Гео-Сибирь-2007 (25-27 апреля 2007, Россия, Новосибирск). Новосибирск, СГГА. 2007. Т. 5, С. 218-224].The authors used an ultrasonic density and average velocity meter (USIS) of the flow in a flat rectangular channel, the emitters of which create acoustic vibrations over the entire cross section of the flow in the slotted space. This version of the ultrasonic flow meter was implemented and tested on a hydrodynamic stand [Certificate of type approval of measuring instruments "TRITON-M" No. 20775 dated June 15, 2005; Serov A.F. The principle of building a two-component flow meter for an oil well / A.F. Serov, A.D. Nazarov, V.N. Mamonov, M.V. Bodrov // Scientific Bulletin of NSTU. 2012.
Таким образом, предложенный способ измерения вязкости жидкости отличается от существующих способов измерения тем, что вязкость жидкости вычисляют по безразмерной калибровочной зависимости λ=f(Re), если известны (измерены) величины ΔР, V, D и ρ. Для неньютоновских жидкостей или многофазных суспензий измеренные таким способом значения кинематической и динамической вязкости жидкости являются действующими, т.е. определяющими гидравлическое сопротивление СУ в момент проведения измерения.Thus, the proposed method for measuring the viscosity of a liquid differs from the existing measurement methods in that the viscosity of a liquid is calculated from the dimensionless calibration dependence λ = f (Re), if the values of ΔР, V, D and ρ are known (measured). For non-Newtonian liquids or multiphase suspensions, the values of the kinematic and dynamic viscosity of the liquid measured in this way are effective, i.e. determining the hydraulic resistance of the control system at the time of the measurement.
Изобретение обеспечивает высокую точность измерения вязкости двух- или многофазной среды в условиях синхронного снятия данных в щелевом пространстве измерительного участка.The invention provides high accuracy in measuring the viscosity of a two- or multiphase medium under conditions of synchronous data collection in the slotted space of the measuring section.
Для проверки работоспособности способа и устройства для измерения текущего значения вязкости жидкости авторами было изготовлено СУ, для которого экспериментально была получена безразмерная калибровочная зависимость Δ=f(Re).To test the operability of the method and device for measuring the current value of the viscosity of a liquid, the authors made a control system, for which a dimensionless calibration dependence Δ = f (Re) was experimentally obtained.
На фиг. 3 приведена безразмерная калибровочная зависимость изготовленного СУ, построенная в координатах Re=g(λ). Калибровка была проведена на специальном экспериментальном калибровочном стенде Института теплофизики СО РАН [Серов А.Ф., Мамонов В.Н. Поточный метод измерения вязкости жидкости с помощью сужающего устройства. ИНТЕРЭКСПО ГЕО-СИБИРЬ. Том. 2. №3. 2014. Стр. 51-56], позволяющем осуществлять циркуляцию калибровочной жидкости с различными фиксированными значениями динамической (кинематической) вязкости при различных температурах циркулирующей жидкости.FIG. 3 shows the dimensionless calibration dependence of the manufactured CS, plotted in the coordinates Re = g (λ). Calibration was carried out on a special experimental calibration bench of the Institute of Thermophysics SB RAS [Serov AF, Mamonov V.N. In-line method for measuring the viscosity of a liquid using a restriction device. INTEREXPO GEO-SIBERIA. Tom. 2. No. 3. 2014. p. 51-56], allowing the circulation of the calibration fluid with different fixed values of the dynamic (kinematic) viscosity at different temperatures of the circulating fluid.
СУ представляло собой плоское сужение высотой 5 мм, шириной 50 мм и длиной 250 мм плавно сопрягающееся на входе и выходе измерительного участка с круглой тубой диаметром 50 мм. Измерительный участок на концах имел фланцы для присоединения к трубе диаметром 50 мм.The CS was a
В контуре проливного стенда в качестве рабочей жидкости циркулировало индустриальное масло И-50А ГОСТ 20799-88. На капиллярном вискозиметре с шагом 1°С была получена зависимость кинематической вязкости этого масла от температуры. Проливной стенд позволял осуществлять циркуляцию рабочей жидкости с различными контролируемыми значениями ее расхода и температуры, что позволяло знать в каждый момент проведения эксперимента текущие значения средней скорости потока во входном сечении СУ и температуру жидкости, а, значит, и текущее значение кинематической вязкости рабочей жидкости.Industrial oil I-50A GOST 20799-88 circulated in the contour of the pouring stand as a working fluid. The dependence of the kinematic viscosity of this oil on temperature was obtained on a capillary viscometer with a step of 1 ° C. The pouring stand made it possible to circulate the working fluid with various controlled values of its flow rate and temperature, which made it possible to know at each moment of the experiment the current values of the average flow rate in the inlet section of the CS and the temperature of the liquid, and, hence, the current value of the kinematic viscosity of the working fluid.
Калибровочная характеристика СУ была построена в диапазоне изменения температуры рабочей жидкости (индустриальное масло И-50A) от 21°С до 45°С, что соответствовало изменению ее кинематической вязкости от 7⋅10-6 м2/с до 16⋅10-6 м2/с. Средняя скорость потока во входном сечении СУ изменялась в диапазоне от 0,16 м/с до 0,38 м/с. Из фиг. 3 видно, что все экспериментальные данные, полученные в процессе проведения калибровочных измерений, хорошо обобщаются безразмерной универсальной зависимостью. Это обстоятельство подтверждает все вышеприведенные рассуждения о возможности измерения кинематической (динамической) вязкости жидкости с помощью СУ предложенной конструкции.The calibration characteristic of the CS was plotted in the range of change in the temperature of the working fluid (industrial oil I-50A) from 21 ° C to 45 ° C, which corresponded to a change in its kinematic viscosity from 7⋅10 -6 m 2 / s to 16⋅10 -6 m 2 / s. The average flow velocity in the CS inlet section varied in the range from 0.16 m / s to 0.38 m / s. From FIG. 3 that all the experimental data obtained in the course of the calibration measurements are well generalized by the dimensionless universal dependence. This circumstance confirms all the above reasoning about the possibility of measuring the kinematic (dynamic) viscosity of a liquid using the CS of the proposed design.
На фиг. 4 приведены результаты экспериментов по измерению вязкости индустриального масла И-30А с помощью калиброванного СУ в виде зависимости измеренного значения вязкости рабочей жидкости, ν(изм)*106 м2/с от табличного значения вязкости, ν(t)*106 м2/с, определенного по температурной зависимости вязкости рабочей жидкости.FIG. 4 shows the results of experiments on measuring the viscosity of industrial oil I-30A using a calibrated SU in the form of the dependence of the measured value of the viscosity of the working fluid, ν (meas) * 10 6 m 2 / s on the tabular value of viscosity, ν (t) * 10 6 m 2 / s, determined from the temperature dependence of the viscosity of the working fluid.
Эксперименты проводились на том же проливном стенде, на котором калибровалось СУ. Вязкость масла изменялась за счет изменения его температуры. В процессе проведения экспериментов регистрировались температура рабочей жидкости, перепад давления на СУ, средняя скорость рабочей жидкости во входном сечении СУ.The experiments were carried out on the same pouring stand where the control system was calibrated. The viscosity of the oil changed by changing its temperature. During the experiments, the temperature of the working fluid, the pressure drop across the BC, and the average velocity of the working fluid in the inlet section of the BC were recorded.
На основании проведенных измерений с помощью калибровочной характеристики СУ (см. фиг. 3) определялись значения вязкости рабочей жидкости ν(изм) для реализованных в экспериментах значений температуры.On the basis of the measurements carried out using the calibration characteristic of the control system (see Fig. 3), the values of the viscosity of the working fluid ν (meas) were determined for the temperature values realized in the experiments.
Из фиг. 4 следует, что относительная погрешность результатов измерения кинематической вязкости индустриального масла И-50А с помощью СУ, отнесенная к верхней границе выбранного диапазона измерения кинематической вязкости (3-30)10-6 м /с, в указанных выше условиях не превышает величины ±2%.From FIG. 4 it follows that the relative error of the results of measuring the kinematic viscosity of industrial oil I-50A using the SU, referred to the upper limit of the selected range for measuring the kinematic viscosity (3-30) 10 -6 m / s, under the above conditions does not exceed ± 2% ...
Очевидно, что, если с помощью предлагаемого способа будет измеряться вязкость не обычной ньютоновской жидкости, а, например, жидкости, имеющей ярко выраженные неньютоновские свойства, то СУ по описанной выше методике будет регистрировать так называемое «действующее» значение вязкости потока. Это действующее значение равно вязкости калибровочной жидкости, протекающей через СУ при той же температуре, которую имеет неньютоновская жидкость и вызывающей такой же перепад давления на СУ, как неньютоновская жидкость.Obviously, if the proposed method measures the viscosity of not an ordinary Newtonian fluid, but, for example, a fluid with pronounced non-Newtonian properties, then the SU according to the method described above will register the so-called "effective" value of the flow viscosity. This effective value is equal to the viscosity of the calibration fluid flowing through the BC at the same temperature as the non-Newtonian fluid and causing the same pressure drop across the BC as the non-Newtonian fluid.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020106857A RU2743511C1 (en) | 2020-02-13 | 2020-02-13 | Flow method for measuring viscosity of newtonian and non-newtonian liquids using slit-type narrowing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020106857A RU2743511C1 (en) | 2020-02-13 | 2020-02-13 | Flow method for measuring viscosity of newtonian and non-newtonian liquids using slit-type narrowing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2743511C1 true RU2743511C1 (en) | 2021-02-19 |
Family
ID=74666311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020106857A RU2743511C1 (en) | 2020-02-13 | 2020-02-13 | Flow method for measuring viscosity of newtonian and non-newtonian liquids using slit-type narrowing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2743511C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114776246A (en) * | 2022-04-29 | 2022-07-22 | 李进宝 | Oil field is with production tree that has calibration function |
| RU2783916C1 (en) * | 2022-02-14 | 2022-11-22 | Рауф Рахимович Сафаров | Method and device for measuring flow and quantity of liquids and gases using reducing devices |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2065146C1 (en) * | 1992-03-12 | 1996-08-10 | Могилевское производственное объединение "Химволокно" им.В.И.Ленина | Method of determination of viscosity of liquids in pipe-lines |
| DE69713074T2 (en) * | 1996-03-06 | 2002-10-17 | Micro Motion Inc | VISCOSIMETER WITH PARALLEL SWITCHED MASS FLOW METERS ACCORDING TO THE CORIOLISPRIZIP |
| RU66029U1 (en) * | 2007-03-19 | 2007-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева | INTEGRATED DEVICE FOR MEASURING FLOW, DENSITY AND VISCOSITY OF OIL PRODUCTS |
| DE102013210952A1 (en) * | 2013-06-12 | 2014-12-31 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method and device for determining undissolved particles in a fluid |
| RU2674128C1 (en) * | 2015-06-08 | 2018-12-04 | Ляйстритц Экструзионстехник Гмбх | Measuring nozzle for measuring shear viscosity of polymer melts |
-
2020
- 2020-02-13 RU RU2020106857A patent/RU2743511C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2065146C1 (en) * | 1992-03-12 | 1996-08-10 | Могилевское производственное объединение "Химволокно" им.В.И.Ленина | Method of determination of viscosity of liquids in pipe-lines |
| DE69713074T2 (en) * | 1996-03-06 | 2002-10-17 | Micro Motion Inc | VISCOSIMETER WITH PARALLEL SWITCHED MASS FLOW METERS ACCORDING TO THE CORIOLISPRIZIP |
| RU66029U1 (en) * | 2007-03-19 | 2007-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева | INTEGRATED DEVICE FOR MEASURING FLOW, DENSITY AND VISCOSITY OF OIL PRODUCTS |
| DE102013210952A1 (en) * | 2013-06-12 | 2014-12-31 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Method and device for determining undissolved particles in a fluid |
| RU2674128C1 (en) * | 2015-06-08 | 2018-12-04 | Ляйстритц Экструзионстехник Гмбх | Measuring nozzle for measuring shear viscosity of polymer melts |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| А.Ф.СЕРОВ и В.Н.МАМОНОВ "Поточный метод измерения вязкости жидкости с помощью сужающего устройства" // ИНТЕРЭКСПО ГЕО-СИБИРЬ Том 2 N 3 2014 стр. 51 - 56. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2783916C1 (en) * | 2022-02-14 | 2022-11-22 | Рауф Рахимович Сафаров | Method and device for measuring flow and quantity of liquids and gases using reducing devices |
| CN114776246A (en) * | 2022-04-29 | 2022-07-22 | 李进宝 | Oil field is with production tree that has calibration function |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Interfacial wave velocity of vertical gas-liquid annular flow at different system pressures | |
| Magaud et al. | Experimental study of bubble column hydrodynamics | |
| US20100138168A1 (en) | Apparatus and a method of measuring the flow of a fluid | |
| Aliyu et al. | Upward gas–liquid two-phase flow after a U-bend in a large-diameter serpentine pipe | |
| Wang et al. | Slug flow identification using ultrasound Doppler velocimetry | |
| He et al. | Experimental and numerical research on the axial and radial concentration distribution feature of miscible fluid interfacial mixing process in products pipeline for industrial applications | |
| de Oliveira et al. | Pressure drop and gas holdup in air–water flow in 180 return bends | |
| RU2743511C1 (en) | Flow method for measuring viscosity of newtonian and non-newtonian liquids using slit-type narrowing device | |
| Sharma et al. | Local studies in horizontal gas–liquid slug flow | |
| Guo et al. | Temperature fluctuation on pipe wall induced by gas–liquid flow and its application in flow pattern identification | |
| Zhang et al. | Effect of gas density and surface tension on liquid film thickness in vertical upward disturbance wave flow | |
| Kiambi et al. | Measurements of local interfacial area: application of bi-optical fibre technique | |
| Cai et al. | Experimental investigation on spatial phase distributions for various flow patterns and frictional pressure drop characteristics of gas liquid two-phase flow in a horizontal helically coiled rectangular tube | |
| Vicencio et al. | An experimental characterization of horizontal gas-liquid slug flow | |
| Guo et al. | Flowrate measurement of vertical oil-gas-water slug flow based on basic temperature and differential pressure signals | |
| Kalotay | Density and viscosity monitoring systems using Coriolis flow meters | |
| RU2348918C2 (en) | Density gauge for liquid or gaseous mediums | |
| US20130219986A1 (en) | Method and apparatus for calibrating a flow meter | |
| Cascetta et al. | Field test of a swirlmeter for gas flow measurement | |
| RU2737243C1 (en) | In-line instrument for measuring viscosity of newtonian and non-newtonian liquids using slit-type narrowing device | |
| Kiambi et al. | Characterization of two phase flows in chemical engineering reactors | |
| Tam et al. | The effect of inner surface roughness and heating on friction factor in horizontal mini-tubes | |
| RU2359247C1 (en) | Density metre-flow metre for liquid and gaseous media | |
| US20160187172A1 (en) | Ultrasonic viscometer | |
| Carvalho et al. | Elongated bubble velocity estimation in vertical liquid-gas flows using flow-induced vibration |