RU2789623C1 - Multiphase flow meter - Google Patents
Multiphase flow meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2789623C1 RU2789623C1 RU2022108861A RU2022108861A RU2789623C1 RU 2789623 C1 RU2789623 C1 RU 2789623C1 RU 2022108861 A RU2022108861 A RU 2022108861A RU 2022108861 A RU2022108861 A RU 2022108861A RU 2789623 C1 RU2789623 C1 RU 2789623C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- radiation detector
- flow
- radiation
- multiphase
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерения параметров потока многофазной жидкости и может быть использовано в информационно-измерительных системах нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленностей.The invention relates to the field of measuring the parameters of the flow of a multi-phase fluid and can be used in information-measuring systems of the oil-producing, oil-refining industries.
В настоящий момент в нефтегазовой отрасли наблюдается глобальная тенденция к цифровизации и оптимизации процессов контроля различных параметров. Одним из таких процессов является контроль и учет дебитов получаемых на поверхности углеводородов. Традиционным способом учета скважного флюида является сепарация с последующим измерением расходов каждой фазы по отдельности. Однако данный метод существенно устарел, не отвечает современным требованиям и нуждается в замене.Currently, there is a global trend in the oil and gas industry towards digitalization and optimization of control processes for various parameters. One of these processes is the control and accounting of the flow rates of hydrocarbons produced on the surface. The traditional way to account for a well fluid is separation followed by measuring the flow rates of each phase separately. However, this method is significantly outdated, does not meet modern requirements and needs to be replaced.
За последние десятилетия было разработано несколько расходомеров, относящихся к категории многофазных (МФР) и не требующих предварительной сепарации скважинного флюида. Такие МФР позволяют измерять количественные характеристики многофазного потока непосредственно в линейных условиях и производить их пересчет в стандартные условия, в широком диапазоне потоковых режимов. Наиболее часто МФР используются при проведении гидродинамических испытаний скважин, а также для учета продукции во время промышленной эксплуатации скважин. Компактный размер МФР по сравнению с сепараторными установками позволяет создавать мобильные замерные комплексы для эффективного удовлетворения потребностей клиентов.Over the past decades, several flow meters have been developed that belong to the category of multiphase (MPF) and do not require pre-separation of the well fluid. Such MFRs make it possible to measure the quantitative characteristics of a multiphase flow directly in linear conditions and to recalculate them to standard conditions in a wide range of flow regimes. Most often, MPFMs are used when conducting hydrodynamic testing of wells, as well as for accounting for production during the commercial operation of wells. The compact size of the MFR compared to separator units allows the creation of mobile measuring systems to effectively meet the needs of customers.
Несмотря на существенные преимущества МФР, данные системы также обладают характерными недостатками:Despite the significant advantages of the MFR, these systems also have characteristic disadvantages:
- низкая точность определения жидкой фракции при больших значениях газоконденсатной фракции (GVF);- low accuracy of determination of the liquid fraction at high values of the gas condensate fraction (GVF);
- Высокая чувствительность к изменениям состава флюида, требующим остановки процесса и перенастройки МФР;- High sensitivity to changes in the composition of the fluid, requiring a shutdown of the process and reconfiguration of the MFR;
- отсутствие возможности определения скорости потока;- the inability to determine the flow rate;
- высокая стоимость обеспечения радиационной безопасности, транспортировки и эксплуатации источника гамма-излучения.- high cost of ensuring radiation safety, transportation and operation of the source of gamma radiation.
Известен многофазный расходомер (см. патент RU № 2632249, МПК G01F1/58, опубликован 03.10.2017 г.), содержащий:Known multiphase flow meter (see patent RU No. 2632249, IPC G01F1 / 58, published 03.10.2017), containing:
канал, содержащий поток многофазного флюида;a channel containing a multiphase fluid flow;
радиоизотопный источник и радиоизотопный датчик, выполненный с возможностью обнаружения ядерной энергии, излучаемой радиоизотопным источником через канал и поток многофазного флюида; и электронный инструмент, выполненный с возможностью:a radioisotope source and a radioisotope sensor configured to detect nuclear energy emitted by the radioisotope source through the channel and flow of the multiphase fluid; and an electronic instrument configured to:
определения режима течения и содержания газа в потоке многофазного флюида на основании ядерной энергии, обнаруженной датчиком, по сравнению с ожидаемым шумом радиоизотопного датчика в условиях стационарного потока;determining the flow regime and gas content of the multiphase fluid stream based on the nuclear energy detected by the sensor compared to the expected radioisotope sensor noise under steady flow conditions;
определения стационарности потока многофазного флюида на основании обнаруженного режима течения;determining the stationarity of the multiphase fluid flow based on the detected flow regime;
выбора переменной из множества переменных на основании обнаруженного содержания газа и обнаруженной стационарности; и моделирования потока многофазного флюида посредством настройки выбранной переменной.selecting a variable from the plurality of variables based on the detected gas content and the detected stationarity; and modeling the multiphase fluid flow by adjusting the selected variable.
Основным недостатком известного расходомера является недостаточная точность определения параметров, связанная с тем, что для различных условий течения флюида и его состава поправочные коэффициенты и определяются на основе математического моделирования, результаты которого в разных случаях имеют различную погрешность.The main disadvantage of the known flow meter is the lack of accuracy in determining the parameters, due to the fact that for different conditions of the fluid flow and its composition, the correction factors and are determined on the basis of mathematical modeling, the results of which in different cases have different errors.
Известен принятый в качестве ближайшего аналога многофазный расходомер (см. патент RU № 2663418, МПК G01F 1/74, опубликован 06.08.2018 г.), содержащий средство излучения, рентгенопрозрачный участок трубопровода для исследования многофазной жидкости, после которого расположена противорассеивающая рентгеновская маска для снижения влияния излучения на изображение, матричный рентгеновский детектор в качестве средства обнаружения, средство анализа, выполненное с возможностью определения расхода одной или более фаз жидкости и/или ее состава, при этом перед матричным рентгеновским детектором установлен рентгеновский фильтр, который выполнен из двух видов фильтрующих материалов, имеющих различный коэффициент поглощения и расположенных в шахматном порядке так, чтобы каждая клетка фильтра находилась над собственным пикселем матричного детектора, при этом после рентгенопрозрачного участка, параллельно матричному рентгеновскому детектору установлен спектрометр, служащий для измерения интенсивности рентгеновского излучения с учетом ее распределения по энергиям фотонов.A multiphase flow meter adopted as the closest analogue is known (see patent RU No. 2663418, IPC G01F 1/74, published on 08/06/2018), containing a means of radiation, an X-ray transparent section of the pipeline for studying a multi-phase liquid, after which an anti-scattering X-ray mask is located to reduce the effect of radiation on the image, a matrix X-ray detector as a detection means, an analysis tool configured to determine the flow rate of one or more liquid phases and / or its composition, while an X-ray filter is installed in front of the matrix X-ray detector, which is made of two types of filter materials, having different absorption coefficients and arranged in a checkerboard pattern so that each filter cell is above its own pixel of the matrix detector, while after the X-ray transparent area, parallel to the matrix X-ray detector, a spectrometer is installed, which is used to measure the intensity X-ray radiation, taking into account its distribution over photon energies.
Известное устройство позволяет использовать в качестве средства излучения рентгеновскую трубку с широкополосным спектром излучения и повышает точность калибровки, однако также не обеспечивает достаточной точности измерений за счет потерь мощности излучения при прохождении через рентгеновский фильтр.The known device makes it possible to use an X-ray tube with a broadband radiation spectrum as a means of radiation and improves the calibration accuracy, but also does not provide sufficient measurement accuracy due to radiation power losses when passing through the X-ray filter.
Задачей заявляемого технического решения является повышение точности измерений для флюидов с различными параметрами течения и фазового состава.The objective of the proposed technical solution is to improve the accuracy of measurements for fluids with different flow parameters and phase composition.
Технические результаты изобретения заключаются в высокой точности измерения параметров многофазного потока без усложнения конструкции устройства.The technical results of the invention lie in the high accuracy of measuring the parameters of a multi-phase flow without complicating the design of the device.
Технические результаты достигаются тем, что многофазный расходомер представляет собой трубку Вентури с установленными на входе в конфузор и выходе из диффузора датчиками температуры и установленными в конфузоре и горловине датчиками давления, в стенке горловины которой в плоскости сечения, перпендикулярной направлению движения потока многофазного флюида, напротив друг друга выполнены два рентгенопрозрачных окна, в одном из которых установлен источник излучения, а в другом детектор излучения, при этом в стенке горловины в этой же плоскости сечения выполнено дополнительное рентгенопрозрачное окно, расположенное под углом 90° к оси между источником излучения и детектором излучения, в котором установлен дополнительный детектор излучения, а на входе конфузора последовательно установлены блоки измерения доли воды и доли метанола, включающие СВЧ излучатель и детектор СВЧ излучения.The technical results are achieved by the fact that the multiphase flowmeter is a Venturi tube with temperature sensors installed at the confuser inlet and diffuser outlet and pressure sensors installed in the confuser and neck, in the neck wall of which, in the sectional plane perpendicular to the direction of flow of the multiphase fluid, opposite to each other each other, two radiolucent windows are made, in one of which a radiation source is installed, and in the other a radiation detector, while in the neck wall in the same sectional plane an additional radiolucent window is made, located at an angle of 90 ° to the axis between the radiation source and the radiation detector, in in which an additional radiation detector is installed, and blocks for measuring the proportion of water and the proportion of methanol, including a microwave emitter and a microwave radiation detector, are successively installed at the confuser inlet.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема многофазного расходомера, на фиг. 2 - сечение А-А по фиг. 1.The claimed invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a schematic diagram of a multiphase flow meter, FIG. 2 is a section A-A according to FIG. 1.
Многофазный расходомер содержит трубку 1 Вентури с рентгенопрозрачными окнами 2, 3 и 4, источник 5 излучения, детекторы 6 и 7 излучения, датчики 8 и 9 давления, датчики 10 и 11 температуры, блок 12 измерения доли воды, блок 13 измерения доли метанола.The multiphase flow meter contains a Venturi
Порядок работы с устройством осуществляют следующим образом:The procedure for working with the device is as follows:
1. Устройство встраивают последовательно в линию транспортировки углеводородов.1. The device is built in series in a hydrocarbon transportation line.
2. До включения в основную работу устройство калибруется по данным: поглощения излучения для однофазной среды; калибровочных коэффициентов трубки Вентури; уточняющих коэффициентов поглощения разных смесей, полученных экспериментально; калибровочных коэффициентов детекторов СВЧ излучения.2. Prior to inclusion in the main operation, the device is calibrated according to the following data: radiation absorption for a single-phase medium; calibration coefficients of the Venturi tube; clarifying absorption coefficients of different mixtures obtained experimentally; calibration coefficients of microwave radiation detectors.
3. Устройство включается в основную работу, результаты расчетов записываются на компьютер для сбора и хранения информации. По запросу все данные передаются на удаленный сервер. Дополнительная и периодическая калибровка устройства проводится в соответствии к требованиям регламента обслуживания устройства.3. The device is included in the main work, the calculation results are recorded on a computer to collect and store information. Upon request, all data is transmitted to a remote server. Additional and periodic calibration of the device is carried out in accordance with the requirements of the device maintenance regulations.
В процессе работы устройства производят измерения различных физических параметров, обработка которых позволяет с высокой точностью определять фазовый количественный состав проходящего через него флюида.During operation of the device, various physical parameters are measured, the processing of which makes it possible to determine with high accuracy the phase quantitative composition of the fluid passing through it.
Условно измеряемые параметры можно разделить на несколько групп.Conditionally measured parameters can be divided into several groups.
Первая группа связана с измерениями давления, перепада давления и температуры (P_line, ΔP, T_line) вдоль трубки Вентури, на основании которых производят первичный расчет плотности и расхода флюида.The first group is related to measurements of pressure, pressure drop and temperature (P_line, ΔP, T_line) along the Venturi tube, on the basis of which the primary calculation of fluid density and flow rate is performed.
В горловине трубки Вентури происходит увеличение динамического давления за счет роста скорости многофазного флюида и снижения статического давления. Это явление описывается законом Бернулли:In the neck of the Venturi tube, an increase in dynamic pressure occurs due to an increase in the velocity of the multiphase fluid and a decrease in static pressure. This phenomenon is described by Bernoulli's law:
, ,
ρ - плотность;ρ - density;
V - скорость;V - speed;
P - статическое давление.P - static pressure.
Разница статического давления между трубопроводом и горловиной трубы Вентури измеряется датчиками 8 и 9 давления (представляющими совместно дифференциальный манометр). Для вычисления расхода анализируемой среды используется уравнение эффекта Вентури:The static pressure difference between the pipeline and the venturi neck is measured by
, ,
Q - объемный расход среды;Q is the volumetric flow rate of the medium;
S1 и S2 - площади сечения трубопровода и горловины трубы Вентури;S1 and S2 are the cross-sectional areas of the pipeline and the neck of the Venturi pipe;
ρ - плотность среды (рассчитывается с учетом данных температуры с датчиков 10 и 11 температуры);ρ is the density of the medium (calculated based on temperature data from
P1 и P2 - статические давления на входе и в горловине трубы Вентури;P1 and P2 - static pressures at the inlet and in the neck of the Venturi pipe;
C - эмпирический коэффициент потерь (отражает несоответствие реального эффекта и практического).C - empirical loss factor (reflects the discrepancy between the real effect and the practical one).
Коэффициенты C находятся экспериментально для разных расходов, составов смесей, скоростей на проливном стенде.The coefficients C are found experimentally for different flow rates, mixture compositions, and velocities on the pouring stand.
Вторая группа параметров связана с регистрацией детекторами 6 и 7, проходящего от источника 5 излучения (например, гамма-квантов от Ba-133 или от рентгеновского источника) через многофазную среду в диапазоне от 20 до 100 кэВ. В данном случае регистрируется функция количества частиц N(E,t), зависящая от энергии и времени для каждого из двух детекторов 6 и 7. Это позволяет определять компонентный состав флюида и молярный состав содержащихся в нем компонентов.The second group of parameters is associated with the detection by
Для этого:For this:
1. В горловине трубки Вентури выполнены окна из рентгенопрозрачного материала, не нарушающие геометрию трубки Вентури.1. In the neck of the Venturi tube, windows are made of X-ray transparent material that do not violate the geometry of the Venturi tube.
2. C одной стороны трубки установлен источника 5 излучения, просвечивающего через окно многофазный поток флюида в плоскости, перпендикулярной направлению его движения.2. On one side of the tube, a
3. С двух сторон в той же плоскости, где находится коллиматор входящего пучка, напротив других окон установлены сцинтилляционные детекторы 6 и 7 с фотоэлектронными умножителями.3. On both sides in the same plane as the incoming beam collimator, opposite the other windows,
При прохождении гамма-квантов через смесь одна их часть рассеивается под произвольным углом с небольшой потерей энергии (эффект Комптона), вторая часть поглощается, вызывая ионизацию атомов смеси (фотоэффект), а третья часть проходит сквозь поток, не испытывая каких-либо поглощающих или рассеивающих эффектов.During the passage of gamma rays through the mixture, one part of them is scattered at an arbitrary angle with a small loss of energy (Compton effect), the second part is absorbed, causing ionization of the atoms of the mixture (photoelectric effect), and the third part passes through the flow without experiencing any absorbing or scattering effects.
Детекторы 6 и 7 фиксируют рассеянные и проходящие гамма-кванты. По количеству детектированных гамма-квантов высокой энергии (выше 50 кэВ) определяется плотность среды.
Теоретически при однофазной среде, зная ее среднюю плотность, можно посчитать расход. Но, так как среда в данном случае представлена тремя фазами: вода, конденсат и газ, необходимо узнать еще и фазовый состав, то есть отношение воды к углеводородам (потому что отношение газа к жидкости вычисляется по плотности).Theoretically, with a single-phase medium, knowing its average density, it is possible to calculate the flow rate. But, since the medium in this case is represented by three phases: water, condensate and gas, it is also necessary to find out the phase composition, that is, the ratio of water to hydrocarbons (because the ratio of gas to liquid is calculated by density).
Для этого детектируются фотоны низкой энергии (ниже 50 кэВ), более чувствительные к газообразным средам, что позволяет точнее дифференцировать состав многофазного потока.To do this, low-energy photons (below 50 keV) are detected, which are more sensitive to gaseous media, which makes it possible to more accurately differentiate the composition of a multiphase flow.
Наличие дополнительного детектора 7, расположенного под углом 90° к оси между источником 5 излучения и детектором 6, фиксирующего рассеянное излучение, позволяет корректировать данные, полученные детектором 6, что повышает точность определения компонентов фазового состава флюида, особенно в случаях высокого газового фактора (≥ 80 %).The presence of an
Третья группа параметров, это результаты, полученные с блоков 12, 13 измерения доли воды и метанола на основе СВЧ излучателя.The third group of parameters are the results obtained from
Поскольку водная компонента многофазного флюида всегда содержит в себе растворенный метанол (являющийся по факту частью газовой компоненты), проведение измерений при помощи блоков 12, 13 позволяет дополнительно повысить точность определения реального массового объема компонентов многофазного флюида.Since the water component of a multiphase fluid always contains dissolved methanol (which is, in fact, part of the gas component),
Заявляемое техническое решение обеспечивает высокую точность определения параметров многофазного потока флюида в различных трубопроводных системах в режиме реального времени.The proposed technical solution provides high accuracy in determining the parameters of a multi-phase fluid flow in various pipeline systems in real time.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2789623C1 true RU2789623C1 (en) | 2023-02-06 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU220701U1 (en) * | 2023-06-28 | 2023-09-28 | Акционерное общество "РусВэллГруп" | Multiphase flowmeter with fast neutron source |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU88140U1 (en) * | 2009-04-09 | 2009-10-27 | Открытое акционерное общество "Техприбор" | MULTI-TOUCH ANALYZER OF COMPONENT COMPOSITION AND COMPONENT EXPENDITURE OF GAS-FLUID FLOW |
US7617055B2 (en) * | 2006-08-28 | 2009-11-10 | Invensys Systems, Inc. | Wet gas measurement |
GB2535778A (en) * | 2015-02-27 | 2016-08-31 | M-Flow Tech Ltd | Method and apparatus for measuring a composition of a fluid |
RU2632249C1 (en) * | 2013-11-08 | 2017-10-03 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Flow mode determination for flow model adaptation |
RU2663418C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-08-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация Уралтехнострой" | Multiphase flowmeter |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7617055B2 (en) * | 2006-08-28 | 2009-11-10 | Invensys Systems, Inc. | Wet gas measurement |
RU88140U1 (en) * | 2009-04-09 | 2009-10-27 | Открытое акционерное общество "Техприбор" | MULTI-TOUCH ANALYZER OF COMPONENT COMPOSITION AND COMPONENT EXPENDITURE OF GAS-FLUID FLOW |
RU2632249C1 (en) * | 2013-11-08 | 2017-10-03 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Flow mode determination for flow model adaptation |
GB2535778A (en) * | 2015-02-27 | 2016-08-31 | M-Flow Tech Ltd | Method and apparatus for measuring a composition of a fluid |
RU2663418C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-08-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Корпорация Уралтехнострой" | Multiphase flowmeter |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU220701U1 (en) * | 2023-06-28 | 2023-09-28 | Акционерное общество "РусВэллГруп" | Multiphase flowmeter with fast neutron source |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9086306B2 (en) | Apparatus and method for measuring multi-phase fluid flow | |
EP0236623B1 (en) | Metering choke | |
CA1305565C (en) | Measurement of flow velocity and mass flowrate | |
EP1286140B1 (en) | Multiphase mass flow meter with variable Venturi nozzle | |
US7316166B2 (en) | Method and system for analyzing multi-phase mixtures | |
CN105890689B (en) | Measuring device and measuring method for measuring gas-oil-water three-phase mass flow in moisture | |
US11150203B2 (en) | Dual-beam multiphase fluid analysis systems and methods | |
El Abd | Intercomparison of gamma ray scattering and transmission techniques for gas volume fraction measurements in two phase pipe flow | |
NO316884B1 (en) | Method for painting the mass flow rate of fluid components in a multiphase plug stream | |
Bruvik et al. | Gamma-ray tomography applied to hydro-carbon multi-phase sampling and slip measurements | |
NO338594B1 (en) | Method and associated apparatus for monitoring flow in a flow tube, and use of the apparatus and method for monitoring flow in a mixed flow pipeline. | |
GB2088050A (en) | Gamma Ray Analysis of Multi- component Material | |
CN115266658A (en) | Method and device for measuring liquid content of wet gas oil-gas-water three-phase fluid | |
WO2017206199A1 (en) | Measuring apparatus and method for measuring multiphase mass flow rates of gas, oil, and water in wet gas | |
RU2789623C1 (en) | Multiphase flow meter | |
RU220701U1 (en) | Multiphase flowmeter with fast neutron source | |
Eberle et al. | Optimization of a one-shot gamma densitometer for measuring area-averaged void fractions of gas-liquid flows in narrow pipelines | |
Falcone | Key multiphase flow metering techniques | |
RU2559119C1 (en) | Device for determination of multiphase fluid flow components | |
EP2927650A1 (en) | Fluid analysis using electron-positron annihilation | |
WO2014035275A1 (en) | X-ray based multiphase flow meter with energy resolving matrix detector | |
RU2819481C1 (en) | Hydraulic piping | |
RU189613U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE COMPOSITION OF A THREE-COMPONENT FLOW OF MULTIPHASE LIQUID | |
RU2600075C2 (en) | Method of determining parameters of borehole flow and device for its implementation | |
JP3134043B2 (en) | Apparatus and method for measuring component ratio of fluid |