Экспериментальное исследование комплексного метода измерения массового расхода газо-жидкостных сред

Об авторах:

Мамонов Валерий Николаевич, кандидат технических наук, научный сотрудник, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН (г. Новосибирск); mamonovvn@mail.ru

Серов Анатолий Федорович, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН (г. Новосибирск); serov@itp.nsc.ru

Терехов Виктор Иванович, доктор технических наук, профессор, научный руководитель отдела, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН (г. Новосибирск); terekhov@itp.nsc.ru

Аннотация:

В настоящее время существует проблема быстрой, надежной и недорогой комплексной методики раздельного измерения расхода (массы) компонент многофазного продукта, извлекаемого из нефтяной или газоконденсатной скважины.

Из рассматриваемой комплексной задачи можно выделить несколько более простых задач, решение которых позволит разработать требуемую методику раздельного измерения расхода компонент многофазного продукта. В предлагаемой работе рассматриваются четыре такие задачи:

— измерение расхода нефти или водо-нефтяной смеси (в том числе и с неньютоновскими свойствами) в широком диапазоне изменения вязкости;

— измерение действующего значения вязкости водо-нефтяной смеси, движущейся по трубопроводу;

— измерение процентного массового или объемного содержания воды в водо-нефтяной смеси;

— измерение процентного массового или объемного содержания газовой компоненты в двухфазном газо-жидкостном потоке.

Для решения первых трех задач авторами найдены оригинальные решения, на основе которых разработаны и изготовлены работающие макеты и прототипы измерительных приборов: ультразвуковой измеритель средней скорости потока жидкости, работающий без погрешности, связанной с вязкостью жидкости, измеритель вязкости ньютоновских и неньютоновских жидкостей, работающий на основе сужающего устройства и поточный СВЧ влагомер, позволяющий измерять мгновенную концентрацию воды в многофазной смеси типа нефть —  вода — газ. Приведены результаты калибровочных испытаний разработанных приборов.

Для решения четвертой задачи предложены принципиальные подходы и проведены эксперименты, подтверждающие возможность измерения содержания газовой компоненты в газо-жидкостном потоке при ее объемном содержании до 10%.

Макеты разработанных приборов были объединены в один комплекс «Кварта» с единым программным обеспечением. Комплекс имеет присоединительный диаметр Ду50 мм, предназначен для работы с водо-нефтяной смесью непосредственно у скважины и позволяет выполнять учет объемного и массового расхода компонент смеси нефть-вода. Комплекс «Кварта» был испытан на действующей нефтяной скважине. Испытания подтвердили его заявленные характеристики.

Список литературы:

1. Бодров М. В. Метод определения эффективной вязкости неньютоновских нефтей в потоке / Бодров М. В., Мамонов В. Н. // ГЕО-СИБИРЬ. 2010. Т. 5. № 2. С. 159-164.
2. Вакулин А. А. Измерение расхода многофазного потока дисперсной структуры / А. А. Вакулин, Б. Г. Аксёнов, А. В. Татосов, А. А. Вакулин // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2012. № 4. С. 42-46.
3. Кириллов К. М. Ультразвуковой расходомер для вязких жидкостей / К. М. Кириллов, А. Д. Назаров, В. Н. Мамонов, А. Ф. Серов // Измерительная техника. 2014. № 5. С. 39-40. 
4. Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества вещества / П. П. Кремлевский // Справочник. Кн. 2. Санкт-Петербург: Политехника, 2004. 412 с.
5. Кутателадзе С. С. Анализ подобия в теплофизике / С. С. Кутателадзе. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1982. 280 с.
6. Люстрицкий В. М. Влияние дисперсности на вязкость нефтеводных эмульсий / В. М. Люстрицкий // Нефтепромысловое дело. 1997. № 10-11. С. 35-37.
7. Мамонов В. Н. Диагностика газовой фазы при течении газожидкостного потока в трубе / В. Н. Мамонов, А. Ф. Серов // Сборник материалов Всероссийской конференции «ХХХI Сибирский теплофизический семинар» (17-19 ноября, 2014, Россия, Новосибирск). Новосибирск, Институт теплофизики СО РАН. 2014. С. 322-324. 
8. Патент № 85227. Измеритель расхода нефти. Серов А. Ф., Мамонов В. Н., Назаров А. Д., Кротов С. В. (РФ). Заявка № 2009106182. Приоритет 24 февраля 2009 г. Зарегистрировано в Государственном реестре Российской Федерации 27 июля 2009 г.
9. Серов А. Ф. Аппаратура и алгоритм для определения содержания нефти в смеси у скважины / А. Ф. Серов, А. Д. Назаров, М. В. Бодров // ГЕО-СИБИРЬ. 2007. Т. 5. С. 218-224.
10. Серов А. Ф. Определение текущего значения вязкости водонефтяной эмульсии / А. Ф. Серов, В. Н. Мамонов, А. Д. Назаров, М. В. Бодров // ГЕО-СИБИРЬ. 2009. Т. 5. № 2. С. 163-167. 
11. Серов А. Ф. Поточный метод измерения вязкости жидкости с помощью сужающего устройства / Серов А. Ф., Мамонов В. Н. // Интерэкспо ГЕО-СИБИРЬ. 2014. Т. 2. № 3. С. 51-56. 
12. 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. 
13. Серов А. Ф. Измерительный пункт «КВАРТА-Н-50» для контроля дебета и параметров нефтяной эмульсии и нефти на скважине / А. Ф. Серов, В. Н. Мамонов, А. Д. Назаров, К. М. Кириллов // Интерэкспо ГЕО-СИБИРЬ. 2013. Т. 2. № 2. С. 76-82. 
14. Сертификат об утверждении типа средств измерений «ТРИТОН-М» № 20775 от 15 июня 2005 г.
15. Стюарт Л. Скотт. Современное состояние технологии измерения многофазных потоков / Стюарт Л. Скотт // Российские нефтегазовые технологии. ROGTEC. 2006. №11. С. 32-47.
16. Тоски Э. Эволюция измерений многофазных потоков и их влияние на управление эксплуатацией / Э. Тоски, Б. В. Ханссен, Д. Смит, Б. Теувени // Нефтегазовое обозрение. 2003. Т. 8. № 1. С. 68-77.
17. Шабаров А. Б. Измерительно-вычислительная система диагностики параметров течения и теплообмена многофазной смеси в скважинах и трубопроводах / А. Б. Шабаров, А. А. Вакулин, А. А. Захаров, Л. П. Семихина, Н. В Саранчин, А. А. Вакулин, С. Н. Саранчин // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2012. № 4. С. 74-79.
18. Lynnworth L. C. Clamp-on Ultra-Sonic Flowmeters / L. C. Lynnworth // Instr. Technol. 1975. Nо 9. Pр. 37-44.
19. Flow-Rate Measurement in Two-Phase Flow / Oddie Gary, J. R. Anthony Pearson // Annu. Rev. Fluid Mech. 2004.V. 36. Рp. 149-172.
20. Oliveira J. L. G. Mass Flow Rate Measurements in Gas–Liquid Flows by Means of a Venturi or Orifice Plate Coupled to a Void Fraction Ssensor / J. L. G. Oliveira, J. C. Passos, R. Verschaeren, C. V. D. Gerd // J. Exp. Therm. Fluid Sci. 2008. No 33 (2). Рр. 253-260.