Экспериментальное исследование комплексного метода измерения массового расхода газо-жидкостных сред

Abstract

Currently, there is the problem of fast, reliable and inexpensive integrated method for separate measurement of flow (mass) component of the multiphase product derived from oil or gas-condensate wells. Having considered a complex task, one may allocate a few more simple tasks, which allow to develop the required technique of separate measurement of the multiphase flow component of the product. This paper describes four such tasks: – measuring the flow of oil or water-oil mixture (including non-Newtonian properties) in a wide range of changes in viscosity; – measuring the effective viscosity of oil-water mixture moving through the pipeline; – measuring the percentage mass or volume of water content in oil-water mixture; – measuring the percentage mass or volume contents of the gas components in two-phase gas-liquid flow. To solve the first three problems, the authors suggest a solution, which allows developing and producing working models and prototypes of instrumentation. They include an ultrasonic meter for the average flow speed of the fluid (which works with no errors related to the viscosity of the fluid); a meter for the viscosity of Newtonian and non-Newtonian fluids (based on a narrowing device); and an in-line microwave moisture meter (which allows to measure the instantaneous concentration of water in multiphase mixtures of type oil–water–gas). The results of the calibration tests of the developed devices are present in the paper. The authors propose basic approaches and experiments, which confirm the possibility of measuring the content of gas components in gas-liquid flow with a volumetric content of up to 10%. The layout of the developed instruments were combined into one set – “Kvarta”, with a single software. The complex has a connecting diameter DN50 mm, designed to work with water-oil mixture at the well. It also allows to account the current values of volumetric and mass flow rate of the mixture oil-water and its components. The “Kvarta” complex was tested on a working oil well, which has confirmed its declared characteristics.

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.