×
21.05.2023
223.018.68cb

Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКОМПОНЕНТНЫХ РАСХОДОВ ГАЗА, ВОДЫ И УГЛЕВОДОРОДНОГО КОНДЕНСАТА В ПОТОКЕ ПРОДУКТОВ ДОБЫЧИ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ СКВАЖИН

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002794953
Дата охранного документа
26.04.2023
Аннотация: Изобретение относится к области измерения продуктов добычи газоконденсатных и нефтегазоконденсатных скважин и может использоваться в газовых и нефтяных областях промышленности для определения покомпонентных расходов газа, воды и углеводородного конденсата без разделения их в сепараторе. Устройство содержит два СВЧ-резонатора дециметрового диапазона, два емкостных кольцевых датчика, приемопередатчик для измерения скорости аэрозольных частиц по методу Доплера и обслуживающий их электронно-вычислительный комплекс. Предлагаемое устройство разбивает регистрацию расходов жидкой фазы на две составляющих - поток в виде капельно-жидкого аэрозоля и поток, текущий вдоль стенок. Определяются скорость и объемы обоих составляющих. Технический результат - уменьшение погрешности измерений покомпонентных расходов и расширение регистрируемых форм двухфазного потока с дисперсной до развитой дисперсно-кольцевой. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано на установках первичной подготовки газа для определения состава продуктов добычи скважин, а также может входить в состав многофазного расходомера для измерения расхода газа, углеводородного конденсата и воды без разделения продуктов добычи на составляющие его компоненты.

Известны способы и устройства для определения покомпонентного расхода потока газожидкостной смеси (ГЖС), основанные на результатах взаимодействия ГЖС с электромагнитным полем миллиметрового диапазона длин волн, измерения частоты Доплера и резонансной частоты микроволнового резонатора типа Фабри-Перо, заполненного ГЖС, вычислении по этим данным скорости потока и площадей поперечных сечений, занятых жидкой и газовой фазой, и последующим определением расходов газа и жидкости [1-4].

Недостатком этих устройств является большая величина погрешности измерения расхода конденсата и воды при высоких величинах жидкостно-газового фактора (ЖГФ) и при малых скоростях потока.

Наиболее близким к предлагаемому расходомеру является устройство (Патент РФ №2757861 [5]), выбранное за прототип. Оно содержит два последовательно установленных СВЧ-резонатора дециметрового диапазона, на входы которых управляющим блоком подается синусоидальное напряжение, изменяющееся по трапецеидальному закону. Сигналы с выхода каждого резонатора подаются на электронный блок определения времени корреляции. Зная расстояние между резонаторами и время корреляции, находят скорость газожидкостного потока и затем вычисляют расход газа (с учетом небольшой поправки на разницу между скоростью газа и скоростью газожидкостной смеси).

Компонентный состав потока находят по смещению частоты резонатора относительно того случая, когда поток отсутствует, а также по изменению его добротности [6,7]. Это связано с тем обстоятельством, что при малом объемном содержании жидкости (1+2% воды и конденсата) и больших скоростях газа (20-40 м/с) вся жидкость существует в виде мельчайших капель-аэрозоля (дисперсный режим двухфазного потока). При этом часть капель оседает на стенки трубопровода и образует пристеночную пленку или слой жидкости, прижатый к стенке, однако эта пленка не может быть значительной толщины, так как газ сдувает при таких скоростях ее обратно в объем трубопровода. При таких условиях расходом пристеночной части жидкой фазы можно пренебречь по сравнению с расходом в аэрозольной фазе.

При возрастании объемной доли жидкости до 4-5% или падении скорости потока до 10 м/с или ниже толщина пленки резко возрастает, и образуется слой толщиной в несколько миллиметров, прижатый к стенке, движущийся с некоторой скоростью (дисперсно-кольцевой режим двухфазного потока). При этом вклад этого слоя в общий расход становится значительным. Если не принимать вклад этого слоя во внимание, то допускается неконтролируемая погрешность измерения расхода, которая может достигать десятков процентов.

Если же доля жидкости возрастает и дальше, становясь от 5 до 15%, то слой возрастает до единиц сантиметров, и основной расход будет принадлежать образованному слою, а доля, даваемая аэрозольной фазой, будет уже являться к нему поправкой.

Основной физической причиной, вносящей погрешность в измерение объемных долей воды, газа и конденсата с помощью резонаторного метода, является сильная поляризация воды (большая величина ее диэлектрической проницаемости). Отсюда, как показано в работах [6, 7, 8], одно и то же количество воды при работе резонатора на основной моде Е010 регистрируется по разному в зависимости от формы водяного компонента в потоке газожидкостной смеси. Разница в сдвигах частоты СВЧ-резонатора для воды в виде капель в объеме резонатора или в виде пленки на поверхности проходного отверстия резонатора достигает 10.

Недостатком устройства, выбранного за прототип, является невозможность осуществления контроля за переходом дисперсного режима потока в дисперсно-кольцевой и проведения измерений толщины слоя пристеночной жидкости и ее скоростей.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение погрешности измерений расходов газа, воды и конденсата за счет учета расхода жидкой фазы, текущей по трубопроводу, и возможность расширения регистрируемых форм двухфазного потока с дисперсной до развитой дисперсно-кольцевой.

Технический результат достигается тем, что в устройство для определения покомпонентных расходов газа, воды и углеводородного конденсата в потоке продуктов добычи газоконденсатных скважин, содержащее приемопередатчик миллиметрового диапазона для измерения скорости по методу Доплера, первый и второй СВЧ-резонаторы дециметрового диапазона и связанный с ними электронно-вычислительный комплекс, введены два емкостных кольцевых датчика, причем первый емкостный кольцевой датчик установлен до первого СВЧ-резонатора, а второй емкостный кольцевой датчик установлен после второго СВЧ-резонатора. Установленные первый и второй СВЧ-резонаторы периодически работают на двух типах колебаний, один из которых имеет только продольное электрическое поле (мода Е010), а другой - только поперечное (мода Н111). Сигналы с емкостных кольцевых датчиков одновременно подаются на входы электронно-вычислительного комплекса, по результатам измерения которых определяется расход жидкой фазы, переносимой пристеночным слоем жидкости в развитом дисперсно-кольцевом режиме двухфазного потока.

Устройство для определения покомпонентных расходов газа, воды и углеводородного конденсата в потоке продуктов добычи газоконденсатных скважин поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 схематично изображено устройство для определения покомпонентных расходов газа, воды и углеводородного конденсата в потоке продуктов добычи газоконденсатных скважин: 1 и 2 - верхний и нижний присоединительные фланцы; 3 - электронно-вычислительный комплекс (ЭВК); 4,5 - первый и второй СВЧ-резонаторы дециметрового диапазона; 6 - пристеночный слой; 7, 8, 9, 10 - элементы связи СВЧ-резонаторов 4 и 5 с ЭВК 3; 11, 12 - первый и второй емкостные кольцевые датчики; 13 - корпус измерительной секции; 14 - приемопередатчик для измерения скорости потока по методу Доплера.

На фиг. 2 показана установка емкостного кольцевого датчика для измерения поверхностного слоя 6: 11 - датчик (металлическое кольцо, диаметром на 4-6 мм меньше диаметра измерительной секции); 15 - стенка измерительного резонатора; 16 - вывод емкостного кольцевого датчика.

На фиг. 3 показана дисперсионная характеристика СВЧ-резонатора при работе на моде Е010: 17 - на моде Е010 в отсутствие потока; 18 - на моде Е010 при наличии газожидкостного потока; 19, 20 - полуширины резонансных кривых (где А - амплитуда сигнала детектора резонатора 4, f - частота сигнала, подаваемого на СВЧ-резонатор).

На фиг. 4 показана дисперсионная характеристика СВЧ-резонатора при работе на моде H111 и: 21 - на моде Н111 в отсутствие потока; 22 - на моде H111 в присутствие потока, 23, 24 - полуширины резонансных кривых (где А - амплитуда сигнала детектора резонатора 4, f - частота сигнала, подаваемого на СВЧ-резонатор).

На фиг. 5 показаны сдвиги частоты СВЧ-резонатора - величины Δf=f0 - f1, где f0 и f1 резонансные частоты СВЧ-резонатора в отсутствие потока и при его наличии: 25 - для моды Е010 в зависимости от объемного содержания воды С2; 26 - для моды Н111 в зависимости от объемного содержания воды С2, позицией 27 условно показана граница перехода дисперсной формы потока в дисперсно-кольцевую.

На фиг. 6 показана величина емкости конденсатора емкостного кольцевого датчика в зависимости от толщины поверхностного слоя жидкости d - 28.

Работа устройства происходит следующим образом.

Устройство располагается вертикально. Газожидкостный поток проходит сверху вниз. На СВЧ-резонаторы 4 и 5 из ЭВК 3 подается СВЧ синусоидальное напряжение, частота которого меняется по линейному закону в диапазоне резонансных частот мод Е010 и Н111. При этом предварительно, до пропуска потока, определяются дисперсионные кривые пустых СВЧ-резонаторов 4 и 5 на модах Е010 и Н11 (поз. 17 на фиг. 3, поз. 21 на фиг. 4), а затем СВЧ-резонаторов 4 и 5, заполненных потоком (поз. 18 на фиг. 3, поз. 22 на фиг. 4). Кроме того, определяются полуширины резонансных кривых: ΔF(E)(поз. 19, 20 на фиг. 3) и ΔF(H)(поз. 23, 24 на фиг. 4). Эти данные вводятся в ЭВК 3, где по алгоритму, описанному в [7], определяется компонентный состав потока: объемные доли газа C1, воды С2, и конденсата С3. Затем на СВЧ-резонаторы 4 и 5 из ЭВК 3 подается постоянная частота, соответствующая частоте резонанса f0(E), и сигналы с СВЧ-резонаторов 4 и 5 подаются на блок определения времени корреляции τ, после чего находится скорость газожидкостного потока vк [5]. Одновременно определяется скорость аэрозольных частиц доплеровским методом vg[9]. При дисперсном потоке (С23 ≈ 1÷2% и vк ≈ 15÷40 м/с) эти скорости равны или близки: vк=vg, и компонентные расходы: расход газа Q1, расход воды Q2 и расход компонента С3 - определяются с небольшой относительной погрешностью 2÷5%.

При увеличении доли жидкости в газожидкостном потоке, особенно воды (С23→5…10…15%), а также снижении его скорости (с 15 до 5 м/с) увеличивается толщина водяной пленки на стенках проходного сечения СВЧ-резонаторов 4 и 5. При этом смещение частоты на моде Е010 - Δf(E) будет нелинейно возрастать с увеличением объемной доли воды, так как последняя в форме пленки или слоя, вытянутого вдоль вектора электрического поля (как это обстоит в случае работы на моде Е010), дает эффект в 6÷10 раз более сильный, чем когда вода находится в фазе аэрозоля [6, 8]. При этом приведенным в [7] алгоритмом расчета объемных долей газа, воды и конденсата еще можно пользоваться, если вместо моды Е010 перейти на моду Н111. Добротность моды Н111 ниже, чем добротность моды Е010 (то есть полуширина ΔF(E)<ΔF(H)), кроме того, она менее чувствительна к аэрозолю (Δf(E)=f0(E) - fi(E)>Δf(H)=f0(H) - f1(H) - см. фиг. 5), однако ее преимуществом является линейность на участке перехода от дисперсного потока в дисперсно-кольцевой и, отсюда, сохранение низкого уровня погрешности измерения состава потока. Команду на переход замены моды Е010 на моду Н111 в алгоритме расчета объемных концентраций [7] дает программа расчета, заложенная в ЭВК 3. Критерием при этом служит нарушение линейности между сдвигами частоты Δf(E) и Δf(H), то есть нарушение выполнения равенства Δf(E)=kΔf(H): отклонение коэффициента к от постоянной величины свыше некоторого предела, установленного экспериментально в более ранних калибровочных измерениях. Нарушается также и равенство скоростей потока, измеренных корреляционным способом и по методу Доплера.

Одновременно с этими измерениями скорости потока и с резонаторными измерением компонентного состава ЭВК 3 проводят измерение емкости конденсаторов емкостных кольцевых датчиков 11 и 12 на корпус трубной секции в блоке измерения емкости (в составе ЭВК 3) (фиг. 1). Это дает возможность найти толщину слоя жидкости d. Данные о емкости С с обоих емкостных кольцевых датчиков 11 и 12 поступают также на блок измерения времени корреляции (в составе ЭВК 3), где измеряется время корреляции и вычисляется скорость пристеночного слоя жидкости. По результатам вычисления толщины слоя жидкости и его скорости в ЭВК 3 рассчитывается расход жидкости, переносимый пристеночным слоем QCII. Этот расход добавляется к расходу жидкой фазы, переносимой в капельножидком виде, рассчитываемый на основании резонаторных и доплеровских измерений, что позволяет уверенно распространить резонаторный метод измерения покомпонентных расходов на развитый дисперсно-кольцевой режим газожидкостного потока с объемным содержанием жидкой фазы до 20%.

Литература.

1. Патент РФ №2164340 от 20.03.2001 г. Способ определения покомпонентного расхода потока газожидкостной смеси продуктов газонефтедобычи в трубопроводе и устройство для его реализации. Авторы: Орехов Ю.И., Москалев И.Н., Костюков В.Е., Хохрин Л.П., Ремизов В.В., Битюков B.C., Филоненко А.С., Рылов Е.Н., Вышиваный И.Г., Филиппов А.Г.

2. Патент РФ №2289808 от 28.02.2005 г. Способ и устройство определения объемных долей жидкого углеводородного конденсата и воды в потоке газожидкостной смеси природного газа. Авторы: Вышиваный И.Г., Костюков В.Е., Москалев И.Н., Орехов Ю.И., Тихонов А.Б., Беляев В.Б.

3. Патент РФ №2386929 от 25.07.2007 г. Измерительная секция расходомера газожидкостного потока. Авторы: Москалев И.Н., Беляев В.Б., Тихонов А.Б., Королько В.А., Пономаренко Д.В., Соколов В.П.

4. Патент РФ №2746167 от 08.04.2021 г. Многофазный расходомер для покомпонентного определения расходов газа, углеводородного конденсата и воды в продуктах добычи газожидкостных скважин. Авторы: Лисин В.Б., Москалев И.Н.

5. Патент РФ №2757861 от 11.01.2021 г. Устройство для измерения объемного расхода газа в продуктах добычи газоконденсатных скважин корреляционным методом. Авторы: Кудрявцев Г.И., Мубаракшин Р.Г, Москалев И.Н., Лисин В.Б. Малышонков И.О.

6. Москалев И.Н., Семенов А.В., Чистяков А.О. и др. Результаты экспериментального моделирования техники определения объемной доли воды в продуктах добычи скважин конденсатных и нефтегазоконденсатных месторождений. // Автоматизация и телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, 2019, №6 (551), с. 5-14.

7. Москалев И.Н., Семенов А.В. Алгоритм определения объемных долей газа, воды и конденсата в продуктах добычи ГК и НТК скважин, с высоким содержанием жидкой фазы. // Автоматизация и телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, 2019, №10, с. 12-18.

8. Москалев И.Н., Семенов А.В., Мубаракшин Р.Г., Лисин В.Б. Использование моды в СВЧ-резонаторах продуктов добычи газоконденсатных и нефтегазоконденсатных скважин при дисперсно-кольцевом режиме газожидкостного потока. // Автоматизация и телемеханизация и связь в нефтяной промышленности, 2020 г., №2, с. 5-10.

9. Москалев И.Н., Костюков В.Е. «Микроволновый методы оперативного анализа природного газа и конденсата» в 3 томах - Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2013 T.I.420 с.

10. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. - М.: Госуд. Изд-во физ.-мат лит-ры, 1963, 403 с.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-2 of 2 items.
20.04.2023
№223.018.4e80

Устройство для приведения расходов продуктов добычи газоконденсатных скважин, измеряемых многофазным расходомером, от рабочих условий к стандартным

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в газовых и нефтяных областях промышленности. Устройство для приведения расходов продуктов добычи газоконденсатных скважин, измеряемых многофазным расходомером, от рабочих условий к стандартным содержит зонд для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002793153
Дата охранного документа: 29.03.2023
17.06.2023
№223.018.814f

Устройство для измерения объемного расхода газа в продуктах добычи газоконденсатных скважин корреляционным методом

Изобретение относится к области измерения расходов газов и может использоваться в газовых и нефтяных областях промышленности, а также в областях науки и техники, имеющих дело с газами - в авиации, криогенной технике, химической, металлургической отраслях промышленности и др. В устройстве для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002757861
Дата охранного документа: 21.10.2021
Showing 1-9 of 9 items.
27.03.2013
№216.012.3171

Способ оперативного определения коэффициента сжимаемости газов и их смесей

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на замерных узлах газодобывающих и газотранспортных предприятий, при проведении исследований физических свойств газов и их смесей (в частности, топливных природных и попутных нефтяных) и в других случаях, где необходимо...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478195
Дата охранного документа: 27.03.2013
29.03.2019
№219.016.ef14

Способ и устройство измерения расхода газожидкостного потока

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при измерении расхода природного газа, добываемого на газоконденсатных месторождениях и содержащего жидкую углеводородную фазу в капельном или аэрозольном виде. Сущность: устройство состоит из блока управления частотой,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002286546
Дата охранного документа: 27.10.2006
29.03.2019
№219.016.f214

Измерительная секция расходомера газожидкостного потока

Изобретение может найти применение при эксплуатации газовых скважин, на установках комплексной или предварительной подготовки газа для определения водогазового и конденсатогазового факторов (ВГФ, КГФ), характеризующих количество воды и углеводородного конденсата в продуктах добычи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002386929
Дата охранного документа: 20.04.2010
18.05.2019
№219.017.5885

Способ определения влажности природного газа после гликолевой осушки

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерению влажности газов, в частности, природных, содержащих высокий уровень технологических примесных компонентов - компрессорного масла, паров осушающих спиртов (гликолей), высших углеводородов. Техническим результатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002361196
Дата охранного документа: 10.07.2009
10.07.2019
№219.017.aa8a

Способ и устройство определения объемных долей жидкого углеводородного конденсата и воды в потоке газожидкостной смеси природного газа

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано на скважинах или участках первичной переработки газа. Технический результат - возможность определения объемных долей жидкого углеводородного конденсата и воды в потоке газожидкостной смеси природного газа. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002289808
Дата охранного документа: 20.12.2006
13.07.2019
№219.017.b3a7

Устройство для измерения объемной доли жидкой фазы в потоке газожидкостной смеси природного газа

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения объемной доли жидкости в потоке газожидкостной смеси (ГЖС) в рабочих условиях. Устройство содержит блок управления частотой, микроволновый генератор, делитель мощности, измерительный микроволновый...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002397479
Дата охранного документа: 20.08.2010
14.07.2019
№219.017.b4b8

Способ оперативного определения объемного содержания жидкой фазы в газожидкостном потоке и устройство для его осуществления

Способ оперативного определения объемного содержания жидкой фазы в газожидкостном потоке заключается в изокинетическом отборе пробы из газопровода, отсечке фильтром жидкой фазы и последующем измерении ее объемной доли при фиксированном объемном расходе газожидкостной смеси. При этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002445581
Дата охранного документа: 20.03.2012
20.04.2023
№223.018.4e80

Устройство для приведения расходов продуктов добычи газоконденсатных скважин, измеряемых многофазным расходомером, от рабочих условий к стандартным

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в газовых и нефтяных областях промышленности. Устройство для приведения расходов продуктов добычи газоконденсатных скважин, измеряемых многофазным расходомером, от рабочих условий к стандартным содержит зонд для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002793153
Дата охранного документа: 29.03.2023
17.06.2023
№223.018.814f

Устройство для измерения объемного расхода газа в продуктах добычи газоконденсатных скважин корреляционным методом

Изобретение относится к области измерения расходов газов и может использоваться в газовых и нефтяных областях промышленности, а также в областях науки и техники, имеющих дело с газами - в авиации, криогенной технике, химической, металлургической отраслях промышленности и др. В устройстве для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002757861
Дата охранного документа: 21.10.2021
+ добавить свой РИД