Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы



Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы
Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы
Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы
Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы
Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы
Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы
Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы
Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы
Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы
Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы
Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы
Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы
Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы
Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы
Система расходомера и способ измерения количества жидкости в многофазном потоке с большим содержанием газовой фазы

 


Владельцы патента RU 2533318:

ШЛЮМБЕРГЕР ТЕКНОЛОДЖИ Б.В. (NL)

Система включает в себя расходомер, имеющий датчик дифференциального давления, присоединенный параллельно трубке Вентури к трубопроводу, и фракциомер с двухпиковым источником энергии, каждый из которых функционально соединен с цифровым процессором. Система дополнительно включает в себя насос, присоединенный к трубопроводу на входе в расходомер, который вводит, по меньшей мере, одну импульсную порцию известного количества жидкости, достаточную по объему, чтобы временно увеличить жидкую фазу на количество, обнаруживаемое расходомером. После введения жидкой импульсной порции в многофазный поток, цифровой процессор вычисляет изменения в процентном содержании жидкой и газовой фаз, которые должны были произойти в результате введения импульсной порции и сравнивает вычисленные изменения с фактическими изменениями, чтобы калибровать расходомер. Затем измеренное увеличение в жидком потоке вычитают из полного измеренного жидкостного потока, чтобы определить фактический процент потока жидкости. Технический результат - повышение точности измерения процентного содержания жидкой и газовой фаз в многофазном флюиде, когда одна фаза составляет небольшую часть. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение, в основном, относится к расходомерам для мониторинга многофазных потоков флюида и конкретно относится к системе расходомера и способу, который способен выполнять самокалибровку и точно измерять процентное содержание жидкой фазы в многофазном потоке, состоящем, в основном, из газовой фазы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Многофазные расходомеры используются для измерения процентного содержания газа и жидкости, вытекающих из нефтяных скважин. Применяемые в настоящее время многофазные расходомеры теряют точность при измерении жидкой фракции, когда газовая фракция становится преобладающей. Это иллюстрируется кривой воронкообразного типа, показанной на фиг.1, которая представляет типичный уровень относительной погрешности измеренных значений доли жидкости в потоке как функцию от объемной доли газа (ОДГ). Кривая показывает, что, если объемная доля газа (ОДГ) составляет более, чем 85%, то относительная погрешность расхода становится больше, чем приблизительно 5%, и становится непредсказуемой при объемной доле газа (ОДГ) больше, чем 99%.

Один известный способ решения этой проблемы заключается в том, чтобы отделить большое количество газа от многофазного потока на входе в расходомер и, следовательно, снизить долю газа в многофазном потоке до значения ниже, чем 85%. Тогда становится возможным измерить процентное содержание каждой из фаз с более высокой точностью. Фактическое количество жидкости в многофазном потоке можно вычислить путем определения количества газа, который был отделен от потока до проведения фазовых измерений. К сожалению, этот способ требует использования габаритного оборудования, которое устанавливают на входе многофазного расходомера для сепарации газа от жидкой фазы. Такой способ сводит на нет основное преимущество, связанное с такими многофазными расходомерами, которое заключается в их способности измерять процентное содержание газа и жидкости в многофазном флюиде без необходимости сепарации газа от жидкости.

Вариация этого известного способа заключается в том, чтобы произвести частичную сепарацию газа из главной линии нефти, воды и газа, используя линию отвода газа. Такой способ описан в PCT/GBOO/01660. Некоторая часть газа отводится от основной линии перед многофазным расходомером, но важно отметить, что еще некоторое количество газа проходит через основную линию многофазного расходомера.

Эта частичная сепарация требует, чтобы газ, по существу, был совершенно сухим во избежание потери части жидкости через линию отведения газа. Следовательно, вопрос качества газа (унос жидкости в газ) становится такой же проблемой, как в случае с обычным сепаратором, и имеют место те же проблемы уноса или выноса. Унос - явление, когда часть более тяжелой фазы попадает в газовую линию (т.е. тяжелые пузыри нефти попадают в газовую линию). Вынос - противоположное явление, когда некоторые пузырьки газа попадают в линии нефти или воды. Оба явления имеют место из-за плохого разделения газовой и жидкой фаз с одной превалирующей быстротекущей фазой или из-за отсутствия большого различия в плотности между фазами потока. Чтобы справиться с этой проблемой, некоторые производители включают дополнительные датчики для контроля или измерения сухости добываемого газа. К сожалению, включение дополнительного датчика для измерения или контроля сухости газа усложняет многофазный расходомер и увеличивает затраты.

Другим известным способом решения проблемы погрешности измерения расхода при измерениях с помощью многофазных расходомеров является наличие на входе в многофазный расходомер секции удерживания для загрузки многофазного расходомера некоторым количеством жидкости и высвобождения ее управляемым способом вместе с газом в определенной пропорции, чтобы иметь возможность снижать относительное содержание газа. Такое решение приведено в PCT/GB 90/00701 и PCT/US 2006/005825, принадлежащих Framo Engineering, и опубликованной патентной заявке США №2008/0000306, принадлежащей AGAR Corporation. Как отмечалось ранее, такие решения требуют дорогостоящего и габаритного оборудования.

В дополнение к повышенным затратам, таким решениям не хватает гибкости, так как оборудование, устанавливаемое на входе в расходомер, должно быть специально разработано для ожидаемого расхода потока, который, конечно, не может быть гарантирован в течение всего периода эксплуатации скважины, который может составлять свыше 20-50 лет.

Рынок многофазных расходомеров разделен на три основных типа многофазных расходомеров, в том числе многофазных расходомеров влажного газа, известных как расходомеры Типа I для измерения только расхода газовой фазы многофазного потока, многофазные расходомеры, известные как расходомеры Типа II, способные измерять жидкость и газ, а также многофазные расходомеры, известные как Тип III расходомеров, способные измерять и распознавать все три фазы, которые, как правило, вытекают из нефтяных скважин, то есть нефть или конденсат, вода и газ.

К сожалению, все три типа расходомеров страдают одной и той же проблемой точности в случае наличия большой объемной доли газа (ОДГ).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В отличие от известного уровня техники, система настоящего изобретения способна точно измерять процентное содержание жидкой и газовой фаз в многофазном флюиде, протекающем через трубопровод, когда одна из фаз, такая как жидкая фаза, составляет небольшую часть (то есть 15% или меньше) многофазного флюида, без необходимости установки сложных и дорогих механизмов на входе в расходомер. С этой целью система включает расположенный на трубопроводе расходомер, который измеряет процентное содержание жидкой и газовой фаз в указанном многофазном флюиде, протекающем через трубопровод; насос, соединенный с указанным трубопроводом на входе в указанный расходомер, который вводит, по меньшей мере, одну импульсную порцию известного количества флюида, имеющего такую же или в значительной степени такую же композицию, как меньшая фаза, при этом импульсная порция является достаточной для временного увеличения меньшей фазы на обнаруживаемое количество. Система дополнительно включает цифровой процессор, который (1) вычисляет изменения в процентном содержании жидкой и газовой фаз, которые должны были произойти в результате введения, по меньшей мере, одной импульсной порции флюида, и сравнивает вычисленные изменения с изменениями, измеренными расходомером, чтобы калибровать расходомер, и затем (2) вычитает измеренное увеличение в потоке флюида из полного измеренного потока, чтобы определить фактическое процентное содержание жидкой и газовой фаз в многофазном флюиде, протекающем через трубопровод.

В контексте этой заявки, термины «небольшая часть», «меньшая часть», «меньшая фаза», «меньшая из фаз» и «меньшая из частей» должны рассматриваться как часть многофлюидного потока, количество которой составляет от приблизительно 20% до приблизительно 0,1% от полного потока. Термины «многофазный» и «многофлюидный» являются синонимами и относятся к флюиду, который содержит более одной фазы, например газовую и жидкую фазы.

Расходомер может включать фракциомер с двухпиковым источником энергии и датчик дифференциального давления, соединенный с цифровым процессором. Фракциомер с двухпиковым источником энергии может измерять различия в поглощении многофазным потоком двух различных длин волн гамма-излучения. Трубопровод включает суженную часть и датчик дифференциального давления, который измеряет перепад давления между суженной частью и не суженной частью трубопровода.

Насос может быть присоединен к источнику флюида, имеющему такую же или в значительной степени такую же композицию, что и меньшая из фаз. Если одной из жидких фаз является вода, и насос погружен в океан, то насос может быть просто подсоединен к окружающей морской воде. Любой из ряда насосов можно использовать для реализации данного изобретения, например, насос-дозатор поршневого типа.

Изобретение дополнительно включает способ точного измерения процентного содержания жидкой и газовой фаз в многофазном флюиде, протекающем через расходомер, когда одна из фаз составляет меньшую часть многофазного флюида, включающий: введение, по меньшей мере, одной импульсной порции известного количества флюида, имеющего такую же или в значительной степени такую же композицию, что и меньшая фаза на входе в расходомер, импульсная порция должна иметь объем, достаточный, чтобы временно увеличить меньшую фазу на обнаруживаемое количество; и измерение с помощью расходомера изменений в расходах фазовых потоков, вызываемых импульсной порцией. Далее, вычисляют изменения в процентном содержании жидкой и газовой фаз, которые должны были произойти в результате введения одной импульсной порции флюида, и сравнивают с изменениями, измеренными расходомером, чтобы калибровать расходомер. Наконец, измеренное увеличение расхода флюида меньшей фазы вычитают из полного измеренного потока меньшей фазы для определения фактического процентного содержания меньшей фазы, протекающей через трубопровод.

Предпочтительно, необходим насос-дозатор, который подает только небольшие объемы меньшей фазы в многофазный поток с целью получения точного измерения меньшей фазы. Например, если многофазный поток состоит из 0,1% жидкости и 99,9% газа, то объем импульсной порции жидкости должен быть только таким, чтобы увеличить поток жидкости на 0,1% (при условии, что расходомер может обнаружить такую маленькую импульсную порцию). Несмотря на то, что импульсная порция может увеличить поток жидкости только на 0,1%, полный поток жидкости будет увеличен на 100% (до 0,2%), таким образом, обеспечивая относительно большое увеличение потока жидкости, что можно эффективно использовать для калибровки расходомера. Тот факт, что только небольшие объемы меньшей фазы необходимы для точных измерений, позволяет использовать насос-дозатор относительно небольшой мощности и резервуар для меньшей фазы флюида. Кроме того, заявители наблюдали, что флюид, инжектируемый насосом не должен иметь точно такую же композицию, как композиция меньшей фазы в многофазном потоке, чтобы получить точные измерения. Следовательно, если система расходомера находится под водой, и меньшая фаза является жидкостью, то насос может забирать воду из окружающей водной среды (будь-то море, озеро или река), тем самым исключая необходимость иметь резервуар для воды. Использование насоса-дозатора для подачи импульсных порций меньшей фазы в режиме прямоугольного импульса также выгодно, поскольку объемная точность и время подачи, которых можно достичь посредством таких насосов, обеспечивают относительно чистый характер резкого увеличения потока меньшей фазы, что легко можно обнаружить расходомером.

В отличие от известного уровня техники, система данного изобретения не требует разделения жидкой и газовой фаз многофазного флюида на входе в систему расходомера. Система расходомера настоящего изобретения является полностью гибкой и может быть использована для получения точных измерений процентного содержания жидкости и газа даже в ситуациях, когда соотношение жидкость/газ претерпевает существенные колебания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Чтобы помочь специалистам в данной области в создании и использовании предмета изобретения, сделана ссылка на прилагаемые чертежи, которые не предусмотрены для показа в масштабе, и на которых предусмотрены одинаковые ссылочные числовые обозначения для ссылки на аналогичные элементы с целью единообразия. На каждом чертеже для лучшего понимания могут быть отмечены не все компоненты.

На фиг.1 представлен уровень типичной относительной погрешности для измерений расхода в многофазных условиях.

На фиг.2 и 3 представлены в двухмерном изображении значения объемной доли газа (ОДГ) и соотношения вода/жидкость (ВЖС), зоны, где относительная погрешность расхода нефти находится между двумя значениями, для расходомеров согласно известному уровню техники.

Фиг.4 представляет собой схематическое изображение одного из вариантов реализации системы расходомера настоящего изобретения.

На фиг.5 показаны типичные спектры гамма-излучения или обнаружения (измеряемые скорости счета как функция энергии) для фракциомера с двухпиковым источником энергии, включенным в систему изобретения.

На фиг.6 показана подача насосом флюида в систему расходомера в режиме прямоугольного импульса, что дает постоянные и согласованные измеряемые увеличения потока меньшей фазы с течением времени.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сейчас подробно будут описаны различные варианты реализации изобретения и аспекты изобретения со ссылкой на сопровождающие их фигуры. Используемая здесь терминология и фразеология используется только с описательной целью и не должна рассматриваться как ограничение объема изобретения. Слова, такие, как, «включающий», «содержащий», «имеющий», «состоящий из» или «вовлекающий» и их варианты, предназначены для расширения и охвата объекта изобретения, изложенного здесь, его эквивалентов и дополнительного объекта изобретения, не описанного здесь. По всему тексту этой заявки нижний индекс “LC”, относящийся к некоторым параметрам, означает «в линейных условиях».

Воронкообразная форма кривой относительной погрешности жидкой (нефтяной или водной) фазы, показанной на фиг.1, является результатом математического решения или накапливающейся погрешности. Погрешность практически не зависит от используемой технологии (то есть способа измерения). Многофазный расходомер дает первичный результат, который представляет собой суммарный объемный расход или массовый расход. Это измерение менее трудоемкое, чем попытка измерить каждую фазу точно и в одно и то же время. Затем способ измерения фракций дает первый отличительный признак одной фазы от других. Большинство многофазных расходомеров стремятся выявить отличительный признак газово-конденсатного фактора (то есть ГНС для соотношения газ/нефть или ГВС для соотношения газ/вода или ГЖС для соотношения газ/жидкость), обусловленный сильным различием свойств этих двух фаз. Это приводит, по определению, к измерению или вычислению объемной доли газа (ОДГ). Опять же, важно отметить, что она не зависит от способа измерения. Например, существуют способы измерения, предусматривающие измерение или суммарного объемного расхода и затем расхода газа, или прямое измерение ОДГ, или опять же создание модели ОДГ в сравнении с другими параметрами. В любом случае, это приводит к тому же результату, которым является оценка параметра ОДГ, определяемая следующим образом.

Уравнение (1)

В уравнении (1), QгазLC означает расход газа (количественно выраженный как масса или объем газа в единицу времени), и QобщLC означает расход полного потока (количественно выраженный как масса или объем полного многофазного потока в единицу времени). Кроме того, выявляется отличие между нефтяной и водной фазами, что ведет к прямому измерению расхода. Можно вычислить соотношение вода/жидкость (ВЖС). Также можно рассчитать обратный параметр - соотношение нефть/жидкость (НЖС). Сумма обоих параметров равна 1.

Уравнение (2)

В уравнении (2), QводаLC означает расход воды (количество воды в многофазном потоке, выраженное как масса или объем воды в единицу времени), QжидLC означает расход всей жидкой фазы потока (количество жидкой фазы в многофазном потоке, выраженное как масса или объем жидкости в единицу времени), каждый в линейных условиях, и

Уравнение (3)

В уравнении (3), НЖС означает соотношение нефть/жидкость, QнефтьLC означает расход нефти в потоке (количество нефти в многофазном потоке, выраженное как масса или объем нефти в единицу времени) и


Уравнение (4)

Следовательно, можно вычислить, например, погрешность расхода воды. (Аналогичным образом это можно сделать для других переменных, таких как нефть):

Уравнение (5)

Уравнение (5) эквивалентно:

Уравнению (6)

Затем рассчитывают относительную погрешность, используя здесь способ среднеквадратического значения, но любой другой известный способ приведет к погрешностям аналогичной величины:

Уравнение (7)

Для нефти относительную погрешность расхода, вычисляют, например, также способом среднеквадратического значения:

Уравнение (8)

В уравнениях (7) и (8), ΔВЖС - это абсолютная погрешность по отношению к ВЖС, ΔQобщLC - это абсолютная погрешность по отношению к QобщLC, и ΔОДГ - это абсолютная погрешность по отношению к ОДГ.

Мы рассчитали относительную погрешность для QwaterLC или QoilLC, выражаемые уравнениями 7 и 8 соответственно, и показали, что она зависит от 3 параметров, а именно: от соотношения вода/жидкость (ВЖС), от объемного расхода полного потока или массового расхода полного потока Qобщ (обе относительные погрешности, массового и объемного расхода, являются равными), и от объемной доли газа (ОДГ). Обычно точность ВЖС и ОДГ выражается через абсолютную погрешность. Погрешности объемного или массового расходов полного потока чаще всего выражают через относительную погрешность.

Чаще всего рассчитывают, в определенных пределах, относительную погрешность, которая является постоянной для объемного или массового расхода Qобщ, кроме ее значения при низком объемном или массовом расходе. Тогда становится возможным уменьшить уравнение (8) только до двух параметров, чтобы графически представить его, как показано на фиг.2 и 3.

На фиг.2 и 3 показаны значения погрешностей в двухмерном изображении. Два измерения представлены ОДГ и ВЖС, где значения ОДГ отложены по оси абсцисс, а значения ВЖС отложены по оси ординат. Абсолютная погрешность принята равной 0,02 для ВЖС и 0,01 для ОГД. Относительные погрешности объемного расхода полного потока Qобщ приняты равными 2% и 4% на графиках фиг.2 и 3, соответственно.

На фиг.4 дано схематическое изображение системы расходомера 1 настоящего изобретения. Система 1 включает трубопровод в форме трубчатой секции 3, в которой внутренний диаметр постепенно уменьшается от части входа в расходомер 4A к горловине 4B, создавая суженную трубку Вентури 2. Суженная трубка Вентури 2 вызывает падение давления между частью входа 4A и горловиной 4B. Трубчатая секция 3 может быть присоединена к любой отводящей линии ОЛ посредством любого подходящего устройства для соединения (не показано).

Система 1 дополнительно включает фракциомер с двухпиковым источником энергии 5. Расходомер 5 включает источник 6 и детектор 7 для измерения плотности и фракций многофазной флюидной смеси (ФС, FM). Источник 6 и детектор 7 размещены диаметрально противоположно с обеих сторон горловины 4В в соответствующих блоках, присоединенных к трубчатой секции 3. Расходомер 5 дополнительно включает цифровой процессор 8, электрически соединенный с детектором 7 для обработки сигналов, генерируемых детектором, способом, более подробно описанным ниже. Расходомер 5 также включает датчик дифференциального давления 10, соединенный текучей средой с трубчатой секцией 3 между входом в расходомер 4A и горловиной 4B, и электрически соединенный с цифровым процессором 8, как указано. Хотя это не показано на фиг.4, расходомер 5 также может включать температурные датчики.

И наконец, система 1 включает соединенный текучей средой с резервуаром для жидкости 14 насос 12, способный инжектировать отмеренное количество пачек или импульсных порций флюида, например жидкости или газа, из резервуара 14 во флюидную смесь ФС в верхнюю точку по отношению к точкам подключения датчика дифференциального давления 10. Верхняя точка ввода жидкости может быть единственной точкой или это могут быть несколько точек, соединенных вместе посредством внешнего коллектора, или это может быть инжекционное кольцо для равномерного ввода жидкости по всему периметру трубы. Альтернативно, трубка Вентури 2 может быть модифицирована и включать дополнительный канал, через который калибровочные флюиды, например жидкости или газы, можно вводить и выводить снова. Насос 12 может быть поршневым насосом прямого вытеснения, который использует, например, возвратно-поступательные поршни, и главное требование заключается в том, что (1) насос должен быть способен нагнетать точно калиброванное количество пачек или импульсных порций жидкости, преодолевая сопротивление в линии многофазного потока; (2) импульсные порции или пачки должны быть достаточно большими, чтобы изменять меньшую фракцию флюида (будь то жидкость или газ) до достаточно высокого уровня (например, >15%), чтобы существенно снизить погрешность измерения расхода, и (3) насос должен быть способен изменять количество флюида, например жидкости, в пачках или импульсных порциях, чтобы приспосабливаться к изменению фракций жидкость/газ в течение всего периода эксплуатации скважины. Насос 12 электрически соединен с цифровым процессором 8 и управляется цифровым процессором 8.

В этом примере системы 1, резервуар 14 содержит жидкость, имеющую такую же или в значительной степени такую же композицию, как жидкая фаза флюидной смеси ФС, такая как нефть или вода. Однако в ситуациях, где систему погружают в массу воды и вода является главным компонентом флюидной смеси ФС, резервуар может быть исключен и насос может просто забирать жидкость из окружающей воды. Альтернативно, две или больше емкости с жидкостью можно присоединить к насосу 1, что позволит инжектировать в трубопровод 3 две или больше жидкостей в разное время, например, пресную воду и дизтопливо. Такая альтернативная схема могла бы помочь в калибровке соотношения вода/жидкость многофазного расходомера или расходомера влажного газа. Выбор жидкости зависит от конкретного применения, но поскольку жидкость не извлекается, то ее следует выбирать так, чтобы она являлась допустимым дополнительным компонентом в потоке.

В действии, цифровой контроллер 8 приводит в действие насос 12, чтобы инжектировать или одну импульсную порцию известного количества или серию импульсных порций известных количеств жидкости из резервуара 14. Импульсная порция или порции жидкости поступают в трубопровод 3 на вход фракциомера с двухпиковым источником энергии 5 и повышают долю меньшей фазы, которая в этом примере является жидкой фазой. Каждая импульсная порция должна быть достаточной по объему, чтобы временно увеличить меньшую фазу на обнаруживаемое количество. К счастью, объемное количество каждой импульсной порции может быть очень небольшим, поскольку существуют коммерчески доступные расходомеры, способные обнаруживать жидкость в потоке, процентное содержание которой не больше 0,1% (такие как система измерения многофазного потока Vx, предлагаемая компанией Schlumberger Inc., правопреемника этой заявки). Примером такого расходомера является система измерения многофазного потока Vx, предлагаемая компанией Schlumberger Inc., правопреемника этой заявки. Соответственно, если многофазный поток содержит 0,1% жидкости и 99,9% газа, то импульсная порция жидкости должна быть только того объема, который необходим для увеличения потока жидкости на 0,1%. Несмотря на то, что абсолютное увеличение потока жидкости составляет только долю процента, суммарный поток жидкости увеличивается на 100% (до 0,2%), таким образом обеспечивая относительно большое увеличение потока жидкости, которое можно эффективно использовать для калибровки расходомера. Конечно, используемая импульсная порция может быть значительно больше, чем самое маленькое количество, необходимое для обнаружения расходомером.

Сразу же после нагнетания насосом импульсных порций жидкости, цифровой контроллер 8 фракциомера с двухпиковым источником энергии 5 определяет расходы индивидуальных фаз многофазной флюидной смеси ФС, соотношение вода/жидкость, и другие значения, исходя из измерений, обеспечиваемых датчиками и детектором 7 следующим образом. Источником 6 является источник, генерирующий фотоны, например, источник гамма-излучения или источник рентгеновского излучения. Предпочтительно, чтобы источник испускал фотоны, по меньшей мере, трех различных уровней энергии (двух низких энергетических уровней и одного высокого энергетического уровня). Например, как показано на фиг.5, источником может служить радиоизотоп - барий-133, испускающий гамма-фотоны. Энергии фотонов распределены в спектре с различными пиками Р1, Р2, Р3, первому пику Р1 отвечает низкий энергетический уровень с энергией примерно 32 килоэлектронвольт, второму пику Р2 отвечает низкий энергетический уровень с энергией примерно 81 кэВ и третьему пику Р3 отвечает высокий энергетический уровень с энергией примерно 356 кэВ. Альтернативно, в качестве источника 6 можно использовать известную рентгеновскую трубку. Детектор 7 включает сцинтиллирующий кристалл (например, NaIT1) и фотоумножитель. Детектор измеряет скорости счета в различных энергетических окнах, соответствующие ослабленному гамма-излучению, которое проходит через флюидную смесь. Энергетические окна E32, E81, E356, в которых измеряют скорости счета, связаны с пиками энергетического спектра гамма-фотонов Р1, Р2, Р3 соответственно. Детектор выдает три серии сигналов, представляющих количества фотонов, регистрируемых в первом энергическом окне E32, втором энергетическом окне E81 и третьем энергетическом окне E356. Первое E32 и второе E81 энергетические окна таковы, что измерения в этих энергетических окнах, в основном, чувствительны к жидким фракциям флюидной смеси и составляющим их элементам (композиции) благодаря фотоэлектрическому эффекту и эффекту Комптона при этих энергиях. Третье энергетическое окно E356 таково, что измерения в этом энергическом окне, в основном, чувствительны к плотности составляющих элементов благодаря эффекту Комптона только при этой энергии.

Инжектируемая жидкость является дополнением к жидкости, которая уже течет в ФС, но поскольку жидкость вводят в определенное время и в течение определенного периода, то ее действие на расходомер 5 можно легко отличить от действия основного потока. Цифровой контроллер 8 сравнивает измеренное увеличение в жидкой фазе с ожидаемым увеличением, которое предварительно рассчитывают на основе известного объема импульсной порции или порций жидкости, полученной перемещением поршня или другого компонента прямого вытеснения поршневого насоса 12. Это позволяет проверить ответ фракциомера с двухпиковым источником энергии 5 и, при необходимости, внести требуемые корректировки в систему 1 без прерывания основного потока. Конечно, измеренные увеличения в жидкой фазе потока можно вычесть из измеренного полного потока жидкой фазы, чтобы получить точное измерение фактической жидкой фракции в многофазном потоке. Кроме того, когда насос 12 работает, чтобы обеспечить серию равномерных импульсных порций жидкости во флюидной смеси ФС, измеренное увеличение можно вычесть для каждой из индивидуальных импульсных порций и результаты усреднить, что дает еще более высокую степень точности. В связи с этим, серии «прямоугольных волн импульсов» порций жидкости являются предпочтительными, поскольку такая подача насосом 12 в режиме прямоугольных импульсов может дать самые постоянные и единообразные измеряемые увеличения жидкой фазы во флюидной смеси с течением времени. Такой режим прямоугольных импульсов показан на фиг.6.

Это изобретение описано в деталях с конкретной привязкой к определенным предпочтительным вариантам реализации изобретения, но понятно, что возможны вариации и модификации в пределах сути и объема изобретения. Например, операция по изобретению может быть «реверсной», когда превалирующая фаза является жидкой, то есть система настоящего изобретения могла бы инжектировать определенные количества газа в поток, который является преимущественно жидким, чтобы повысить точность измерения газовой фракции.

1. Система для точного измерения процентного содержания жидкой и газовой фаз в многофазном флюиде, протекающем по трубопроводу, когда одна из фаз составляет меньшую часть многофазного потока, содержащая:
расходомер, расположенный на указанном трубопроводе, который измеряет процентное содержание жидкой и газовой фаз в указанном многофазном флюиде, протекающем по указанному трубопроводу, и
насос, присоединенный к указанному трубопроводу на входе в указанный расходомер, который вводит, по меньшей мере, одну импульсную порцию известного количества флюида, имеющего такую же или по существу такую же композицию, как меньшая фаза, временно увеличивающую количество меньшей фазы на количество, которое может быть обнаружено расходомером.

2. Система по п.1, в которой расходомер включает в себя прибор для измерения фракций с двумя уровнями энергии и датчик дифференциального давления.

3. Система по п.2, которая дополнительно содержит цифровой процессор, который функционально присоединен к указанному прибору для измерения фракций с двумя уровнями энергии и датчику дифференциального давления и который вычисляет изменения в процентном содержании жидкой и газовой фаз, которые должны были произойти в результате введения указанной импульсной порции известного количества меньшей фазы, и сравнивает измеренные изменения с вычисленными изменениями для калибровки расходомера.

4. Система по п.3, в которой указанный цифровой процессор вычитает вычисленное изменение в количестве меньшей фазы для вычисления фактического процента меньшей фазы в многофазном потоке.

5. Система по п.4, в которой насос вводит при равных периодах времени множество равных по количеству импульсных порций флюида, имеющего такую же или по существу такую же композицию, как меньшая фаза, в указанный многофазный поток, а указанный цифровой процессор вычитает вычисленное изменение в количестве меньшей фазы для каждого из множества импульсных порций и усредняет результаты для более точного определения фактического процента меньшей фазы в многофазном потоке.

6. Система по п.2, в которой прибор для измерения фракций с двумя уровнями энергии измеряет различия в поглощении многофазным потоком гамма-излучения двух разных длин волн.

7. Система по п.2, в которой трубопровод включает в себя суженную часть, и датчик дифференциального давления измеряет перепад давления между указанной суженной частью и несуженной частью трубопровода.

8. Система для точного измерения процентного содержания жидкой и газовой фаз в многофазном флюиде, протекающем по трубопроводу, когда одна из фаз является меньшей фазой, составляющей меньше, чем приблизительно 20% многофазного флюида, содержащая:
расходомер, расположенный на указанном трубопроводе, который измеряет процентное содержание жидкой и газовой фаз в указанном многофазном флюиде, протекающем через указанный трубопровод;
насос, присоединенный к указанному трубопроводу на входе в указанный расходомер, который вводит, по меньшей мере, одну импульсную порцию известного количества флюида, имеющего такую же или по существу такую же композицию, как и меньшая фаза, при этом указанная импульсная порция имеет объем, достаточный для временного увеличения количества меньшей фазы на количество, которое можно обнаружить расходомером, и
цифровой процессор, который вычисляет изменения в процентном содержании жидкой и газовой фаз, которые должны были произойти в результате введения указанной импульсной порции меньшей фазы, и вычитает вычисленные изменения из изменений, измеренных расходомером для его калибровки и определения фактического процентного содержания жидкой и газовой фаз в указанном многофазном потоке, протекающем по указанному трубопроводу.

9. Система по п.8, в которой насос вводит множество равномерных, равных по количеству импульсных порций флюида, имеющего такую же или по существу такую же композицию, как и меньшая фаза флюида, в указанный многофазный поток, а указанный цифровой процессор вычитает вычисленное изменение в количестве меньшей фазы для каждой из множества импульсных порций и усредняет результаты для более точного определения процента меньшей фазы в многофазном потоке.

10. Система по п.8, в которой расходомер включает в себя прибор для измерения фракций с двумя уровнями энергии и датчик дифференциального давления, каждый из которых функционально присоединен к указанному цифровому процессору.

11. Способ точного измерения процентного содержания жидкой и газовой фаз в многофазном флюиде, протекающем через расходомер, который включает в себя прибор для измерения фракций с двумя уровнями энергии и датчик дифференциального давления, когда одна из фаз составляет малую часть многофазного потока, согласно которому
вводят, по меньшей мере, одну импульсную порцию известного количества флюида, имеющего такую же или по существу такую же композицию, как и меньшая часть, на входе в расходомер, для временного увеличения количества меньшей части многофазного флюида до приблизительно половины потока многофазного флюида, и
измеряют посредством указанного расходомера изменения в процентном содержании жидкой и газовой фаз, когда указанная малая часть увеличилась с помощью указанной импульсной порции.

12. Способ по п.11, согласно которому дополнительно определяют изменения в процентном содержании жидкой и газовой фаз, которые должны были произойти в результате введения указанной, по меньшей мере, одной импульсной порции, и
сравнивают измеренные изменения с вычисленными изменениями для калибровки расходомера.

13. Способ по п.12, согласно которому дополнительно вычитают вычисленные изменения в количестве малой части для более точного определения процента малой части в многофазном потоке.

14. Способ по п.11, согласно которому форма флюидной импульсной порции является, по существу, прямоугольным импульсом.

15. Способ по п.11, согласно которому малая часть потока составляет меньше, чем приблизительно 20% многофазного потока, и указанная импульсная порция увеличивает малую часть на количество, которое, по меньшей мере, можно обнаружить расходомером.

16. Способ по п.11, согласно которому продолжительность импульсной порции больше, чем минимальное количество времени, в течение которого расходомер обнаруживает изменения в процентном содержании жидкой и газовой фаз, вызываемые указанной импульсной порцией.

17. Способ по п.11, согласно которому малая часть является жидкой фазой многофазного потока флюидов, вытекающего из нефтяной скважины.

18. Способ по п.11, согласно которому малая часть является газовой фазой многофазного потока, вытекающего из нефтяной скважины.

19. Способ по п.11, согласно которому множество равных импульсных порций последовательно вводят в многофазный флюид на входе в расходомер, и каждую из них, по существу, в форме прямоугольного импульса.

20. Способ по п.19, согласно которому дополнительно вычитают вычисленное изменение в количестве малой части для каждой из множества импульсных порций и усредняют результаты, чтобы точнее определить процент малой части в многофазном потоке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода текучих сред по перепаду давления. .

Изобретение относится к устройствам для измерения количества рабочей среды, подаваемой к потребителю, например для измерения количества подаваемого ингибитора гидратообразования (метанола) в технологические линии газовых промыслов и скважины.

Изобретение относится к области диагностики технического состояния и испытания как бензиновых ДВС в системах с принудительной вентиляцией картера (4-6 л/мин), так и дизельных ДВС большой мощности (более 180 кВт) строительных, дорожных, коммунальных машин.

Изобретение относится к газодобывающей промышленности и может быть использовано для оперативного измерения расхода газа с учетом пульсаций потока, в частности на газоизмерительных станциях (ГИС).

Изобретение относится к области технического диагностирования и может быть использовано для определения технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания по расходу газов, прорывающихся в картер из камеры сгорания через кольцевые уплотнения поршней.

Изобретение относится к технике измерения расхода газовой среды, в частности природного газа. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода текучих сред по перепаду давления в закрытых трубопроводах различного назначения.

Изобретение применяется для корректировки при осуществлении коммерческих расчетов за фактически потребленный природный газ в виде топлива для циклически работающего газопотребляющего оборудования. Счетчик циклов работы газопотребляющего оборудования состоит из корпуса, датчика-реле давления и счетчика электрических импульсов. Датчик-реле давления в приборе соединяется с газопроводом. В момент включения котла давление колеблется: падает до 20 мбар, поднимается до 60 мбар. Датчик-реле давления установлен на 30-35 мбар, срабатывает и посылает электрический импульс на счетчик, который отсчитывает очередной цикл, период времени между включением в работу газопотребляющего оборудования и его остановом. Инерционная погрешность возникает, когда водогрейный котел нагрел воду в системе и остановился. Поток газа в трубопроводе остановился. При этом счетчик продолжает по инерции вращаться. Суммарная инерционная погрешность определяется как произведение количества циклов работы газопровода на величину инерционной погрешности измерительного комплекса. Затем суммарная инерционная погрешность вычитается из общего объема, полученного измерительным комплексом за месяц. Технический результат - создание устройства для счета циклов работы газопотребляющего оборудования. 1 ил.
Наверх