Способ и устройство для исследования характеристик многофазного потока текучих сред с использованием устройства закручивания указанного потока

Номер патента: 17353

Опубликовано: 30.11.2012

Авторы: Се Чэн-Ган, Шервуд Джон, Эткинсон Айан

Есть еще 1 страница.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ исследования характеристик смеси газа и жидкости при ее перемещении по трубопроводу, имеющему участок сужения, обеспечивающий уменьшенное поперечное сечение трубопровода, содержащий создание закрученного потока смеси на участке сужения для разделения жидкости и газа таким образом, что жидкость перемещается по стенке указанного участка трубопровода, а газ перемещается по указанному участку внутри жидкости и в контакте с потоком жидкости, и определение посредством ультразвука положения поверхности раздела между газом и жидкостью на участке сужения и скорости перемещения отделенной жидкости на участке сужения, которые используются для определения расхода жидкости.

2. Способ по п.1, в котором используют трубопровод, содержащий дополнительный участок сужения, обеспечивающий уменьшенное поперечное сечение трубопровода, в котором не создается закрученный поток смеси, определяют разницу давлений на дополнительном участке сужения и в трубопроводе выше по потоку или ниже по потоку от дополнительного участка сужения и определяют расход смеси газа и жидкости на основе определенной разницы давлений.

3. Способ по п.1 или 2, в котором создание закрученного потока смеси на участке сужения обеспечивается закручивающим элементом.

4. Устройство для исследования характеристик смеси газа и жидкости, содержащее трубопровод для перемещения смеси, имеющий участок сужения, обеспечивающий уменьшенное поперечное сечение трубопровода, закручивающий элемент, расположенный выше по потоку от указанного участка для создания закрученного потока смеси на участке сужения для разделения жидкости и газа таким образом, что жидкость перемещается по стенке указанного участка, а газ перемещается по указанному участку внутри жидкости и в контакте с потоком жидкости, и ультразвуковое средство для определения положения границы раздела жидкости и газа и для определения скорости перемещения отделенной жидкости на участке сужения, которые используются для определения расхода жидкости.

5. Устройство по п.4, в котором трубопровод содержит дополнительный участок сужения, обеспечивающий уменьшенное поперечное сечение трубопровода и не приспособленный создавать закрученный поток смеси на дополнительном участке сужения.

6. Устройство по п.5, которое содержит по меньшей мере один измеритель давления для измерения разницы давлений на дополнительном участке сужения и в области трубопровода выше по потоку и/или ниже по потоку от дополнительного участка сужения для определения расхода смеси газа и жидкости.

7. Трубопровод нефтяной скважины или газовой скважины, содержащий устройство для исследования характеристик смеси газа и жидкости по любому из пп.4-6.

Текст

Смотреть все

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОФАЗНОГО ПОТОКА ТЕКУЧИХ СРЕД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УСТРОЙСТВА ЗАКРУЧИВАНИЯ УКАЗАННОГО ПОТОКА Создан способ исследования текучей смеси газа и жидкости при ее перемещении по трубопроводу,имеющему первый участок сужения, обеспечивающий уменьшенное поперечное сечение трубопровода. Способ включает в себя создание закрученного потока смеси на первом участке сужения, тем самым отделяя жидкость от газа, и определение одной или более характеристик жидкости на первом участке сужения. 017353 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к исследованию характеристик текучей смеси газа и жидкости, в частности двух- или трехфазовой текучей смеси газа и жидкости. Предшествующий уровень техники Определение скоростей потока газа и жидкости в текучих смесях газа и жидкости важно для нефтяной и газовой промышленности. Примером устройства для измерения таких скоростей потока является система Vx Шлюмберже(см., например, И. Аткинсон, М. Берард, Б.-В. Ханссен, Г. Сегерал, 17-й международный симпозиум измерения потока Северного моря, Осло, Норвегия 25-28 октября 1999 Мультифазные измерители потока нового поколения от Шлюмберже и Фрамо Инжениринг АС), которая содержит вертикально установленный измеритель расхода Вентури, средство измерения удерживания с двумя уровнями энергии рентгеновского излучения и связанные с ними процессоры. Эта система обеспечивает возможность одновременного вычисления объемного расхода газа, воды и нефти в многофазовых потоках. Однако при использовании традиционных технологий Vx точность расчетов начинает ухудшаться, когда объемная доля газа (ОДГ) возрастает выше около 90%. В частности, при высоких ОДГ может быть затруднительно определять характеристики жидкой фазы. Публикация WO 2005/031311 раскрывает формирователь потока для создания изокинетического основного потока текучей среды для отбора пробоотборником. Формирователь потока является участком трубы, который включает создающий закручивание участок, выпрямитель потока и диафрагму. Создающий закручивание участок распределяет пленку жидкости по стенке участка трубы, которая отбрасывается обратно в газовое ядро посредством диафрагмы, в соответствии с чем турбулентность вызывает хорошее смешивание жидкой и газовой фаз. Спрямление потока газового ядра до диафрагмы уменьшает количество жидкости, которая повторно наносится на стенку трубы после отбрасывания посредством диафрагмы выше по потоку точки взятия проб. Публикация WO 2004/106861 раскрывает многофазный расходомер, в котором устройство, использующее изогнутую ленту, используется для отделения жидкой фазы от смеси газа и жидкости в кольцо пленки на стенке трубы на прямом участке трубы. Выполняются измерения для определения скорости потока жидкости в пленке. Следуя через прямой участок трубы, жидкость повторно вовлекается в газовый поток посредством системы расширения сужения. Гомогенизированный поток затем подается на трубку Вентури. В публикации Дж. Гибсона и М. Ридер-Харриса, Закрученный поток через трубки Вентури с углом конвергенции 10,5 и 21, проц. FEDSM2006, 17-20 июля 2006 г., Майами, Флорида, обсуждается вычисление закрученного потока сухих газов в трубках Вентури. Сущность изобретения В целом, настоящее изобретение направлено на создание способа и устройства для разделения газовой и жидкостной фаз смеси газа и жидкости для округления одной или более характеристик жидкости более легким способом. Соответствующим образом первый аспект настоящего изобретения создает способ исследования смеси газа и жидкости при ее перемещении по трубопроводу, имеющему первый участок сужения, обеспечивающий уменьшенное поперечное сечение трубопровода, содержащий создание закрученного потока смеси на первом участке сужения, тем самым отделяя жидкость от газа, и определение одной или более характеристик текучей среды (и предпочтительно одной или более характеристик жидкости) на первом участке сужения. Типично, участок сужения является трубкой Вентури, горловина трубки Вентури предоставляет уменьшенное поперечное сечение трубопровода. Создавая закрученный поток смеси, разделяют жидкую и газовую фазы, в частности в трубопроводе, таком как труба или трубопровод, по существу, одного диаметра. Закрученный поток заставляет жидкость из смеси смещаться к стенке трубопровода, например для формирования кольца жидкости, прилегающего к стенке трубопровода. Закрученный поток смеси на участке сужения будет иметь увеличенное центростремительное ускорение по отношению к закрученному потоку вне участка сужения (например, на входе участка сужения). Это увеличенное центростремительное ускорение может улучшить смещение жидкости к стенке трубопровода. Таким образом, предпочтительно создание закрученного потока смеси на первом участке сужения посредством создания закрученного потока в трубопроводе выше по потоку от первого участка сужения. Внутри сужения отделенный слой жидкости течет более медленно, чем газ, что увеличивает удерживание жидкости, делая более легкими исследования характеристик жидкости. Например, может быть измерена плотность, скорость звука, электропроводность или диэлектрическая проницаемость отделенной жидкости, показывающие соотношение воды/нефти в жидкости. Толщина слоя жидкости и/или скорость жидкости в слое также может быть измерена, например, ультразвуковым способом (используя,например, импульсный допплеровский ультразвук). В частности, на участке сужения улучшенное разде-1 017353 ление методом центрифугирования может уменьшить количество захваченного в жидкость газа, тем самым передавая скорость звука в жидкости более постоянно и улучшая точность ультразвуковых измерений. Например, толщина слоя жидкости и, следовательно, удерживание жидкости могут быть получены из относительной глубины поверхности раздела жидкости и газа, где профиль энергии импульсного допплеровского ультразвука в поперечном направлении трубы находится на максимальном уровне. Может быть измерено дифференциальное давление текучей смеси между положением в трубопроводе выше по потоку (или ниже) от участка сужения и положением в самом участке сужения. Трубопровод может включать в себя второй участок сужения, обеспечивающий уменьшенное поперечное сечение трубопровода, в котором смесь не создает закрученный поток, и способ может включать определение одной или нескольких характеристик смеси при ее прохождении через второй участок сужения. Типично, второй участок сужения является трубкой Вентури, горловина трубки Вентури предоставляет уменьшенное поперечное сечение трубопровода. Однако второй участок сужения может быть,например, диафрагмой, отверстие диафрагмы предоставляет уменьшенное поперечное сечение трубопровода. Может быть измерено дифференциальное давление текучей смеси между положением в трубопроводе выше по потоку (или ниже) от второго участка сужения и положением в самом втором участке сужения. Предпочтительно второй участок сужения расположен выше по потоку от первого участка сужения. С использованием этого устройства необходимо использовать, например, выпрямитель потока выше по потоку от второго участка сужения. Создание закрученного потока может включать в себя использование закручивающего элемента закручивания смеси при протекании через первый участок сужения. Предпочтительно закручивающий элемент расположен выше по потоку от первого участка сужения, а более предпочтительно он расположен рядом с входом в первый участок сужения. Закручивающий элемент может быть, например, винтовой вставкой или устройством с лопатками, имеющими форму и расположенными для создания закрученного потока смеси. Дополнительно или в качестве альтернативы, закрученный поток может быть создан средствами направленного по касательной введения потока в трубопровод или средствами изгиба или изгибов в трубопроводе выше по потоку от первого участка сужения. Если второй участок сужения расположен выше по потоку от первого участка сужения, закручивающий элемент предпочтительно размещен между соответствующими участками сужения. Жидкость может содержать нефть и/или воду. Газ может содержать природный газ. Текучая смесь газа и жидкости может быть смесью природного газа, конденсата и возможно воды. Объемная доля газа смеси может быть по меньшей мере 75%, а изобретение имеет особенную полезность, когда она равна по меньшей мере 85 или 95%. Второй аспект настоящего изобретения создает устройство для исследования характеристик текучей смеси газа и жидкости, устройство, содержащее трубопровод для перемещения смеси, имеющий первый участок сужения, обеспечивающий уменьшенное поперечное сечение трубопровода, и средство измерения для определения одной или более характеристик текучей среды (и предпочтительно одной или более характеристик жидкости) при ее перемещении через первый участок сужения, при этом трубопровод приспособлен для создания закрученного потока смеси на первом участке сужения и, тем самым,отделения жидкости от газа. Таким образом, устройство может быть использовано для выполнения способа первого аспекта. Необязательные или предпочтительные признаки первого аспекта могут быть поэтому применены к второму аспекту. Например, участок сужения типично является трубкой Вентури, горловина трубки Вентури предоставляет уменьшенное поперечное сечение трубопровода. Средство измерения может включать один или более измерителей давления для измерения давления текучей среды на первом участке сужения и участке трубопровода выше по потоку и/или ниже по потоку от первого участка сужения. Например, средство измерения дифференциального давления может измерять дифференциальное давление текучей среды между первым участком сужения и участком трубопровода выше по потоку и/или ниже по потоку от первого участка сужения. Устройство может иметь второй участок сужения, обеспечивающий уменьшенное поперечное сечение трубопровода, приспособленного создавать закрученный поток смеси во втором участке сужения. Предпочтительно второй участок сужения расположен выше по потоку от первого участка сужения. Второй участок сужения является трубкой Вентури, горловина трубки Вентури предоставляет уменьшенное поперечное сечение трубопровода. Средство измерения может включать один или более измерителей давления для измерения давления текучей среды на втором участке сужения и участке трубопровода выше по потоку и/или ниже по потоку от второго участка сужения. Например, средство измерения дифференциального давления может измерять дифференциальное давление текучей среды между вторым участком сужения и участком трубопровода выше по потоку и/или ниже по потоку второго участка сужения.-2 017353 Трубопровод может включать в себя закручивающий элемент для создания закрученного потока смеси на первом участке сужения. Закручивающий элемент может быть расположен выше по потоку от первого участка сужения, и предпочтительно он находится рядом с входом в первый участок сужения. Закручивающий элемент может быть винтовой вставкой или устройством с лопатками, имеющими форму и расположенными для создания закрученного потока смеси. Если второй участок сужения расположен выше по потоку от первого участка сужения, закручивающий элемент предпочтительно размещен между соответствующими участками сужения. Средство измерения может быть приспособлено для создания сигнала, показывающего скорость жидкости на первом участке сужения. Средство измерения может быть приспособлено для создания сигнала, показывающего удерживание жидкости в первом участке сужения. Средство измерения может быть приспособлено для выполнения ультразвуковых (предпочтительно допплеровских ультразвуковых) измерений. Если имеется второй участок сужения, устройство может включать дополнительное средство измерения одной или более характеристик текучей смеси при ее протекании через второй участок сужения. Третий аспект настоящего изобретения создает устройство по второму аспекту при его использовании для текучей смеси газа и жидкости. Жидкость может содержать нефть и/или воду. Газ может содержать природный газ. Текучая смесь газа и жидкости может быть смесью природного газа, конденсата и необязательно воды. Объемная доля газа смеси может быть по меньшей мере 75%, а изобретение имеет особенную полезность, когда она равна по меньшей мере 85 или 95%. Дополнительный аспект настоящего изобретения создает трубопровод нефтяной скважины или газовой скважины, включающий в себя устройство по второму или третьему аспекту изобретения. Дополнительным аспектом настоящего изобретения является использование закрученного потока смеси в трубопроводе, перемещающем текучую смесь газа и жидкости, для разделения смеси на участке сужения трубопровода, обеспечивающем уменьшенное поперечное сечение трубопровода. Дополнительным аспектом настоящего изобретения является также использование закрученного потока смеси в трубопроводе, перемещающем текучую смесь газа и жидкости, для увеличения удерживания жидкости на участке сужения трубопровода, обеспечивающем уменьшенное поперечное сечение трубопровода. В обоих вышеуказанных аспектах участок сужения может быть трубкой Вентури, горловина трубки Вентури предоставляет уменьшенное поперечное сечение трубопровода. Текучая смесь газа и жидкости может быть смесью природного газа, конденсата и, возможно, воды. Краткое описание чертежей Изобретение будет описано при помощи примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее: фиг. 1 схематично показывает трубопровод, имеющий трубку Вентури и несущую закрученный двухфазовый поток газа и жидкости; фиг. 2 изображает график теоретически предсказываемого удерживания газа для закрученного потока газа и жидкости в горловине как функцию объемной доли газа до разделения потока, кривые (а)-(k) представлены для последовательно возрастающих скоростей вращения текучей среды; фиг. 3 повторно изображает график фиг. 2 для демонстрации удерживания жидкости в горловине как функции удерживания жидкости во впускном отверстии до разделения; фиг. 4 показывает измерения при помощи импульсного допплеровского ультразвука положений на поверхности раздела между газом и жидкостью, zM, для закрученных потоков и незакрученных потоков смесей газа и жидкости через трубку Вентури при различных объемных долях жидкости и скоростях потока; фиг. 5 показывает вычисленные значения для коэффициента отражения звука, Г, для закрученных и незакрученных потоков при различных объемных долях жидкости; фиг. 6 показывает соответствующее удерживание жидкости для значений коэффициента отражения звука фиг. 5. Подробное описание Настоящее изобретение относится к созданию закрученного потока смеси на участке сужения трубопровода, тем самым отделяя жидкость от газа и облегчая измерение характеристик жидкости в участке сужения. Фиг. 1 схематично показывает трубопровод 1, имеющий трубку Вентури 2. Трубопровод 1 перемещает закрученный двухфазовый поток газа и жидкости. Закручивание потока создает центробежную силу, которая заставляет жидкость и газ разделяться, при этом жидкость формирует поверхностный слой на стенке трубопровода. Закрученный поток может быть создан, например, винтовой вставкой, или устройством с лопатками внутри трубопровода, или направленным по касательной впускным отверстием потока в трубопровод. Трубопровод выше и ниже по потоку от трубки Вентури имеет внутренний радиус a1, и сама трубка Вентури имеет внутренний радиус b1 горловины. Закрученный поток жидкости имеет среднюю угловую-3 017353 скорость entry на входе в трубку Вентури и среднюю угловую скорость throat в горловине трубки Вентури. Таким образом, благодаря сохранению момента количества движения (игнорируя потери, такие как трение) a12 entryb12 throat. Центростремительное ускорение жидкости в горловине приблизительно равно b1throat2. Посредством замены данное может быть переписано как (a14/b13)entry2. Следовательно, центростремительное ускорение жидкости в горловине увеличивается по отношению к входу в трубку Вентури на коэффициент около (a1/b1)3. Следовательно, особенно в горловине разделение методом центрифугирования жидкой и газовой фаз способствует формированию слоев отделенной жидкости на стенке трубопровода посредством уменьшения захвата жидкости в газ и захвата газа в жидкость. На входе в трубку Вентури отделенный газ занимает центральную область трубопровода, центральную область, имеющую радиус a2, а жидкость занимает внешнюю кольцеобразную область толщины a1 а 2. В горловине центральная область отделенного газа имеет радиус b2, а жидкость занимает внешнюю кольцеобразную область толщины b1-b2. Отделенная закрученная жидкость течет в аксиальном направлении медленнее, чем газ, и удерживание жидкости в горловине, 1,throat, поэтому больше, чем оно было бы, если бы газ и жидкость двигались с одинаковой аксиальной скоростью (как когда жидкость захвачена в газ). Фиг. 2 показывает предсказания модели, основанной на теории невязкого несжимаемого потока(см., например, Г.К. Батчелор, Введение в динамику жидкости, раздел 7.5, издательство Кембриджского университета (1973. Модель допускает, что на входе в трубку Вентури, хотя газ и жидкости являются разделенными, существует незначительный сдвиг между газом и жидкостью, так что объемная доля газаGVF = (a2/a1)2 = qg/qtot. Каждая из кривых с (а) по (k) изображает график удерживания газа в горловинеg,throat = (b2/b1)2 как функцию GVF для скоростей вращения Q = U0k/2, где qg - объемная скорость потока газа, qtot - общая объемная скорость потока, U0 = qtot/(2ka12) аксиальная скорость на впускном отверстии, k параметр закручивания, и (a) ka1=0, (b) ka1=0,5, (с) ka1=1,0, (d) ka1=l,5, (e) ka1=2,0, (f) ka1=2,5, (g) ka1=3,0,(h) ka1=3,5, (i) ka1=4,0, (j) ka1=4,5 и (k) ka1=5,0. В данном примере горловина трубки Вентури имеет радиус b1=0,5a1 (т.е. b1/a1==0,5), плотность жидкости 1=103 кг/м-3 равна плотности воды, а плотность газаg=0,00181 примерно равна плотности воздуха. Кривая (а) фиг. 2 демонстрирует, что как только жидкость отделена от газа, тем самым уменьшая вязкое взаимодействие жидкости и газа, удерживание газа в горловине, g,throat=1-1,throat много ниже, чем удерживание газа до разделения, g,inlet, где газ и жидкость предполагаются протекающими с одинаковой аксиальной скоростью и поэтому g,inlet=GVF. Тем не менее, кривая (а) и закручивание потока являются таким малым, что его влияние на протекание потока может быть игнорировано, помимо того факта, что он отбрасывает жидкость на стенки для отделения ее от газа. На следующих кривых с (b) по (k), закручивание увеличивается, приводя к уменьшению удерживания газа в горловине. По существу, это имеет место, поскольку поперечная составляющая скорости жидкости у стенки увеличивается больше, чем поперечная составляющая скорости газа в центре. Во вращающейся текучей среде ускорение направлено в центр трубопровода, поэтому давление в жидкости должно быть больше, чем давление в газе. Следовательно (по уравнению Бернулли), жидкость у стенок должна течь более медленно в аксиальном направлении, чем газ. Поэтому для поддержания массовой скорости потока жидкости в горловине, равной массовой скорости потока на входе, удерживание жидкости должно возрастать в горловине. Кривые не распространяются вплоть до 100% газа (т.е. a2=а 1 и GVF=1), поскольку теория останавливается рядом с этой фазой. Фиг. 3 повторно изображает график с фиг. 2 для демонстрации удерживания жидкости в горловине,1,throat, как функции удерживания жидкости во впускном отверстии до разделения, 1,inlet. Ясно, что 1,throat1,inlet. Только кривые, соответствующие (a) ka1=0, (b) ka1=0,5 и (с) ka1=1,0 являются хорошо различимыми. Кривые для более высоких скоростей вращения предсказывают 1,throat близкие к соединению для всех GVF, которые могут быть промоделированы. Уменьшив количество захваченного газа в кольце жидкости в горловине трубки Вентури, можно определить одну или более характеристик жидкости. Например, толщина кольца жидкости и, следовательно, удерживание жидкости на горловине может быть определено, например, посредством импульсного допплеровского ультразвукового и/или имульсно-эхового измерения положения поверхности раздела между газом и жидкостью. Патент США 6758100 раскрывает использование импульсных допплеровских ультразвуковых измерений для выполнения измерений потока, включающих определение распределений поверхности раздела в трубе. Улучшенное разделение методом центрифугирования, производимое в горловине трубки Вентури посредством закрученного потока, увеличивает толщину кольца жидкости. Оно также уменьшает неопределенность в скорости звука посредством уменьшения захвата газа в жидкость. Это улучшает точность импульсных допплеровских ультразвуковых и/или ультразвуковых импульсно-эховых измерений положения поверхности раздела газа и жидкости. Например, поверхность раздела будет в общем расположена там, где поперечный профиль ультразвуковой допплеровской энергии имеет максимум, как результат-4 017353 отражений от неровной поверхности раздела между жидкостью и газом с высококонтрастным акустическим сопротивлением. Скорость звука жидкого слоя может также быть измерена посредством ультразвука. Данное разделение газа и жидкости методом центрифугирования, увеличивающее толщину слоя жидкости в горловине трубки Вентури, может быть видно на фиг. 4, которая демонстрирует импульсные ультразвуковые допплеровские измерения расположения поверхности раздела между газом и жидкостьюzM для закрученных потоков и не закрученных потоков смесей газа и жидкости через трубку Вентури. На фиг. 4 zM изображен на графике как функция объемной доли жидкости для различных скоростей потока жидкости. Ультразвуковое доплеровское измерение может представлять аксиальную скорость жидкости, так же как удерживание жидкости на горловине. Поэтому может быть установлена скорость q1 потока жидкости. Например, в случае, когда кольцо жидкости на горловине трубки Вентури свободно от захваченного газа, комбинированное измерение усредненного по времени профиля допплеровской аксиальной скорости u(z) и профиля допплеровской энергии E(z) приводит к скорости потока жидкости из следующего интегрирования профиля скорости: где zw - начальное положение внутренней стенки трубки (от z=0), zM - глубина, на которой профиль допплеровской энергии E(z) поперек трубы имеет максимум. Затем, допуская подходящую модель дифференциального давления трубки Вентури для закрученного течения газа-жидкости, измерение Р трубки Вентури (P=Pentry-Pthroat) может быть использовано для оценки общей объемной скорости потока qtotr и, следовательно, скорости потока газа qg=qtot-q1. Например, модель дифференциального давления трубки Вентури (документ 5167-1 Международной организации по стандартизации 5167-1, Измерение потока текучей среды посредством устройств с дифференциалом давления, 1991) представляет выражение где Cd - коэффициент истечения, Ат - площадь поперечного сечения горловины трубки Вентури, а m средняя плотность общего потока текучей среды. Когда существует закручивание, выражение может быть изменено так, что где K - коэффициент в соответствии с закручиванием и равный 1, когда нет закручивания, и больший 1,когда существует закручивание. Когда жидкость является двухфазовой смесью воды/нефти, тогда плотность жидкости 1 может быть получена из выражения где w - плотность воды, o - плотность нефти, a WLR - соотношение воды и нефти или обводненность. Анализ изменений в отраженной величине допплеровской энергии может быть выполнен для вывода оценки захвата газа в кольце жидкости. Интегрированный профиль поперечного сечения допплеровской энергии (нормализованный к максимуму, соответствующему к течению почти чистой жидкости) может быть связан с коэффициентом отражения звука смеси Г, который является уровнем несоответствия акустического сопротивления (Z) вследствие замешанного газа по отношению к уровню для чистого кольца жидкости (Z1) следующим образом: где Zm - акустическое сопротивление кольца жидкости, содержащего захваченный газ. Фиг. 5 показывает значения для коэффициента Г отражения звука, оцененного с использованием вышеупомянутого выражения из профиля допплеровской энергии E(z), для закрученных и незакрученных потоков и различных LVF. Очевидно, закручивающее движение дает значения Г, близкие к Г=0 (отличное соответствие акустического сопротивления с сопротивлением чистой жидкости), которое соответствует меньшему количеству захваченного газа в жидкости. Акустическое сопротивление Zm смеси газа и жидкости может быть выведено из Г следующим образом: Скорость cm звука однородной смеси газа и жидкости и плотность m могут быть связаны с индиви-5 017353 дуальными скоростями (cg, c1) звука газа и жидкости и плотностями (g, 1) и доли жидкости (1) следующим образом: Выражение этого в единицах акустического сопротивления Z=c приводит к Отметив, что m=g (1-1)+11, удерживание кольца жидкости может быть с легкостью выведено Используя данную модель для акустического сопротивления смеси газа и жидкости, значения Г фиг. 5 были преобразованы в соответствующие значения 1 фиг. 6. Преимущества разделения методом центрифугирования очевидны из фиг. 6, где удерживание жидкости пленки стенки имеет эффективное значение 1 для LVF-0,01. Сверх того, модель акустического сопротивления смеси газа и жидкости дает оценку доли газа в кольце жидкости (т.е. Zm может быть вычислен из Г, a 1 может быть вычислен из Zm). Разделение жидкости и газа уменьшает вязкое соединение между двумя жидкостями, так что проскальзывание увеличено, и удерживание жидкости увеличивается. Однако измерение дифференциального давления на трубке Вентури представляет среднее взвешенное значение u2 (где- плотность, а u скорость). Однако посредством измерения величины скольжения мы можем изменять удерживание и,следовательно, среднюю плотность. Например, может быть предусмотрена вторая (предпочтительно выше по потоку) трубка Вентури, на которой нет закручивания потока и меньшее скольжение. Скорости жидкости газа будут различны на второй трубке Вентури, но массовая скорость потока каждой жидкости остается неизменным. Когда величина скольжения на каждой трубке Вентури известна (например, с помощью соответствующих законов скольжения), мы имеем два измерения, которые предоставляют возможность определения двух массовых скоростей потока (жидкости и газа). В то время как изобретение было описано в соединении с примерными вариантами осуществления,описанными выше, множество эквивалентных модификаций и вариаций будут очевидны специалисту в данной области техники при наличии данного раскрытия. Таким образом, примерные варианты осуществления изобретения, изложенные выше, рассматриваются как иллюстративные, а не ограничивающие. Могут быть выполнены различные изменения в описанных вариантах осуществления без отхода от сущности и объема изобретения. Общее содержание ссылочного материала, упомянутого выше, настоящим включено посредством ссылки. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ исследования характеристик смеси газа и жидкости при ее перемещении по трубопроводу, имеющему участок сужения, обеспечивающий уменьшенное поперечное сечение трубопровода, содержащий создание закрученного потока смеси на участке сужения для разделения жидкости и газа таким образом, что жидкость перемещается по стенке указанного участка трубопровода, а газ перемещается по указанному участку внутри жидкости и в контакте с потоком жидкости, и определение посредством ультразвука положения поверхности раздела между газом и жидкостью на участке сужения и скорости перемещения отделенной жидкости на участке сужения, которые используются для определения расхода жидкости. 2. Способ по п.1, в котором используют трубопровод, содержащий дополнительный участок сужения, обеспечивающий уменьшенное поперечное сечение трубопровода, в котором не создается закрученный поток смеси, определяют разницу давлений на дополнительном участке сужения и в трубопроводе выше по потоку или ниже по потоку от дополнительного участка сужения и определяют расход смеси газа и жидкости на основе определенной разницы давлений. 3. Способ по п.1 или 2, в котором создание закрученного потока смеси на участке сужения обеспечивается закручивающим элементом. 4. Устройство для исследования характеристик смеси газа и жидкости, содержащее трубопровод для перемещения смеси, имеющий участок сужения, обеспечивающий уменьшенное поперечное сечение трубопровода, закручивающий элемент, расположенный выше по потоку от указанного участка для создания закрученного потока смеси на участке сужения для разделения жидкости и газа таким образом, что жидкость перемещается по стенке указанного участка, а газ перемещается по указанному участку внутри жидкости и в контакте с потоком жидкости, и ультразвуковое средство для определения положения границы раздела жидкости и газа и для определения скорости перемещения отделенной жидкости на участке сужения, которые используются для определения расхода жидкости.-6 017353 5. Устройство по п.4, в котором трубопровод содержит дополнительный участок сужения, обеспечивающий уменьшенное поперечное сечение трубопровода и не приспособленный создавать закрученный поток смеси на дополнительном участке сужения. 6. Устройство по п.5, которое содержит по меньшей мере один измеритель давления для измерения разницы давлений на дополнительном участке сужения и в области трубопровода выше по потоку и/или ниже по потоку от дополнительного участка сужения для определения расхода смеси газа и жидкости. 7. Трубопровод нефтяной скважины или газовой скважины, содержащий устройство для исследования характеристик смеси газа и жидкости по любому из пп.4-6.

МПК / Метки

МПК: G01F 1/74, G01F 1/44

Метки: сред, потока, использованием, исследования, текучих, способ, характеристик, устройства, устройство, закручивания, многофазного, указанного

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/9-17353-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-issledovaniya-harakteristik-mnogofaznogo-potoka-tekuchih-sred-s-ispolzovaniem-ustrojjstva-zakruchivaniya-ukazannogo-potoka.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и устройство для исследования характеристик многофазного потока текучих сред с использованием устройства закручивания указанного потока</a>

Похожие патенты