2.13. Радиоизотопные многофазные расходомеры для нефтедобычи

Компанией «Шлюмберже» получены конкретные научно-практические решения, позволившие создать образцы многофазных радиоизотопных расходомеров.

При разработке месторождения нефти замеры дебитов нефти, газа и воды производятся как минимум дважды. Замеряется то, что добыто, и то, что продано (или передано). Замеры добычи обычно производятся на самом устье скважины или в непосредственной близости от него. Замеры проданной нефти или газа производятся на продуктовом трубопроводе или в непосредственной близости от него, обычно после разделения продукта на его составляющие.

Технологии измерений, основанной на использовании двойных энергетических спектральных характеристик гамма-излучения и трубки Вентури и сокращенно называемой «технологией Vx». Правомерность принятой концепции была подтверждена на различных петлевых потоках и проверена испытаниями на промыслах с применением прототипов. При полевых испытаниях особое внимание уделялось флюидам с очень большой вязкостью, когда приходилось учитывать влияние вязкости на обычное уравнение Вентури. Результаты испытаний расходомера Vx на петлевых потоках и промыслах подтвердили сделанное корпорацией «Шлюмберже» заключение о том, что в настоящее время более надежные автономные измерения добываемых потоков можно получать с помощью многофазных расходомеров, а не пробных сепараторов.

Способ измерения, основанный на использовании двойных энергетических характеристик и трубки Вентури, совмещает трубку Вентури с измерениями двойной спектральной плотности энергии гамма-излучения (известными также под названием «радиоденситометрия»).

Измерительная секция прибора изображена на рис. 2. 45. Она состоит из двух главных элементов: трубки Вентури с датчиками давления, температуры и дифференциального давления; детектора гамма-излучения, работающего по принципу двойной энергетической спектральной характеристики и расположенного в месте сужения трубки Вентури, а также радиоактивного химического источника.

Рис. 2.45. Поперечный разрез многофазного расходомера

Перепад давления между входом в трубку Вентури и местом ее сужения используется для расчета полного дебита, т.е. точно таким же образом, как это делается при использовании традиционных однофазных расходомеров Вентури. Замеры давления и температуры используются для оценки свойств флюидов в условиях выкидной линии. С помощью измерителя гамма-излучения производится определение долей нефти, воды и газа, а также плотности смеси. Дебиты отдельных фаз рассчитываются путем перемножения общего дебита массы на массовую долю фазы.

Многофазные расходомеры, основанные на использовании двойных энергетических характеристик и трубок Вентури, продолжали развиваться с момента их промышленного освоения.

При замерах двойной спектральной плотности энергии гамма-излучения используется одиночный химический радиоактивный источник, который испускает гамма-лучи различной энергии. Сцинтилляционный детектор, расположенный на противоположной стороне, обнаруживает те гамма-лучи, которые не были поглощены смесью, протекающей через трубку Вентури.

Фотоумножитель преобразует импульсы света в электрические сигналы, которые затем обрабатываются в цифровом виде. Относительные погрешности расходомера для различных сред представлены в табл. 2,5.

Таблица 2.5

Параметр	Значение
Точность измерения относительного содержания нефти и газа, %	2
Точность измерения относительного содержания воды, %	1
Точность измерения объемного расхода нефти и газа, %	от 2,5 до 3
Точность измерения объемного расхода воды, %	1,5
Погрешность измерения по жидкости	±5
Погрешность измерения по нефти	±5
Погрешность измерения по воде	±5
Погрешность измерения по газу	±5

Детектор регистрирует интенсивность гамма-излучения и энергетический уровень каждого гамма-луча, строя полный спектр энергии, излучаемой источником. Источник выделяется, так как он обладает значительным естественным энергетическим пиком в определенных диапазонах.

Контрольные вопросы

1. На каких законах (уравнениях) гидравлики базируется вывод уравнения НСХ дроссельного расходомера? Записать это уравнение.

2. Чему равен относительный диаметр диафрагмы?

3. Почему дроссельные расходомеры не применяются на трубопроводах с диаметром условного прохода менее 50 мм?

4. Какое СУ создает меньшую потерю напора?

5. Чему равно Re и что характеризует это число?

6. Чему равны коэффициенты истечения (С) и скорости входа (Е) для диафрагмы?

7. Недостатки и достоинства расходомеров переменного перепада давления с СУ.

8. Алгоритм «прямого» и «обратного» расчета диафрагмы. Исходные данные и цели расчета.

9. Какими расходомерами можно измерить расход перегретого пара?

10. Принцип действия каких расходомеров основан на разности давлений?

11. Каким расходомером можно измерить расход трансформаторного масла?

12. Какой параметр в уравнении НСХ ЭМР может изменяться при эксплуатации в пределах МПИ и создавать дополнительную погрешность?

13. Какие расходомеры можно назвать массомерами?

14. Принцип действия и область применения ультразвукового расходомера.

15. Какие расходомеры применяются для расплавов?

16. Что является мерой расхода в ротаметрах?

17. Какими сенсорами создается выходной сигнал в кориолисовых расходомерах?

18. В чем сходство и отличие вихревых и вихреакустических расходомеров?

19. Допустимо ли реверсирование потока для расходомеров ЭМР?

20. Принцип действия и устройство струйных расходомеров.

21. Особенности измерения расходов при нефтедобыче.