http://sgpro.biz

1. Принципы многофазной
расходометрии

2. Задачи мониторинга дебитов
Расходометрия на месторождении
Фискальные
Геологические
Технологические
• Учёт продукции по каждой скважине и месторождению в целом
согласно действующим нормативам (ГОСТ Р 8.615). Массовый или
объёмный поток.
• Построение гидродинамических моделей резервуара.
• Конструирование интеллектуальных систем управления.
• Раннее распознавание и предотвращение неоптимальных
режимов добычи или работы скважинного оборудования.
• Оптимизация
извлечения
углеводородов
из
продуктивного пласта согласно заложенным критериям.

3. Классификация методов расходометрии
Полная трёхфазная
сепарация
• Разделение скважинного флюида гравитационным методом с последующим
замером потоков нефти, вода и газа однофазными счётчикамирасходомерами (корилисовые, вихревые, тахометрические).
Двухфазная
сепарация
• Отделение газа от жидкости на циклонно-вихревом сепараторе с
последующим замером потоков газа и жидкости однофазными счётчикамирасходомерами (корилисовые, вихревые, тахометрические) одновременно с
определением удельной доли воды в жидкости (отбор проб или иные методы
влагометрии).
МФРМ: без
разделения фаз
• Определение полного многофазного потока по перепаду давления
на сужающем устройстве известной геометрии.
• Применение методов кросс-кореляцинного анализа сигналов от
набора однотипных компонентных сенсоров, разнесённых на
известное расстояние.
• Определение компонентного состава флюида посредством
измерения свойств, наиболее сильно контрастирующих между
отдельно взятыми фазами с поправкой на термобарические условия
в трубопроводе, режим течения и межфазное проскальзывание.

4. Классификация методов многофазной расходометрии
Технология измерения
Без разделения фаз
Сепараторные
Трёхфазные
гравитационные
сепараторы
Тахометрические
Кориолисовые
Вихревые
WLR
Определение
компонентного состава
Перепад давления на
сужающем устройстве
Электрофизика (WLR)
Акустика (GVF)
Шестерённый счётчик
Счетчики
Определение
скоростей потока
Кросс-корреляции
Двухфазная
сепарация на
циклонно-вихревом
сепараторе
Оптика (WLR)
Денситометрия
(WLR и GVF)

5. Трѐхфазный гравитационный сепаратор
Особенности: точность замеров определяется
качеством сепарации и точностью однофазных
расходомеров в линиях.
Преимущества: достаточно точные (определяется
качеством
сепарации)
измерения
дебитов,
усреднённые за определённый интервал времени.
Принцип
работы:
Разделение
многофазного потока на составляющие
(вода, нефть и газ) в поле тяжести в силу
различной плотности с последующим
замером
потока
каждой
фазы
однофазными
счётчикамирасходомерами
(корилисовые, вихревые, акустические
тахометрические).
Для ускорения разделения прибегают к
различным
техническим
приёмам:
разрушение пены и деэмульгация (хим.
реагенты, нагрев, электрокоалесценция
и т.д.).
Недостатки: сложные и громоздкие сооружения, не
мгновенные, а только усреднённые значения за
период, зависящий от времени сепарации, создают
существенные потери давления, невозможна инверсия
потока.

6. Циклонно-вихревой сепаратор
Принцип работы: Отделение газа от жидкости в
поле центробежных сил, возникающих при
вихревом течении флюида в силу различной
плотности с последующим замером потока
каждой
фазы
однофазными
счётчикамирасходомерами
(корилисовые, вихревые, акустические, тахометри
ческие) и удельной доли воды в жидкости (анализ
проб или иные методы влагометрии). Далее
возможна рекомбинация потоков обратно в
многофазное течение.
Особенности: точность замеров определяется
качеством сепарации и точностью однофазных
расходомеров в линиях.
Преимущества:
простота
и
компактность
конструкции, хорошая точность особенно при
высокой доле газа (определяется качеством
сепарации – устойчивость вихревого течения).
Недостатки: ограниченный дин. диапазон расходов
(устойчивость вихревого течения), для сепарации
принципиально необходим минимальный напор на
входе,
создает
существенные
потери
давления, невозможна инверсия потока.

7. МФРМ: без разделения фаз
Массовый расход i-ой компоненты
При наличии 3 фаз в потоке необходимо знать 6
параметров, необходимо 5 измерений.
При отсутствии проскальзывания измерений
нужно только 3.
- полный массовый расход
- Удельная доля газа.
- Удельная доля воды.
- Удельная доля нефти.
Тогда требуется всего один дополнительный
параметр, задающий проскальзывание газа
относительно жидкости.
Обычно его либо измеряют, основываясь на
кросс-корреляциях плотности, либо задают как
внешний
параметр
модели,
используя
сторонние замеры (сепаратор и т.д.).

8. МФРМ: без разделения фаз
Первичные измерения
Вычисление полного
массового потока
Вычисление массовых потоков
каждой фазы при условиях в трубопроводе
Геометрический фактор
оценка или
измерение
GVF
Закон
проскальзывания
WLR
Уравнение состояния
Вычисление массовых потоков
каждой фазы при нормальных условиях

9. Метод перепада давления на сужающем устройстве
Уравнение Бернулли:
Определение полного объёмного (или массового)
расхода по перепаду давления на сужающем
устройстве
известной
геометрии
(трубка
Вентури, диафрагма с отверстием и т.д.).

10. Метод кросс-корреляционного анализа
Компонентные сенсоры
Сигнальные паттерны
Преимущества: может определять скорости фаз даже в
условиях
проскальзывания
и
неравномерного
транспорта
фазы,
не
создаёт
падение
давления, широкий дин. диапазон расходов и
вязкостей флюида, работает в условиях сильно
неоднородной среды, возможна инверсия потока;
Недостатки:
требует
установки
нескольких
идентичных компонентных сенсоров (увеличивает
стоимость), сложный сигнальный анализ, слабо
применим для однородного потока.

11. Определение компонентного состава
Удельная доля газа
• Акустические свойства скважинного флюида: скорость пробега
акустических волн и коэффициент ослабления акустических
колебаний.
• Плотность скважинного флюида путём определения параметров
механической колебательной системы, заполненной флюидом
(резонансная частота и добротность, фазовый сдвиг и т.д.).
• Ослабление и/или рассеяние скважинным флюидом ионизирующего
излучения: потока гамма-квантов или нейтронов.
• Электрофизические свойства скважинного флюида: вещественная и
мнимая части полной диэлектрической проницаемости или удельная
электропроводность.
Удельная доля
жидкости
• Прозрачность скважинного флюида в оптическом ближнем ИК или
радиочастотном сантиметровом и/или дециметровом диапазонах.
• Ослабление и/или рассеяние скважинным флюидом ионизирующего
излучения: потока гамма-квантов или нейтронов.

12. Многофазные течения. Режимы течения
Многофазный поток представляет собой сложную и
пространственно неоднородную смесь нескольких фаз, и в
случае нефтегазовой скважины – это смесь жидкой (вода и
нефть), газовой и твѐрдой фазы (песок и т.д.).
Режим течения характеризует структуру потока, т.е.
пространственное
распределение
фаз,
и
может
варьироваться
в
зависимости
от
условий
в
трубопроводе, физических свойств индивидуальных
компонентов, массовых расходов и от ориентации и
локальной геометрии трубопровода.
Дисперсное течение – равномерное распределение фаз как в
радиальном, так и в аксиальном направлениях (пузырьковый
и капельный режимы течения).
Отрывное течение – прерывистое распределение фаз в
радиальном и непрерывным в аксиальном направлении
(слоевой и кольцевой режимы течения).
Прерывистое течение – характеризуется прерывистым
распределением фаз в аксиальном направлении, т.е. по сути
характеризуется
неустойчивым
поведением
потока
(пробковый режим течения).

13. Импедансометрия
Принцип работы: определение удельной доли воды по ёмкости до точки инверсии фаз (вода-в-нефти),
или проводимости за точкой инверсии фаз (фаза нефть-в-воде). Коммерциализован: Fluenta, ESMER, Halliburton.
модель Бруггемана
Вода: = 80; < 5 мСм/см
Нефть: = 2 – 2.7; = 0;
Преимущества: простота изготовления и дешевизна
сенсоров, предельно простая физическая модель;
требуется 2 сенсора для измерений во всём
диапазоне.
Недостатки:
требуется
предварительная
калибровка, низкая точность в области инверсии
фаз, чувствительность к режиму течения и изменению
свойств и состава флюида (минерализации или газового
фактора);
* не отличает газ от нефти, требуется корректировка по
удельной доле газа.

14. Резонансный метод
Принцип работы: определение удельной доли воды по параметрам объёмного резонатора, заполненного флюидом.
Коммерциализован: Roxar, PhaseDynamics.
Условие резонанса:
Преимущества: Сенсоры специальной конструкции
достигают приемлемой точности во всём диапазоне
удельной доли воды. Простые сенсоры нормально
работают только до точки инверсии фаз (вода-внефти).
Недостатки: Сложная конструкция сенсоров, низкая
точность в области за точкой инверсии фаз (нефть-вводе), высокая чувствительность к изменению свойств
флюида, сложная физическая модель.

15. СВЧ метод
Принцип работы: определение удельной доли воды по пропусканию ЭМИ СВЧ диапазона (1 – 10 ГГц) флюидом.
Коммерциализован: Agar.
Коэффициент поглощения:
Преимущества: Сенсоры простой конструкции, работа во
всём диапазоне водосодержания, независимость от
режима течения, чувствует воду в любом состоянии.
Недостатки: высокая чувствительность к изменению
свойств флюида, высокие требования к чистоте ВЧ вводов.

16. Дуальная γ-денситометрия
Ba133
Принцип работы: Определение
поглощающих свойств среды на
высоких энергиях (свыше 50 кэВ) –
газовый фактор, и на низких
энергиях (ниже 50 кэВ) – удельная
доля воды.
Коммерциализован: Fluenta, Roxar
(SEGRA); Schumberger Daniel, Haimo
MEGRA).
Детектор: П/п (Ge, Si) или NaI(Tl) или BGO + ФЭУ + АА
В традиционных решениях применяется радиоактивный
источник обычная денситометрия – Cs137, дуальная - Ba133,
Am241. В перспективе – рентгеновский источник.
Преимущества: хорошая точность и всего один сенсор
для полного компонентного анализа;
Недостатки:
требуется
предварительная
калибровка, высокая чувствительность к изменению
свойств и состава флюида (устраняется измерениями на
3 и более энергиях), сложная многопараметрическая
модель линеаризации.

17. Оптический метод
Принцип работы: Измерение пропускания среды в ближнем ИК
диапазоне (0.8 - 1.8 m), где вода прозрачна, а сырая нефть –
сильно поглощает излучение.
Коммерциализован: Premier Instruments, Weatherford.
Преимущества: высокая селективная чувствительность к
содержанию нефти (и как следствие – удельной доли воды);
требуется только однократная калибровка и только по нефти,
не
чувствителен
к
изменению
свойств
флюида
(минерализация и т.д.);
Недостатки: требуется чистота оптических вводов;
* не отличает газ от воды, так что для многофазных потоков в
обязательном
порядке
требуется
предварительное
отделение газа.

18. Акустический метод
Принцип работы: определение скорости звука в среде время-пролётным
способом, а также коэффициента ослабления акустических колебаний.
Формула Стокса-Кирхгофа
Преимущества:
предельно
простая
конструкция, дешевизна сенсоров (просто применить
кросс-корреляционный анализ);
Недостатки:
чувствительность
к
режиму
течения, изменению свойств и состава флюида
(плотность и вязкость).
* Работает в паре с денситометром.

19. Перспективные подходы к МФРМ
Устранение зависимости от режима течения флюида.
1. Гомогенизация потока.
2. Прогнозирование режима течения и учёт структур потока в компонентной модели.
-
Сигнальный анализ данных от компонентных сенсоров, блока термобарометрии, пассивных
виброакустических сенсоров (частотный и фрактальный анализ, нейронные сети).
Прямая визуализация структуры потока методами томографии (многоэлектродный резистивный или
емкостной датчик, рентгеновская томография и т.д.).
Многолучевые методы ( -плотнометрия, время-пролётная акустика).

20. Weatherford REMMS
Принцип работы:
Отделение газа от жидкости
сепараторе;
Замер раздельных потоков газа
расходомерами (для газа –
кориолисовый массомер).
Определение удельной
сенсором (Red EyeTM).
на циклонно-вихревом вертикальном
и жидкости однофазными счётчикамивихреакустические, для жидкости –
доли воды в жидкости оптическим
Технические характеристики:
Рабочие диапазоны: удельная доля воды
0-100%, газовый фактор 0-95%. Точность
измерений: удельная доля воды ±2%
абс., поток газа ±2% отн., поток жидкости
±2% отн.
Red EyeTM – пропускание в
ближнем ИК диапазоне.
Преимущества:
Устойчивость
с
изменению физико-химических свойств
флюида:
вязкости,
минерализации,
состава.
Ограничения: нет контроля глубины
сепарации.

21. Weatherford VSRD
Принцип работы:
Определение полного потока по перепаду давления на калиброванной трубке
Вентури;
Измерение скорости потока акустическим сенсором (допплерометрия);
Определение плотности среды по -денситометрии (Cs137@2 mCi);
Определение удельной доли воды в жидкости оптическим сенсором (Red EyeTM).
Регуляризация потока (гомогенизация) посредством T-образной вставки.
Технические характеристики:
Рабочие диапазоны: удельная
100%, газовый фактор 0-99.5%.
Точность измерений:
GVF
<20
20-90
Qg
±10% отн.
Ql
±5% отн.
GVF
WLR
<20
±2% абс.
доля
воды
0-
90-96
>98
±7% отн.
±5% отн.
±5% отн.
±5% отн.
±10% отн.
±0.5m3 абс.
20-95
95-98
98-99.5
±4% абс.
±10% абс.
±3% абс.

22. Agar MPFM 400
Принцип работы:
Отделение газа от жидкости на циклонно-вихревом
сепараторе (Fluid flow diverterTM).
Измерение раздельных потоков газа и жидкости
однофазными счётчиками-расходомерами (для газа – по
перепаду давления на калиброванной трубке
Вентури, для жидкости – вытеснительного типа).
Определение удельной доли воды в жидкости с
помощью СВЧ сенсора (поглощение ЭМИ).
Технические характеристики:
Рабочие диапазоны: удельная доля воды 0-100%, газовый
фактор
0-99.6%.
Точность
измерений:
поток
газа, нефти, воды ±5% отн.;
Преимущества: Устойчивость с изменению физикохимических свойств флюида: вязкости, минерализации,
состава;

23. Haimo MFM 2000
Принцип работы:
Отделение газа от жидкости на циклонно-вихревом
сепараторе.
Измерение потока газа вихревым счётчиком.
Определение плотности и потока жидкости по кросскорреляциям от пары -денситометров (Am241).
Определение полного состава по дуальной
денситометрии (Am241|Ag).
Рабочие диапазоны:
Удельная доля воды 0-100%;
Газовый фактор 0-99%;
Точность измерений:
Удельная доля воды ±2% абс.
Поток газа ±10% отн.
Поток жидкости ±5% отн. (при GVF < 50%)
±10% отн. (при GVF > 50%).

24. Roxar MPMF 2600
Принцип работы:
Определение удельной доли воды c
помощью
многоэлектродного
импедансомера (ZectorTM Technology);
Картирование режима течения и учёт
межфазного проскальзывания.
Опционально:
Определение плотности среды по денситометрии (Cs137@5 mCi) при высоком
GVF (более 85%);
Измерение полного потока по перепаду
давления на калиброванной трубке
Вентури.
Технические характеристики:
Рабочие диапазоны: удельная доля воды 0100%, газовый фактор 0-100%. Точность
измерений: удельная доля воды ±2.5% абс.,
поток газа ±6% отн., поток жидкости ±3.5%
отн. Для мокрого газа: полный поток ±5%
Преимущества:
отн., удельная доля воды ±0.5% абс.;
Устойчивость
с
изменению
физико-химических
свойств
флюида:
вязкости, минерализации, состава; устойчивость к отложениям парафинов на
поверхности сенсора. Отсутствие падения давления (без Вентури).

25. Roxar MPMF 1900VI
Принцип работы:
Определение удельной доли по электрическому импедансу;
Измерение скорости потока по кросс-корреляциям от импедансомеров.
Прямое измерение межфазного проскальзывания.
Опционально:
Определение плотности среды по -денситометрии (Cs137@5 mCi) при
высоком GVF (более 85%);
Измерение полного потока по перепаду давления на калиброванной
трубке Вентури.
Технические характеристики:
С -денситометром.
Рабочие диапазоны: удельная доля воды 0-100%, газовый фактор 0-100%.
Точность измерений: удельная доля воды ±2% абс., поток газа ±6% отн.,
поток жидкости ±3% отн. Дин. диапазон скоростей: 10.
Без -денситометра.
Рабочие диапазоны: удельная доля воды 0-100%, газовый фактор 0-85%.
Точность измерений: удельная доля воды ±3.5% абс., поток газа ±10%
отн., поток жидкости ±5% отн. Дин. диапазон скоростей: 10.
Преимущества:
Устойчивость
с
изменению
физико-химических
свойств
флюида:
вязкости, минерализации, состава. Отсутствие падения давления (без Вентури).

26. Schlumberger Vx
Принцип работы:
Определение полного объёмного потока по
перепаду давления на калиброванных
трубках Вентури;
Компонентный состав по дуальной
денситометрии (Ba133@10 mCi);
Межфазное проскальзывание задаётся как
внешний параметр.
Технические характеристики:
Рабочие диапазоны: удельная доля воды 0100%, газовый фактор 0-96%. Точность
измерений: удельная доля воды ±2.5-5%
абс., поток газа ±5% отн., поток жидкости
±2.5-5% отн.

27. MPM High Performance Flowmeter
Принцип работы:
Определение удельной доли воды c помощью
многомодовой параметрической СВЧ томографии
(поглощение ЭМИ) 3D BroadbandTM tomography;
Измерение полного потока по перепаду давления на
калиброванной трубке Вентури.
Определение плотности среды по -денситометрии.
Картирование режима течения.
Технические характеристики:
Рабочие диапазоны: удельная доля воды 0-100%, газовый
фактор
0-100%.
Точность
измерений:
поток
газа, нефти, воды ±5% отн. (при GVF < 95%) или ±5% отн.
(при GVF > 95%);
Преимущества: Устойчивость с изменению физикохимических свойств флюида: вязкости, минерализации,
состава;

28. Благодарю за внимание!