Эффективный способ воспроизведения потока газожидкостной смеси эталоном расхода

   Появление на рынке измерительной техники многофазных расходомеров, применяемых в нефтегазодобывающей отрасли промышленности для измерений количества извлекаемых углеводородов непосредственно на скважинах без предварительной сепарации и выполняющих функцию оперативного учета, поставило вопрос их метрологического обеспечения в соответствии с требованиями нормативных документов сферы государственного регулирования в данной области измерений. Его решением было создание эталонной базы, основу которой составили Государственный первичный специальный эталон единицы массового расхода газожидкостных смесей ГЭТ 195-2011 и поверочная схема средств измерений многофазных расходов, регламентируемая ГОСТ 8.637-2013. При передаче единиц объемного и массового расхода многофазной смеси с требуемой точностью основной проблемой является сложность воспроизведения и поддержания стабильности сразу нескольких параметров потока – массового расхода и содержания жидких компонентов (воды и имитатора нефти) и объемного расхода газовой фазы (воздуха). Необходимо также учитывать, что программы испытаний в целях утверждения типа средств измерений многофазных потоков, а также методики поверки и калибровки предусматривают смену режимов воспроизведения эталоном расхода газожидкостной смеси, охватывая диапазоны измерений многофазных расходомеров. Применяемые на практике подобные эталоны представляют весьма сложную измерительную систему, состоящую из емкостей хранения компонентов, подающих насосных и компрессорных агрегатов, регулирующей аппаратуры, смесителей и сепараторов, средств измерений физических параметров компонентов многофазного потока и автоматизированной системы управления. Учитывая высокую стоимость многофазных эталонов, при их создании следует применять эффективные методы и способы воспроизведения потока многофазной смеси с заданными параметрами, а также осуществления достаточно быстрого перехода на предусмотренный программой или методикой следующий режим, что позволит сократить время и производственные затраты на процедуру передачи единиц измерений от эталона к рабочему средству измерений. В настоящей статье описан способ воспроизведения расхода газожидкостной смеси по оригинальной технологической схеме, внедренной при разработке эталона 1-го разряда. Приведены конструктивные решения, повышающие эффективность работы аппарата разделения жидких компонентов для повышения точности дозирования, а также расширяющие диапазон воспроизведения расхода и параметров многофазного потока, обеспечивающие постоянство состава жидкой смеси на заданном режиме. Представлен оригинальный рациональный метод сжатия и поддержания давления газовой фазы, позволяющий быстро переходить на следующий режим, подтверждаемый результатами экспериментальных исследований эталона.

1. Разработка и создание Государственного первичного специального эталона единицы массового расхода газожидкостных смесей ГЭТ 195-2011 / В. Г. Соловьев [и др.] // Вестник Казанского государственного технического университета им. А. Н. Туполева. 2013. № 3. С. 32–38.

2. Кудусов Д. И., Малышев С. Л. Совершенствование Государственного первичного специального эталона единицы массового расхода газожидкостных смесей ГЭТ 195-2011 // Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. 2021. № 3(572). С. 55–58.

3. Кутателадзе С. С., Стырикович М. А. Гидродинамика газожидкостных систем / изд. 2-е, перераб. и доп. М. : Энергия, 1976. 296 с.

4. Лямаев Б. Ф. Гидроструйные насосы и установки. Л. : Машиностроение. 1988. 256 с.

5. Мустафаев А. М., Гутман Б. М. Гидроциклоны в нефтедобывающей промышленности. М. : Недра, 1981. 260 с.

6. Panevnyk D. A. Simulation of a downhole jet-vortex pump’s working process // Nafta-Gaz. 2021. № 9. P. 579–586. doi: 10.18668/NG.2021.09.02

7. Panevnyk D., Krehel’ R. Investigation of the characteristics of an oil jetpump when using a group ground drive // Journal of Engineering Research. 2023. Vol. 11, Iss. 1. P. 100004. doi: 10.1016/j.jer.2023.100004

8. Study on effective phase interfacial area at different injection angles of hydro-jet cyclone / L. Wang [et al.] // Chemical Engineering Science. 2024. Vol. 284. P. 119336. doi: 10.1016/j.ces.2023.119336

9. Устройство воспроизведения расходов газожидкостных потоков : Пат. 200842 РФ ; заявл. 09. 10. 2019; опубл. 13. 11. 2020, Бюл. № 32. 7 с.

10. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М. : Машиностроение, 1992. 676 с.

11. Лабунцов Д. А., Ягов В. В. Механика двухфазных систем. М.: Издательство МЭИ, 2000. 374 с.

12. Гельперин Н. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1981. 812 с.

13. ГОСТ 8.637-2013 Межгосударственный стандарт. Государственная система единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений массового расхода многофазных потоков = State system for ensuring the uniformity of measurements. State verification schedule of multiphase flow measuring tools. М. : Стандартинформ, 2014. 6 с.

14. ГЭТ 195-2011 Государственный первичный специальный эталон единицы массового расхода газожидкостных смесей / Институт-хранитель ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» // Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений : официальный сайт. 2012. URL: https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/12/items/397881 (дата обращения: 25 сентября 2024 г.).