In search of an ideal multiphase flow meter for the oil industry

Abstract

يفترض في المقياس المثالي للسريان متعدد الأطوار أن يحوي معظم المواصفات التالية 1 قياس تركيز الطور الموزع على شكل فقاعات داخل طور آخر متصل 2 تحديد شكل الأطوار وتوزيعها في السريان متعدد الأطوار 3 قياس كمية سريان كل طور على حدة (ويستحسن أن يكون القياس للسرعة الظاهرية) 4 أخذ القياسات دون التأثير في مسار السريان بتعديل لطريق المسار، أو تضييقه، أو وضع حاجز في طريقه 5 شمولية المقياس لأنواع متعددة من السوائل، وتراكيب الأطوار المختلفة، والسرعات المختلفة للسريان، مع الأخذ في الاعتبار الخصائص الفيزيائية الأخرى مثل درجات الحرارة والضغط 6 عدم تغير قراءات المقياس نتيجة لتقادم الزمن 7 أن يكون المقياس بسيطا مع عدم ارتفاع تكلفته المادية يخلص الباحث بداهة إلى أن مقياسا كهذا لم يطور بعد، غير أن الحاجة الماسة لإجراء قياسات للسريان متعدد الأطوار في صناعات عدة (مثل صناعة النفط والبتروكيماويات والصناعة النووية) أدت إلى تطوير هام ومستمر لأجهزة قياس، لها بعض ملامح المقياس المثالي المذكور آنفا فمن الأجهزة المستخدمة في قياس السريان متعدد الأطوار مقياس الكثافة بأشعة جاما، ومقياس السريان المغناطيسي، ومقياس الممانعة الكهربائية، ومقياس الموجات فوق الصوتية، وغيرها كثير وللحصول على مقياس مناسب للسريان متعدد الأطوار (في صناعة النفط مثلا) فإن عددا من أجهزة القياس المذكورة أعلاه تستخدم مع بعضها بعضا، ويكون لكل منها تخصص في قياس معطيات محددة تعطي، عند دمجها وتكاملها مع باقي المعطيات، القياسات الرئيسية المطلوبة وتؤثر عوامل عدة في اختيار الأجهزة التي سيتم دمجها في مقياس واحد مثل نوعية المعطيات التي سيتم قياسها وبيئية القياس ويوجد الآن عدة مئات من الأجهزة المتطورة لقياس السريان متعدد الأطوار في أنحاء العالم وتزود هذه الأجهزة العاملين في مجال صناعة النفط بقياسات غاية في الأهمية لترشيد الإنتاج من الآبار، إضافة إلى دورها الأساسي في قياس آمية الإنتاج وتقيم هذه الورقة التقنيات العلمية المستخدمة في معظم أجهزة قياس السريان التجارية الموجودة عالميا، كما تستعرض حسنات وسيئات معظم هذه التقنيات

An ideal multiphase flow meter should have the majority of these characteristics 1 Measure the void fraction of the dispersed phase within the continuous phase 2 Determine the flow regime of the mixture flow 3 Measure the flow rate of each phase (preferably in terms of superficial velocities) 4 Perform nonintrusive measurements where the mixture flow is unaltered by redirection reduction in flow area or obstruction 5 Have wide range of applicability with respect to types of fluids flow rates flow regimes conduit size temperatures and pressures 6 Produce consistent measurements over a long period of time 7 Be simple and inexpensive Evidently such a meter does not exist yet However the need to perform such measurements for the nuclear chemical and oil industries (to name a few) has led to substantial development of instruments that bear some resemblance to the ideal meter whose characteristics are mentioned above Some of the instruments used in the field of multiphase metering are the gamma densitometer the impedance meter the magnetic flow meter the positive displacement meter the ultrasonic sensor the autocorrelation sensor the microwave watercut meter and the pressure transducer in addition to flow visualization techniques A modern multiphase flow meter usually includes several of the abovementioned instruments The measured quantity the nature of the application and the field environment are the most important parameters considered while designing and or selecting the most appropriate combination of instruments There are currently several hundred multiphase flow meter installations around the world The technical advances in the majority of these meters are providing valuable information to the operators not only to measure flow rates but also to optimize production An assessment of the various technologies employed in most of the commercial multiphase flow meters is provided in this paper A brief description of the various multiphase metering technologies along with their advantages and disadvantages are presented