Roxar Руководство по эксплуатации: Многофазный расходомер Roxar 2600 Manuals & Guides [ru]

Руководство по эксплуатации

Страница 1 из 7

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROXA20073418/AA

РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ

для многофазного расходомера Roxar 2600

Многофазный расходомер Roxar 2600

Руководство по эксплуатации

Документ №/ред.: ROXA20073418/AA

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 2 из 7

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

СОДЕРЖАНИЕ

РАЗДЕЛ

ОПИСАНИЕ

1

ВВЕДЕНИЕ/ОТ, ТБ и ООС

2

ИНСТРУКЦИИ ПО ПРОДУКЦИИ

Руководство по эксплуатации

Документ №/ред.: ROXA20073418/AA

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 3 из 7

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

РАЗДЕЛ 1

ВВЕДЕНИЕ/ОТ, ТБ и ООС

Пункт

ОПИСАНИЕ

1.01

НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.02

СОКРАЩЕНИЯ

1.03

ПРИМЕЧАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

• КВАЛИФИКАЦИЯ И ОБУЧЕНИЕ

• ОБРАЩЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВКА

• ИСПЫТАНИЯ

• МОНТАЖ И ДЕМОНТАЖ

• ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

1.04

КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Руководство по эксплуатации

Документ №/ред.: ROXA20073418/AA

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 4 из 7

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

1.1 Назначение и область применения

Назначение настоящего руководства по эксплуатации — предоставить инструкции по обращению,
эксплуатации и техническому обслуживанию указанного оборудования, поставляемого Emerson Process

Measurement.
Настоящее руководство должно использоваться только обученным и компетентным персоналом.

1.2 Сокращения

dP

Перепад давлений
на трубке Вентури

Roxar MPFM 2600

Многофазный расходомер Roxar 2600

GOR (ГФ)

Газовый фактор

Roxar MPFM M

Многофазный расходомер Roxar — модульное
исполнение без трубки Вентури

GVF

Объемная доля газа

Roxar MPFM MV

Многофазный расходомер Roxar — модульное
исполнение с трубкой Вентури

ID

Внутренний диаметр

Roxar MPFM MVG

Многофазный расходомер Roxar — модульное
исполнение с трубкой Вентури и гамма-системой

P

Давление

std

Стандартные условия

RFM

Измерение расхода Roxar

Темп.

Температура

1.3 Примечания по технике безопасности

Квалификация и обучение

Чрезвычайно важно, чтобы персонал проходил тренинги и обучение по эксплуатации и техническому
обслуживанию оборудования, описанного в настоящем руководстве.

Перемещение и транспортировка

• Визуально осматривайте состояние продукции и проверяйте сертификацию по ее
подъему/обращению с ней.

• При перемещении продукции всегда носите защитный шлем и обувь со стальными носками.

• При транспортировке всегда фиксируйте транспортные контейнеры ремнями на транспортной
корзине/ярусе.

• Если в продукции содержится радиоактивный источник, примите необходимые меры для
обеспечения безопасного обращения.

Испытания

• При испытаниях и эксплуатации оборудования под давлением всегда пользуйтесь защитными

очками.

• При перемещении продукции всегда носите защитный шлем и обувь со стальными носками.

Монтаж и демонтаж

• При испытаниях и эксплуатации оборудования под давлением всегда пользуйтесь защитными

очками.

• При перемещении продукции всегда носите защитный шлем и обувь со стальными носками.

Техническое обслуживание

• При испытаниях и эксплуатации оборудования под давлением всегда пользуйтесь защитными
очками.

• При обращении с продукцией всегда носите защитный шлем и обувь со стальными носками.

Руководство по эксплуатации

Страница 5 из 7

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROXA20073418/AA

Многофазный расходомер Roxar 2600

1.4 Контактная информация

Офис Emerson

Gamle Forusveien 17
PO Box 112
4031 Stavanger, Norway (Норвегия) E-mail: [e-mail]

Поддержка продукции

Чтобы наилучшим образом и максимальном оперативно отвечать на ваши вопросы, независимо от часовых
поясов, и для минимизации времени простоя продукции, центр международного обслуживания Emerson
имеет сеть сервисных центров по всему миру.

Наш центр международного обслуживания, имеющий в своем распоряжении опытных операторов
и инженеров, отвечает на все ваши требования об обслуживании или технические запросы. Наш опытный
персонал будет получать и направлять информацию и управлять ею через Центр международного
обслуживания, обеспечивая максимальную гибкость с использованием любых средств связи.

Связаться со справочной службой технической поддержки продукции можно по адресу

[e-mail].

Тел.: [phone]
Факс: [phone]

Руководство по эксплуатации

Документ №/ред.: ROXA20073418/AA

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 6 из 7

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

РАЗДЕЛ 2

ИНСТРУКЦИИ ПО ПРОДУКЦИИ

Пункт

ОПИСАНИЕ

ROX №

2.01

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

2.01.01

Функциональное описание Roxar MPFM 2600M

ROX000322608

2.01.02

Функциональное описание Roxar MPFM 2600MV(G)

ROX000318781

2.01.03

Функциональное описание Roxar MPFM 2600 с фланцевым соединением
приварной шейкой

ROX000091980

2.02

ИНСТРУКЦИИ ПО УСТАНОВКЕ И ВВОДУ В ЭКСПЛУАТАЦИЮ

2.02.01

Инструкции по установке и вводу в эксплуатацию для Roxar MPFM 2600M
и MV(G)

ROX000318749

2.02.02

Инструкции по установке и вводу в эксплуатацию для Roxar MPFM 2600
фланцевым соединением приварной шейкой

ROX000091982

2.03

ИНСТРУКЦИИ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ (РУКОВОДСТВО ПО СЕРВИСНОЙ
КОНСОЛИ)

ROX000091983

– неприменимо для 2600М

2.04

РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ДЛЯ CC-TOOL К ROXAR MPFM 2600

2.04.01

Руководство по эксплуатации для CC-Tool к Roxar MPFM 2600M

ROX000318750

2.04.02

Руководство по эксплуатации для CC-Tool к Roxar MPFM 2600MV(G)
и MPFM с фланцевым соединением приварной шейкой

ROX000363430

2.05

ИНСТРУКЦИИ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ ОБСЛУЖИВАНИЮ

2.05.01

Инструкции по техническому обслуживанию для Roxar MPFM 2600M и MV(G)

ROX000318788

2.05.02

Инструкции по техническому обслуживанию для Roxar MPFM 2600
с фланцевым соединением приварной шейкой

ROX000091985

2.06

ПРОЦЕДУРА КОНСЕРВАЦИИ, УПАКОВКИ И ТРАНСПОРТИРОВКИ

2.06.01

Процедура консервации, упаковки и транспортировки для
Roxar MPFM 2600M и MV(G)

ROX000341840

2.06.02

Процедура консервации, упаковки и транспортировки для
Roxar MPFM 2600 с фланцевым соединением приварной шейкой

ROX000104064

2.07

РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ РАБОЧЕГО ДИСПЛЕЯ (ЕСЛИ
ПРИМЕНИМО)

ROX000106425

2.08

ПРОГРАММНЫЙ ПРОТОКОЛ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АДРЕСОВ И СВЯЗИ
MODBUS

ROX000323514

Руководство по эксплуатации

Документ №/ред.: ROXA20073418/AA

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 7 из 7

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

• ДОКУМЕНТ ОБ ОБМЕНЕ ДАННЫМИ MODBUS

2.09

БЕЗОПАСНОЕ ОБРАЩЕНИЕ С РАДИОАКТИВНЫМ ИСТОЧНИКОМ
НА ПРЕДМЕТ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ (ЕСЛИ ПРИМЕНИМО)

ROX000088526

2.10

ИНСТРУКЦИИ ПО ЗАМЕНЕ ДЛЯ ВТОРИЧНОЙ ТРУБКИ ВЕНТУРИ (ЕСЛИ ПРИМЕНИМО)

2.10.01

Инструкции по замене для вторичной трубки Вентури к Roxar
MPFM 2600MV(G)

ROX000330403

2.10.02

Инструкции по замене для вторичной трубки Вентури к Roxar MPFM 2600
с фланцевым соединением приварной шейкой

ROX000104730

2.11

ИНСТРУКЦИИ ПО ПОДЪЕМУ

2.11.01

Инструкции по подъему для Roxar MPFM 2600M и MV(G)

ROX000318752

2.11.02

Инструкции по подъему для Roxar MPFM 2600 с фланцевым соединением
приварной шейкой

ROX000244073

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 1 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Функциональное описание

многофазного расходомера Roxar 2600 М

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 2 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

СОДЕРЖАНИЕ

1. НАЗНАЧЕНИЕ ..................................................................................................................................................... 3

СОКРАЩЕНИЯ/ОПРЕДЕЛЕНИЯ .............................................................................................................................. 3

1.1 Сокращения ................................................................................................................................................. 3

1.2 Определения ............................................................................................................................................... 3

2. ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ .................................................................................................................................... 5

3. ДОКУМЕНТАЦИЯ ............................................................................................................................................... 6

3.1 Стандартная документация и записи ........................................................................................................ 6

3.2 Расположение и меры предосторожности ............................................................................................... 6

3.3 Время хранения .......................................................................................................................................... 6

4. ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................................................................... 7

4.1 Обзор работы системы ............................................................................................................................... 8

4.2 Сенсор многофазного расходомера Roxar 2600 М .................................................................................. 9

4.3 Вычислитель расхода ............................................................................................................................... 10

4.4 Конфигурационное ПО ............................................................................................................................. 10

5. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ..................................................................................................................................... 11

5.1 Измерения импеданса .............................................................................................................................. 11

5.2 Вычисления расхода ................................................................................................................................ 12

5.3 Измерения доли содержания фракций ................................................................................................... 14

5.3.1 Режим емкостного сопротивления ...................................................................................................... 14

5.3.2 Технология на платформе ZectorTM ..................................................................................................... 15

5.3.3 Переключение режимов ....................................................................................................................... 15

5.3.4 Режим проводимости ............................................................................................................................ 16

5.3.5 Не-гамма-алгоритмы ............................................................................................................................ 16

5.4 Измерение скорости ................................................................................................................................. 16

5.5 Необходимость в контрольных данных .................................................................................................. 18

6. ПОКАЗАТЕЛИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ ........................................................................................ 20

6.1 Рабочий диапазон ..................................................................................................................................... 21

6.3 Погрешность измерений........................................................................................................................... 24

6.4 Влияющие величины ................................................................................................................................ 25

6.5 Свойства среды ........................................................................................................................................ 26

6.6 Расчеты погрешности ............................................................................................................................... 27

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 3 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

1. НАЗНАЧЕНИЕ

Назначение данного документа — объяснить функциональность многофазного расходомера Roxar 2600 M.
Настоящий документ представляет собой техническое описание всех основных компонентов многофазного
расходомера Roxar 2600 М и их совместного функционирования.

СОКРАЩЕНИЯ/ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.1 Сокращения

Абс. %

Абсолютная погрешность в процентах

PVT

Давление, объем и температура

AGC

Автоматическая регулировка усиления

Отн. %

Относительные погрешности
в расходах газа и жидкости

DCS

(РСУ)

Распределенная система управления

GOR (ГФ)

Газовый фактор

2600 M

Многофазный расходомер

Roxar 2600 М

GVF

Объемная доля газа

SCADA

Диспетчерское управление и сбор
данных

WTr

Переходная точка между нефтью
и водой — непрерывная жидкофазная
область

SG

Удельная плотность
NG

Не-гамма

VLR

Соотношение паровой и жидкой фаз

MW

Молярная масса

WC

Обводненность

NFOGM

Norsk Forening for Olje og Gassmåling

(Норвежское общество по нефтегазовым
измерениям)

WLR

Водожидкостный фактор
ПЭЭК

полиэфирэфиркетон

WVF

Объемная доля воды

PVTx

ПО для моделирования PVT

1.2 Определения

• Режим потока — физическая геометрия, демонстрируемая многофазным потоком в трубопроводе.
Например, в двухфазном потоке нефти/воды свободная вода занимает дно трубопровода, а нефть
или водонефтяная смесь течет сверху.

• Газовый фактор — соотношение объемного расхода газа и объемного расхода нефти; оба
объемных расхода должны быть переведены в одно и то же давление и температуру (как правило,
в стандартных условиях). Выражается в объеме на объем, например ст.куб.фт./барр. или м3/м3.

• Объемная доля газа (GVF) — объемный расход газа относительно общего многофазного
объемного расхода при давлении и температуре, преобладающих на соответствующем участке.
GVF обычно выражается в виде доли или процента.

• Массовый расход — масса среды, проходящей через поперечное сечение трубопровода
за единицу времени.

• Емкостное сопротивление — в конденсаторе или системе проводников и диэлектриков — свойство,
которое позволяет хранить электрически разделенные заряды при наличии разности потенциалов
между проводниками. Емкостное сопротивление связано с зарядом и напряжением следующим
образом: C = Q / V, где C — емкостное сопротивление в фарадах, Q — заряд в кулонах, а V —
напряжение в вольтах.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 4 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

• Проводимость — способность материала проводить электрический ток. В изотропных
материалах — величина, обратная удельному сопротивлению. Иногда ее называют удельной
проводимостью. Единицы измерения: Сименс/м или См/м.

• Диэлектрическая проницаемость — диэлектрическая проницаемость диэлектрической среды
является мерой ее способности к электрической поляризации при воздействии электрического
поля. Диэлектрическая среда в конденсаторе из-за поляризации уменьшает исходное
электрическое поле и увеличивает емкостное сопротивление конденсатора. Емкостное
сопротивление С электрического конденсатора пропорционально диэлектрической проницаемости
диэлектрической среды (подробности см. в справочнике NFOGM по многофазному измерению
расхода [2]).

• Импеданс — электрический импеданс, или просто импеданс, описывает меру сопротивления
синусоидальному переменному току (AC). Электрический импеданс расширяет понятие
сопротивления цепям переменного тока, описывая не только относительные амплитуды
напряжения и тока, но и относительные фазы. Когда цепь действует от постоянного тока (DC),
между импедансом и сопротивлением разницы нет; последнее можно рассматривать как импеданс
с нулевым фазовым углом. Импеданс обычно обозначается символом Z и может представляться
записью его величины и фазы вида ZA6.

• Зона измерений — области на схеме двухфазного потока и схеме состава, в которых многофазный
расходомер Roxar 2600 M работает в соответствии со своими техническими характеристиками.

• Многофазный поток — две фазы или более, протекающие одновременно в закрытом трубопроводе
с нефтью, водой и газом во всем диапазоне от 0 до 100 % GVF и от 0 до 100 % обводненности.

• Поток с непрерывной нефтяной фазой — многофазный поток с водонефтяной смесью,
характеризующийся распределением воды в виде капель воды в нефтяной оболочке. Электрически
смесь действует в качестве изолятора.

• Стандартные, или контрольные, условия — набор стандартных (или контрольных) условий с точки
зрения давления и температуры, при которых выражаются свойства среды или объемные расходы,
например 101,325 кПа и 15 °C.

• Двухфазный поток с непрерывной водяной фазой — поток нефти/воды, характеризующийся
распределением нефти в виде капель нефти в водяной оболочке. Электрически смесь действует
в качестве проводника.

• Обводненность — объемный расход воды относительно общего объемного расхода жидкости
(нефти и воды), которые преобразуются в объемы при стандартном давлении и температуре.
Обводненность обычно выражается в виде процента.

• Водожидкостный фактор — объемный расход воды относительно общего объемного расхода
жидкости (нефти и воды) при давлении и температуре, преобладающих на соответствующем
участке.

• Воспроизводимость —близкая согласованность между результатами последовательных измерений
одной и той же величины, выполненных в одинаковых условиях измерения.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 5 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

2. ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ

Редакция

Выпуск

Основание для выпуска

Разработал

Проверил

Проверил

качество

Выпустил

AF

26.08.2016

Общее обновление

М. Тол

С. Фройен

Неприменимо

К. Динсдейл

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 6 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

3. ДОКУМЕНТАЦИЯ

3.1 Стандартная документация и записи

Название документа

Тип

док. Ссылка

[1]

Инструкция по эксплуатации

Инструкции

ROX000318750

[2]

Справочник NFOGM по многофазному измерению расхода

www.nfogm.no

Руководство

–

3.2 Расположение и меры предосторожности

Уровень документа: 4.
Классификация документа: открытый.
Все документы этого процесса должны храниться в системе документов в соответствующей папке.

3.3 Время хранения

Документы должны храниться в течение срока службы продукции или согласно указанию в договоре
с заказчиком; требуемый минимальный срок составляет 20 лет.

Примечание. Если заказчик требует уведомления перед удалением документов, это должно быть указано
на самом документе.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 7 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

4. ВВЕДЕНИЕ

Многофазный расходомер Roxar 2600 М — это поточный неинтрузивный прибор, который измеряет
многофазный расход без сепарации и без смешивания.

Рисунок 1. Многофазный расходомер Roxar 2600 М, перспективное изображение по частям

В настоящем документе описываются функциональность и принцип работы многофазного расходомера

Roxar 2600 M.

Многофазный расходомер Roxar 2600 М — это расходомер, который предназначен для контроля потоков
в скважинах и предоставления операторам нефтегазовой отрасли важной информации для управления
их активами.

Потоки в скважинах состоят главным образом из смеси нефти, газа и воды, которые называют жидкими
фазами. Сепарация этих фаз и однофазные измерения при стандартных условиях будут приводить
к потере ценных сигналов и получению операторами устаревшей информации. Многофазный расходомер
Roxar 2600 М предназначен для непрерывного устьевого контроля без сепарации фаз.

Многофазный расходомер Roxar 2600 М не имеет функции измерений плотности гамма-распределения
по умолчанию и подходит только для фиксированных установок в применении с единичным потоком
в скважине и с непрерывным устьевым контролем. Рабочий диапазон многофазного расходомера Roxar
2600 М обычно составляет от 0 до 85 % объемной доли газа (GVF); при GVF менее 15 % прибор обычно
не предоставляет информации о расходе и только контролирует фазовую долю. Прибор может работать
и за пределами этих диапазонов, но при повышенной неопределенности. В случае особых применений
многофазный расходомер Roxar 2600 М может устанавливаться с системой гамма-распределения.
Многофазный расходомер Roxar 2600 М — это полностью модульная система, которую можно оснастить
измерениями dP на трубке Вентури, системой гамма-распределения и алгоритмами влажного газа для
расширения рабочего диапазона после первоначальной установки.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 8 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Многофазный расходомер Roxar 2600 M настраивается на месторождении путем ввода обводненности,
полученной из образца жидкости рядом с прибором, или ввода известного газового фактора (ГФ)
в вычислитель расхода.

4.1 Обзор работы системы

В этой главе приводится обзор базовых характеристик и механической конструкции всех основных
компонентов.

На рисунке 2 представлена типовая блок-схема системы многофазного расходомера Roxar 2600 М.

Рисунок 2. Блок-схема многофазного расходомера Roxar 2600 М

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 9 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

4.2 Сенсор многофазного расходомера Roxar 2600 М

Сенсор многофазного расходомера Roxar 2600 М

Многофазный расходомер Roxar 2600 М имеет компактную и легкую
конструкцию. Корпус прибора спроектирован с фланцами ANSI размера,
соответствующего внутреннему диаметру прибора. Условное давление —
максимум по ANSI CL. 1500#. Сортамент труб — 160 для размеров 3 и 4”
и 80 для размера 2”. Сортаменты труб могут адаптироваться к требованиям
заказчика к трубопроводам до тех пор, пока они не нарушают требования
по установке многофазного расходомера Roxar 2600 М.
Сенсор состоит из трубной секции с электродным датчиком DP26 и полевой
электроникой измерения импеданса. Сенсор многофазного расходомера
Roxar 2600 М может поставляться с датчиком и измерительным
преобразователем температуры или без них.

Рисунок 3

Электродный датчик DP26

Предусмотрены 2 электрода в верхней измерительной части по потоку
и 6 электродов в нижней измерительной части по потоку. Геометрия
датчика позволяет осуществлять измерения и скорости, и долей
на различных участках трубы. Электроды электрически изолированы
от корпуса прибора при помощи прокладки из ПЭЭК. Электроды
подключаются к полевой электронике коаксиальными кабелями.

Рисунок 4

Полевая электроника измерения импеданса

Полевая электроника измерения импеданса — это электрическое
устройство, подключаемое к электродам DP26, со сверхскоростной прямой
обработкой и верификацией данных. Полевая электроника подключается
к вычислителю расхода при помощи одного силового кабеля и одного
оптоволоконного кабеля для передачи данных.

Рисунок 5

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 10 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

4.3 Вычислитель расхода

Вычислитель расхода в сборе, в котором расположен блок обработки

расчетов прибора, может поставляться в одном из следующих исполнений.

Рисунок 6

• Взрывозащищенный/огнестойкий кожух для опасных зон.

• Кожух для безопасных зон, подходящий для наружных установок

(IP66).

• Передняя и задняя панель, устанавливаемые на 19-дюймовую
стойку.

В вычислитель расхода входят процессор вычислителя расхода 2600,
силовые барьеры и блок питания. На один многофазный расходомер Roxar
2600 М требуется один вычислитель расхода в сборе. Вычислитель расхода
обычно подключается к РСУ, которая считывает данные измерений расхода,
и к пользовательскому интерфейсу.

Вычислитель расхода имеет стандартные соединения TCP/IP Ethernet,
RS485. Кроме того, при необходимости он может принимать входные
сигналы HART от ближайших измерительных преобразователей давления
и температуры.

4.4 Конфигурационное ПО

Для поддержки многопользовательского доступа через общий веб-браузер
создается пользовательский интерфейс. Это конфигурационное
ПО работает на стандартном ПК Windows, или на сервере в той же
TCP-сети, что и вычислитель расхода, или с использованием
последовательного соединения.

Пользовательский интерфейс поддерживает все операции, которые должен
выполнять конечный пользователь. К ним относятся настройка, потоковая
калибровка, обновление ПО и общий мониторинг.

Рисунок 7

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 11 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

5. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

5.1 Измерения импеданса

Измерения импеданса обеспечивают высокочастотный сигнал, который связан с диэлектрической
проницаемостью и проводимостью смеси. Эти измерения проводятся на различных участках сенсора.

Рисунок 8

Измерения используются в следующих целях.

• Определять доли воды.

• Сигнализировать об изменениях, обнаруживаемых на электродах

в различных плоскостях, которые используются в алгоритмах
перекрестной корреляции, определяющих скорость потока.

• Использовать сигналы, генерируемые электродами, для
определения объемов свободного и рассеянного газа. Эта часть
называется «не-гамма-алгоритмы», поскольку она выдает
соотношение газовой и жидкой фаз без измерения плотности
гамма-распределения.

Рисунок 9

Режим емкостного сопротивления в основном активен, когда смесь среды
находится в состоянии непрерывной нефтяной фазы, т. е. смесь среды
действует как электрический изолятор. Режим проводимости в основном
активен, когда смесь среды находится в состоянии непрерывной водяной
фазы, т. е. смесь среды действует как электрический проводник.

Переключение между этими двумя режимами осуществляется плавно,
полностью автоматически и на высокой скорости.

Два разных уровня конфигурации электродов обеспечивают перекрестную
корреляцию электрических сигналов с уровня до устройства на уровень после
устройства в потоке как с непрерывной нефтяной, так и с непрерывной
водяной фазой.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 12 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

5.2 Вычисления расхода

Следующая блок-схема схематически объясняет принцип работы алгоритмов измерения расхода.

Рисунок 10

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 13 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Многофазный расходомер Roxar 2600 М основан на технологической платформе ZectorTM, которая состоит
из системы расширенной обработки сигналов и двухплоскостной геометрии электродов по схеме 2-6,
в которой сигналы обрабатываются полевой электроникой измерения импеданса.

Эта технологическая платформа позволяет осуществлять более сложное и точное моделирование
многофазного расхода. Основное уравнение, решаемое при измерениях многофазного расхода,
следующее:

Q = A·v, где

Q = объемный расход,
A = площадь поперечного сечения трубы, занятого фазой,
v = скорость потока.

Для определения объемного расхода нефти, воды и газа необходимо определять скорость каждой фазы,

а также долю каждой фазы в пустом пространстве трубы.
Комбинация уравнений более высокого уровня, которые необходимо решить и которые дают доли каждой
фазы, следующая.

Поток с непрерывной нефтяной фазой: уравнения 1, 3 и 4.
Поток с непрерывной водяной фазой: уравнения 2, 3 и 4.

Диэлектрическая проницаемость: 1)



смесь

= f (



газ

,



вода

,



нефть

).

Проводимость: 2)



смесь

= f (



газ

,



вода

,



нефть

).

Плотность: 3)



смесь

= f (



газ

,



вода

,



нефть

).

В сочетании: 4)  +  + = 1.

Где:



= доля газа,



= доля воды,



= доля нефти.

В главе 6.3 объясняется, как Roxar использует технологическую платформу для определения доли каждой
фазы, а в главе 6.4 рассматриваются измерения скорости.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 14 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

5.3 Измерения доли содержания фракций

Измерения импеданса на многофазном расходомере Roxar 2600 М имеют в основном емкостный компонент
в потоке с непрерывной нефтяной фазой и в основном проводящий компонент в состоянии потока
с непрерывной водяной фазой, отсюда названия режимов — емкостный и режим проводимости.

5.3.1 Режим емкостного сопротивления

В емкостном режиме измерения импеданса многофазного расходомера Roxar 2600 M измеряется
емкостное сопротивление в полой трубе, которое связано с диэлектрической проницаемостью
нефтегазоводяной смеси. Диэлектрическая проницаемость — дополнительный термин для обозначения
диэлектрической постоянной вещества (см. справочник NFOGM по многофазному измерению расхода [2]).
Диэлектрическая проницаемость углеводородов очень отличается от водной, как видно на рисунке 11,
и потому измеренная диэлектрическая проницаемость смеси является мерой, используемой для
разделения углеводородов и воды. Природный газ и воздух имеют диэлектрическую проницаемость,
близкую к 1, а типовой интервал нефти составляет от 2,0 до 2,4. Диэлектрическая проницаемость воды,
как видно по рисунку, находится на другом конце шкалы и составляет приблизительно 70. Таким образом,
многофазный расходомер Roxar 2600 M имеет принцип измерений, который чрезвычайно чувствителен
к изменениям фракции воды и нечувствителен к изменениям солености воды. При использовании
на внутренней стороне трубной секции контактных электродов, которые находятся в прямом контакте
с многофазным потоком, обнаружение генерируемого сигнала будет варьироваться в зависимости
от диэлектрической проницаемости смеси, которая, опять же, служит результатом изменений соотношения
между нефтью, газом и водой.

Рисунок 11

Изменения измеренного емкостного сопротивления и,
следовательно, диэлектрической проницаемости смеси показаны
на рисунке 11. Понятно, что доля воды приведет к увеличению
измеренного значения емкостного
сопротивления/диэлектрической проницаемости, а увеличение
доли газа в трубопроводе приведет к уменьшению измеренного
значения.

При сочетании измерений доли газа из системы не-гамма­алгоритмов для определения доли газа и измерений емкостного
сопротивления в потоке с непрерывной нефтяной фазой
становятся известны доля нефти, доля воды и доля газа.

Рисунок 12

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 15 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

5.3.2 Технология на платформе Zector

TM

Многофазный расходомер Roxar 2600 M имеет,
как описано выше, два разных уровня, или
плоскости, с электродами. Нижняя плоскость
по потоку имеет два электрода и измеряет
объемные электрические свойства пустого
пространства. Также она относится
к конфигурации перекрестной корреляции.
Благодаря конфигурации электродов с шестью
электродами на верхней части по потоку
и электронике импеданса многофазный
расходомер Roxar 2600 M способен обеспечить
комплексное отображение режимов потока.

Рисунок 13

Технология позволяет точно понимать режимы потока, эффекты смешивания и профили скорости. Она
позволяет обнаруживать стремительные изменения в расщеплениях фаз, что делает измерения еще более
точными и последовательными.

Эта технология также позволяет одновременно исследовать большое количество секторов потока
со скоростью измерения 12 000 измерений в секунду, что обеспечивает беспрецедентные возможности для
интерпретации.

5.3.3 Переключение режимов

Пока поток находится в состоянии непрерывной нефтяной фазы, измеренный импеданс будет содержать
в основном компонент емкостного сопротивления, а компонент проводимости будет пренебрежимо мал.
Обычно поток остается в состоянии непрерывной нефтяной фазы до тех пор, пока обводненность
составляет приблизительно менее 60 %, но этот порог значительно варьируется в зависимости
от применения расходомера. В случае большой обводненности, обычно выше 70 %, компонент емкостного
сопротивления будет уменьшаться, а компонент проводимости впоследствии будет увеличиваться для
потока с непрерывной нефтяной фазой Измеренный импеданс будет иметь в основном компоненты
проводимости. Критерии выбора для переключения между потоками с непрерывной водяной и нефтяной
фазами основаны на резистивном измерении потока.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 16 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

5.3.4 Режим проводимости

В режиме проводимости измеряется проводимость смеси. Проводимость — это мера способности раствора
проводить электрический ток. Это величина, обратная удельному электрическому сопротивлению
(проводимость = 1 / R). Измерения импеданса в емкостном режиме не подходят, если многофазный поток
находится в состоянии непрерывной водяной фазы, и по этой причине для определения доли воды в смеси
используется режим проводимости. Аналогично емкостному режиму в потоке с непрерывной нефтяной
фазой в режиме проводимости обнаруживается доля воды в смеси с непрерывной водяной фазой.
При сочетании известной доли воды и расщепления газа/жидкости, обнаруженного с помощью
запатентованных не-гамма-алгоритмов, рассчитываются доля воды и доля газа.

Проводимость измеряется путем подачи известного электрического тока
контактным электродом в поток, затем измеряется падение напряжения
между электродами вдоль изолированного участка трубы. С измерением
как тока, так и падения напряжения сопротивление рассчитывается
по закону Ома, следовательно рассчитывается и проводимость смеси.

Рисунок 14

5.3.5 Не-гамма-алгоритмы

Расходомеры 2600 М используют информацию, встроенную в поток данных, который генерируется
электродами, и высокочастотное измерение импеданса для определения доли газовой фазы без
использования входного сигнала от гамма-плотномера. Не-гамма-алгоритм основан на определении самых
высоких значений диэлектрической проницаемости/проводимости во временном ряду. Предполагается, что
эти значения представляют периоды небольшого количества или отсутствия свободного газа. Периоды
с низкими значениями связаны со свободным газом, протекающим по трубе.

Многофазный расходомер Roxar 2600 M должен определять значение смещения для каждого отдельного
потока скважины. Это значение смещения определяется путем отбора одного обводненного образца
в одном потоке. Другой способ — использовать показания (тест-) сепаратора для измеряемого потока.
Вместо ввода известной обводненности также может использоваться известное значение ГФ (GOR).
После настройки расходомер измеряет и водожидкостный фактор, и ГФ, которые доступны в качестве
динамических выходных данных.

После правильной настройки в полевых условиях многофазный расходомер Roxar 2600 M будет работать
корректно, пока не произойдут серьезные изменения в режиме потока. Потому важно, чтобы эти значения
отслеживались во времени и чтобы процедура определения смещения выполнялась непосредственно
после изменений такого рода.

Благодаря этой процедуре многофазный расходомер Roxar 2600 M лучше всего подходит для применения
с одним скважинным потоком и непрерывным контролем скважины, однако его можно использовать
и в других применениях при строгом учете вышеописанной процедуры определения смещения.

5.4 Измерение скорости

Многофазный расходомер Roxar 2600 M имеет перекрестную корреляцию сигналов временных рядов
от датчика импеданса для определения скоростей среды.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 17 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Полевая электроника измерения импеданса собирает данные с сенсорных электродов. Собранные данные
образуют непрерывный сигнал временного ряда, который содержит информацию о структуре потока внутри
расходомера.

Рисунок 15

Расстояние между двумя плоскостями электродов известно. На графике на рисунке 15 нанесены сигналы
временного ряда от двух электродов. Сигнал от электродов до устройства — коричневая кривая; сигнал
от электродов после устройства — зеленая кривая. Кривые имеют почти одинаковую форму, но разнесены
во времени.

Статистический метод перекрестной корреляции сравнивает сходства между сигналами и используется для
нахождения временного сдвига. Функция перекрестной корреляции в зависимости от времени возвращает
свой первый и самый высокий максимум в момент времени T, представляющий сдвиг во времени между
сигналами.

Затем скорость определяется как:

V

flow

= d / T,

где

V

flow

= скорость потока,
d = расстояние между электродами в паре электродов,
T = временной сдвиг, найденный путем перекрестной корреляции временных рядов.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 18 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Многофазный измеритель Roxar 2600 M имеет, как уже упоминалось, две
плоскости электродов, одну с двумя и одну с шестью электродами, которые
измеряют скорости во время основной перекрестной корреляции и обработки
сигнала.

В верхнем уровне электродов четыре электрода используются для обеспечения
перекрестной корреляции между уровнями 1 и 2.

Рисунок 16

5.5 Необходимость в контрольных данных

Для многофазного расходомера Roxar 2600 M требуются следующие исходные данные.

• Рабочее давление и температура. Это требуемые исходные данные вычислителя расхода для
преобразования выходного расхода из фактических условий в стандартные. Давление
и температуру можно ввести в вычислитель расхода с помощью одного из следующих методов:

o через интерфейс Hart от соседних датчиков и измерительных преобразователей

давления и температуры. Многофазный расходомер Roxar 2600 М может поставляться
со встроенным датчиком и измерительным преобразователем температуры;

o вручную через конфигурационное ПО, если преобладают стабильные условия;
o через соединение Modbus RTU/Modbus TCP с системой управления (РСУ). Система

управления может записывать давление и температуру непосредственно в регистр
Modbus вычислителя расхода.

• Модель тяжелой нефти или таблицы PVT с коэффициентами пересчета могут использоваться для
преобразования расходов из фактических в стандартные условия и для преобразования
информации обводненных проб из стандартных в фактические условия. Эти таблицы различаются
по типу добываемой нефти. Преобразование из фактических в стандартные условия работает,
только если преобразователь имеет исходные давление и температуру и настроен
с использованием модели тяжелой нефти или таблиц PVT.

• Фазовые плотности нефти и газа, если клиент желает преобразовать объемные расходы
в массовые. Основные выходные данные многофазного расходомера Roxar 2600 M — объемные
расходы в реальных условиях.

• Соленость воды и точное измерение температуры для определения проводимости воды
в реальных условиях замера, если в потоке скважины присутствует постоянная водяная фаза,
обычно WLR > 60 %.

• Обводненность образца среды. Она используется для настройки расходомера и определения
значения смещения для контролируемого потока скважины. Если известен ГФ скважины, он также
может использоваться, в ином случае можно применять разделение газа и жидкости из полной
характеристики PVT углеводородных сред.

• Диэлектрическая проницаемость нефти. Она особенно важна при очень низких значениях WLR.
Приблизительные значения могут быть использованы для скважин с WLR более 10 %.

Зачастую достаточно модели тяжелой нефти, но для более точных измерений следует использовать
таблицы PVT. Программы моделирования PVT используют анализ состава углеводородной среды
с требуемым уравнением состояния и библиотеку согласованных стандартных свойств для имитации
поведения среды в зависимости от давления и температуры. Результаты представлены в матрице, которую
использует вычислитель расхода для автоматического расчета правильной фазовой плотности нефти,
воды и газа при изменении условий в линии.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 19 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

В той же самой программе моделирования PVT генерируется другая матрица, которая автоматически
обеспечивает вычислитель расхода правильными коэффициентами преобразования нефти, воды и газа
из фактического состояния в линии в стандартное состояние.

Исходные данные для программы Roxar Tempest PVTx

• Анализ составной среды с фракцией молярной доли и выше (Cn+), включая согласованные
значения MW и SG.

• Соленость/проводимость (если поток находится в состоянии непрерывной водяной фазы)
и плотность воды.

Любые результаты лабораторного PVT-эксперимента также будут способствовать обеспечению
оптимального качества исходных данных таблицы.

Многофазный расходомер Roxar 2600 М настраивается для одной скважины.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 20 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

6. ПОКАЗАТЕЛИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ

Показатели и характеристики системы
Рабочий диапазон

• Рабочее давление 5–150 бар

• Рабочая температура 0–130 °C

• Водожидкостный фактор (WLR) 0–100 %

• Объемная доля газа (GVF) 15–85 % *

Размеры прибора

ID 50 мм, ID 67 мм, ID 87 мм
Монтаж

• Вертикальный с восходящим потоком
Погрешность (доверительная область 95 %)

• Расход жидкости: +/–10 % относ. ***

• Обводненность: +/–5 % абс. **

• Расход газа: +/–10 % относ. ***

Расчетное давление

• Макс. 255 бар/3750 psi (фунт-сила на кв. дюйм)

Расчетная температура

• От –20 до +130 °C

Механические и электрические компоненты
Корпус расходомера
Стандарт для металлических деталей,
контактирующих с измеряемой средой

• Duplex UNS 31803, Inconel 625, UNS SS31600

Фланцевое соединение

• ANSI RTJ/RF

Технология сенсоров

Мультиэлектрод DP 26, двухплоскостная технология

Roxar ZectorTM.

Термогильза PT-100 и измерительный
преобразователь температуры — опционально

Питание Напряжение

• 18–36 В пост. тока или 100–240 В перем. тока

Потребляемая мощность

• Макс. 22 Вт при пуске (12 Вт при постоянной работе)

Коммуникационный интерфейс Электрический
интерфейс

• RS-485/TCP-IP

Коммуникационный протокол

• Modbus RTU/TCP

Электротехническая сертификация
Atex/IECEX/CSA
Зона 0 (сенсор)/зона 1 — вычислитель расхода

Программное обеспечение

• Конфигурационное ПО Roxar

* Расширяется до 0–85 % GVF с использованием трубки Вентури и измерений WLR; расширяется от 0–85
до 95 % с установкой системы гамма-распределения.

** Показатели WLR с установленной системой гамма-распределения или ГФ/GLR из PVT: погрешность
менее 3 % абс. WLR.

*** В диапазоне >15 % GVF.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 21 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

6.1 Рабочий диапазон

Рабочий диапазон многофазного расходомера Roxar 2600 М определяется размером расходомера.
Многофазный расходомер Roxar 2600 M охватывает диапазон WLR от 0 до 100 % и объемные доли газа
(GVF) от 0 (15) до 85 %. В некоторых случаях или с дополнительными модулями возможны и более высокие
доли газа.

Нижний предел скорости смеси определяется, чтобы избежать последствий, при которых жидкость
поднимается вверх и затем падает обратно через расходомер. Газ должен иметь достаточный импульс,
чтобы переносить жидкость, не бросая ее. На индивидуальной основе можно рассматривать расширение
рабочего диапазона расходомера. И рабочее давление, и вязкость жидкости, и пределы точности,
и обводненность могут влиять на рабочие лимиты, такие как максимальный GVF.

Расходомеры, как правило, более точны при высоких расходах. Когда есть выбор между измерителем,
работающим в нижней части его диапазона, и меньшим измерителем, работающим в средней части
диапазона, следует выбирать меньший измеритель.

Обратите внимание, что ни верхний, ни нижний диапазоны скоростей не являются абсолютными
пределами. Многофазный расходомер Roxar 2600 M будет продолжать работать и ниже, и выше этих
границ. Однако точность измерений будет снижаться, и нельзя ожидать, что она будет соответствовать
техническим характеристикам.

Многофазный расходомер Roxar 2600 M может поставляться со встроенными измерениями температуры и,
кроме того, оснащаться системой гамма-распределения и/или трубкой Вентури. Дополнительные измерения
расширяют рабочий диапазон и улучшают характеристики многофазного расходомера Roxar 2600 M.

6.2 Режимы работы

Многофазный расходомер Roxar 2600 M может работать в трех различных режимах, которые
контролируются оператором.

1. Режим фиксированного ГФ. В процессе потоковой калибровки расходомер определяет
соотношение газ — жидкость, которое соответствует исходному контрольному WLR. После этой
установочной процедуры оператор может «заблокировать» данное значение ГФ, войдя в режим
фиксированного ГФ. Многофазный расходомер Roxar 2600 M будет предполагать, что поток
скважины имеет постоянное соотношение газа и нефти и любые изменения диэлектрической
проницаемости и проводимости обусловлены изменениями WLR. Преимущество этого режима
состоит в том, что, если оператор располагает достоверной информацией о стабильности ГФ, такой
режим работы обеспечивает повышенную эффективность измерений WLR. Аналогичным способом
использования фиксированного ГФ является использование соотношения газ — жидкость
из полной характеристики PVT добываемых углеводородов. В этом случае расходомер
настраивается на использование данных разделения газа и жидкости из таблиц PVT, поскольку
GLR и ГФ как таковые сохраняются более или менее постоянными, если рабочее давление
и температура стабильны. Изменения давления и температуры в районе рабочей точки
учитываются таблицами PVT, и расходомер автоматически использует правильное разделение
газа и жидкости из таблиц PVT для давления и температуры, с которыми он работает.

2. Режим фиксированного WLR. В процессе потоковой калибровки расходомер определяет
соотношение газ — жидкость, которое соответствует исходному контрольному WLR. После этого
оператор может «заблокировать» данное значение WLR, войдя в режим фиксированного WLR.
Многофазный расходомер Roxar 2600 M будет предполагать, что поток скважины имеет постоянное
WLR и любые изменения диэлектрической проницаемости и проводимости обусловлены
изменением соотношения газ — жидкость. Преимущество этого режима состоит в том, что, если
оператор располагает достоверной информацией о стабильности WLR, такой режим работы
обеспечивает повышенную эффективность измерений ГФ.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 22 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

3. Стандартный режим. Это режим полного измерения, при котором расходомер динамически
определяет все фазы после процесса потоковой калибровки.

Многомодельная проверка долей

Многофазный расходомер в режиме реального времени запускает три различных режима расчета
и сравнивает их с точкой калибровки для доли газа и WLR.
Стандартный режим: многофазные доли и расходы рассчитываются только из встроенных сенсоров
и исходных данных онлайн.
Фиксированный ГФ: доли и расходы рассчитываются на основе предположения о том, что ГФ постоянный.
Фиксированный WLR: доли и расходы рассчитываются на основе предположения о том, что WLR постоянное.

Три режима расчета теперь будут по-разному реагировать на изменения состава потока, например,
в результате постепенного или внезапного увеличения добываемой воды. Режим i будет обнаруживать
и контролировать меняющуюся обводненность и должен производить измерения долей и расходов
с точностью, возможной для фактического расходомера. Режим ii с фиксированным ГФ также будет
обнаруживать и контролировать меняющуюся обводненность, и можно ожидать более высокую точность,
чем в режиме i. при условии, что ГФ действительно постоянный. Режим iii с фиксированным WLR,
естественно, не будет обнаруживать изменения обводненности. Однако в этом режиме, в примере
использования сенсора электрического импеданса, увеличение обводненности будет ошибочно измеряться
как уменьшение доли газа и ГФ.

Резкое увеличение добываемой воды заставит стандартный режим и режим фиксированного
ГФ действовать одинаково, определяя, что изменение является результатом прорыва воды. Таким
образом, оператор может продолжить контроль скважины, используя два оставшихся режима, отметив,
что в ближайшее время требуется настройка новой отправной точки.

Как это можно использовать, показано на следующем примере. Предположим, что скважинный расходомер
2600 М установлен на линии добычи из скважины в зоне густой нефти без механизации, и нефть из пласта
с известным ГФ не должна меняться. В этом случае режим фиксированного ГФ обеспечит максимальную
производительность измерений. С эксплуатацией расходомера в этом режиме допустим, что многофазный
расходомер сообщает об уменьшении обводненности; во многих сценариях добычи падение
обводненности — неожиданное поведение, и, безусловно, оператор будет знать, действительно ли оно
происходит. Затем оператор заподозрит, что газ поступает из другого источника по сравнению
со свободным газом, добываемым из пластовой нефти.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 23 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Рисунок 17

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 24 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

6.3 Погрешность измерений

Таблица 1. Спецификация характеристик

Спецификация характеристик

Многофазный расходомер Roxar 2600 М, многофазный режим **

Исходные требования: состав углеводородной среды со свойствами более высокой фракции и плотностью воды

в качестве исходных данных (если добывается вода), потоковая калибровка с информацией обводненного образца.

Доверительный уровень

95 %

Совокупные погрешности расширенного прибора

Поддиапазон

Диапазон GVF

Газ

Жидкая среда

WLR

А

0–15 %

— — 5 %

B

15–85 % *

10 %

10 %

5 %

C

85–100 %

— — —

Воспроизводимость

¼ %

¼ %

¼ %

Вышеуказанные погрешности действительны для следующих значений.

• Давление в трубопроводе > 5 бар изб.

• Общая скорость потока: > 4 м/с.

• Фиксированные установки и применения для одной скважины.

• Многофазный расходомер Roxar 2600 М с потоковой калибровкой и информацией обводненного образца.

* В случае более низкого или высокого GVF требуется особая оценка консультанта по измерениям Roxar.

** Погрешности, действительные для многофазного расходомера Roxar 2600 М без добавочных модулей, таких как гамма-

система и трубка Вентури, и в режиме работы без гамма-системы, с динамическим измерением газожидкостного фактора
и WLR.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 25 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

6.4 Влияющие величины

Таблица 2. Влияющие величины

Влияющие величины

Соленость. Изменения солености воды никак не влияют на показания WLR при любых

технологических условиях с WLR менее 60–80 %. При более высоком WLR соленость воды
и температура технологического процесса относятся к исходным требованиям.

Песок. Диэлектрические свойства песка почти такие же, как у нефти. Таким образом, любой
песок будет измеряться в рамках нефти. Тем не менее, поскольку диэлектрические измерения
основаны на объеме, песок практически не будет влиять на показатели расходомера.
К настоящему моменту у Roxar нет информации ни о каком влиянии песка ни на какие установки.

Нагнетание метанола. На измерения обводненности расходомера будет влиять значительное
нагнетание метанола. Метанол будет восприниматься как вода, но если объем нагнетания
метанола известен, его можно компенсировать.

Присадки, например эмульсификаторы, ингибиторы парафинизации, ингибиторы коррозии.

Химикат желательно нагнетать после MPFM во избежание влияния на измерения.

H2S. H2S не влияет на работу расходомера. Для применений с высоким содержанием H2S
выбираются специальные материалы (например, Inconel 625 для корпуса сенсора).

Осадок нерастворимых солей Многофазный расходомер Roxar 2600 М допускает минимальный
налет осадок нерастворимых солей без влияния на измерения. Но Roxar рекомендует удалять
толстые проводящие слои осадок нерастворимых солей изнутри расходомера. Внутренние части
расходомера не подвержены образованию слоев осадок нерастворимых солей благодаря
материалу ПЭЭК, за счет которого электроды находятся заподлицо с потоком.

Парафин. Парафин, присутствующий в потоке или отлагающийся внутри сенсора, будет
измеряться как нефть. Это связано с тем, что плотность и диэлектрические свойства парафина
и нефти очень близки. Тем не менее обычно ингибиторы парафинизации, используемые
во избежание отложений парафина, не влияют на измерения расходомера. Наконец, поскольку
многофазный расходомер Roxar 2600 полнопроходной и неинтрузивный, толстые слои парафина
вряд ли смогут образовываться внутри расходомера.

Гидраты. Многофазный расходомер Roxar 2600 М не имеет никаких приборных трубок,
что снижает возможность образования гидратов.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

Страница 26 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

6.5 Свойства среды

Таблица 3. Свойства среды

Свойства среды

Многофазный расходомер Roxar 2600 М имеет конфигурацию, которая содержит информацию
о свойствах среды, например о плотности нефти/воды/газа, солености воды и диэлектрической
проницаемости нефти. Эти свойства будут меняться со временем в зависимости от изменений
давления и температуры, но расходомер будет автоматически рассчитывать новые плотности
со связными технологическими условиями на основе заданных таблиц PVT, созданных в ПО
моделирования PVT. Тем не менее при значительных изменениях состава углеводородной
среды и плотности воды при снижении добычи такие изменения должны указываться для
их учета. Для этого создаются новые таблицы PVT на основе новых исходных данных,
в противном случае возможны ошибочные измерения. Многофазный расходомер Roxar 2600 М
может выдерживать достаточно значительные изменения свойств среды до того, как
погрешность станет значительной. Например, относительное изменение плотности нефти
на +1 % приведет к погрешности в измеряемом расходе жидкости всего в +0,9 %. Также
см. таблицу ниже.

Количество

Изменение

% отн.

Расход
жидкости

% отн.

WLR

% абс.

Расход
газа

% отн.

Примечание

Плотность нефти

+1 %

+0,9 %

–0,2 %

–0,2 %

1

Плотность газа

+10 %

+1,1 %

–0,3 %

–0,3 %

1

Плотность воды

+1 %

+0,3 %

–0,1 %

–0,1 %

1

Диэлектрическая
проницаемость нефти

+5 %

–0,3 %

+1,3 %

+0,1 %

1
Проводимость воды

+1 %

–0,2 %

+ 0,9 %

–0,0 %

2

Примечания 1. Задано на 80 % GVF, 20 % WLR. 2. Задано на 80 % GVF, 80 % WLR.

Номинальные условия применения

Давление

< 150 бар

Температура

От –20 до +130 оС

Плотность нефти

600–1050 кг/м

3

Вязкость нефти

Не влияет

Плотность воды

950–1200 кг/м

3

Вязкость газа

Не влияет

Режимы потока

Любые (однофазный, аэрированный, эмульсионный, пробковый, кольцевой)

Функциональное описание

Страница 27 из 27

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000322608/AF

Многофазный расходомер Roxar 2600 М

6.6 Расчеты погрешности

Расчет погрешности расхода нефти и воды

Где
U

: относительная погрешность расхода нефти,

oil

U

: относительная погрешность расхода воды,

wat

U

: относительная погрешность расхода жидкой среды,

liq

WLR : водожидкостный фактор (обводненность),
U

: абсолютная погрешность обводненности.

WLR

Воспроизводимость ¼ от погрешности измерений.
Погрешности На основе доверительной области 95 %, описанной в справочнике NFOGM

по многофазным измерениям [2].

Функциональное описание

Страница 1 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Функциональное описание

для многофазного расходомера Roxar 2600

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 2 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

СОДЕРЖАНИЕ

1. НАЗНАЧЕНИЕ ..................................................................................................................................................... 4

2. СОКРАЩЕНИЯ/ОПРЕДЕЛЕНИЯ ...................................................................................................................... 4

2.1 Сокращения ................................................................................................................................................. 4

2.2 Определения ............................................................................................................................................... 4

3. ДОКУМЕНТАЦИЯ ............................................................................................................................................... 6

3.1 Стандартная документация и записи ..........................................................................................................

3.2 Расположение и меры предосторожности ............................................................................................... 6

3.3 Время хранения .......................................................................................................................................... 6

4. ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................................................................... 7

5. ОБЗОР РАБОТЫ СИСТЕМЫ ............................................................................................................................ 8

5.1 Корпус расходомера ................................................................................................................................... 9

5.2 Заменяемая вставная трубка Вентури ..................................................................................................... 9

5.3 Многопараметрический преобразователь (P, dP, T) ............................................................................... 9

5.4 Изолирующий запорно-стравливающий клапан .................................................................................... 10

5.5 Геометрия электродного сенсора DP26 ................................................................................................. 10

5.6 Полевая электроника измерения импеданса ......................................................................................... 10

5.7 Гамма-плотномер (если применимо) ...................................................................................................... 11

5.8 Распределительная коробка .................................................................................................................... 11

5.9 Корпус вычислителя расхода .................................................................................................................. 11

5.10 Вычислитель расхода ............................................................................................................................... 12

5.11 Сервисная консоль ................................................................................................................................... 12

5.12 Программное обеспечение Fieldwatch (если применимо) .................................................................... 12

6. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ОБЗОР ......................................................................................................................... 13

6.1 Корпус расходомера ................................................................................................................................. 13

6.2 Сменная трубка Вентури, MVT и запорный клапан ............................................................................... 13

6.2.1 Трубка Вентури ..................................................................................................................................... 13

6.2.2 Запорный клапан ................................................................................................................................... 13

6.2.3 Многопараметрический преобразователь .......................................................................................... 13

6.3. Электроды DP26 с полевой электроникой измерения импеданса ....................................................... 14

6.4 Исполнения MPFM 2600 с гамма-системой и без .................................................................................. 15

6.4.1 MPFM 2600 с гамма-системой ............................................................................................................. 15

6.4.2 MPFM 2600 без гамма-системы ........................................................................................................... 15

6.5 Корпус вычислителя расхода .................................................................................................................. 16

6.6 Сервисная консоль (ЧМИ) ........................................................................................................................ 16

6.6.1 Регистрация данных и резервное копирование ................................................................................. 17

7. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ..................................................................................................................................... 18

7.1 Измерения долей ...................................................................................................................................... 19

7.1.1 Режим емкостного сопротивления ...................................................................................................... 19

7.1.2 Переключение режимов ....................................................................................................................... 21

7.1.3 Режим проводимости ............................................................................................................................ 21

7.1.4 Система гамма-плотномера ................................................................................................................. 22

7.1.5 Расходомер без гамма-системы .......................................................................................................... 23

7.2 Измерение скорости ................................................................................................................................. 23

7.2.1 Измерение скорости перекрестной корреляции ................................................................................ 23

7.2.2 Скорость в трубке Вентури .................................................................................................................. 24

7.3 Необходимость в контрольных данных .................................................................................................. 25

8. РЕЖИМ ВЛАЖНОГО ГАЗА ............................................................................................................................. 26

9. ПОКАЗАТЕЛИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ ........................................................................................ 28

Функциональное описание

Страница 3 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

9.1 Стандартные технические характеристики ............................................................................................ 28

9.2 Рабочий диапазон ..................................................................................................................................... 29

9.3 Погрешность измерений........................................................................................................................... 31

9.3.1 Погрешность измерений Roxar MPFM 2600 в многофазном режиме .............................................. 31

9.3.2 Погрешность измерений Roxar MPFM 2600 в режиме влажного газа ............................................. 32

9.4 Влияющие величины ................................................................................................................................ 33

9.5 Свойства среды ........................................................................................................................................ 34

9.6 Расчеты погрешности ............................................................................................................................... 35

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 4 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

1. НАЗНАЧЕНИЕ

Назначение функционального описания — помочь пользователю понять, что такое многофазные измерения
и как действует многофазный расходомер Roxar 2600.
Настоящий документ — техническое описание всех основных компонентов многофазного расходомера
Roxar 2600 и того, как они функционируют вместе. Он объясняет принцип работы платформы ZectorTM
и то, как она используется для сообщения объемных расходов нефти, воды и газа.

2. СОКРАЩЕНИЯ/ОПРЕДЕЛЕНИЯ

2.1 Сокращения

Абс. %

Абсолютная погрешность
водожидкостного фактора

PVT

Давление, объем и температура

AGC

Автоматическая регулировка усиления

Отн. %

Относительные погрешности
в расходах газа и жидкости

DCS

(РСУ)

Распределенная система управления

GOR

(ГФ)

Газовый фактор

Roxar MPFM 2600

Многофазный расходомер

Roxar 2600

GVF

Объемная доля газа

ТПС

Термопреобразователь
сопротивления

ЧМИ

Человеко-машинный интерфейс

SCADA

Диспетчерское управление
и сбор данных

WTr

Переходная точка между нефтью
и водой — непрерывная жидкофазная
область

SG

Удельная плотность
MVT

Многопараметрический преобразователь

VLR

Соотношение паровой и жидкой
фаз

MW

Молярная масса

WC

Обводненность

NFOGM

Norsk Forening for Olje og Gassmåling

(Норвежское общество по нефтегазовым
измерениям)

WLR

Водожидкостный фактор
ПЭЭК

Полиэфирэфиркетон

WVF

Объемная доля воды

PVTx

ПО для моделирования PVT

2.2 Определения

• Режим потока — физическая геометрия, демонстрируемая многофазным потоком в трубопроводе.
Например, в двухфазном потоке нефти/воды свободная вода занимает дно трубопровода, а нефть
или водонефтяная смесь течет сверху.

• Газовый фактор — соотношение объемного расхода газа и объемного расхода нефти; оба
объемных расхода должны быть переведены в одно и то же давление и температуру (как правило,
в стандартных условиях). Выражается в объеме на объем, например ст.куб.фт./барр. или м3/м3.

• Объемная доля газа (GVF) — объемный расход газа относительно общего многофазного
объемного расхода при давлении и температуре, преобладающих на соответствующем участке.
GVF обычно выражается в виде доли или процента.

• Массовый расход — масса среды, проходящей через поперечное сечение трубопровода
за единицу времени.

• Емкостное сопротивление — в конденсаторе или системе проводников и диэлектриков — свойство,
которое позволяет хранить электрически разделенные заряды при наличии разности потенциалов

Функциональное описание

Страница 5 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

между проводниками. Емкостное сопротивление связано с зарядом и напряжением следующим
образом: C = Q / V, где C — емкостное сопротивление в фарадах, Q — заряд в кулонах, а V —
напряжение в вольтах.

• Проводимость — способность материала проводить электрический ток. В изотропных
материалах — величина, обратная удельному сопротивлению. Иногда ее называют удельной
проводимостью. Единицы измерения: Сименс/м или См/м.

• Диэлектрическая проницаемость — мера способности диэлектрической среды к электрической
поляризации при воздействии электрического поля. Диэлектрическая среда в конденсаторе из-за
поляризации уменьшает исходное электрическое поле и увеличивает емкостное сопротивление
конденсатора. Емкостное сопротивление С электрического конденсатора пропорционально
диэлектрической проницаемости диэлектрической среды (подробности см. в справочнике NFOGM
по многофазному измерению расхода [2]).

• Импеданс — электрический импеданс, или просто импеданс, описывает меру сопротивления
синусоидальному переменному току (AC). Электрический импеданс расширяет понятие
сопротивления цепям переменного тока, описывая не только относительные амплитуды
напряжения и тока, но и относительные фазы. Когда цепь действует от постоянного тока (DC),
между импедансом и сопротивлением разницы нет; последнее можно рассматривать как импеданс
с нулевым фазовым углом. Импеданс обычно обозначается символом Z и может представляться
записью его величины и фазы вида ZA6.

• Зона измерений — области на схеме двухфазного потока и схеме состава, в которых многофазный
расходомер Roxar 2600 работает в соответствии со своими техническими характеристиками.

• Многофазный поток — две фазы или более, протекающие одновременно в закрытом трубопроводе
с нефтью, водой и газом во всем диапазоне от 0 до 100 % GVF и от 0 до 100 % обводненности.

• Поток с непрерывной нефтяной фазой — многофазный поток с водонефтяной смесью,
характеризующийся распределением воды в виде капель воды в нефтяной оболочке. Электрически
смесь действует в качестве изолятора.

• Стандартные, или нормальные условия — набор стандартных (или нормальных) условий с точки
зрения давления и температуры, при которых выражаются свойства среды или объемные расходы,
например 101,325 кПа и 15 °C.

• Поверхностная фазовая скорость — скорость потока одной фазы многофазного потока при
условии, что фаза занимает собой весь трубопровод. Она также может определяться
соотношением (объемный расход фазы) / (поперечное сечение трубы).

• Двухфазный поток с непрерывной водяной фазой — двухфазный поток нефти/воды,
характеризующийся распределением нефти в виде капель нефти в водяной оболочке.
Электрически смесь действует в качестве проводника.

• Обводненность — объемный расход воды относительно общего объемного расхода жидкости
(нефти и воды), которые преобразуются в объемы при стандартном давлении и температуре.
Обводненность обычно выражается в виде процента.

• Водожидкостный фактор — объемный расход воды относительно общего объемного расхода
жидкости (нефти и воды) при давлении и температуре, преобладающих на соответствующем
участке.

• Воспроизводимость — близкая согласованность между результатами последовательных
измерений одной и той же величины, выполненных в одинаковых условиях измерения.

Функциональное описание

Страница 6 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Название документа

Тип

Док. Ссылка

[1]

Инструкция по эксплуатации

Инструкции

–

[2]

Справочник NFOGM по многофазному измерению расхода

www.nfogm.no

Руководство

–

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

3. ДОКУМЕНТАЦИЯ

3.1 Стандартная документация и записи

3.2 Расположение и меры предосторожности

Уровень документа: 4.
Классификация документа: открытый.
Все документы этого процесса должны храниться в системе документов в соответствующей папке.

3.3 Время хранения

Документы должны храниться в течение срока службы продукции или согласно указанию в договоре
с заказчиком; требуемый минимальный срок составляет 20 лет.

Примечание. Если заказчик требует уведомления перед удалением документов, это должно быть указано
на самом документе.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 7 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

4. ВВЕДЕНИЕ

Многофазный расходомер Roxar 2600 — это прибор третьего поколения компании Roxar, построенный
на платформе технологии ZectorTM , которая включает в себя усовершенствованные не-гамма-алгоритмы,
алгоритмы влажного газа, расширенную обработку сигналов, компактную геометрию сенсоров и полевую
электронику измерения импеданса. Roxar MPFM 2600 — это поточный неинтрузивный прибор, который
измеряет многофазный расход без сепарации и без смешивания.

Рисунок 1. Roxar MPFM 2600 со встроенным фланцем ANSI (2600 MV) и с фланцевым соединением

приварной шейкой (2600)

При многофазном измерении цель состоит в том, чтобы найти объем каждой фазы каждого компонента
среды в многофазной смеси; объем нефти, воды и газа. Если задана ограниченная площадь, объемный
расход будет определяться площадью, умноженной на скорость. Это утверждение также верно с такими
же условиями для каждой фазы.

Итак, основное уравнение, которое необходимо решить, чтобы найти объем каждой фазы:

Q(фаза) = A(фаза) * V(фаза), где
Q(фаза) = объемный расход фазы,

A(фаза) = площадь, занимаемая фазой,
V(фаза) = скорость фазы.

Настоящий документ описывает принцип измерения многофазного потока и то, как Roxar использует
технологическую платформу Zector

TM

в Roxar MPFM 2600 и его компонентах.

Документ функционального описания для Roxar MPFM 2600, включая главу о принципе работы, выдержан
на уровне, который помогает пользователю понять, как функционирует и работает расходомер,
без изучения всех деталей.

Функциональное описание

Страница 8 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

5. ОБЗОР РАБОТЫ СИСТЕМЫ

В этой главе приводится обзор базовых характеристик и механической конструкции всех основных
компонентов. В следующих главах более подробно рассматривается, как эти компоненты функционируют
вместе и используются для измерения.

Все отдельные детали Roxar MPFM 2600 показаны на
рисунке 2. Они показаны вместе как полная система Roxar MPFM 2600 на блок-схеме.
для упрощения понимания объяснения о каждом отдельном компоненте

Рисунок 2. Блок-схема Roxar MPFM 2600

Функциональное описание

Страница 9 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Roxar MPFM 2600 имеет компактную и легкую конструкцию. В конструкции
расходомера предусмотрена защитная рамка корпуса полевой электроники
измерения импеданса, которая также выполняет функцию солнцезащитного
козырька.

Корпус расходомера спроектирован с фланцевым соединением приварной
шейкой Grayloc/Techlok (рисунок 1 слева) или со встроенными фланцами
ANSI, как показано на рисунке 3. Многофазный расходомер Roxar 2600
с фланцами ANSI обозначается типом 2600 MV и 2600 MVG, если включена
система гамма-распределения.

Рисунок 3. 2600 MV

Roxar MPFM 2600 имеет трубку Вентури, которую при необходимости можно
заменять. Для отвода dP трубки Вентури не предусмотрены приборные трубки,
но имеется надежная конструкция с отводом давления в кольцевую камеру
для обеспечения как давления, так и dP.

Функциональный обзор см. в разделе 6.2.

Рисунок 4

Измерения давления, перепада давлений (dP) и температуры в Roxar MPFM
2600 обеспечиваются при помощи компактного интегрированного решения
с использованием многопараметрического преобразователя Emerson

Rosemount (MVT).

Функциональный обзор см. в разделе 6.2.

Рисунок 5

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

5.1 Корпус расходомера

5.2 Заменяемая вставная трубка Вентури

5.3 Многопараметрический преобразователь (P, dP, T)

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 10 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

5.4 Изолирующий запорно-стравливающий клапан

Одинарный или двойной запорно-стравливающий клапанный блок
используется для изоляции от технологического процесса и монтажа MVT.

Функциональный обзор см. в разделе 6.2.

Рисунок 6

5.5 Геометрия электродного сенсора DP26

Геометрия электродного сенсора DP26 — запатентованная конструкция для Roxar MPFM 2600.
Предусмотрены 2 электрода после в верхней измерительной части по потоку и 6 электродов в нижней
измерительной части по потоку, отсюда и название геометрии электродного сенсора — DP26.

Рисунок 7

Функциональный обзор см. в разделе 6.3.

5.6 Полевая электроника измерения импеданса

Полевая электроника измерения импеданса — это электрическое устройство, подключаемое к электродам
DP26, со сверхскоростной прямой обработкой и верификацией данных.

Функциональный обзор см. в разделе 6.3.

Рисунок 8

Функциональное описание

Страница 11 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Компактная гамма-система используется для измерения плотности смеси
среды, протекающей через участок Roxar MPFM 2600. Гамма-система может
быть легко преобразована в исполнение без гамма-распределения после
ввода в эксплуатацию в полевых условиях, если этого требуют условия
расхода.

Функциональный обзор см. в разделе 6.4.

Рисунок 9

Разработанная и сертифицированная Roxar распределительная коробка
с защитным барьером требуется, если расстояние между измерителем

Roxar MPFM 2600 и вычислителем расхода Roxar MPFM 2600 превышает
200 метров.

Рисунок 10

Для вычислителя расхода Roxar MPFM 2600, устанавливаемого
в безопасной зоне (менее 200 м от измерителя MPFM 2600), Roxar
предлагает включить в комплект поставки кабели длиной 10 м и две
распределительные коробки, одну для кабелей оборудования Ex i
и оптоволоконного кабеля и одну для кабеля оборудования Ex d. Кабели
от измерителя Roxar MPFM 2600 будут заделываться в распределительные
коробки компанией Roxar до отгрузки, и заказчику будет легко подключать
кабели от распределительных коробок до системы заказчика.

Для смонтированных в полевых условиях вычислителей расхода
с сертификацией Ex d может поставляться одна распределительная коробка
между вычислителем расхода и системой заказчика, если этого требует
клиент.

Корпус вычислителя расхода, в котором расположен блок обработки
расчетов прибора, может поставляться в различных исполнениях, таких как:

• корпус Ex d с локальным дисплеем или без,

• корпус для безопасных зон с локальным дисплеем или без,

• передняя и задняя панель, устанавливаемые на 19-дюймовую

стойку (см. раздел 5.10, 6.5 и рисунок 2).

Рисунок 11

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

5.7 Гамма-плотномер (если применимо)

5.8 Распределительная коробка

5.9 Корпус вычислителя расхода

Функциональное описание

Страница 12 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Roxar MPFM 2600 имеет вычислитель расхода — вычислительный блок,
который выполняет все высокоскоростные вычисления алгоритмов потока,
а также связывается со всеми внутренними приборами, служебной консолью
и системами клиента. Он расположен в корпусе вычислителя расхода.

Рисунок 12

Сервисная консоль ноутбука/ПК с установленным ЧМИ (человеко-машинный

интерфейс, рисунок 13).

Программное обеспечение сервисной консоли Roxar MPFM 2600

устанавливается на стандартный ноутбук или ПК с Windows 7. Для шкафов
или аналогичных устройств может поставляться тип для промышленных ПК.

Рисунок 13

Fieldwatch — это приложение типа клиент/сервер, устанавливаемое

на выделенном физическом сервере, обычно размещаемом в шкафу
в безопасной зоне. Это приложение позволяет пользователю отслеживать
и просматривать данные в реальном времени со всех приборов,
подключенных к серверу. Программное обеспечение для контроля Fieldwatch
состоит в основном из двух компонентов: Field Server и Field Explorer.

Рисунок 14

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

5.10 Вычислитель расхода

5.11 Сервисная консоль

5.12 Программное обеспечение Fieldwatch (если применимо)

Roxar Field Server — это программное приложение, используемое для настройки приборов Roxar (а также

других приборов сторонних производителей) для пользователя. Оно подключает и интегрирует модули
полевого интерфейса и пользовательские интерфейсы для различных приборов, подключенных
к полевому серверу. Оно организует поток данных и отображает подключенные инструменты в виде
логической древовидной структуры, которая визуализируется в Field Explorer. Количество
приборов/датчиков/измерителей, подключенных к серверу, указывает на количество модулей полевого
интерфейса.

Roxar Field Explorer — это пользовательский интерфейс ПК, который можно свободно распространять как
на локальные, так и на удаленные рабочие столы пользователей. К некоторым из его функций относятся
мониторинг состояния, диагностика и обслуживание всех приборов Roxar.

Fieldwatch также способен интегрировать служебную консоль MPFM, которую можно запускать из Roxar
Field Explorer.

Функциональное описание

Страница 13 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

6. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ОБЗОР

В этой главе части предыдущей главы обобщены и привязаны к их функциям во всей системе.

6.1 Корпус расходомера

Корпус расходомера оснащен стандартными с фланцевым соединением приварной шейкой для
сопряжения с соседними трубами или встроенными фланцами, см. рисунок 1.

6.2 Сменная трубка Вентури, MVT и запорный клапан

6.2.1 Трубка Вентури

Roxar MPFM 2600 имеет конструкцию со вставной трубкой Вентури, которую легко заменять. Для отвода
(dP) трубки Вентури не предусмотрены приборные трубки, однако предусмотрен отвод как давления
в трубопроводе, так и перепада давлений (dP) посредством кольцевой камеры. dP представляет основные
исходные данные для расчета скорости жидкости (см. рисунок 15).

Рисунок 15

При замене существующей трубки Вентури на новую (с другим относительным диаметром) фактический
рабочий диапазон существующего Roxar MPFM 2600 увеличится. Трубка Вентури может заменяться
в условиях эксплуатации. Новую трубку Вентури с меньшим или большим соплом можно затем вставлять
обратно в корпус расходомера.

Возможные сценарии, при которых может рассматриваться замена.

• Клиент может заказать запасной комплект трубки Вентури для расширения рабочего диапазона
и использовать один тот же Roxar MPFM 2600 в течение всего срока службы скважины.

• Если фактическая добыча из скважины не согласуется с начальными расчетными проектными
данными, одним из решений может быть замена существующей трубки Вентури (с относительным
диаметром x) на более подходящую трубку оптимального размера (с относительным диаметром y).

6.2.2 Запорный клапан

Roxar использует 5-позиционный клапанный блок с запорно-стравливающим клапаном, чтобы обеспечить
неизменность давления от технологического процесса до измерительного преобразователя. Это компактное
решение с фланцевым присоединением между корпусом Roxar MPFM 2600 и клапаном (см. рисунок 6).

6.2.3 Многопараметрический преобразователь

Для передачи текущего давления в трубопроводе и dP на вычислитель расхода для дальнейшей обработки
в Roxar MPFM 2600 используется многопараметрический преобразователь Emerson Rosemount, который
обеспечивает высокоточные измерения давления в сочетании с чрезвычайно высокой долгосрочной
стабильностью.
В дополнение к давлению и dP к MVT подключен температурный элемент, чтобы сообщать температуру
потока алгоритмам систем.
Этот внутренний ТПС (термопреобразователь сопротивления) — часть конструкции сенсора или внешней
защитной гильзы.

Функциональное описание

Страница 14 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Электроды — это детали, контактирующие с измеряемой средой, которые
также используются для возбуждения и обнаружения сигналов с целью
определения изменения электрических свойств в многофазном потоке.
Изменения сигнала, обнаруживаемые на этих электродах, дополнительно
используются в алгоритмах перекрестной корреляции, которые определяют
скорость газа.
Сигналы, генерируемые электродами, также используются для расширенной
обработки сигналов, применяемой, когда расходомер работает в режиме
без гамма-системы, для определения долей газа и жидкости.

Рисунок 16

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Действительное давление и температура используются для расчета контрольных свойств каждой фазы
в фактических условиях, а также для расчета коэффициентов пересчета с целью преобразования
из фактических расходов в стандартные.

6.3. Электроды DP26 с полевой электроникой измерения импеданса

Фазовые доли газа, нефти и воды, а также скорость газа измеряются полевой электроникой измерения
импеданса. Roxar MPFM 2600 представляет собой решение с одной платой, сочетающее емкостный режим
и режим проводимости измерения импеданса. Электроды DP26 являются деталями электрических
измерений Roxar MPFM 2600, контактирующими с измеряемой средой; стандартный материал для этих
электродов — Inconel, обеспечивающий целостность материала независимо от технологических условий.
Электроды электрически изолированы от корпуса прибора при помощи прокладки из ПЭЭК.

С механической точки зрения электроды DP26 не имеют внутренней проводки или точек пайки со стороны
технологического процесса в атмосферу. Каждый стержень электрода имеет конструкцию с защитой
от давления. Эти стержни соединяются проводами с общей электронной платой импеданса, что
обеспечивает непрерывное плавное переключение между емкостным режимом и режимом проводимости,
когда среда меняется с нефти на воду и наоборот (рисунок 16).

Геометрия электродов DP26 позволяет проводить измерения в отдельных секторах в дополнение к полной
площади сечения потока. Это дает возможность измерять большое количество различных комбинаций
с помощью измерений у стенок, измерений вращения и традиционных объемных измерений, что позволяет
гораздо подробнее измерять доли.

Принцип метода импеданса для измерения фазовой доли используется для определения электрических
свойств среды, проходящей через сенсор. Измерение электрического импеданса с помощью контактных
электродов позволяет найти диэлектрическую проницаемость и проводимость смеси среды, а с помощью
расширенной обработки и проверки сигналов определяется каждая фазовая доля и скорость.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 15 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Режим емкостного сопротивления в основном активен, когда смесь среды
находится в состоянии непрерывной нефтяной фазы, т. е. смесь среды действует
как электрический изолятор. Режим проводимости в основном активен, когда
смесь среды находится в состоянии непрерывной водяной фазы, т. е. смесь
среды действует как электрический проводник.

Переключение между этими двумя режимами, как указано выше, осуществляется
плавно, полностью автоматически и на чрезвычайно высокой скорости.
Два разных уровня конфигурации электродов обеспечивают перекрестную
корреляцию электрических сигналов с уровня до устройства на уровень после
устройства. Метод статистической перекрестной корреляции позволяет найти
скорость потока газа.

Более подробно это рассматривается в разделе 7, «Принцип действия»
(см. рисунок 17).

Рисунок 17

6.4 Исполнения MPFM 2600 с гамма-системой и без

6.4.1 MPFM 2600 с гамма-системой

Для обеспечения оптимальных измерений и соответствия техническим характеристикам рекомендуется
использовать MPFM 2600 с системой гамма-плотномера.

Когда GVF высокий и жидкофазная область становится незначительной по отношению к объему потока
газа, MPFM 2600 с гамма-плотномером должен стать вашим основным выбором.

Система гамма-плотномера измеряет плотность смеси, протекающей в трубе, на основе калибровки
с двумя известными средами, обычно газом и водой. На рисунке 18 показана визуализация двух основных
компонентов системы гамма-плотномера: детектора, включая взаимосвязанный корпус в исполнении Ex-d,
и источника гамма-излучения.

Метод затухания гамма-излучения основан на том
принципе, что из-за поглощения интенсивность
гамма-луча экспоненциально уменьшается при его
прохождении через вещество.
Гамма-плотномер измеряет плотность смеси,
и результат используется для определения разделения
газа и жидкости.
Используемый гамма-детектор представляет собой
стандартный детектор, прикрепленный
болтам к внешней стороне корпуса расходомера
(см. рисунок 18).

Рисунок 18

Радиоактивным источником является изотоп цезий-137 (Cs 137); контейнер источника имеет степень
защиты IP 68 с мощностью дозы менее 7,5 микрозиверт в час на любой доступной поверхности.
При условии соблюдения инструкций и правил гамма-плотномер полностью безопасен и не представляет
никакой опасности.

6.4.2 MPFM 2600 без гамма-системы

Расходомер MPFM 2600 без гамма-системы предназначен для стационарных установок и наилучшим образом
подходит для мониторинга скважин. Рабочий диапазон расходомера MPFM 2600 без гамма-системы
составляет от 0 до 85 % GVF, но его можно расширить с помощью усовершенствованных исходных данных
PVT для расходомера.

MPFM без гамма-системы оценивает соотношение разделения газ/жидкость с помощью запатентованных
расширенных алгоритмов обработки сигналов. Подробнее он рассматривается в разделе 7.

Функциональное описание

Страница 16 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

6.5 Корпус вычислителя расхода

Корпус вычислителя расхода может поставляться в различных исполнениях, как указано в разделе 5.9,
но независимо от того, какое решение выбрано, будет включаться следующее.

• Вычислитель расхода (вычислительный блок)

• Барьеры для измерительного преобразователя и полевой электроники

• Преобразователи для разных коммуникационных интерфейсов

• Модули кондиционирования питания

• Локальный дисплей (только в корпусе Ex-d)

Через выделенный порт связи все данные, описанные в преобразовании адресов Modbus, становятся
доступными для сторонних клиентских систем, таких как SCADA, РСУ и т. д.
Вычислитель расхода включает в себя 6 коммуникационных портов, использующих другой интерфейс,
где 4 порта предназначены только для внутренней связи, а 2 используются для связи со служебной
консолью и любой коммуникации с клиентом.

В переднюю дверцу корпуса Ex-d вмонтирован дисплей, управляемый кнопочной панелью. Дисплей
показывает расходы, основные параметры, суммарные расходы и операции испытаний скважины.
Кнопки имеют функцию навигации/выбора, используемую для переключения между режимами
отображения, а также для настройки испытаний скважины.

6.6 Сервисная консоль (ЧМИ)

Расходомер вводится в эксплуатацию и обслуживается с помощью конфигурационного и контрольного
программного обеспечения с меню, установленного на ПК с сервисной консолью. Программное обеспечение
может использоваться для выполнения следующих задач.

• Загрузка новых наборов данных PVTрасходомер.

• Выбор набора данных PVT, который будет использоваться для текущей регистрации.

• Настройка данных расходомера, таких как технические единицы измерения и свойства усреднения

данных.

• Отображение трендов и измерений в реальном времени.

• Регистрация мгновенных и накопленных данных в виде текстовых файлов или в формате обмена
DDE Excel. Текстовые файлы могут импортироваться в стандартные электронные таблицы, такие как
Excel или Lotus (не учтены). Создание лог-файлов, содержащих технологические и технические
аварийные сигналы с метками времени.

• Определение паролей для пользователей.

• Испытание скважин.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 17 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

6.6.1 Регистрация данных и резервное копирование

Во время штатной работы или испытаний скважины при использовании ЧМИ Roxar MPFM 2600 (сервисная
консоль подключена к вычислителю расхода) на ноутбуке/ПК, на котором установлена сервисная консоль,
хранятся следующие файлы.

modifications_1.txt:
лог-файлы, содержащие модификации, выполненные из программного обеспечения служебной консоли.
ProcessLog_1.txt:
лог-файлы, содержащие любые технологические аварийные сигналы
TechnicalLog_1.txt:
лог-файлы, содержащие любые технические аварийные сигналы.
yy_mm_dd_A001.log:

лог-файлы с выбираемыми параметрами, выбранными в служебной консоли, такими как расходы,
плотность и т. д.

yyyy-mm-dd_0.rep:
отчет об испытаниях скважины в txt-формате.
yyyy-mm-dd_0.bmp:

снимок экрана, автоматически выполненный на панели испытаний скважины.
Когда ноутбук/ПК не подключен, очевидно, что файлы там не хранятся, однако файл, аналогичный файлу

yy_mm_dd_A001.log, хранится во внутренней памяти вычислителей расхода в качестве резервной копии.
Этот файл называется yy_mm_dd_A240.buf.

История записей в данном резервном файле может насчитывать до нескольких лет в зависимости
от количества регистрируемых параметров и интервала регистрации. Типичные параметры — расход
нефти, воды и газа с преобладающими давлением и температурой и т. д. (подробности см. в «Инструкции
по эксплуатации» [1]).

Сервисная консоль используется для решения вышеупомянутых задач, но не является обязательной
к установке для эксплуатации Roxar MPFM 2600. Большая часть ежедневных операций может
контролироваться РСУ, системой SCADA с использованием команд чтения/записи на вычислителе расхода.
Для получения более подробной информации о ЧМИ Roxar MPFM 2600 обратитесь к Инструкции
по эксплуатации [1].

Функциональное описание

Страница 18 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

7. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Задача этой главы — объяснить принцип действия и то, как технологическая платформа ZectorTM
используется для обеспечения объемных расходов нефти, воды и газа.

Приведенная ниже блок-схема представляет собой схематическое объяснение прохождения сигнала сквозь
Roxar MPFM 2600 от аппаратуры через алгоритмы вычислителя расхода к конечным выходным данным —
объемным расходам.

Рисунок 19

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 19 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Roxar 2600 М основан на технологической платформе ZectorTM, которая состоит из патентованной
усовершенствованной системы обработки сигналов и двухплоскостной геометрии электродов по схеме 2-6,

в которой сигналы обрабатываются полевой электроникой измерения импеданса.
Эта технологическая платформа позволяет осуществлять более сложное и точное моделирование
многофазного расхода.
В технологии Zector

TM

применяется многоскоростная система, которая обрабатывает асимметричные

формы пузырьков и неидеальные смеси дисперсных сред.
Как уже упоминалось в самом начале настоящего документа, в рамках многофазных измерений
необходимо решить следующее основное уравнение:

Q = A·v, где

Q = объемный расход,

A = площадь поперечного сечения трубы, занятого фазой,

v = скорость потока.

Для определения объемного расхода нефти, воды и газа необходимо измерять скорость каждой фазы,

а также долю каждой фазы в пустом пространстве трубы.
Комбинация уравнений более высокого уровня, которые необходимо решить и которые дают доли каждой
фазы, следующая.

Поток с непрерывной нефтяной фазой: уравнения 1, 3 и 4.
Поток с непрерывной водяной фазой: уравнения 2, 3 и 4.

Диэлектрическая проницаемость: 1)



смесь

= f (



газ

,



вода

,



нефть

).

Проводимость: 2)



смесь

= f (



газ

,



вода

,



нефть

).

Плотность: 3)



смесь

= f (



газ

,



вода

,



нефть

).

В сочетании: 4)  +  + = 1.

Где:



= доля газа,



= доля воды,



= доля нефти.

В главе 7.1 объясняется, как Roxar использует технологическую платформу для определения доли каждой
фазы, а в главе 7.2 рассматриваются измерения скорости. Измерения солености с использованием
3-контактного датчика солености и электроники измерения солености относятся к дополнительной модели,
не включенной в систему по умолчанию.

7.1 Измерения долей

Измерения импеданса на Roxar MPFM 2600 имеют в основном емкостный компонент в потоке
с непрерывной нефтяной фазой и в основном проводящий компонент в состоянии потока с непрерывной
водяной фазой, отсюда названия режимов — емкостный и режим проводимости.

7.1.1 Режим емкостного сопротивления

В емкостном режиме измерения импеданса Roxar MPFM 2600 измеряется емкостное сопротивление
в полой трубе, которое связано с диэлектрической проницаемостью нефтегазоводяной смеси.
Диэлектрическая проницаемость — дополнительный термин для обозначения диэлектрической постоянной
вещества (см. справочник NFOGM по многофазному измерению расхода [2]). Диэлектрическая
проницаемость углеводородов очень отличается от водной, как видно на рисунке 20, и потому измеренная
диэлектрическая проницаемость смеси является мерой, используемой для разделения углеводородов
и воды. Природный газ и воздух имеют диэлектрическую проницаемость, близкую к 1, а типовой интервал

Функциональное описание

Страница 20 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Изменения измеренного емкостного сопротивления и,
следовательно, диэлектрической проницаемости смеси показаны
на рисунке 21. Понятно, что доля воды приведет к увеличению
измеренного значения емкостного
сопротивления/диэлектрической проницаемости, а увеличение
доли газа в трубопроводе приведет к уменьшению измеренного
значения. При сочетании измерений плотности газа из системы
гамма-плотности для определения доли газа и измерений
емкостного сопротивления в потоке с непрерывной нефтяной
фазой становятся известны доля нефти, доля воды и доля газа.

Рисунок 21

Как описано выше, Roxar MPFM 2600 имеет два
разных уровня, или плоскости, с электродами.
Нижняя плоскость по потоку имеет два электрода
и измеряет объемные электрические свойства
пустого пространства. Также она относится
к конфигурации перекрестной корреляции.
Но благодаря конфигурации с шестью электродами
на верхнй части по потоку и новой электронике
импеданса Roxar MPFM 2600 способен обеспечить
комплексное отображение режимов потока.

Рисунок 22

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

нефти составляет от 2,0 до 2,4. Диэлектрическая проницаемость воды, как видно по рисунку, находится
на другом конце шкалы и составляет приблизительно 70. Таким образом, Roxar MPFM 2600 имеет принцип
измерений, который чрезвычайно чувствителен к изменениям доли воды и нечувствителен к изменениям
солености воды. При использовании на внутренней стороне трубной секции контактных электродов,
которые находятся в прямом контакте с многофазным потоком, обнаружение генерируемого сигнала будет
варьироваться в зависимости от диэлектрической проницаемости смеси, которая, опять же, служит
результатом изменений соотношения между нефтью, газом и водой.

Рисунок 20

7.1.1.1 Технология на платформе ZectorTM

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 21 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Расходомер применяет не только классические измерения поперечного сечения, показанные на рисунке 22,
но также измерения у стенок и измерения поперечного объема в разрезе, что обеспечивает всестороннее
отображение режимов потока. На рисунке 23 показано, что асимметричный поток и неидеальные смеси газа
и дисперсной среды теперь можно обрабатывать способом, невозможным ранее.

Рисунок 23

Технология Zector позволяет точно понимать режимы потока, эффекты смешивания и профили скорости.
Она позволяет обнаруживать стремительные изменения в расщеплениях фаз, что делает измерения еще
более точными и последовательными.
Технология Zector измеряет множественные скорости потока жидкости и газа, например скорость у стенки
будет отличаться от скорости в центре трубы. Скорости также будут меняться со временем из-за состава,
турбулентности, вязкости и других факторов.
Эта технология также позволяет одновременно исследовать большое количество секторов потока
со скоростью измерения 3 000 измерений в секунду, что обеспечивает беспрецедентные возможности для
интерпретации.

7.1.2 Переключение режимов

Пока поток находится в состоянии непрерывной нефтяной фазы, измеренный импеданс будет содержать
в основном компонент емкостного сопротивления, а компонент проводимости будет пренебрежимо мал.
Обычно поток остается в состоянии непрерывной нефтяной фазы до тех пор, пока обводненность
составляет приблизительно менее 60–70 %, но этот порог значительно варьируется в зависимости
от применения прибора. В случае большой обводненности, обычно выше 70 %, компонент емкостного
сопротивления будет уменьшаться, а компонент проводимости впоследствии будет увеличиваться для
потока с непрерывной нефтяной фазой. Измеренный импеданс будет иметь в основном компоненты
проводимости, как объясняется в главе 7.1.3 Выбор режима работы определяется измерением
сопротивления для нахождения проводимости многофазной смеси в трубопроводе, которая вновь
преобразуется в напряжение с AGC, предоставляющее вычислителю расхода исходные данные для
выполнения или невыполнения изменения.

7.1.3 Режим проводимости

В режиме проводимости измеряется проводимость смеси. Проводимость — это мера способности раствора
проводить электрический ток. Это величина, обратная удельному электрическому сопротивлению
(проводимость = 1 / R). Измерения импеданса в емкостном режиме не подходят, если многофазный поток

Функциональное описание

Страница 22 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Проводимость измеряется путем подачи известного электрического
тока контактным электродом в поток, затем измеряется падение
напряжения между электродами вдоль изолированного участка трубы.
С измерением как тока, так и падения напряжения сопротивление
рассчитывается по закону Ома, следовательно рассчитывается
и проводимость смеси.
Кроме того, в то время как контактные электроды имеют традиционный
недостаток переменного поверхностного сопротивления,
он преодолевается в Roxar MPFM 2600 конструкцией DP26 при
использовании 4 из 6 электродов в геометрии до устройства для
измерения проводимости.

Рисунок 24

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

находится в состоянии непрерывной водяной фазы, и по этой причине для определения доли воды в смеси
используется режим проводимости. Аналогично емкостному режиму в потоке с непрерывной нефтяной
фазой в режиме проводимости обнаруживается доля воды в смеси с непрерывной водяной фазой. При
сочетании известной доли воды вместе с разделением газа/жидкости, обнаруживаемым с помощью либо
запатентованных не-гамма-алгоритмов, либо системы гамма-плотномера становятся известны доля нефти,
доля воды и доля газа (см. рисунок 24).

7.1.4 Система гамма-плотномера

Плотность

Метод затухания гамма-излучения основан на том принципе, что из-за поглощения интенсивность
гамма-луча экспоненциально уменьшается при его прохождении через вещество.

Рисунок 25

Изменение плотности для многофазного потока показано на принципиальной схеме на рисунке 25.
Сплошные линии показывают, как будет изменяться плотность с увеличением доли газа от 0 до 100 %,
когда обводненность в жидкости поддерживается постоянной слева направо. Нижняя сплошная линия
показывает курс обводнения = 0 %. Стрелка показывает влияние увеличения обводненности до 100 % для
верхней сплошной линии; т. е. чем выше обводненность, тем выше плотность потока.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 23 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

7.1.5 Расходомер без гамма-системы

Расходомеры без гамма-системы используют информацию, встроенную в поток данных, который
генерируется электродами, для определения фазовых долей без использования исходных данных
от гамма-плотномера.

MPFM без гамма-системы должен определять значение смещения для каждой отдельной скважины или
многофазного потока. Это значение смещения определяется путем отбора одного обводненного образца
или двух в одном потоке. Эти обводненные образцы предпочтительно отбирать при двух разных расходах
или настройках штуцера. Другой способ — использовать показания (тест-) сепаратора для потока,
проверяемого с помощью MPFM без гамма-системы.

После правильной настройки в полевых условиях MPFM без гамма-системы будет работать корректно,
пока не произойдет значительное изменение рабочего давления или состава УВ. Потому важно, чтобы эти
значения отслеживались во времени и чтобы процедура определения смещения выполнялась
непосредственно после изменений такого рода.

Благодаря этой процедуре MPFM без гамма-системы лучше всего подходит для непрерывного контроля
скважин, однако его можно использовать и в других применениях при строгом учете вышеописанной
процедуры определения смещения. MPFM без гамма-системы также может работать с расширенными
исходными данными PVT для оценки фактического разделения газа и нефти в добываемых средах.
Если эта информация доступна, то вышеупомянутая процедура смещения не требуется.

7.2 Измерение скорости

Roxar MPFM 2600 имеет два разных метода измерения скорости потока.

• Перекрестная корреляция сигналов временных рядов от сенсора импеданса для определения

скоростей газа.

• Измерение dP с помощью трубки Вентури для определения скорости жидкости.

7.2.1 Измерение скорости перекрестной корреляции

Рисунок 26

Полевая электроника измерения импеданса собирает данные с сенсорных электродов на скорости
примерно миллион раз в секунду. Собранные данные образуют сигнал временного ряда и содержат
информацию о структуре потока внутри расходомера.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 24 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Расстояние d между двумя плоскостями электродов известно. На графике на рисунке 26 нанесены сигналы
временного ряда от двух электродов. Сигнал от электродов до устройства — коричневая кривая; сигнал
от электродов после устройства — зеленая кривая. Кривые имеют почти одинаковую форму, но разнесены
во времени.

Статистический метод перекрестной корреляции сравнивает сходства между сигналами и используется
для нахождения временного сдвига. Функция перекрестной корреляции в зависимости от времени
возвращает свой первый и самый высокий максимум в момент времени T, представляющий сдвиг
во времени между сигналами.

Затем скорость определяется как:

V

flow

= d / T,

где:

V

flow

= скорость потока,
d = расстояние между электродами в паре электродов,
T = временной сдвиг, найденный путем перекрестной корреляции временных рядов.

Roxar MPFM 2600 имеет, как уже упоминалось, две плоскости электродов, одну
с двумя и одну с шестью электродами, которые во время основной
перекрестной корреляции и обработки сигналов измеряют скорости
неочищенного газа.

В верхнем уровне электродов четыре электрода используются для обеспечения
перекрестной корреляции между уровнями 1 и 2. Электрическое поле для
верхнего уровня с шестью электродами во время перекрестной корреляции
указано на рисунке 27.

Рисунок 27

7.2.2 Скорость в трубке Вентури

dP на трубке Вентури пропорционален кинетической энергии смеси, проходящей через трубку. Таким
образом, кривая отклика трубки Вентури связана с массой смеси и ее скоростью. Отправной точкой для
применения трубки Вентури является общее уравнение Вентури, полученное из уравнения Бернулли.

Q

= объемный расход

D

2

= диаметр калиброванного сужения (ID расходомера)

D

1

= диаметр входа в трубку Вентури (ID расходомера)

С

= коэффициент расхода

e

= коэффициент расширяемости

E

(входной бета коэффициент)



= плотность среды, где возникает dP, плотность смеси

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 25 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

(p1-p2)

= перепад давлений (dP), измеренный сенсором перепада давлений

K

= совокупность постоянных

V

= скорость в трубке Вентури

Если все постоянные объединены в коэффициенте K и выражение делится на площадь, выражение может
быть упрощено до:

В Roxar MPFM 2600 общее уравнение Вентури модифицировано для использования в трехфазном потоке.
Модифицированное уравнение учитывает объемную долю газа (GVF) в потоке. Поскольку плотность смеси
измеряется с помощью гамма-плотномера или алгоритмов в исполнениях без гамма-системы, скорость
жидкости можно определить по измеренному dP.

7.3 Необходимость в контрольных данных

Исходными параметрами для Roxar MPFM 2600 являются такие данные, как контрольные плотности нефти,
воды и газа при преобладающих условиях давления и температуры, а также диэлектрическая
проницаемость нефти и соленость воды. При наличии системы солености нет необходимости для ввода
солености в вычислитель расхода. Микроволновые датчики измеряют соленость воды и непрерывно
отправляют значения в вычислитель расхода MPFM, устраняя неопределенность значения солености при
расчете WLR. Эти данные (контрольные плотности, диэлектрическая проницаемость нефти и соленость
воды) напрямую используются в алгоритмах для расчета фактических объемных расходов и передаются
в вычислитель расхода одним из двух методов: либо через модель тяжелой нефти, либо через таблицу
плотностей, созданную в программе моделирования PVT, такой как Tempest PVTx или аналогичной.
Модель тяжелой нефти не рекомендуется использовать без крайней необходимости. Программы
моделирования PVT используют анализ состава углеводородной среды с требуемым уравнением
состояния и библиотеку согласованных стандартных свойств для имитации поведения среды в зависимости
от давления и температуры. Результаты представлены в матрице, которую использует вычислитель
расхода для автоматического расчета правильной фазовой плотности нефти, воды и газа при изменении
условий на линии. В той же самой программе моделирования PVT генерируется другая матрица, которая
автоматически обеспечивает вычислитель расхода правильными коэффициентами преобразования нефти,
воды и газа из фактического состояния на линии в стандартное состояние.
Исходные данные для программы Roxar Tempest PVTx

 Анализ составной среды с фракцией молярной доли и выше (Cn+), включая согласованные значения

MW и SG.

 Соленость/проводимость (если поток находится в состоянии непрерывной водяной фазы) и плотность

воды.

Любые результаты лабораторного PVT-эксперимента также будут способствовать обеспечению
оптимального качества исходных данных таблицы. Для получения более подробной информации
см. Инструкцию по эксплуатации [1].

В качестве стандартной опции вычислитель расхода может работать с пятью внутренними предварительно
определенными наборами данных PVT для соответствующего числа скважин. Переключением между
наборами данных можно легко управлять из системы управления оператора путем дистанционной отправки
нужного номера скважины на вычислитель расхода Roxar MPFM 2600. Им также можно управлять
с сервисной консоли ПК. В дополнение к пяти внутренним наборам данных PVT можно выбирать
и загружать теоретически бесконечное количество наборов данных PVT из файлов настроек, хранящихся
в сервисной консоли ПК.

Функциональное описание

Страница 26 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

8. РЕЖИМ ВЛАЖНОГО ГАЗА

Roxar MPFM 2600 может поставляться с опцией алгоритмов влажного газа. Эти алгоритмы используются
в том же оборудовании, что и стандартный Roxar MPFM 2600. Добавлять какие-то компоненты
в расходомер нет необходимости.

Roxar MPFM 2600 требует исходных данных для алгоритмов в виде репрезентативного отчета об анализе
углеводородной среды. Исходя из этого, проприетарное программное обеспечение Roxar PVTx генерирует
таблицу Gfrac//VLR-PVT в дополнение к таблице плотности и тяжелой нефти. Таблицу Gfrac/VLR
см. на рисунке 28.

Рисунок 28

На блок-схеме (рисунок 29) представлен функциональный обзор режима влажного газа Roxar MPFM 2600
с измеренными переменными и исходными значениями. Как видно на блок-схеме, VLR (отношение
углеводородных испарений к жидкости) рассчитывается из PVT в сочетании с измерениями P&T. Полевая
электроника измерения импеданса обеспечивает WVF (объемная доля воды).

MPFM применяет эти измеренные переменные и исходные значения к экстраполированным стандартным
уравнениям MPFM, специально адаптированным для работы с влажным газом.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 27 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Требования для запуска и ввода в эксплуатацию системы Roxar MPFM 2600 с влажным газом следующие.
Рисунок 29

— Для создания таблицы VLR в PVTx (PVTx версии 6.6 и выше) должен быть известен состав

углеводородов.

— Выбор скважин должен проверяться с помощью доступного образца WLR для подтверждения

калибровки импеданса.

Рисунок 29

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 28 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

9. ПОКАЗАТЕЛИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ

9.1 Стандартные технические характеристики

Приведенные ниже технические характеристики относятся к экономичному решению, которое
удовлетворит потребности большинства операторов.

Показатели и характеристики системы
Рабочий диапазон

• Водожидкостный фактор (WLR) 0–100 %

• Объемная доля газа (GVF) 0–100 %

Размеры прибора

• ID 50 мм, ID 67 мм, ID 87 мм, ID 32 мм,
ID 173 мм

Монтаж

• Вертикальный с восходящим потоком

Типичная погрешность (доверительная
область 95 %)

• Расход жидкости: +/–3,5 % относ.

• Обводненность: +/–2,5 % абс.

• Расход газа: +/-6% относ.

Расчетное давление

• 5000 фунт/кв. дюйм (345 бар)

Рабочая температура

• До 130 °C (266 °F)

Механические и электрические компоненты
Корпус расходомера
Стандарт для металлических деталей,
контактирующих с измеряемой средой

• Duplex UNS 31803

Фланцевое соединение

• Фланцы со ступицами Grayloc/Techlok®

• Фланец ANSI

Длина

• 650 мм (3”)

Масса

• 110 кг (10”)

Трубка Вентури

• Вставная конструкция, заменяется в условиях
эксплуатации

• Компактный запорный клапан и клапанный
блок

• Многопараметрический преобразователь
Rosemount Multivariable™ (DP, P & T)

Измерения плотности
ПО Roxar без гамма-системы

• Подходит для GVF 0–85 %

Компактная гамма-система Roxar

• Рекомендуется для любых применений

• Источник: Cs-137, 2-5 mCi,
Период полураспада 30,1 года

• Детектор: по выбору

Технология сенсоров

Мультиэлектрод DP 26, двухплоскостная
технология Roxar Zector

TM

Питание Напряжение

• 18–36 В пост. тока или 100–240 В перем. тока

Потребляемая мощность

• 12–20 Вт (макс. 22 Вт при пуске)

Коммуникационный интерфейс
Электрический интерфейс

• RS-232/RS-485/TCP-IP

Коммуникационный протокол

• Modbus RTU/TCP

Электротехническая сертификация

• Сенсорная электроника: Ex-ia

• Многопараметрический преобразователь:

Ex-ia

• Компактный гамма-детектор: Ex-d

• Вычислитель расхода: Ex-d или для
безопасных зон

Программное обеспечение

• Roxar Fieldwatch

• Сервисная консоль Roxar

Добавочные модули

• Акустический индикатор песка

• Комплект для скважинных испытаний, PVTx,
коммуникации, +++

Функциональное описание

Страница 29 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

9.2 Рабочий диапазон

Объемный расход через многофазный расходомер в значительной степени напрямую связан с давлением
потока в трубопроводе в точке измерения из-за сжимаемости газа. Дело в том, что объемный расход
значительно варьируется даже при небольших изменениях давления. Следовательно, выбор размера
расходомера для применения зависит от исходных данных заказчика, описывающих изменения влияющих
параметров в течение срока службы месторождения.

Многофазные расходомеры Roxar разных размеров имеют обширный рабочий диапазон: обводненность
от 0 до 100 % и объемные доли газа (GVF) от 0 до 100 %.

Нижний предел скорости смеси определяется, чтобы избежать эффектов просачивания, при которых
жидкость поднимается вверх и затем падает обратно через расходомер. Газ должен иметь достаточный
импульс, чтобы переносить жидкость, не бросая ее. При увеличении GVF требуются более высокие
скорости. Для низких значений GVF требуется минимальная поверхностная скорость 1,5 м/с. Для высоких
значений GVF требуется минимальная поверхностная скорость 3 м/с.

От GVF также зависит максимальная скорость через расходомер. Верхний диапазон скоростей
ограничивают два фактора. Первое ограничение — это максимальный перепад давлений, который
измеряется многопараметрическим преобразователем. Поскольку трубка Вентури измеряет массовый
расход, создаваемый перепад давлений будет зависеть от количества газа в потоке. Высокий GVF
приведет к более низкому перепаду давления, чем низкий GVF. Вторым ограничением является
разрешение измерителя перекрестной корреляции. По мере увеличения скорости потока точность
перекрестной корреляции будет постепенно падать. При скорости 30 м/с разрешение по скорости потока
составит примерно ± 0,2 м/с. Для низких значений GVF указана максимальная поверхностная скорость
15 м/с. Для высоких значений GVF указана максимальная поверхностная скорость 35 м/с (более высокие
скорости должны оцениваться на индивидуальной основе).

На индивидуальной основе можно рассматривать расширение рабочего диапазона расходомера.
И рабочее давление, и вязкость жидкости, и пределы точности, и обводненность могут влиять на рабочие
лимиты, такие как максимальный GVF.

Расходомеры, как правило, более точны при высоких расходах. Когда есть выбор между измерителем,
работающим в нижней части его диапазона, и меньшим измерителем, работающим в средней части
диапазона, следует выбирать меньший измеритель.

Обратите внимание, что ни верхний, ни нижний диапазоны скоростей не являются абсолютными
пределами. MPFM 2600 будет продолжать работать и ниже, и выше этих границ. Однако точность
измерений будет снижаться, и нельзя ожидать, что она будет соответствовать техническим
характеристикам.

На следующей странице показаны типовые рабочие диапазоны MPFM 2600.

Функциональное описание

Страница 30 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

На рисунке 30 показан типовой рабочий диапазон расходомера 4”67 мм.

Рисунок 30

На рисунке 31 показан типовой рабочий диапазон расходомера 6”87 мм.

Рисунок 31

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 31 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

9.3 Погрешность измерений

9.3.1 Погрешность измерений Roxar MPFM 2600 в многофазном режиме

Спецификация характеристик

Roxar MPFM 2600 M в многофазном режиме

Исходные требования: состав углеводородной среды со свойствами более высокой фракции

и плотностью воды в качестве исходных данных (если вода добывается).

Доверительный уровень

95 %

(А = 1,96)

Совокупные погрешности расширенного прибора

Поддиапазон

Диапазон GVF

Газ

Жидкая среда

WLR

А

0–25 %

8

(1)

3 2,0 B 25–85 %

3,5

2,5

C

85–95 %

6 5 3,5

D

95–98 %

8,0

(2)

4,0

(2)

E

98–100 %

–

(2)

–

(2)

Воспроизводимость

¼ %

¼ %

¼ %

Вышеуказанные погрешности действительны для давления в трубопроводе > 5 бар изб.

МНОГОФАЗНЫЙ РЕЖИМ Поддиапазоны A, B, C и D (в многофазном режиме расходомер будет функционировать
и в поддиапазоне E, но с неизмеряемыми погрешностями по жидкостям и WLR).

РЕЖИМ БЕЗ ГАММА-СИСТЕМЫ Roxar MPFM 2600 может дополнительно поставляться в исполнении без гамма-системы.
В таком случае значение из вышеуказанной таблицы погрешности должно умножаться на 1,2 для поддиапазонов A и B.

В случае режима без гамма-системы минимальный dP составляет 150 мбар, и это должно обеспечить отсутствие
значительного влияния нехватки гидростатической компенсации (исходная плотность неизвестна) на показания расхода.

(1)

Для GVF > 5 %.

(2)

Roxar MPFM 2600 может дополнительно поставляться с программным модулем влажного газа, разработанным

специально для применения при чрезвычайно высоких значениях GVF (95–100 %). См. отдельные технические
характеристики погрешности для режима влажного газа.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 32 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

9.3.2 Погрешность измерений Roxar MPFM 2600 в режиме влажного газа

Спецификация характеристик

Roxar MPFM 2600 M в режиме влажного газа

Исходные требования: состав углеводородной среды со свойствами более высокой фракции

и плотностью воды в качестве исходных данных (если вода добывается).

Доверительный уровень

95 %

(Fc = 1,96)

Совокупные погрешности расширенного прибора

Поддиапазон

Диапазон GVF

Общие УВ

(% отн.)

WVF (% абс.)

Чувствительность, %

A, B, C

0–95 %

_

(3)

_

(3)

_

(3)

D

(4)

95–99 %

5

0,2

0,005

E

99–100 %

5

0,2

0,005

Воспроизводимость

¼ %

¼ %

¼ %

РЕЖИМ ВЛАЖНОГО ГАЗА Поддиапазоны D, E.

Выбор между многофазным режимом или режимом влажного газа может быть сделан автоматически или вручную

(оператором), если установлены оба режима.

(3)

Используется многофазный режим.

(4)

До тех пор, пока возможны измерения диэлектрической проницаемости, WLR, как правило, 0–60 %.

Требования к исходным данным и рабочему давлению в режиме влажного газа

Состав углеводородной среды и плотность воды в качестве исходных данных (если добывается вода).
Погрешности в режиме влажного газа действительны только для давления в трубопроводе > 20 бар (изб.) во всем

указанном диапазоне GVF.

В случае давления в трубопроводе менее 20 бар (изб.) свяжитесь с Roxar для обсуждения ситуации.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

Страница 33 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

9.4 Влияющие величины

Влияющие величины

Соленость

Изменения солености воды никак не влияют на показания обводненности при любых
технологических условиях с обводненностью менее 60–80 %.

Песок

Диэлектрические свойства песка почти такие же, как у нефти. Таким образом, любой песок будет
измеряться в рамках нефти. Тем не менее, поскольку диэлектрические измерения основаны
на объеме, песок практически не будет влиять на показатели расходомера. К настоящему
моменту у Roxar нет информации ни о каком влиянии песка ни на какие установки.

Режим потока

Исследования показали, что проскальзывание фазы сильно зависит от изменений
технологических условий и режима потока. В то время как система Roxar физически измеряет
такое проскальзывание фазы, другие системы требуют сложных моделей проскальзывания,
которые могут обеспечить только оценку проскальзывания на основе оценок режима потока.

Нагнетание метанола

На измерения обводненности расходомера будет влиять значительное нагнетание метанола.
Метанол будет восприниматься как вода, но если объем нагнетания метанола известен, его
можно компенсировать.

Присадки, например эмульсификаторы, ингибиторы парафинизации, ингибиторы коррозии

Roxar никогда не фиксировал никакого влияния ингибиторов ни на какую установку.

H2S
H2S не влияет на работу расходомера. Для применений с высоким содержанием H2S

выбираются специальные материалы (например, Inconel 625 для корпуса сенсора).

Осадок нерастворимых солей

Многофазный расходомер Roxar 2600 допускает минимальный налет осадок нерастворимых
солей без влияния на измерения. Но Roxar рекомендует удалять толстые проводящие слои
осадок нерастворимых солей изнутри расходомера. Внутренние части расходомера
не подвержены образованию слоев осадок нерастворимых солей благодаря материалу ПЭЭК,
за счет которого электроды находятся заподлицо с потоком.

Парафин

Парафин, присутствующий в потоке или отлагающийся внутри сенсора, будет измеряться как
нефть. Это связано с тем, что плотность и диэлектрические свойства парафина и нефти очень
близки. Чрезвычайное осаждение парафина внутри сенсора может ограничить площадь потока
и привести к слишком высоким показаниям расхода. Тем не менее обычно ингибиторы
парафинизации, используемые во избежание отложений парафина, не влияют на измерения
расходомера. Наконец, поскольку многофазный расходомер Roxar 2600 полнопроходной
и неинтрузивный, толстые слои парафина вряд ли смогут образовываться внутри расходомера.

Гидраты
Roxar MPFM 2600 не имеет никаких приборных трубок и имеет компактный запорный клапан,

скрепленный с корпусом расходомера фланцем, что снижает возможность образования гидратов.
Отвод перепада давления выполняется в кольцевой конструкции, которая, опять же,
обеспечивает более качественный отвод давления и помогает снизить риск образования
гидратов. Кроме того, в тех случаях, когда при применении расходомера установлен высокий
риск образования гидратов, дополнительную защиту от гидратов обеспечивает
саморегулируемый теплоспутниковый обогрев.

Функциональное описание

Страница 34 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Свойства среды

Многофазный расходомер Roxar 2600 имеет конфигурацию, которая содержит информацию
о свойствах среды, например о плотности нефти/воды/газа, солености воды и диэлектрической
проницаемости нефти. Эти свойства будут меняться со временем в зависимости от изменений
давления и температуры, но расходомер будет автоматически рассчитывать новые плотности
со связными технологическими условиями на основе заданных таблиц PVT, сгенерированных
в ПО PVTSim. Тем не менее при значительных изменениях состава углеводородной среды
и плотности воды при снижении добычи такие изменения должны указываться для их учета.
Для этого создаются новые таблицы PVT на основе новых исходных данных, в противном
случае возможны ошибочные измерения. При этом многофазный расходомер Roxar 2600 может
выдерживать достаточно значительные изменения свойств среды до того, как погрешность
станет значительной. Например, относительное изменение плотности нефти на +1 % приведет
к погрешности в измеряемом расходе жидкости всего в +0,9 %.

Количество

Изменение

% отн.

Расход
жидкости

% отн.

WLR

% абс.

Расход
газа

% отн.

Примечание

Плотность нефти

+1 %

+0,9 %

–0,2 %

–0,2 %

1

Плотность газа

+10 %

+1,1 %

–0,3 %

–0,3 %

1

Плотность воды

+1 %

+0,3 %

–0,1 %

–0,1 %

1

Диэлектрическая
проницаемость

нефти

+5 %

–0,3 %

+1,3 %

+0,1 %

1

Проводимость воды

+1 %

–0,2 %

0,9 %

–0,0 %

2

Примечания 1. Задано на 80 % GVF, 20 % WLR 2. Задано на 80 % GVF, 80 % WLR

Номинальные условия применения

Давление

< 345 бар

Температура

От –20 до +130 оС

Плотность нефти

600–1050 кг/м

3

Вязкость нефти

Не влияет

Плотность воды

950–1200 кг/м

3

Вязкость газа

Не влияет

Режимы потока

Любые (однофазный, аэрированный, эмульсионный, пробковый, кольцевой)

Справочная документация

1. Справочник NFOGM по многофазному измерению расхода, ред. 2 [2]

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

9.5 Свойства среды

Многофазный расходомер Roxar 2600

Функциональное описание

Страница 35 из 35

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000318781/AD

Многофазный расходомер Roxar 2600

9.6 Расчеты погрешности

Расчет погрешности расхода нефти и воды

Где
U

: относительная погрешность расхода нефти,

oil

U

: относительная погрешность расхода воды,

wat

U

: относительная погрешность расхода жидкой среды,

liq

WLR : водожидкостный фактор (обводненность),
U

: абсолютная погрешность обводненности.

WLR

Воспроизводимость ¼ от погрешности измерений.
Погрешности На основе доверительной области 95 %, описанной в справочнике

NFOGM по многофазным измерениям [2].

Функциональное описание

Страница 1 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Функциональное описание

для многофазного расходомера Roxar 2600 и
многофазного сенсора содержания соли Roxar

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 2 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

СОДЕРЖАНИЕ

1. НАЗНАЧЕНИЕ ..................................................................................................................................................... 4

2. СОКРАЩЕНИЯ/ОПРЕДЕЛЕНИЯ ...................................................................................................................... 4

2.1 Сокращения ................................................................................................................................................. 4

2.2 Определения ............................................................................................................................................... 4

3. ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ .................................................................................................................................... 6

4. ДОКУМЕНТАЦИЯ ............................................................................................................................................... 7

4.1 Стандартная документация и записи ........................................................................................................ 7

4.2 Расположение и меры предосторожности ............................................................................................... 7

4.3 Время хранения .......................................................................................................................................... 7

5. ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................................................................... 8

6. ОБЗОР РАБОТЫ СИСТЕМЫ ............................................................................................................................ 9

6.1 Корпус расходомера ................................................................................................................................. 10

6.2 Заменяемая вставная трубка Вентури ................................................................................................... 10

6.3 Многопараметрический преобразователь (P, dP, T) ............................................................................. 10

6.4 Изолирующий запорно-стравливающий клапан .................................................................................... 11

6.5 Геометрия электродных сенсоров DP26 ................................................................................................ 11

6.6 Полевая электроника измерения импеданса ......................................................................................... 11

6.7 Гамма-плотномер (если применимо) ...................................................................................................... 12

6.8 Распределительная коробка .................................................................................................................... 12

6.9 Корпус вычислителя расхода .................................................................................................................. 12

6.10 Вычислитель расхода ............................................................................................................................... 13

6.11 RMSS датчика содержания соли (если применимо) ............................................................................. 13

6.12 Служебная консоль ................................................................................................................................... 13

6.13 Программное обеспечение Fieldwatch (если применимо) .................................................................... 13

7. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ОБЗОР ......................................................................................................................... 14

7.1 Корпус расходомера ................................................................................................................................. 14

7.2 Сменная трубка Вентури, MVT и запорный клапан ............................................................................... 14

7.2.1 Трубка Вентури ..................................................................................................................................... 14

7.2.2 Запорный клапан ................................................................................................................................... 15

7.2.3 Многопараметрический преобразователь .......................................................................................... 15

7.3. Электроды DP26 с полевой электроникой измерения импеданса ....................................................... 15

7.4 Исполнения MPFM 2600 с гамма-системой и без .................................................................................. 17

7.4.1 MPFM 2600 с гамма-системой ............................................................................................................. 17

7.4.2 MPFM 2600 без гамма-системы ........................................................................................................... 17

7.5 Корпус вычислителя расхода .................................................................................................................. 18

7.6 RMSS датчика содержания соли (если применимо) ............................................................................. 18

7.6.1 Элементы датчика содержания соли .................................................................................................. 18

7.7 Служебная консоль (ЧМИ) ....................................................................................................................... 19

7.7.1 Регистрация данных и резервное копирование ................................................................................. 19

8. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ..................................................................................................................................... 20

8.1 Измерения долей ...................................................................................................................................... 22

8.1.1 Режим емкостного сопротивления ...................................................................................................... 22

8.1.2 Переключение режимов ....................................................................................................................... 24

8.1.3 Режим проводимости ............................................................................................................................ 24

8.1.4 Система гамма-плотномера ................................................................................................................. 25

8.1.5 Расходомер без гамма-системы .......................................................................................................... 25

Функциональное описание

Страница 3 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

8.2 Измерение скорости ................................................................................................................................. 26

8.2.1 Измерение скорости перекрестной корреляции ................................................................................ 26

8.2.2 Скорость в трубке Вентури .................................................................................................................. 27

8.3 Необходимость в контрольных данных .................................................................................................. 28

9. РЕЖИМ ВЛАЖНОГО ГАЗА ............................................................................................................................. 29

10. ПОКАЗАТЕЛИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ ........................................................................................ 31

10.1 Стандартные технические характеристики ............................................................................................ 31

10.2 Рабочий диапазон ..................................................................................................................................... 32

10.3 Погрешность измерений........................................................................................................................... 34

10.3.1 Погрешность измерений Roxar MPFM 2600 в многофазном режиме .............................................. 34

10.3.2 Погрешность измерений Roxar MPFM 2600 в многофазном режиме .............................................. 35

10.4 Влияющие величины ................................................................................................................................ 36

10.5 Свойства среды ........................................................................................................................................ 37

10.6 Расчеты погрешности ............................................................................................................................... 38

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 4 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

1. НАЗНАЧЕНИЕ

Назначение функционального описания документа — помочь пользователю понять, что такое многофазные
измерения и как действует многофазный расходомер Roxar 2600. Настоящий документ — техническое
описание всех основных компонентов многофазного расходомера Roxar 2600 и того, как они функционируют
вместе. Он объясняет принцип работы платформы ZectorTM и то, как она используется для сообщения
объемных расходов нефти, воды и газа.

2. СОКРАЩЕНИЯ/ОПРЕДЕЛЕНИЯ

2.1 Сокращения

Абс. %

Абсолютная погрешность
водожидкостного фактора

PVT

Давление, объем и температура

AGC

Автоматическая регулировка
усиления

Отн. %

Относительные погрешности
в расходах газа и жидкости

DCS (РСУ)

Распределенная система
управления

RMSS

Многофазный сенсор содержания
соли Roxar

GOR (ГФ)

Газовый фактор

Roxar MPFM 2600

Многофазный расходомер Roxar 2600

GVF

Объемная доля газа

ТПС

Термопреобразователь
сопротивления

ЧМИ

Человеко-машинный интерфейс

SCADA

Диспетчерское управление и сбор
данных

WTr

Переходная точка между нефтью
и водой — непрерывная
жидкофазная область

SG

Удельная плотность
MVT

Многопараметрический
преобразователь

VLR

Соотношение паровой и жидкой фаз
МW

Молярная масса

WC

Обводненность

NFOGM

Norsk Forening for Olje
og Gassmåling (Норвежское

общество по нефтегазовым
измерениям)

WLR

Водожидкостный фактор

ПЭЭК

Полиэфирэфиркетон

WVF

Объемная доля воды

PVTx

ПО для моделирования PVT

2.2 Определения

• Режим потока — физическая геометрия, демонстрируемая многофазным потоком в трубопроводе.
Например, в двухфазном потоке нефти/воды свободная вода занимает дно трубопровода, а нефть
или водонефтяная смесь течет сверху.

• Газовый фактор — соотношение объемного расхода газа и объемного расхода нефти; оба
объемных расхода должны быть переведены в одно и то же давление и температуру (как правило,
в стандартных условиях). Выражается в объеме на объем, например ст. куб. фт/барр или м3/м3.

• Объемная доля газа (GVF) — объемный расход газа относительно общего многофазного
объемного расхода при давлении и температуре, преобладающих на соответствующем участке.
GVF обычно выражается в виде доли или процента.

• Массовый расход — масса среды, проходящей через поперечное сечение трубопровода
за единицу времени.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 5 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

• Емкостное сопротивление — в конденсаторе или системе проводников и диэлектриков — свойство,
которое позволяет хранить электрически разделенные заряды при наличии разности потенциалов
между проводниками. Емкостное сопротивление связано с зарядом и напряжением следующим
образом: C = Q / V, где C — емкостное сопротивление в фарадах, Q — заряд в кулонах, а V —
напряжение в вольтах.

• Проводимость — способность материала проводить электрический ток. В изотропных
материалах — величина, обратная удельному сопротивлению. Иногда ее называют удельной
проводимостью. Единицы измерения: Сименс/м, или См/м.

• Диэлектрическая проницаемость — мера способности диэлектрической среды к электрической
поляризации при воздействии электрического поля. Диэлектрическая среда в конденсаторе из-за
поляризации уменьшает исходное электрическое поле и увеличивает емкостное сопротивление
конденсатора. Емкостное сопротивление С электрического конденсатора пропорционально
диэлектрической проницаемости диэлектрической среды (подробности см. в справочнике NFOGM
по многофазному измерению расхода [2]).

• Импеданс — электрический импеданс, или просто импеданс, описывает меру сопротивления
синусоидальному переменному току (AC). Электрический импеданс расширяет понятие
сопротивления цепям переменного тока, описывая не только относительные амплитуды
напряжения и тока, но и относительные фазы. Когда цепь действует от постоянного тока (DC),
между импедансом и сопротивлением разницы нет; последнее можно рассматривать как импеданс
с нулевым фазовым углом. Импеданс обычно обозначается символом Z и может представляться
записью его величины и фазы вида ZA6.

• Зона измерений — области на схеме двухфазного потока и схеме состава, в которых многофазный
расходомер Roxar 2600 работает в соответствии со своими техническими характеристиками.

• Многофазный поток — две фазы или более, протекающие одновременно в закрытом трубопроводе
с нефтью, водой и газом во всем диапазоне от 0 до 100 % GVF и от 0 до 100 % обводненности.

• Поток с непрерывной нефтяной фазой — многофазный поток с водонефтяной смесью,
характеризующийся распределением воды в виде капель воды в нефтяной оболочке. Электрически
смесь действует в качестве изолятора.

• Стандартные, или контрольные, условия — набор стандартных (или контрольных) условий с точки
зрения давления и температуры, при которых выражаются свойства среды или объемные расходы,
например 101,325 кПа и 15 °C.

• Поверхностная фазовая скорость — скорость потока одной фазы многофазного потока при
условии, что фаза занимает собой весь трубопровод. Она также может определяться
соотношением (объемный расход фазы) / (поперечное сечение трубы).

• Двухфазный поток с непрерывной водяной фазой — двухфазный поток нефти/воды,
характеризующийся распределением нефти в виде капель нефти в водяной оболочке.
Электрически смесь действует в качестве проводника.

• Обводненность — объемный расход воды относительно общего объемного расхода жидкости
(нефти и воды), которые преобразуются в объемы при стандартном давлении и температуре.
Обводненность обычно выражается в виде процента.

• Водожидкостный фактор — объемный расход воды относительно общего объемного расхода
жидкости (нефти и воды) при давлении и температуре, преобладающих на соответствующем
участке.

• Воспроизводимость — близкая согласованность между результатами последовательных
измерений одной и той же величины, выполненных в одинаковых условиях измерения.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 6 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

3. ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ

Редакция

Выпуск

Основание для выпуска

Разработал

Проверил

Проверил

качество

Выпустил

АА

16.10.2009

Новая документация заказчика

Санджей

Шривастава

Джейн

Сейзер

Неприменимо

Фроде

Хуго Аасе

АВ

16.03.2010

Добавление информации
и корректировка формулировок

Михаэла

Бока

Джейн

Сейзер

Неприменимо

Фроде

Хуго Аасе

AC

11.07.2011

Обновление до нового шаблона.
Добавлены новые сокращения.
Добавлены главы 2 и с 6 по 9.
Добавлена глава 1

Михаэла

Бока

Джейн

Сейзер

Неприменимо

Фроде

Хуго Аасе

AD

13.09.2011

Глава 10.3 обновлена для учета
неопределенности измерений
в режиме влажного газа

Михаэла

Бока

Джейн

Сейзер

Неприменимо

Фроде

Хуго Аасе

AE

21.11.2011

Обновлены главы 8, 8.2.2 —
«Скорость в трубке Вентури» —
и 10.3.1 — «Погрешность
измерений Roxar MPFM 2600
в многофазном режиме»

Михаэла

Бока

Джейн

Сейзер

Неприменимо

Фроде

Хуго Аасе

AF

06.03.2013

Новый формат листа регистраций
изменений, обновлены главы 6.3,

6.8, 6.12, 7.2.3, 7.4, 0 и 10.1

Сара

Паращив

Иоан

Паска

Джейн

Сейзер

AG

15.03.2013

Обновлены пункты 7.4.1, 8.1.5,

10.2,10.3.1; добавлен пункт 7.4.2

Джейн

Сейзер/

Юлия

Исман

Иоан

Паска

Мартийн

Тол

AH

10.10.2013

Добавлены пункты: 6.11, 6.13, 7.6,

7.6.1 Обновлены пункты: 6, 6.4,

6.8, 8.3, 10.1,10.3.2,10.5

Иоан Паска/

Юлия

Исман

Джейн

Сейзер

Мартийн

Тол

AI

27.02.2014

Обновлен Рисунок 31

Юлия

Исман

Иоан

Паска

Мартийн

Тол

AJ

2.11.2015

Обновлены sbb

Юлия

Исман

Иоан

Паска

Мартийн

Тол

Функциональное описание

Страница 7 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Название документа

Тип

Док. ссылка

[1]

Инструкция по эксплуатации

Инструкции

ROX000091983

[2]

Справочник NFOGM по многофазному измерению расхода

www.nfogm.no

Руководство

–

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

4. ДОКУМЕНТАЦИЯ

4.1 Стандартная документация и записи

4.2 Расположение и меры предосторожности

Уровень документа: 4.
Классификация документа: открытый.
Все документы этого процесса должны храниться в системе документов в соответствующей папке.

4.3 Время хранения

Документы должны храниться в течение срока службы продукции или согласно указанию в договоре
с заказчиком; требуемый минимальный срок составляет 20 лет.

Примечание. Если заказчик требует уведомления перед удалением документов, это должно быть указано
на самом документе.

Функциональное описание

Страница 8 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

5. ВВЕДЕНИЕ

Многофазный расходомер Roxar 2600 — это прибор третьего поколения компании Roxar, построенный
на платформе технологии ZectorTM, которая включает в себя усовершенствованные не-гамма-алгоритмы,
алгоритмы влажного газа, расширенную обработку сигналов, компактную геометрию сенсоров и блок
полевой электроники измерения импеданса. Roxar MPFM 2600 — это поточный неинтрузивный прибор,
который измеряет многофазный расход без сепарации и без смешивания.

Рисунок 1. Roxar MPFM 2600

При многофазном измерении цель состоит в том, чтобы найти объем каждой фазы каждого компонента
среды в многофазной смеси; объем нефти, воды и газа. Если задана ограниченная площадь, объемный
расход будет определяться площадью, умноженной на скорость. Это утверждение также верно с такими
же условиями для каждой фазы.

Итак, основное уравнение, которое необходимо решить, чтобы найти объем каждой фазы:

Q(фаза) = A(фаза) * V(фаза), где
Q(фаза) = объемный расход фазы,

A(фаза) = площадь, занимаемая фазой,
V(фаза) = скорость фазы.

Настоящий документ описывает принцип измерения многофазного потока и то, как Roxar использует
технологическую платформу Zector

Документ функционального описания для Roxar MPFM 2600, включая главу о принципе работы,
выдержан на уровне, который помогает пользователю понять, как функционирует и работает
расходомер, без изучения всех деталей.

TM

в Roxar MPFM 2600 и его компонентах.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 9 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

6. ОБЗОР РАБОТЫ СИСТЕМЫ

В этой главе приводится обзор базовых характеристик и механической конструкции всех основных
компонентов. В следующих главах более подробно рассматривается, как эти компоненты функционируют
вместе и используются для измерения.

Все отдельные детали Roxar MPFM 2600 показаны на рисунке 2. Они показаны вместе как полная система
Roxar MPFM 2600 на блок-схеме для упрощения понимания объяснения о каждом отдельном компоненте.
MPFM 2600 может настраиваться со всеми этими компонентами или поставляться без некоторых
компонентов, таких как гамма-система и многофазная система определения содержания соли Roxar.
Точные схемы подключения в условиях эксплуатации могут различаться в зависимости от проекта.

Рисунок 2. Блок-схема Roxar MPFM 2600 с многофазной системой определения содержания соли Roxar

Функциональное описание

Страница 10 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Roxar MPFM 2600 имеет компактную и легкую конструкцию. В конструкции

расходомера предусмотрена защитная рамка основных компонентов, таких
как MVT и корпус полевой электроники измерения импеданса, которая также
выполняет функцию солнцезащитного козырька. В конструкции корпуса
расходомера предусмотрены ступицы Grayloc/Tecklok.

Рисунок 3

Roxar MPFM 2600 оснащен трубкой Вентури, которую при необходимости

можно заменять в условиях эксплуатации. Для отвода dP трубки Вентури
не предусмотрены приборные трубки, но имеется надежная конструкция
с отводом давления в кольцевую камеру для обеспечения как давления,
та и dP.

Функциональный обзор см. в разделе 7.2.

Рисунок 4

Измерения давления, перепада давлений (dP) и температуры в Roxar MPFM
2600 обеспечиваются при помощи компактного интегрированного решения
с использованием многопараметрического преобразователя Emerson

Rosemount (MVT).

Функциональный обзор см. в разделе 7.2.

Рисунок 5

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

6.1 Корпус расходомера

6.2 Заменяемая вставная трубка Вентури

6.3 Многопараметрический преобразователь (P, dP, T)

Функциональное описание

Страница 11 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Одинарный или двойной запорно-стравливающий клапанный блок

используются для изоляции от технологического процесса и монтажа MVT.

Функциональный обзор см. в разделе 7.2.

Рисунок 6

Геометрия электродного сенсора DP26 — запатентованная конструкция для Roxar MPFM 2600.

Предусмотрены 2 электрода после устройства и 6 электродов до устройства, отсюда и название

геометрии электродного сенсора — DP26.

Рисунок 7

Функциональный обзор см. в разделе 7.3.

Рисунок 8

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

6.4 Изолирующий запорно-стравливающий клапан

6.5 Геометрия электродных сенсоров DP26

6.6 Полевая электроника измерения импеданса

Полевая электроника измерения импеданса — это электрическое устройство, подключаемое
к электродам DP26, со сверхскоростной прямой обработкой и верификацией данных.

Функциональный обзор см. в разделе 7.3.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 12 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

6.7 Гамма-плотномер (если применимо)

Компактная гамма-система используется для измерения плотности смеси
среды, протекающей через участок Roxar MPFM 2600. Гамма-система
может быть легко преобразована в исполнение без гамма-распределения
после ввода в эксплуатацию в полевых условиях, если этого требуют
условия расхода.

Функциональный обзор см. в разделе 7.4.

Рисунок 9

6.8 Распределительная коробка

Рисунок 10

Разработанная и сертифицированная Roxar распределительная коробка
с защитным барьером требуется, если расстояние между измерителем

Roxar MPFM 2600 и вычислителем расхода Roxar MPFM 2600 превышает
200 метров.

Для вычислителя расхода Roxar MPFM 2600, устанавливаемого в безопасной

зоне (менее 200 м от измерителя MPFM 2600), Roxar предлагает включить

в комплект поставки кабели длиной 10 м и две распределительные коробки,

одну для кабелей оборудования Ex i и оптоволоконного кабеля и одну для

кабеля оборудования Ex d. Кабели от измерителя Roxar MPFM 2600 будут

заделываться в распределительные коробки компанией Roxar до отгрузки,

и заказчику будет легко подключать кабели от распределительных коробок

до системы заказчика.
Для смонтированных в полевых условиях вычислителей расхода

с сертификацией Ex d может поставляться одна распределительная коробка

между вычислителем расхода и системой заказчика, если этого требует

клиент.

6.9 Корпус вычислителя расхода

Рисунок 11

Корпус вычислителя расхода, в котором расположен блок обработки
расчетов прибора, может поставляться в различных исполнениях, таких как:

• корпус Ex d с локальным дисплеем или без,

• корпус для безопасных зон,

• передняя и задняя панель, устанавливаемые на 19-дюймовую стойку

(см. п. 6.10, 0 и рисунок 2).

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 13 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

6.10 Вычислитель расхода

Roxar MPFM 2600 имеет вычислитель расхода — вычислительный блок,
который выполняет все высокоскоростные вычисления алгоритмов потока,
а также связывается со всеми внутренними приборами, сервисной консолью
и системами клиента. Он расположен в корпусе вычислителя расхода.

Рисунок 12

6.11 RMSS датчика содержания соли (если применимо)

Многофазный датчик содержания соли измеряет проводимость воды в потоке
с непрерывной водяной фазой и постоянно обновляет данные вычислителя
расхода MPFM. Расходомер компенсирует любые изменения проводимости
воды, снимая тем самым неопределенности в расчетах расхода в связи
с изменениями содержания соли в воде.

Рисунок 13

6.12 Служебная консоль

Служебная консоль ноутбука/ПК с установленным ЧМИ (человеко-машинный

интерфейс, рисунок 14).

Программное обеспечение сервисной консоли Roxar MPFM 2600

устанавливается на стандартный ноутбук или ПК с Windows 7. Для шкафов

или аналогичных устройств может поставляться тип для промышленных ПК.

Рисунок 14

6.13 Программное обеспечение Fieldwatch (если применимо)

Fieldwatch — это приложение типа клиент/сервер, устанавливаемое

на выделенном физическом сервере, обычно размещаемом в шкафу

в безопасной зоне. Это приложение позволяет пользователю отслеживать

и просматривать данные в реальном времени со всех приборов,

подключенных к серверу. Программное обеспечение для контроля Fieldwatch

состоит в основном из двух компонентов: Field Server и Field Explorer.

Рисунок 15

Roxar Field Server — это программное приложение, используемое для настройки приборов Roxar (а также
других приборов сторонних производителей) для пользователя. Оно подключает и интегрирует модули
полевого интерфейса и пользовательские интерфейсы для различных приборов, подключенных к полевому
серверу. Оно организует поток данных и отображает подключенные инструменты в виде логической
древовидной структуры, которая визуализируется в Field Explorer. Количество приборов/датчиков/измерителей,
подключенных к серверу, указывает на количество модулей полевого интерфейса.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 14 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Roxar Field Explorer — это пользовательский интерфейс ПК, который можно свободно распространять как
на локальные, так и на удаленные

рабочие столы. К некоторым из его функций относятся мониторинг состояния, диагностика и обслуживание
всех приборов Roxar.

Fieldwatch также способен интегрировать служебную консоль MPFM, которую можно запускать из Roxar

Field Explorer.

7. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ОБЗОР

В этой главе части предыдущей главы обобщены и привязаны к их функциям во всей системе.

7.1 Корпус расходомера

Корпус расходомера оснащен стандартными фланцами со ступицей для сопряжения с соседним
трубопроводом, и это единственный доступный элемент сопряжения, поставляемый на корпусе самого
расходомера. Для установки расходомера на фланцы других типов Roxar при необходимости может
поставлять переходники.

7.2 Сменная трубка Вентури, MVT и запорный клапан

7.2.1 Трубка Вентури

Roxar MPFM 2600 имеет конструкцию со вставной трубкой Вентури, которую при необходимости можно
заменять в условиях эксплуатации. Для отвода dP трубки Вентури не предусмотрены приборные трубки,
однако предусмотрен отвод как давления в трубопроводе, так и перепада давлений (dP) посредством
кольцевой камеры. dP представляет основные исходные данные для расчета скорости жидкости
(см. рисунок 16).

Рисунок 16

При замене существующей трубки Вентури на новую (с другим относительным диаметром) фактический
рабочий диапазон существующего Roxar MPFM 2600 увеличится. Трубка Вентури может заменяться
в условиях эксплуатации. Удалив отвод Roxar MPFM 2600 после устройства и обеспечив пространство над
расходомером, можно вытащить секцию Вентури из корпуса расходомера после снятия фиксирующих
механизмов. Новую трубку Вентури с меньшим или большим соплом можно затем вставлять обратно
в корпус расходомера.

Возможные сценарии, при которых может рассматриваться замена.

• Клиент может заказать запасной комплект трубки Вентури для расширения рабочего диапазона
и использовать один тот же Roxar MPFM 2600 в течение всего срока службы скважины.

• Если фактическая добыча из скважины не согласуется с начальными расчетными проектными
данными, одним из решений может быть замена существующей трубки Вентури (с относительным
диаметром x) на более подходящую трубку оптимального размера (с относительным диаметром y).

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 15 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

7.2.2 Запорный клапан

Roxar использует 5-позиционный клапанный блок с запорно-стравливающим клапаном, чтобы обеспечить
неизменность давления от технологического процесса до измерительного преобразователя.
Это компактное решение с фланцевым присоединением между корпусом Roxar MPFM 2600 и клапаном
(см. рисунок 17).

Рисунок 17

7.2.3 Многопараметрический преобразователь

Для передачи текущего давления в трубопроводе и dP на вычислитель расхода для дальнейшей обработки
в Roxar MPFM 2600 используется многопараметрический преобразователь Emerson Rosemount, который
обеспечивает высокоточные измерения давления в сочетании с чрезвычайно высокой долгосрочной
стабильностью.
В дополнение к давлению и dP к MVT подключен температурный элемент, чтобы сообщать алгоритмам
систем температуру потока.
Этот внутренний ТПС (термопреобразователь сопротивления) — часть конструкции сенсора или внешней
защитной гильзы.

Действительное давление и температура используются для расчета контрольных свойств каждой фазы
в фактических условиях, а также для расчета коэффициентов пересчета с целью преобразования
из фактических расходов в стандартные.

7.3. Электроды DP26 с полевой электроникой измерения импеданса

Фазовые доли газа, нефти и воды, а также скорость газа измеряются полевой электроникой измерения
импеданса. Roxar MPFM 2600 представляет собой решение с одной платой, сочетающее емкостный режим
и режим проводимости измерения импеданса. Электроды DP26 являются деталями электрических
измерений Roxar MPFM 2600, контактирующими с измеряемой средой; стандартный материал для этих
электродов — Inconel, обеспечивающий целостность материала независимо от технологических условий.
Электроды электрически изолированы от корпуса прибора при помощи прокладки из ПЭЭК.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 16 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Электроды — это детали, контактирующие с измеряемой средой, которые
также используются для возбуждения и обнаружения сигналов с целью
определения изменения электрических свойств в многофазном потоке.
Изменения сигнала, обнаруживаемые на этих электродах, дополнительно
используются в алгоритмах перекрестной корреляции, которые
определяют скорость газа.
Сигналы, генерируемые электродами, также используются для
расширенной обработки сигналов, применяемой, когда расходомер
работает в режиме без гамма-системы, для определения долей газа
и жидкости.

Рисунок 18

С механической точки зрения электроды DP26 не имеют внутренней проводки или точек пайки со стороны
технологического процесса в атмосферу. Каждый стержень электрода имеет конструкцию с защитой
от давления. Эти стержни соединяются проводами с общей электронной платой импеданса, что
обеспечивает непрерывное плавное переключение между емкостным режимом и режимом проводимости,
когда среда меняется с нефти на воду и наоборот (рисунок 18).

Геометрия электродов DP26 позволяет проводить измерения в отдельных секторах в дополнение к полной
площади сечения потока. Это дает возможность измерять большое количество различных комбинаций
с помощью измерений у стенок, измерений вращения и традиционных объемных измерений, что позволяет
гораздо подробнее измерять доли

Принцип метода импеданса для измерения фазовой доли используется для определения электрических
свойств среды, проходящей через сенсор. Измерение электрического импеданса с помощью контактных
электродов позволяет найти диэлектрическую проницаемость и проводимость смеси среды, а с помощью
расширенной обработки и проверки сигналов определяется каждая фазовая доля и скорость.

Режим емкостного сопротивления в основном активен, когда смесь среды
находится в состоянии непрерывной нефтяной фазы, т. е. смесь среды действует
как электрический изолятор. Режим проводимости в основном активен, когда
смесь среды находится в состоянии непрерывной водяной фазы, т. е. смесь
среды действует как электрический проводник.

Переключение между этими двумя режимами, как указано выше, осуществляется
плавно, полностью автоматически и на чрезвычайно высокой скорости. Два
разных уровня конфигурации электродов обеспечивают перекрестную
корреляцию электрических сигналов с уровня до устройства на уровень после
устройства. Метод статистической перекрестной корреляции позволяет найти
скорость потока газа.

Рисунок 19

Более подробно это рассматривается в разделе 8, «Принцип действия»
(см. рисунок 19).

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 17 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

7.4 Исполнения MPFM 2600 с гамма-системой и без

7.4.1 MPFM 2600 с гамма-системой

Для обеспечения оптимальных измерений и соответствия техническим характеристикам рекомендуется
использовать MPFM 2600 с системой гамма-плотномера.

Когда GVF высокий и жидкофазная область становится незначительной по отношению к объему потока
газа, MPFM 2600 с гамма-плотномером должен стать вашим основным выбором.

Система гамма-плотномера измеряет плотность смеси, протекающей в трубе, на основе калибровки
с двумя известными средами, обычно газом и водой. На рисунке 20 показана визуализация двух основных
компонентов системы гамма-плотномера: детектора, включая взаимосвязанный корпус в исполнении Ex-d,
и источника гамма-излучения.

Метод затухания гамма-излучения основан на том
принципе, что из-за поглощения интенсивность
гамма-луча экспоненциально уменьшается при его
прохождении через вещество. Гамма-плотномер
измеряет плотность смеси, и результат используется для
определения разделения газа и жидкости.

Используемый гамма-детектор представляет собой
стандартный детектор, прикрепленный болтами
к внешней стороне корпуса расходомера (см. рисунок 20).

Рисунок 20

Радиоактивным источником является изотоп цезий-137 (Cs 137); контейнер источника имеет степень защиты
IP 68 с мощностью дозы менее 7,5 микрозиверт в час на любой доступной поверхности. При условии
соблюдения инструкций и правил гамма-плотномер полностью безопасен и не представляет никакой опасности.

7.4.2 MPFM 2600 без гамма-системы

Расходомер MPFM 2600 без гамма-системы предназначен только для стационарных установок
и наилучшим образом подходит в случае одиночного потока из скважины и непрерывного мониторинга
скважин. Рабочий диапазон MPFM 2600 без гамма-системы составляет от 25 до 85 % GVF. Кроме того,
MPFM без гамма-системы может использоваться и при низком GVF (<25 %), но такое применение требует
специальной оценки консультанта Roxar по измерениям.

MPFM без гамма-системы оценивает соотношение разделения газ/жидкость с помощью запатентованных
расширенных алгоритмов обработки сигналов. Подробнее он рассматривается в разделе 8.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 18 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

7.5 Корпус вычислителя расхода

Корпус вычислителя расхода может поставляться в различных исполнениях, как указано в разделе 6.9,
но независимо от того, какое решение выбрано, будет включаться следующее:

• вычислитель расхода (вычислительный блок),

• барьеры для измерительного преобразователя и полевой электроники,

• преобразователи для разных коммуникационных интерфейсов,

• модули кондиционирования питания,

• локальный дисплей (только в корпусе Ex-d).

Через выделенный порт связи все данные, описанные в преобразовании адресов Modbus, становятся
доступными для сторонних клиентских систем, таких как SCADA, РСУ и т. д.
Вычислитель расхода включает в себя 6 коммуникационных портов, использующих другой интерфейс,
где 4 порта предназначены только для внутренней связи, а 2 используются для связи с сервисной консолью
и любой коммуникации с клиентом.

В переднюю дверцу корпуса Ex-d вмонтирован дисплей, управляемый кнопочной панелью. Дисплей
показывает расходы, основные параметры, суммарные расходы и операции испытаний скважины.
Кнопки имеют функцию навигации/выбора, используемую для переключения между режимами
отображения, а также для настройки испытаний скважины.

7.6 RMSS датчика содержания соли (если применимо)

Содержание соли в воде должно измеряться в потоке с непрерывной водяной фазой, содержание соли
в котором меняется со временем. Эти измерения не требуются, если оператор имеет надежные данные
о содержании соли в воде, которые могут быть предоставлены в качестве исходных данных для
вычислителя расхода MPFM. Также они не требуются в потоке с непрерывной нефтяной (низкая
обводненность) или газовой фазой (высокий GVF). Режимы с непрерывной нефтяной и газовой фазой
не имеют проводимости, поэтому содержание соли в воде не влияет на расчеты расхода фазы. В потоке
с непрерывной водяной фазой одно из основных измерений расходомера — смешанная проводимость.
Если соленость воды неизвестна, измеритель может некорректно интерпретировать изменение измеренной
проводимости как изменение обводненности, хотя причиной на самом деле может оказаться изменение
содержания соли в воде. Таким образом, при WLR от 60 до 70 % и выше значение содержания соли в воде
становится более важным для расчета правильных фазовых расходов. Эта проблема решается путем
постоянного измерения содержания соли в воде в многофазном потоке при помощи RMSS.

Однако по мере роста значения GVF поток начинает переходить в поток с непрерывной газовой фазой,
и значение солености снова становится ненужным для точных расчетов потока, поскольку поток более
не является проводящим. В этих режимах потока измерения импеданса в основном основаны на емкостном
сопротивлении, и при использовании электрической системы измерения импеданса Roxar эти измерения
мало зависят от изменения содержания соли в воде.

7.6.1 Элементы датчика содержания соли

Система определения содержания соли предлагается в виде отдельного модуля и состоит из следующих
элементов.

• Трубная секция вертикальной установки, предназначенная для фланцевого соединения с системой
технологических трубопроводов до многофазного расходомера и после глухого тройника.

• Датчики содержания, один измерительный преобразователь и две приемные антенны, привариваемые
непосредственно к трубной секции.

• Отдельный модуль электроники (блок питания, центральный процессор, микроволновая электроника,
микроволновый барьер Ex-ia и т. д.) в корпусе Ex-de.

• Микроволновые коаксиальные кабели между датчиками содержания соли и корпусом Ex-de.

• Кабель последовательной связи от отдельного модуля электроники к модулю вычислителя расхода

MPFM 2600.

• При необходимости дополнительная распределительная коробка для электропитания.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 19 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

7.7 Служебная консоль (ЧМИ)

Расходомер вводится в эксплуатацию и обслуживается с помощью конфигурационного и контрольного
программного обеспечения с меню, установленного на ПК с сервисной консолью. Программное
обеспечение может использоваться для выполнения следующих задач.

• Загружать новые наборы данных PVT на расходомер.

• Выбирать набор данных PVT, который будет использоваться для текущей регистрации.

• Настраивать данные расходомера, такие как технические единицы измерения и свойства усреднения

данных.

• Показывать тренды и отображать измерения в реальном времени.

• Регистрировать мгновенные и накопленные данные в виде текстовых файлов или в формате обмена

DDE Excel. Текстовые файлы могут импортироваться в стандартные электронные таблицы, такие как
Excel или Lotus (не учтены). Создавать лог-файлы, содержащие технологические и технические
аварийные сигналы с метками времени.

• Определять пароли для пользователей.

• Проводить испытания скважин.

7.7.1 Регистрация данных и резервное копирование

Во время штатной работы или испытаний скважины при использовании ЧМИ Roxar MPFM 2600 (служебная
консоль подключена к вычислителю расхода) на ноутбуке/ПК, на котором установлена служебная консоль,
хранятся следующие файлы.

modifications_1.txt:

лог-файлы, содержащие модификации, выполненные из программного обеспечения сервисной консоли.
ProcessLog_1.txt:
лог-файлы, содержащие любые технологические аварийные сигналы.

TechnicalLog_1.txt:

лог-файлы, содержащие любые технические аварийные сигналы.

yy_mm_dd_A001.log:

лог-файлы с выбираемыми параметрами, выбранными в сервисной консоли, такими как расходы,
плотность и т. д.

yyyy-mm-dd_0.rep:
отчет об испытаниях скважины в txt-формате.
yyyy-mm-dd_0.bmp:

снимок экрана, автоматически выполненный на панели испытаний скважины.

Когда ноутбук/ПК не подключен, очевидно, что файлы там не хранятся, однако файл, аналогичный файлу
yy_mm_dd_A001.log, хранится во внутренней памяти вычислителей расхода в качестве резервной копии.
Этот файл называется yy_mm_dd _ A240.buf.

История записей в данном резервном файле может насчитывать до нескольких лет в зависимости
от количества регистрируемых параметров и интервала регистрации. Типичные параметры — расход
нефти, воды и газа с преобладающими давлением и температурой и т. д. (подробности см. в инструкции
по эксплуатации [1]).

Служебная консоль используется для решения вышеупомянутых задач, но не является обязательной
к установке для эксплуатации Roxar MPFM 2600. Большая часть ежедневных операций может
контролироваться РСУ, системой SCADA с использованием команд чтения/записи на вычислителе расхода.
Для получения более подробной информации о ЧМИ Roxar MPFM 2600 обратитесь к инструкции
по эксплуатации [1].

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 20 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

8. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Задача этой главы — объяснить принцип действия и то, как технологическая платформа ZectorTM
используется для обеспечения объемных расходов нефти, воды и газа.

Приведенная ниже блок-схема представляет собой схематическое объяснение прохождения сигнала сквозь
Roxar MPFM 2600 от аппаратуры через алгоритмы вычислителя расхода к конечным выходным данным —
объемным расходам.

Рисунок 21

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 21 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Roxar 2600 М основан на технологической платформе ZectorTM, которая состоит из патентованной
усовершенствованной системы обработки сигналов и двухплоскостной геометрии электродов по схеме 2-6,

в которой сигналы обрабатываются полевой электроникой измерения импеданса.
Эта технологическая платформа позволяет осуществлять более сложное и точное моделирование
многофазного расхода.
В технологии Zector

TM

применяется многоскоростная система, которая позволяет обрабатывать

асимметричные формы пузырьков и неидеальные смеси дисперсных сред.
Как уже упоминалось в самом начале настоящего документа, в рамках многофазных измерений
необходимо решить следующее основное уравнение:

Q = A·v, где

Q = объемный расход,

A = площадь поперечного сечения трубы, занятого фазой,

v = скорость потока.

Для определения объемного расхода нефти, воды и газа необходимо измерять скорость каждой фазы,

а также долю каждой фазы в пустом пространстве трубы.
Комбинация уравнений более высокого уровня, которые необходимо решить и которые дают доли каждой
фазы, следующая.

Поток с непрерывной нефтяной фазой: уравнения 1, 3 и 4.
Поток с непрерывной водяной фазой: уравнения 2, 3 и 4.

Диэлектрическая проницаемость: 1)



смесь

= f (



газ

,



вода

,



нефть

).

Проводимость: 2)



смесь

= f (



газ

,



вода

,



нефть

).

Плотность: 3)



смесь

= f (



газ

,



вода

,



нефть

).

В сочетании: 4)  +  + = 1.

Где:



= доля газа,



= доля воды,



= доля нефти.

В главе 8.1 объясняется, как Roxar использует технологическую платформу для определения доли каждой

фазы, а в главе 8.2 рассматриваются измерения скорости.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 22 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

8.1 Измерения долей

Измерения импеданса на Roxar MPFM 2600 имеют в основном емкостный компонент в потоке
с непрерывной нефтяной фазой и в основном проводящий компонент в состоянии потока с непрерывной
водяной фазой, отсюда названия режимов — емкостный и режим проводимости.

8.1.1 Режим емкостного сопротивления

В емкостном режиме измерения импеданса Roxar MPFM 2600 измеряется емкостное сопротивление
в полой трубе, которое связано с диэлектрической проницаемостью нефтегазоводяной смеси.
Диэлектрическая проницаемость — дополнительный термин для обозначения диэлектрической постоянной
вещества (см. справочник NFOGM по многофазному измерению расхода [2]). Диэлектрическая
проницаемость углеводородов очень отличается от водной, как видно на рисунке 22, и потому измеренная
диэлектрическая проницаемость смеси является мерой, используемой для разделения углеводородов
и воды. Природный газ и воздух имеют диэлектрическую проницаемость, близкую к 1, а типовой интервал
нефти составляет от 2,0 до 2,4. Диэлектрическая проницаемость воды, как видно по рисунку, находится
на другом конце шкалы и составляет приблизительно 70. Таким образом, Roxar MPFM 2600 имеет принцип
измерений, который чрезвычайно чувствителен к изменениям доли воды и нечувствителен к изменениям
солености воды. При использовании на внутренней стороне трубной секции контактных электродов,
которые находятся в прямом контакте с многофазным потоком, обнаружение генерируемого сигнала будет
варьироваться в зависимости от диэлектрической проницаемости смеси, которая, опять же, служит
результатом изменений соотношения между нефтью, газом и водой.

Рисунок 22

Изменения измеренного емкостного сопротивления и,
следовательно, диэлектрической проницаемости смеси показаны
на рисунке 23. Понятно, что доля воды приведет к увеличению
измеренного значения емкостного сопротивления/диэлектрической
проницаемости, а увеличение доли газа в трубопроводе приведет
к уменьшению измеренного значения. При сочетании измерений
плотности газа из системы гамма-плотности для определения доли
газа и измерений емкостного сопротивления в потоке
с непрерывной нефтяной фазой становятся известны доля нефти,
доля воды и доля газа.

Рисунок 23

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 23 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

8.1.1.1 Технологическая платформа ZectorTM

Как описано выше, Roxar MPFM 2600 имеет два
разных уровня, или плоскости, с электродами.
Нижняя плоскость имеет два электрода
и измеряет объемные электрические свойства
пустого пространства. Также она относится
к конфигурации перекрестной корреляции.
Но благодаря конфигурации с шестью
электродами на верхнем уровне и новой
электронике измерения импеданса Roxar MPFM
2600 способен обеспечить комплексное
отображение потока

Рисунок 24

Расходомер применяет не только классические измерения поперечного сечения, показанные на рисунке 24,
но также поворотные измерения у стенок и измерения поперечного объема, что обеспечивает
всестороннее отображение режимов потока. На рисунке 25 показано, что асимметричный поток
и неидеальные смеси газа и дисперсной среды теперь можно обрабатывать способом, невозможным
ранее.

Рисунок 25

Технология Zector позволяет точно понимать режимы потока, эффекты смешивания и профили скорости.
Она позволяет обнаруживать стремительные изменения в расщеплениях фаз, что делает измерения еще
более точными и последовательными.
Технология Zector измеряет множественные скорости потока жидкости и газа, например скорость у стенки
будет отличаться от скорости в центре трубы. Скорости также будут меняться со временем из-за состава,
турбулентности, вязкости и других факторов.
Эта технология также позволяет одновременно исследовать большое количество секторов потока
со скоростью 12 000 измерений в секунду, что обеспечивает беспрецедентные возможности для
интерпретации.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 24 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

8.1.2 Переключение режимов

Пока поток находится в состоянии непрерывной нефтяной фазы, измеренный импеданс будет содержать
в основном компонент емкостного сопротивления, а компонент проводимости будет пренебрежимо мал.
Обычно поток остается в состоянии непрерывной нефтяной фазы до тех пор, пока обводненность
составляет приблизительно менее 60–70 %, но этот порог значительно варьируется в зависимости
от применения прибора. В случае большой обводненности, обычно выше 70 %, компонент емкостного
сопротивления будет уменьшаться, а компонент проводимости впоследствии будет увеличиваться для
потока с непрерывной нефтяной фазой. Измеренный импеданс будет иметь в основном компоненты
проводимости, как объясняется в главе 8.1.3. Выбор режима работы определяется измерением
сопротивления для нахождения проводимости многофазной смеси в трубопроводе, которая вновь
преобразуется в напряжение с AGC, предоставляющее вычислителю расхода исходные данные для
выполнения или невыполнения изменения.

8.1.3 Режим проводимости

В режиме проводимости измеряется проводимость смеси. Проводимость — это мера способности
раствора проводить электрический ток. Это величина, обратная удельному электрическому сопротивлению
(проводимость = 1 / R). Измерения импеданса в емкостном режиме не подходят, если многофазный поток
находится в состоянии непрерывной водяной фазы, и по этой причине для определения доли воды в смеси
используется режим проводимости. Аналогично емкостному режиму в потоке с непрерывной нефтяной
фазой в режиме проводимости обнаруживается доля воды в смеси с непрерывной водяной фазой.
При сочетании известной доли воды вместе с разделением газа/жидкости, обнаруживаемым с помощью
либо запатентованных не-гамма-алгоритмов, либо системы гамма-плотномера, становятся известны доля
нефти, доля воды и доля газа (см. рисунок 26).

Проводимость измеряется путем подачи известного электрического
тока контактным электродом в поток, затем измеряется падение
напряжения между электродами вдоль изолированного участка
трубы. С измерением как тока, так и падения напряжения
сопротивление рассчитывается по закону Ома, следовательно
рассчитывается и проводимость смеси.

Кроме того, в то время как контактные электроды имеют
традиционный недостаток переменного поверхностного
сопротивления, он преодолевается в Roxar MPFM 2600
конструкцией DP26 при использовании 4 из 6 электродов
в геометрии до устройства для измерения проводимости.

Рисунок 26

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 25 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

8.1.4 Система гамма-плотномера

Плотность

Метод затухания гамма-излучения основан на том принципе, что из-за поглощения интенсивность
гамма-луча экспоненциально уменьшается при его прохождении через вещество.

Рисунок 27

Изменение плотности для многофазного потока показано на принципиальной схеме на рисунке 27.
Сплошные линии показывают, как будет изменяться плотность с увеличением доли газа от 0 до 100 %,
когда обводненность в жидкости поддерживается постоянной слева направо. Нижняя сплошная линия
показывает курс обводнения = 0 %. Стрелка показывает влияние увеличения обводненности до 100 %
для верхней сплошной линии; т. е. чем выше обводненность, тем выше плотность потока.

8.1.5 Расходомер без гамма-системы

Расходомеры без гамма-системы используют информацию, встроенную в поток данных, который
генерируется электродами, для определения фазовых долей без использования исходных данных
от гамма-плотномера.

MPFM без гамма-системы должен определять значение смещения для каждой отдельной скважины или
многофазного потока. Это значение смещения определяется путем отбора одного обводненного образца
или двух в одном потоке. Эти обводненные образцы предпочтительно отбирать при двух разных расходах
или настройках штуцера. Другой способ — использовать показания (тест-) сепаратора для потока,
проверяемого с помощью MPFM без гамма-системы.

После правильной настройки в полевых условиях MPFM без гамма-системы будет работать корректно, пока
не произойдет значительное изменение рабочего давления или состава УВ. Потому важно, чтобы эти
значения отслеживались во времени и чтобы процедура определения смещения выполнялась
непосредственно после изменений такого рода.

Благодаря данной процедуре MPFM наилучшим образом подходит в случае одиночного потока из скважины
и непрерывного мониторинга скважин, однако его можно использовать и в других применениях при строгом
учете вышеописанной процедуры определения смещения.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 26 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

8.2 Измерение скорости

Roxar MPFM 2600 имеет два разных метода измерения скорости потока.

• Перекрестная корреляция сигналов временных рядов от сенсора импеданса для определения

скоростей газа.

• Измерение dP с помощью трубки Вентури для определения скорости жидкости.

8.2.1 Измерение скорости перекрестной корреляции

Полевая электроника измерения импеданса собирает данные с сенсорных электродов на скорости
примерно миллион раз в секунду. Собранные данные образуют сигнал временного ряда и содержат
информацию о структуре потока внутри расходомера.

Рисунок 28

Расстояние d между двумя плоскостями электродов известно. На графике на рисунке 28 нанесены сигналы
временного ряда от двух электродов. Сигнал от электродов до устройства — коричневая кривая; сигнал
от электродов после устройства — зеленая кривая. Кривые имеют почти одинаковую форму, но разнесены
во времени.

Статистический метод перекрестной корреляции сравнивает сходства между сигналами и используется для
нахождения временного сдвига. Функция перекрестной корреляции в зависимости от времени возвращает
свой первый и самый высокий максимум в момент времени T, представляющий сдвиг во времени между
сигналами.

Затем скорость определяется как:

V

flow

= d/T,

где

V

flow

= скорость потока,
d = расстояние между электродами в паре электродов,
T = временной сдвиг, найденный путем перекрестной корреляции временных рядов.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 27 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Roxar MPFM 2600 имеет, как уже упоминалось, две плоскости электродов,
одну с двумя и одну с шестью электродами, которые во время основной
перекрестной корреляции и обработки сигналов измеряют скорости
неочищенного газа.

В верхнем уровне электродов четыре электрода используются для
обеспечения перекрестной корреляции между уровнями 1 и 2. Электрическое
поле для верхнего уровня с шестью электродами во время перекрестной
корреляции указано на рисунке 29.

Рисунок 29

8.2.2 Скорость в трубке Вентури

dP на трубке Вентури пропорционален кинетической энергии смеси, проходящей через трубку. Таким
образом, кривая отклика трубки Вентури связана с массой смеси и ее скоростью. Отправной точкой для
применения трубки Вентури является общее уравнение Вентури, полученное из уравнения Бернулли.

Q

= объемный расход

D

2

= диаметр калиброванного сужения (ID расходомера)

D

1

= диаметр входа в трубку Вентури (ID расходомера)

С

= коэффициент расхода

e

= коэффициент расширяемости

E

(входной бета коэффициент)



= плотность среды, где возникает dP, плотность смеси

(p1-p2)

= перепад давлений (dP), измеренный сенсором перепада давлений

К

= совокупность постоянных

V

= скорость в трубке Вентури

Если все постоянные объединены в коэффициенте K и выражение делится на площадь, выражение может
быть упрощено до:

В Roxar MPFM 2600 общее уравнение Вентури модифицировано для использования в трехфазном потоке.
Модифицированное уравнение учитывает объемную долю газа (GVF) в потоке. Поскольку плотность
смеси измеряется с помощью гамма-плотномера или алгоритмов в исполнениях без гамма-системы,
скорость жидкости можно определить по измеренному dP.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 28 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

8.3 Необходимость в контрольных данных

Исходными параметрами для Roxar MPFM 2600 являются такие данные, как контрольные плотности нефти,
воды и газа при преобладающих условиях давления и температуры, а также диэлектрическая
проницаемость нефти и соленость воды. При наличии системы солености нет необходимости для ввода
солености в вычислитель расхода. Микроволновые датчики измеряют соленость воды и непрерывно
отправляют значения в вычислитель расхода MPFM, устраняя неопределенность значения солености при
расчете WLR. Эти данные (контрольные плотности, диэлектрическая проницаемость нефти и соленость
воды) напрямую используются в алгоритмах для расчета фактических объемных расходов и передаются
в вычислитель расхода одним из двух методов: либо через модель тяжелой нефти, либо через таблицу
плотностей, созданную в программе моделирования PVT, такой как Tempest PVTx или аналогичной.
Модель тяжелой нефти не рекомендуется использовать без крайней необходимости. Программы
моделирования PVT используют анализ состава углеводородной среды с требуемым уравнением
состояния и библиотеку согласованных стандартных свойств для имитации поведения среды в зависимости
от давления и температуры. Результаты представлены в матрице, которую использует вычислитель
расхода для автоматического расчета правильной фазовой плотности нефти, воды и газа при изменении
условий на линии. В той же самой программе моделирования PVT генерируется другая матрица, которая
автоматически обеспечивает вычислитель расхода правильными коэффициентами преобразования нефти,
воды и газа из фактического состояния на линии в стандартное состояние.
Исходные данные для программы Roxar Tempest PVTx

 Анализ составной среды с фракцией молярной доли и выше (Cn+), включая согласованные

значения MW и SG.

 Соленость/проводимость (если поток находится в состоянии непрерывной водяной фазы)

и плотность воды.

Любые результаты лабораторного PVT-эксперимента также будут способствовать обеспечению
оптимального качества исходных данных таблицы. Для получения более подробной информации
см. инструкцию по эксплуатации [1].

В качестве стандартной опции вычислитель расхода может работать с пятью внутренними предварительно
определенными наборами данных PVT для соответствующего числа скважин. Переключением между
наборами данных можно легко управлять из системы управления оператора путем дистанционной отправки
нужного номера скважины на вычислитель расхода Roxar MPFM 2600. Им также можно управлять
с сервисной консоли ПК. В дополнение к пяти внутренним наборам данных PVT можно выбирать
и загружать теоретически бесконечное количество наборов данных PVT из файлов настроек, хранящихся
сервисной консоли ПК.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 29 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

9. РЕЖИМ ВЛАЖНОГО ГАЗА

Roxar MPFM 2600 может поставляться с опцией алгоритмов влажного газа. Эти алгоритмы используются
в том же оборудовании, что и стандартный Roxar MPFM 2600. Добавлять какие-то компоненты
в расходомер нет необходимости. Однако для достижения оптимальной точности при экстремальных
условиях с точки зрения GVF, наблюдаемых в классическом применении с влажным газом, рекомендуется
выполнять дополнительную калибровку на заводе. Это статическая калибровка для оптимизации полевой
электроники. Потому вашим преимуществом будет изначальное приобретение Roxar MPFM 2600 с ПО для
влажного газа, если предусматривается соответствующее использование устройства.

Roxar MPFM 2600 требует исходных данных для алгоритмов в виде репрезентативного отчета об анализе
углеводородной среды. Исходя из этого, проприетарное программное обеспечение Roxar PVTx генерирует
таблицу Gfrac//VLR-PVT в дополнение к таблице плотности и тяжелой нефти. Таблицу Gfrac/VLR
см. на рисунке 30.

Рисунок 30

На блок-схеме (рисунок 31) представлен функциональный обзор режима влажного газа Roxar MPFM 2600
с измеренными переменными и исходными значениями. Как видно на блок-схеме, VLR (отношение
углеводородных испарений к жидкости) рассчитывается из PVT в сочетании с измерениями P&T. Полевая
электроника измерения импеданса обеспечивает WVF (объемная доля воды).

Roxar применяет эти измеренные переменные и исходные значения к экстраполированным стандартным
уравнениям MPFM, специально адаптированным для работы с влажным газом.

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 30 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

Требования для запуска и ввода в эксплуатацию системы Roxar MPFM 2600 с влажным газом следующие.

— Для создания таблицы VLR в PVTx (PVTx версии 6.6 и выше) должен быть известен состав

углеводородов.

— Выбор скважин должен проверяться с помощью доступного образца WLR для подтверждения

калибровки импеданса.

Рисунок 31

Функциональное описание

Документ №/ред.: ROX000091980/AJ

Многофазный расходомер Roxar 2600

Многофазный сенсор содержания соли Roxar

Страница 31 из 38

Roxar Шаблон докум. №/ред.: 091978/D

10. ПОКАЗАТЕЛИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ

10.1 Стандартные технические характеристики

Приведенные ниже технические характеристики относятся к экономичному решению, которое удовлетворит
потребности большинства операторов.

Показатели и характеристики системы
Рабочий диапазон

• Водожидкостный фактор (WLR) 0–100 %

• Объемная доля газа (GVF) 0–100 %

Размеры прибора

•4”50 мм, 4”67 мм, 6”87 мм, 8”132 мм, 10”173 мм

Монтаж

• Вертикальный с восходящим потоком

Типичная погрешность (доверительная
область 95 %)

• Расход жидкости: +/–3,5 % относ.

• Обводненность: +/–2,5 % абс.

• Расход газа: +/-6% относ.

Расчетное давление

• 5000 фунт/кв. дюйм (345 бар)

Рабочая температура

• До 130 °C (266 °F)

Механические и электрические компоненты
Корпус расходомера
Стандарт для металлических деталей,
контактирующих с измеряемой средой

• Duplex UNS 31803

Фланцевое соединение

• Фланцы фланцевым соединением приварной
шейкой Grayloc/Techlok®

Длина

• 650 мм (3”)

Масса

• 110 кг (10”)

Секция определения содержания соли
Длина

• 750 мм

Трубка Вентури

• Вставная конструкция, заменяется в условиях
эксплуатации

• Компактный запорный клапан и клапанный блок

• Многопараметрический преобразователь
Rosemount Multivariable™ (DP, P & T)

Измерения плотности
ПО Roxar без гамма-системы

• Подходит для GVF 25–85 %

Компактная гамма-система Roxar

• Рекомендуется для любых применений

• Источник: Cs-137, 2-5 mCi, период полураспада
30,1 года

• Детектор: по выбору

Технология сенсоров

Мультиэлектрод DP 26, двухплоскостная технология

Roxar ZectorTM.

Питание
Напряжение

• 18–36 В пост. тока или 100–240 В перем. тока

Потребляемая мощность

• 12–20 Вт (макс. 22 Вт при пуске)

Мощность, потребляемая электроникой
определения содержания соли

• <20 Вт (макс. 32 Вт при пуске)

Коммуникационный интерфейс
Электрический интерфейс

• RS-232/RS-485/TCP-IP

Коммуникационный протокол

• Modbus RTU/TCP

Электротехническая сертификация

• Сенсорная электроника: Ex-ia

• Многопараметрический преобразователь: Ex-ia

• Компактный гамма-детектор: Ex-d

• Вычислитель расхода: Ex-d или для
безопасных зон

• Электроника определения содержания соли:

Ex-d/ib

Программное обеспечение

• Roxar Fieldwatch

• Служебная консоль Roxar

Добавочные модули

• Акустический индикатор песка

• Комплект для скважинных испытаний, PVTx,
коммуникации, +++