Исследователи Томского политеха предложили два типа многофазных расходомеров с использованием новых высокоскоростных систем собственной разработки. Один из них является аналогом многофазного радиоизотопного расходомера полностью отечественного производства, разработанного совместно с ООО «Метрология и Автоматизация» (Самара), что позволяет в несколько раз уменьшить экономические затраты на выпуск прибора. Второй тип расходомера — разработка томских ученых, аналогов которой нет на мировом рынке. Его действие основано на одновременном анализе широкополосных и линейчатых спектров низкоэнергетического рентгеновского излучения от генерирующего источника. Он потенциально более универсальный, то есть позволяет работать со скважинами в более широком диапазоне по дебиту.
Опытный образец расходомера
Поддержание добычи нефти и газа на запланированном уровне требует постоянного контроля параметров месторождения. Один из важнейших параметров — количество извлекаемой нефти, газа и воды: он характеризует состояние разрабатываемого участка недр и формирует информационную базу для эффективного недропользования.
Многофазный расходомер представляет собой прибор, состоящий из двух частей. Первая — измеритель концентрации компонентов, в первом варианте исполнения — радиоизотопный источник и энергодисперсионный детектор. Вторая — устройство для измерения общего расхода, например, на основе трубы Вентури. Существующие аналоги производятся по зарубежным лицензиям с импортной «начинкой».
Создание радиоизотопного многофазного расходомера отечественной разработки — проект специалистов Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ и лаборатории рентгеновской оптики Инженерной школы ядерных технологий под руководством Алексея Гоголева. Заказчиком и промышленным партнером выступило ООО «Метрология и Автоматизация» (Самара).
«Совместно с ТПУ мы полностью разработали все системы и элементы для измерения концентрации компонентов многофазного потока и его расхода. В частности, в измерителе концентрации используется цифровой энергодисперсионный спектрометр нашей разработки. На нашей площадке уже проведены опытно-промышленные испытания основных элементов расходомера на основе радиоизотопного источника, апробированы все технические решения. До лета планируем провести испытания в целях утверждения типа средств измерений», — рассказывает заместитель генерального директора ООО «Метрология и Автоматизация» Андрей Масленников.
Параллельно с МИП ООО «Политек» и компанией АО «Зарубежнефть» (Москва) томские ученые разработали новый тип расходомера для учета углеводородов, действие которого основано на принципиально других подходах. Радиоизотопный источник излучения в приборе они заменили на генерирующий рентгеновский аппарат. Его особенность - в генерации ионизирующего излучения с большей на порядки интенсивностью во времени, только пока подано питание на источник. При этом прибор в разы безопаснее из-за отсутствия высокоэнергичного излучения, не требует лицензии для эксплуатации и освобожден от контроля Ростехнадзора и Роспотребнадзора. А систему регистрации построили на основе высокоскоростных гиперспектральных детекторов с пассивной оптической системой «сортировки» квантов по энергии, что обеспечило утилизацию всей мощности источника.
Главное преимущество расходомера на генерирующем источнике — более высокая точность и скорость сканирования по сравнению с радиоизотопными приборами. Получить такой результат удалось благодаря сочетанию волнодисперсионной и кросскорреляционной систем регистрации в одном измерительном модуле для определения концентрации компонентов и общего расхода.
«Генерирующий источник обеспечивает на порядки больший поток излучения, чем радиоизотопный, что дает больше возможностей для прибора. Кроме того, мы изменили систему регистрации для измерения концентрации компонентов потока нефти — вместо энергодисперсионного спектрометра применили волнодисперсионный. Он состоит из пассивной рентгеновской оптики гиперспектрального детектора, который регистрирует уже отсортированные кванты. Мультиволновая схема из-за своей простоты позволяет увеличить скорость цифрового процессора детектирующего модуля до 2 миллионов импульсов в секунду против 100 тысяч импульсов энергодисперсионной схемы. Чем больше скорость, тем более точные данные мы получаем от прибора. Кросскорреляционный измеритель расхода построен на двухканальном детекторе, тоже нашей разработки, использует широкополосное излучение от того же источника и сканирует поток с частотой более 1000 раз в секунду, что обеспечит измерение расхода в диапазоне от 1:100 и более. Это позволит использовать расходомер одного типоразмера на скважинах с разным дебитом, то есть делает прибор более универсальным», — поясняет Алексей Гоголев.
В настоящий момент расходомер на генерирующем источнике находится на стадии подготовки к опытно-промышленным испытаниям.
Источник информации и фото: пресс-служба Томского политехнического университета
