Влажный газ

Не путать с водяным газом .

— Влажный газ это любой газ с небольшим количеством жидкости. Термин «влажный газ» использовался для описания диапазона условий, варьирующихся от влажного газа, насыщенного парами жидкости, до многофазного потока с 90% объемом газа. Были некоторые споры относительно его фактического определения, и в настоящее время не существует полностью определенного количественного определения потока влажного газа, которое было бы общепринято.

Влажный газ является особенно важной концепцией в области измерения расхода, поскольку различная плотность составляющего материала представляет собой серьезную проблему.

Типичным примером потоков влажного газа являются добыча природного газа в нефтегазовой отрасли. Природный газ представляет собой смесь углеводородных соединений с различными неуглеводородными соединениями. Он существует либо в газообразной, либо в жидкой фазе, либо в растворе с сырой нефтью в пористых пластах горных пород. Количество углеводородов, присутствующих в жидкой фазе добытого влажного газа, зависит от условий пластовой температуры и давления, которые меняются со временем по мере удаления газа и жидкости. Изменения содержания жидкости и газа также происходят, когда влажный газ транспортируется из пласта при высокой температуре и давлении на поверхность, где он испытывает более низкие температуру и давление. Присутствие и изменчивость этого влажного газа могут вызвать проблемы и ошибки в возможности точного измерения расхода газовой фазы.

Важно иметь возможность точно измерять потоки влажного газа для количественной оценки добычи из отдельных скважин и максимизировать использование оборудования и ресурсов, что поможет снизить затраты.

Условия измерения влажного газа

Для описания характеристик потока влажного газа используется ряд специальных терминов:

Приведенная скорость газа — это скорость газа, если бы в потоке влажного газа не присутствовала жидкость. В потоках влажного газа скорость газа выше из-за уменьшения площади трубы из-за присутствия жидкости.

Приведенная скорость жидкости — это скорость жидкости, если бы в потоке влажного газа не было газа.

Жидкостная нагрузка представляет собой отношение массового расхода жидкости к массовому расходу газа и обычно выражается в процентах.

GVF – Объемная доля газа – это отношение объемного расхода газа к общему объемному расходу.

LVF – Объемная доля жидкости – это отношение объемного расхода жидкости к общему объемному расходу.

Hold up — это площадь поперечного сечения, занимаемая жидкостью в трубе, несущей поток влажного газа.

Пустотная фракция представляет собой отношение площади потока, занимаемой газом, к общей площади потока.

Параметр Локхарта-Мартинелли . Газ сжимаем, и его плотность значительно меняется при изменении давления. С другой стороны, жидкости считаются несжимаемыми, и поэтому их плотность не имеет тенденции меняться при изменении давления. Если давление влажной газовой системы увеличится, плотность газа увеличится, но плотность жидкости не изменится. Плотность компонентов потока является важным фактором при измерении расхода , поскольку она связана с фактическими массовыми количествами присутствующих жидкостей. Чтобы учесть как скорость потока, так и плотность жидкой и газовой фаз, общепринятой практикой является определение влажности или содержания жидкости в газе с использованием параметра Локхарта-Мартинелли , называемого χ ( греческая буква хи), который представляет собой безразмерную величину. число. Этот параметр можно рассчитать на основе массового расхода или объемного расхода и плотности жидкостей. Он определяется как:

$\chi ={\frac {m_{\ell }}{m_{g}}}{\sqrt {\frac {\rho _{g}}{\rho _{\ell }}}},$

где

• $m_{\ell }$ – массовый расход жидкой фазы;
• $m_{g}$ – массовый расход газовой фазы;
• $\rho _{g}$ – плотность газа;
• $\rho _{\ell }$ - плотность жидкости.

Этот параметр Локхарта – Мартинелли χ можно использовать для определения полностью сухого газа, когда его значение равно нулю. Поток влажного газа имеет значение χ от нуля до примерно 0,3, а значения выше 0,3 обычно определяются как многофазные потоки.

Схема течения влажного газа

Поведение газов и жидкости в проточной трубе будет проявлять различные характеристики потока в зависимости от давления газа, скорости газа и содержания жидкости, а также ориентации трубопровода (горизонтальной, наклонной или вертикальной). Жидкость может иметь форму крошечных капель или труба может быть полностью заполнена жидкостью. Несмотря на сложность взаимодействия газа и жидкости, были предприняты попытки классифицировать это поведение. Эти взаимодействия газа и жидкости обычно называют режимами потока или структурами потока.

Кольцевое течение тумана возникает при высоких скоростях газа. Вокруг кольцевого пространства трубы присутствует тонкая пленка жидкости. Обычно большая часть жидкости захватывается в виде капель в газовом ядре. Под действием силы тяжести на нижней части трубы обычно образуется более толстая пленка жидкости, а не на верхней части трубы.

Расслоенный (гладкий) поток существует, когда гравитационное разделение завершено. Жидкость течет по нижней части трубы, а газ течет по верхней. Задержка жидкости в этом режиме может быть большой, но скорости газа низкие.

Расслоенное волновое течение аналогично расслоенному гладкому течению, но с более высокой скоростью газа. Более высокая скорость газа создает волны на поверхности жидкости. Эти волны могут стать достаточно большими, чтобы отколоть капли жидкости на вершинах волн и унести их с газом. Эти капли распределяются дальше по трубе.

Снарядное течение – это когда большие пенистые волны жидкости образуют пробку, которая может полностью заполнить трубу. Эти пробки также могут иметь форму волн, возникающих на толстой пленке жидкости на дне трубы.

Удлиненный пузырьковый поток состоит в основном из жидкого потока с удлиненными пузырьками, расположенными ближе к верху трубы.

Рассеянный поток предполагает, что труба полностью заполнена жидкостью с небольшим количеством увлеченного газа. Газ имеет форму более мелких пузырьков. Эти пузырьки газа имеют тенденцию оставаться в верхней части трубы, поскольку сила тяжести удерживает жидкость в нижней части трубы.

Мокрый учет газа

Могут возникнуть ситуации, в которых требуется только расход одного ключевого компонента газа, в этом случае может использоваться однофазное измерение. Затем измерение можно отрегулировать, чтобы компенсировать влияние жидкости на счетчик. Некоторые из методов, доступных для измерения жидкой фазы, включают:

Испытательный сепаратор , который определяет расход фаз путем физического отделения жидкости от газа, при этом каждая фаза затем измеряется отдельно. Этот метод предоставляет информацию обо всех фазах, которую затем можно использовать для расчета поправки, необходимой для счетчика, и для проверки расхода газа через счетчик. Давление и температура в испытательном сепараторе должны быть такими же, как и в расходомере влажного газа, либо скорости потока газа и жидкости должны быть скорректированы с учетом условий в счетчике, поскольку фазы могут отличаться от измеренных.

Отбор проб – это отбор проб влажного газа из трубопровода для анализа с целью определения составляющих компонентов. Важно, чтобы отобранная проба была репрезентативной как для газовой, так и для жидкой фазы, и чтобы во время отбора проб не было массопереноса между фазами.

Метод индикатора включает впрыскивание индикаторного красителя в поток влажного газа, а затем отбор проб на определенном расстоянии вниз по потоку для измерения разбавления красителя. Разбавление красителя в жидкой фазе используется для расчета скорости потока жидкости. Этот метод может быть довольно трудным в применении, поскольку может быть сложно получить доступ к правильным точкам, необходимым для проведения этого теста.

Микроволновая технология использует более высокую диэлектрическую проницаемость воды, чем у углеводородов, для определения общей доли воды в жидкой и газовой фазах. Поскольку он обнаруживает и измеряет только водный компонент, жидкий углеводородный компонент необходимо измерять другим методом.

Общая потеря давления на различных измерителях давления, использующих трубку Вентури для измерения расхода, приводит к падению давления в потоке, которое частично восстанавливается после расходомера. В потоках сухого газа извлечение больше, чем в потоках влажного газа, за счет жидкого компонента. Эту разницу можно использовать для измерения жидкой фракции. Это предполагает добавление второго отвода давления после Вентури для измерения частично восстановленного падения давления. На этот метод могут влиять изменения давления в системе и скорости газа.

Усовершенствованная обработка сигнала используется там, где жидкая фаза влияет на измерительный сигнал, например, колебания давления в расходомере DP или сдвиг скорости звука в ультразвуковом расходомере. Комплексный анализ и моделирование этих сигналов позволяет определить потоки жидкости и газа.

Существует ряд коммерчески доступных расходомеров влажного газа. Большинство измерителей используют дифференциальное давление для газовой фазы и форму обнаружения жидкости или измерения плотности влажного газа для жидкой фазы, обычно используя один из методов, перечисленных выше.

См. также

• Газовый конденсат
• Точка росы по углеводородам
• Измерение расхода
• Двухфазный поток
• Многофазный поток
• Многофазный расходомер
• Гидродинамика