Томские ученые разработали многофазные расходомеры для учета нефти

Исследователи из Томского политехнического университета (ТПУ) предложили два типа многофазных расходомеров с использованием новых высокоскоростных систем собственной разработки. Приборы помогут отслеживать количество извлекаемой нефти, газа и воды для более эффективного недропользования.

Поддержание добычи нефти и газа на запланированном уровне требует постоянного контроля параметров месторождения. Один из важнейших из них — количество извлекаемой нефти, газа и воды: он характеризует состояние разрабатываемого участка недр и формирует информационную базу для эффективного недропользования. Для измерения этих параметров используются многофазные расходомеры. Они состоят из двух частей: измерителя концентрации компонентов и устройства для измерения общего расхода, например, на основе трубы Вентури.

Существующие аналоги сегодня производятся по зарубежным лицензиям с импортной «начинкой». Однако специалисты Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ и лаборатории рентгеновской оптики Инженерной школы ядерных технологий под руководством Алексея Гоголева создали отечественный радиоизотопный многофазный расходомер. Заказчиком и промышленным партнером проекта выступило ООО «Метрология и Автоматизация» (г. 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. 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», — рассказал заместитель генерального директора ООО «Метрология и Автоматизация» Андрей Масленников.

Параллельно, совместно с ООО «Политек» и АО «Зарубежнефть» (г. Москва) томские ученые разработали новый тип расходомера для учета углеводородов, действие которого основано на принципиально другом подходе. Радиоизотопный источник излучения в приборе они заменили на генерирующий рентгеновский аппарат. Его особенность заключается в генерации ионизирующего излучения с большей на порядки интенсивностью, пока подано питание на источник. При этом прибор в разы безопаснее из-за отсутствия высокоэнергетического излучения, не требует лицензии для эксплуатацию и освобожден от контроля Ростехнадзора и Роспотребнадзора. Систему регистрации разработчики 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 радиоизотопами 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 гораздо 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, — пояснил Алексей Гоголев.

Волнодисперсионный спектрометр 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. При этом чем выше скорость, тем более точные данные можно получить 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», — добавил ученый.