RU2289808C2 - Method and device for determining volumetric shares of liquid hydrocarbon condensate and water in the flow of gas-liquid mixture of natural gas - Google Patents

Abstract

FIELD: measuring equipment engineering, possible use at wells and zones for rough processing of gas.

SUBSTANCE: method includes filling measuring resonator with flow of gas-liquid mixture and measuring its resonance frequency, separating gaseous phase flow from liquid phase flow, filling supporting resonator with it, measuring resonance frequency and quality of measuring and supporting resonators and computing volumetric shares of liquid hydrocarbon condensate and water. For excitation of resonators, radio waves of decametric spectrum are used. Device consists of frequency control block, connected to generator of swaying frequency, output of which is connected to input of power divider, while first output of power divider is connected to block for measuring and processing frequency, and second one - to input of measuring resonator, mounted in narrowed cut of tubular section, built into pipeline by means of flanges. Output of measuring resonator is connected to first detector section, connected to block for measuring and processing frequency. Block for filtering gaseous phase of flow and tubular section with supporting resonator are by means of flanges built into draining section of pipeline, connected to adjustable valve, mounted at outlet of tubular section with measuring resonator. Third output of power divider is connected to input of supporting resonator, output of which is connected to second detector section, connected to block for measuring and processing frequency. Resonators are filled with dielectric with high dielectric penetrability and low losses at working frequency of mode TM₀₁₀.

EFFECT: invention makes it possible to determine volumetric shares of liquid hydrocarbon condensate and water in flow of gas-liquid mixture of natural gas.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано на скважинах или участках первичной переработки газа для определения объемных долей жидкого углеводородного конденсата и воды в потоке газожидкостной смеси (ГЖС) природного газа без разделения на составляющие его компоненты.The invention relates to the field of measuring technology and can be used in wells or areas of primary gas processing to determine the volume fractions of liquid hydrocarbon condensate and water in a gas-liquid mixture (GHS) stream of natural gas without separation into its constituent components.

Известен способ и устройство определения относительных пропорций нефти, газа и воды в потоке сырой нефти в трубопроводе по патенту США [1]. Посредством помещения соосно на трубу из диэлектрического материала множества катушечных резонаторов, имеющих различные резонансные частоты, и измерения изменений их резонансных частот вычисляют пропорции нефти, воды и газа, протекающих через трубу.A known method and device for determining the relative proportions of oil, gas and water in the flow of crude oil in the pipeline according to US patent [1]. By placing a plurality of coil resonators having different resonant frequencies coaxially on a pipe of dielectric material and measuring changes in their resonant frequencies, the proportions of oil, water and gas flowing through the pipe are calculated.

Недостатком данного способа является отсутствие учета влияния изменения плотности газа от давления на результаты измерений, а также сложность проведения калибровки множества катушечных резонаторов.The disadvantage of this method is the lack of consideration of the effect of changes in gas density on pressure on the measurement results, as well as the difficulty of calibrating many coil resonators.

Основным недостатком данного устройства является его непригодность к расходометрии газоконденсатных потоков в трубопроводах.The main disadvantage of this device is its unsuitability for flow measurement of gas condensate flows in pipelines.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ определения покомпонентного расхода потока газожидкостной смеси продуктов газонефтедобычи в трубопроводе [2], основанный на результате взаимодействия потока с электромагнитным полем миллиметрового диапазона длин волн, измерении частоты Доплера и резонансной частоты микроволнового резонатора, заполненного ГЖС, вычислении скорости потока и площадей поперечных сечений, занятых жидкой и газовой фазой, и затем определении объемных расходов газа и жидкости. При этом жидкостно-газовый фактор (ЖГФ), определяемый как отношение расхода жидкости к расходу газа (число см³ жидкости, находящихся в одном м³ газа при нормальных условиях), позволяет оценить объемную долю жидкости, находящейся в газожидкостном потоке.Closest to the proposed invention is a method for determining the component flow rate of a gas-liquid mixture of gas and oil products in a pipeline [2], based on the interaction of the flow with the electromagnetic field of the millimeter wavelength range, measuring the Doppler frequency and the resonant frequency of the microwave resonator filled with GHS, calculating the flow velocity and cross-sectional areas occupied by the liquid and gas phase, and then determining the volumetric flow rates of gas and liquid. In this case, the liquid-gas factor (GHF), defined as the ratio of the liquid flow to the gas flow (the number of cm ^{3 of} liquid in one m ^{3 of} gas under normal conditions), allows us to estimate the volume fraction of the liquid in the gas-liquid stream.

Недостатками способа являются: невозможность определения соотношения объемных долей воды и углеводородного конденсата в жидкости; необходимость проведения калибровки перед выполнением измерений, заключающейся в остановке газожидкостного потока в измерительном резонаторе, отделении жидкости путем естественного стока за выбранный интервал времени и измерении частоты заполненного газом измерительного резонатора при рабочем давлении и температуре; погрешность калибровки вследствие падения температуры газа за выбранный интервал времени.The disadvantages of the method are: the inability to determine the ratio of volume fractions of water and hydrocarbon condensate in the liquid; the need for calibration before performing measurements, which consists in stopping the gas-liquid flow in the measuring resonator, separating the liquid by natural drain for a selected time interval and measuring the frequency of the gas-filled measuring resonator at operating pressure and temperature; calibration error due to a drop in gas temperature over a selected time interval.

Устройство определения покомпонентного расхода потока газожидкостной смеси продуктов газонефтедобычи в трубопроводе [2], выбранное за прототип, содержит встроенную в трубопровод измерительную секцию с переходами от стандартного сечения к зауженному сечению с установленным в ней измерительным микроволновым резонатором, панорамный амплитудно-частотный измеритель, включающий в себя генератор качающейся частоты с блоком управления частотой, блок измерения и обработки частоты и детекторную секцию, а также измеритель скорости, выполненный в виде доплеровского микроволнового радиолокатора, содержащего приемопередатчик с антенной, встроенной через радиопрозрачную вставку в трубопровод.A device for determining the component-wise flow rate of a gas-liquid mixture of gas and oil products in a pipeline [2], selected as a prototype, contains a measuring section integrated in the pipeline with transitions from a standard section to a narrowed section with a measuring microwave resonator installed in it, a panoramic amplitude-frequency meter, including oscillating frequency generator with a frequency control unit, a frequency measuring and processing unit and a detection section, as well as a speed meter, made nd in the form of a Doppler microwave radar containing a transceiver with an antenna integrated through a radiolucent insert into the pipeline.

Недостатками устройства являются: высокая чувствительность микроволнового резонатора к воде, что ограничивает диапазон измерений низкими значениями объемной доли воды; неоднородная структура электромагнитного поля микроволнового резонатора, содержащая максимумы и нули поля по всему поперечному сечению зондируемого потока, что приводит к нестабильности отклика резонатора и требует применения сложных статистических методов обработки сигнала.The disadvantages of the device are: high sensitivity of the microwave cavity to water, which limits the measurement range to low values of the volume fraction of water; inhomogeneous structure of the electromagnetic field of the microwave cavity containing field maxima and zeros over the entire cross section of the probed flow, which leads to instability of the resonator response and requires the use of complex statistical signal processing methods.

Техническим результатом предложенного изобретения является возможность определения объемных долей жидкого углеводородного конденсата и воды в потоке газожидкостной смеси природного газа.The technical result of the proposed invention is the ability to determine the volume fractions of liquid hydrocarbon condensate and water in the flow of a gas-liquid mixture of natural gas.

Технический результат достигается тем, что в способе определения объемных долей жидкого углеводородного конденсата и воды в потоке газожидкостной смеси природного газа, включающем заполнение потоком газожидкостной смеси установленного в зауженном сечении трубопровода измерительного резонатора и измерение его резонансной частоты f_гжс, отделяют газовый поток из газожидкостной смеси, заполняют им опорный резонатор, измеряют резонансную частоту f_г опорного резонатора и добротности измерительного Q_гжс и опорного Q_г резонаторов на рабочей частоте возбуждения в резонаторе моды ТМ₀₁₀, и вычисляют объемную долю воды α_в и объемную долю конденсата α_к по соотношениямThe technical result is achieved by the fact that in the method for determining the volume fractions of liquid hydrocarbon condensate and water in the flow of a gas-liquid mixture of natural gas, including filling the gas-liquid mixture with a measuring resonator installed in a narrowed section of the pipeline and measuring its resonant frequency f _GF , the gas stream is separated from the gas-liquid mixture, they fill the reference resonator, measure the resonant frequency f _{g of the} reference resonator and the quality factor of the measuring Q _gf and reference Q _{g of the} resonators per excitation frequency in the TM ₀₁₀ mode resonator, and calculate the volume fraction of water α _in and the volume fraction of condensate α _k from the ratios

где Δf=f_г-f_гжс;where Δf = f _g -f _GHS ;

С_j - формфактор, коэффициент определяющий часть объема резонатора, совместно занимаемую электромагнитным полем и потоком газожидкостной смеси;With _j - form factor, the coefficient determining the part of the resonator volume, jointly occupied by the electromagnetic field and the gas-liquid mixture flow;

и

- действительная и мнимая части диэлектрической проницаемости воды на частоте f_гжс.

and

- the real and imaginary parts of the dielectric constant of water at a frequency f _GHS .

Для возбуждения резонаторов используют радиоволны дециметрового диапазона.To excite the resonators use decimeter range radio waves.

Технический результат достигается тем, что в устройство определения объемных долей жидкого углеводородного конденсата и воды в потоке газожидкостной смеси природного газа, состоящее из блока управления частотой, соединенного с генератором качающейся частоты, выход которого соединен с входом делителя мощности, причем первый выход делителя мощности связан с блоком измерения и обработки частоты, а второй - с входом измерительного резонатора, установленного в зауженном сечении трубной секции, встроенной с помощью фланцев в трубопровод, причем выход измерительного резонатора соединен с первой детекторной секцией, связанной с блоком измерения и обработки частоты, введены блок фильтрации газовой фазы потока и трубная секция с опорным резонатором, встроенные с помощью фланцев в отводящий участок трубопровода, соединенного с регулируемым вентилем, устанавливаемым на выходе трубной секции с измерительным резонатором, причем третий выход делителя мощности соединен с входом опорного резонатора, выход которого связан со второй детекторной секцией, соединенной с блоком измерения и обработки частоты. Измерительный и опорный резонаторы заполнены диэлектриком с высокой диэлектрической проницаемостью и малыми потерями на рабочей частоте моды ТМ₀₁₀ и имеют отверстие для пропуска измеряемого потока.The technical result is achieved by the fact that in the device for determining the volume fractions of liquid hydrocarbon condensate and water in the flow of a gas-liquid mixture of natural gas, consisting of a frequency control unit connected to a oscillating frequency generator, the output of which is connected to the input of the power divider, and the first output of the power divider a frequency measuring and processing unit, and the second one with the input of the measuring resonator installed in a narrowed section of the pipe section integrated with flanges in the pipeline, whereby the output of the measuring resonator is connected to the first detector section associated with the frequency measuring and processing unit, the gas phase filtering unit of the flow and the pipe section with a reference resonator are introduced, which are integrated by means of flanges into the outlet section of the pipeline connected to an adjustable valve installed at the output of the pipe section with a measuring resonator, the third output of the power divider connected to the input of the reference resonator, the output of which is connected to the second detector section connected to the measuring unit Nia and frequency of treatment. The measuring and reference cavities are filled with a dielectric with high dielectric constant and low losses at the operating frequency of the TM ₀₁₀ mode and have an opening for passing the measured flux.

На фиг.1 изображена схема устройства определения объемных долей жидкого углеводородного конденсата и воды в потоке газожидкостной смеси природного газа. На ней показаны: блок управления частотой 1 генератора качающейся частоты 2; делитель мощности 3; трубная секция с измерительным резонатором 4; первая детекторная секция 5; блок измерения и обработки частоты 6; трубная секция с опорным резонатором 7; вторая детекторная секция 8; блок фильтрации газовой фазы потока 9; регулируемый вентиль 10.Figure 1 shows a diagram of a device for determining the volume fractions of liquid hydrocarbon condensate and water in a stream of a gas-liquid mixture of natural gas. It shows: frequency control unit 1 of the oscillating frequency generator 2; power divider 3; tube section with measuring resonator 4; first detector section 5; frequency measuring and processing unit 6; tube section with a reference resonator 7; second detector section 8; a gas phase filtration unit of stream 9; adjustable valve 10.

На фиг.2 представлена трубная секция с измерительным (или опорным) резонатором. Резонатор выполнен из двух фигурных корпусных деталей 11, 12, каждая из которых содержит крепежные фланцы 13, 14 и фланцы 15, 16 с цилиндрическими выемками. Соединенные совместно с помощью болтов 17 фигурные детали 11, 12 составляют силовой корпус, выдерживающий рабочее давление. Внутри фигурных деталей 11, 12 выполнены конусообразные переходы 18 от стандартного сечения трубопровода к измерительному сечению. Совместно соединенные фланцы 15, 16 образуют закрытый цилиндрический резонатор дециметровых волн. Полость резонатора заполнена диэлектриком 19 с отверстием 20 для пропуска газожидкостного потока. Элементами связи резонатора служат два штыря 21 и 22, введенных в диэлектрик сквозь фланцы 15 и 16: штырь 21 - для возбуждения колебаний резонатора, штырь 22 - для их приема и передачи на детекторную секцию. Отверстие 23 предназначено для установки регулируемого вентиля.Figure 2 presents the tube section with a measuring (or reference) resonator. The resonator is made of two curly body parts 11, 12, each of which contains mounting flanges 13, 14 and flanges 15, 16 with cylindrical recesses. United with bolts 17, the shaped parts 11, 12 constitute a power housing that can withstand operating pressure. Inside the curly parts 11, 12, conical transitions 18 are made from the standard section of the pipeline to the measuring section. Jointly connected flanges 15, 16 form a closed cylindrical decimeter wave resonator. The cavity of the resonator is filled with a dielectric 19 with an opening 20 for passing a gas-liquid flow. The resonator coupling elements are two pins 21 and 22 inserted into the dielectric through flanges 15 and 16: pin 21 for exciting resonator vibrations, pin 22 for receiving and transmitting them to the detector section. The hole 23 is for installing an adjustable valve.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Измерительный резонатор, возбуждаемый на моде ТМ₀₁₀, в случае отсутствия потока газожидкостной смеси характеризуется собственной частотой f_o и собственной добротностью Q_o, определяемой в случае квадратичной характеристики детектора как отношение собственной частоты к ширине сигнала на полувысоте ΔF_o:The measuring resonator excited in the TM ₀₁₀ mode, in the absence of a gas-liquid mixture flow, is characterized by a natural frequency f _o and a natural Q factor Q _o , defined in the case of a quadratic detector characteristic as the ratio of the natural frequency to the signal width at half maximum ΔF _o :

Значение собственной частоты f_o, определяется размерами резонатора, диэлектрической постоянной диэлектрика, заполняющего объем измерительного резонатора, и долей заполнения объема резонатора. Значение собственной добротности, в свою очередь, определяется потерями СВЧ-энергии в стенках резонатора, в диэлектрике, в элементах связи и на излучение в пространство через проходное отверстие зауженного сечения.The value of the natural frequency f _o is determined by the dimensions of the resonator, the dielectric constant of the dielectric filling the volume of the measuring resonator, and the fraction of the volume of the resonator. The value of the intrinsic Q factor, in turn, is determined by the loss of microwave energy in the walls of the resonator, in the dielectric, in the communication elements, and in radiation into space through the passage opening of a narrowed section.

В случае, когда резонатор заполняется газожидкостным потоком при рабочих давлении и температуре с объемной долей жидкого углеводородного конденсата α_к и объемной долей воды α_в, частота резонанса понижается, а форма резонансной кривой изменяется - она расплывается. Это отражает факт падения добротности из-за поглощения СВЧ-энергии водой в дисперсной фазе.In the case where the cavity is filled with the gas-liquid flow at operating pressure and temperature, with the volume fraction of the liquid hydrocarbon condensate α _k and a volume fraction α _in water, the resonance frequency decreases, and the shape of the resonance curve changes - it spreads. This reflects the fact of a drop in the quality factor due to the absorption of microwave energy by water in the dispersed phase.

Значение смещения частоты резонатора Δf_гжс=Δf_г+Δf_к+Δf_в определяется смещением частоты Δf_г за счет диэлектрической постоянной газовой компоненты и давления газовой компоненты, смещением частоты Δf_к за счет диэлектрической постоянной углеводородного конденсата в дисперсной фазе с объемной долей α_k, и смещением частоты Δf_в за счет диэлектрической постоянной воды в дисперсной фазе с объемной долей α_в. Значение изменения добротности

- определяется потерями в дисперсной фазе углеводородного конденсата и воды. На дециметровых волнах потери в углеводородном конденсате в ≈10³-10⁴ раз меньше потерь в воде. Поэтому можно считать, что снижение добротности полностью определяется потерями в воде. С другой стороны, значение частотного смещения за счет газовой компоненты и его зависимость от давления можно найти из измерений частоты резонатора при заполнении его чисто газовой компонентой при разных давлениях. Значение частотного смещения за счет воды можно определить зная α_в из измерений изменения добротности. Оставшаяся разница между смещением Δf_гжс и значениями Δf_г и Δf_в полностью обусловлена наличием углеводородного конденсата, т.е. значением α_к.The value of the frequency shift of the resonator Δf _ghf = Δf _g + Δf _k + Δf _c is determined by the frequency shift Δf _g due to the dielectric constant of the gas component and the pressure of the gas component, the frequency shift Δf _k due to the dielectric constant of the hydrocarbon condensate in the dispersed phase with a volume fraction of α _k , and frequency offset Δf _in due to the dielectric constant of water in the dispersed phase with a volume fraction of α _in . Q value change

- is determined by losses in the dispersed phase of hydrocarbon condensate and water. At decimeter waves, losses in hydrocarbon condensate are ≈10 ³ -10 ⁴ times less than losses in water. Therefore, we can assume that the decrease in the quality factor is completely determined by losses in the water. On the other hand, the value of the frequency bias due to the gas component and its dependence on pressure can be found from measurements of the resonator frequency when filling it with a pure gas component at different pressures. The value of the frequency bias due to water can be determined by knowing α _in from the measurements of the quality factor change. The remaining difference between the displacement Δf _gf and the values Δf _g and Δf _{in is} completely due to the presence of hydrocarbon condensate, i.e. the value of α _to .

Реакция резонатора на введение в него газовой компоненты и дисперсных фаз углеводородного конденсата и воды, т.е. значения смещения частоты Δf_гжс и изменения добротности

определяются по известным формулам теории возмущений [3]. В частности, так как потери в резонаторе обусловлены только количеством воды в дисперсной фазе с объемной долей α_в, представляется возможным выразить α_в через

, используя соотношения Клаузиуса-Моссотти [4], [5].The resonator response to the introduction of a gas component and dispersed phases of hydrocarbon condensate and water into it, i.e. values of frequency offset Δf _GHF and changes in the quality factor

are determined by the well-known perturbation theory formulas [3]. In particular, since the losses in the resonator are caused only by the amount of water in the dispersed phase with a volume fraction of α _in , it seems possible to express α _in through

using the Clausius – Mossotti relations [4], [5].

Соответствующее выражение имеет вид:The corresponding expression is:

где

Where

Q_г и Q_гжс - добротности резонатора, заполненного газовой фазой или газожидкостной смесью;Q _g and Q _ghs are the Q-factors of a resonator filled with a gas phase or a gas-liquid mixture;

С_j - коэффициент, определяющий часть объема резонатора, совместно занимаемую электромагнитным полем и газожидкостным потоком (находится из предварительных измерений с известным диэлектриком, помещаемым в отверстие 20, по известной методике [3]);With _j is the coefficient determining the part of the resonator volume jointly occupied by the electromagnetic field and gas-liquid flow (found from preliminary measurements with a known dielectric placed in the hole 20, according to the known method [3]);

и

- действительная и мнимая части диэлектрической проницаемости воды на частоте f_гжс.

and

- the real and imaginary parts of the dielectric constant of water at a frequency f _GHS .

Далее, поскольку сдвиг частоты резонатора определяется объемными долями углеводородного конденсата α_к и воды α_в, то, определив из (2) α_в, по сдвигу частоты резонатора Δf_гжс за счет двух компонент (углеводородного конденсата и воды) можно найти α_к.Further, since the frequency shift of the resonator is determined by the volume fractions of the hydrocarbon condensate α _k and α _in water, then determining from (2) _{into the} α, from the frequency shift Δf of the resonator _GLM due to two components (the hydrocarbon condensate and water) can be found _to α.

Соответствующее соотношение имеет вид:The corresponding ratio is:

где Δf=f_г-f_гжс.where Δf = f _g -f _ghf .

Устройство, реализующее указанный способ, работает следующим образом.A device that implements the specified method works as follows.

С блока управления частотой 1 на генератор качающейся частоты 2 поступает пилообразное напряжение. СВЧ-сигнал с линейно изменяющейся частотой с выхода генератора 2 через делитель мощности 3 поступает на трубную секцию с измерительным резонатором 4, через который проходит поток газожидкостной смеси, и трубную секцию с опорным резонатором 7, через который проходит газовая фаза, полученная после прохождения потока газожидкостной смеси через блок фильтрации газовой фазы 9. Скорость прохождение газовой фазы через трубную секцию с опорным резонатором 7 регулируется вентилем 10 и определяется перепадом давления, возникающим при прохождении газожидкостного потока через зауженное сечение трубной секции с измерительным резонатором 4 в выходной трубопровод. При совпадении линейно изменяющейся частоты генератора 2 с собственными частотами резонаторов осуществляется их возбуждение на моде ТМ₀₁₀. Импульсные СВЧ-сигналы с выхода резонаторов поступают на детекторные секции 5, 8, с выходов которых импульсы напряжения в виде резонансных кривых поступают в блок измерения и обработки частоты 6, где определяются значения резонансной частоты f_гжс и добротности Q_гжс измерительного резонатора, а также значения резонансной частоты f_г и добротности Q_г опорного резонатора.From the frequency control unit 1, a sawtooth voltage is supplied to the oscillating frequency generator 2. A microwave signal with a linearly varying frequency from the output of the generator 2 through a power divider 3 enters the tube section with a measuring resonator 4 through which the gas-liquid mixture flows, and the tube section with a reference resonator 7 through which the gas phase obtained after the gas-liquid stream passes mixture through the filtration unit of the gas phase 9. The rate of passage of the gas phase through the pipe section with the reference resonator 7 is controlled by valve 10 and is determined by the pressure drop that occurs when passing g zozhidkostnogo flow through the narrowed cross section of the pipe section with a measuring cavity 4 in the outlet conduit. When the linearly changing frequency of the generator 2 coincides with the natural frequencies of the resonators, they are excited in the TM ₀₁₀ mode. Pulse microwave signals from the resonators output to the detector sections 5, 8, from the outputs of which the voltage pulses in the form of resonance curves enter the frequency measuring and processing unit 6, where the values of the resonant frequency f _GF and Q-factor Q _{GF of the} measuring resonator are _determined , as well as the values resonant frequency f _g and Q factor Q _g reference resonator.

После этого проводится обработка результатов измерений: по изменению добротности

по формуле (2) вычисляется объемная доля воды α_в, а по формуле (3) - объемная доля углеводородного конденсата α_к.After that, processing of the measurement results is carried out: by changing the quality factor

by the formula (2) the volume fraction of water α _{in is} calculated, and by the formula (3) - the volume fraction of hydrocarbon condensate α _k .

Метод и макет устройства были проверены в лабораторных условиях на воздушных газожидкостных смесях при атмосферном давлении. В качестве источника газожидкостной смеси использовался медицинский генератор аэрозоля для физиотерапии Boreal, дающий поток воздуха с известным объемным содержанием жидкости в дисперсной фазе.The method and model of the device were tested in laboratory conditions on air gas-liquid mixtures at atmospheric pressure. As a source of gas-liquid mixture, a medical aerosol generator for Boreal physiotherapy was used, giving an air stream with a known volumetric liquid content in the dispersed phase.

В качестве прибора, измеряющего частоту и добротность резонатора, использовался панорамный амплитудно-частотный измеритель ослабления типа Р2-50. Измерительный и опорный резонаторы имели размеры: диаметр 2а=310 мм, высоту h=70 мм; в качестве диэлектрика, заполняющего полость резонаторов, использовался полиэтилен. Диаметр проходного отверстия был равен 50 мм. Рабочая частота резонаторов на моде ТМ₀₁₀ в отсутствие газа составляла f_o=1,07 ГГц (λ≈30 см). Добротность Q_o=830.As a device measuring the frequency and quality factor of the resonator, a panoramic amplitude-frequency attenuation meter of the type P2-50 was used. The measuring and reference resonators had the following dimensions: diameter 2a = 310 mm, height h = 70 mm; polyethylene was used as a dielectric filling the cavity of the resonators. The diameter of the bore was 50 mm. The operating frequency of the resonators on the TM ₀₁₀ mode in the absence of gas was f _o = 1.07 GHz (λ≈30 cm). Quality factor Q _o = 830.

Проделанные эксперименты подтвердили правильность исходных соотношений (2) и (3), положенных в основу расчета объемных содержаний углеводородного конденсата и воды в дисперсной фазе.The experiments performed have confirmed the correctness of the initial relations (2) and (3), which are the basis for calculating the volumetric contents of hydrocarbon condensate and water in the dispersed phase.

Зафиксирована также значительно более высокая устойчивость во времени сигнала с выхода измерительного резонатора при прохождении через него газожидкостного потока.A significantly higher stability in time of the signal from the output of the measuring resonator during the passage of a gas-liquid flow through it was also recorded.

Диапазон измеряемого водогазового фактора (ВГФ) также передвинулся в область высоких значений, что позволяет фиксировать ВГФ от ≈400 до ≈4000 г/м³, т.е. использовать метод при средних и высоких содержаниях воды в продуктах газоконденсатных скважин.The range of the measured water-gas factor (HCF) also moved to the region of high values, which makes it possible to fix the HCF from ≈400 to ≈4000 g / m ³ , i.e. use the method for medium and high water contents in the products of gas condensate wells.

ЛитератураLiterature

1. Патент США US 5389883, G 01 N 022/04, от 14.02.1995 г. Mesurement of gas and water content in oil. Автор: Harper, R.1. US patent US 5389883, G 01 N 022/04, dated 02/14/1995, Mesurement of gas and water content in oil. Posted by: Harper, R.

2. Патент РФ № 2164340 от 20.03.2001 г. Способ определения покомпонентного расхода потока газожидкой смеси продуктов газонефтедобычи в трубопроводе и устройство для его реализации. Авторы: Орехов Ю.И., Москалев И.Н., Костюков В.Е., Хохрин Л.П., Ремизов В.В., Битюков В.С., Филоненко А.С., Рылов Е.Н., Вышиваный И.Г., Филиппов А.Г.2. RF patent No. 2164340 dated March 20, 2001. A method for determining the component-wise flow rate of a gas-liquid mixture of gas and oil products in a pipeline and a device for its implementation. Authors: Orekhov Yu.I., Moskalev I.N., Kostyukov V.E., Khokhrin L.P., Remizov V.V., Bityukov V.S., Filonenko A.S., Rylov E.N., Embroidered I.G., Filippov A.G.

3. Голант В.Е. СВЧ-методы исследования плазмы. М.: Наука, 1968, с.326.3. Golant V.E. Microwave plasma research methods. M .: Nauka, 1968, p. 326.

4. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов. М.: Энергоатомиздат, 1982, 320 с.4. Tareev B.M. Physics of dielectric materials. M .: Energoatomizdat, 1982, 320 p.

5. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. - Сер. Теоретическая физика, т.VIII. - М.: Наука, 1992.5. Landau L.D., Lifshits E.M. Electrodynamics of continuous media. - Ser. Theoretical Physics, vol. VIII. - M.: Science, 1992.

Claims (4)

1. Способ определения объемных долей жидкого углеводородного конденсата и воды в потоке газожидкостной смеси природного газа, включающий заполнение потоком газожидкостной смеси установленного в зауженном сечении трубопровода измерительного резонатора и измерение его резонансной частоты f_гжс, отличающийся тем, что отделяют газовый поток от газожидкостной смеси, заполняют им опорный резонатор, измеряют резонансную частоту f_г опорного резонатора и добротности измерительного Q_гжс и опорного Q_г резонаторов на рабочей частоте возбуждения в резонаторе моды ТМ₀₁₀ и вычисляют объемную долю воды α_в и объемную долю конденсата α_к по соотношениям1. The method of determining the volume fractions of liquid hydrocarbon condensate and water in the flow of a gas-liquid mixture of natural gas, comprising filling with a gas-liquid mixture flow installed in a narrowed section of the pipeline of the measuring resonator and measuring its resonant frequency f _ghs , characterized in that the gas stream is separated from the gas-liquid mixture, filled him reference resonator, measure the resonant frequency f _{g of the} reference resonator and the quality factor of the measuring Q _gf and reference Q _{g of the} resonators at the operating frequency is excited in the cavity of the TM ₀₁₀ mode and calculate the volume fraction of water α _in and the volume fraction of condensate α _to using the ratios

где Δf=f_г-f_гжс; where Δf = f _g -f _GHS;

C_j - формфактор, коэффициент определяющий часть объема резонатора, совместно занимаемую электромагнитным полем и потоком газожидкостной смеси;C _j is the form factor, the coefficient determining the part of the resonator volume, jointly occupied by the electromagnetic field and the gas-liquid mixture flow;

и

- действительная и мнимая части диэлектрической проницаемости воды на частоте f_гжс.

and

- the real and imaginary parts of the dielectric constant of water at a frequency f _GHS. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для возбуждения измерительного и опорного резонаторов используют радиоволны дециметрового диапазона.2. The method according to claim 1, characterized in that for the excitation of the measuring and reference resonators use radio waves of the decimeter range. 3. Устройство определения объемных долей жидкого углеводородного конденсата и воды в потоке газожидкостной смеси природного газа, состоящее из блока управления частотой, соединенного с генератором качающейся частоты, выход которого соединен с входом делителя мощности, причем первый выход делителя мощности связан с блоком измерения и обработки частоты, а второй - с входом измерительного резонатора, установленного в зауженном сечении трубной секции, встроенной с помощью фланцев в трубопровод, причем выход измерительного резонатора соединен с первой детекторной секцией, связанной с блоком измерения и обработки частоты, отличающееся тем, что введены блок фильтрации газовой фазы потока и трубная секция с опорным резонатором, встроенные с помощью фланцев в отводящий участок трубопровода, соединенного с регулируемым вентилем, устанавливаемым на выходе трубной секции с измерительным резонатором, причем третий выход делителя мощности соединен с входом опорного резонатора, выход которого связан со второй детекторной секцией, соединенной с блоком измерения и обработки частоты.3. A device for determining the volume fractions of liquid hydrocarbon condensate and water in a gas-liquid mixture of natural gas, consisting of a frequency control unit connected to a sweep frequency generator, the output of which is connected to the input of the power divider, the first output of the power divider connected to the frequency measurement and processing unit and the second with the input of the measuring resonator installed in a narrowed section of the pipe section, which is integrated by means of flanges in the pipeline, and the output of the measuring resonator is connected nen with the first detector section associated with the frequency measuring and processing unit, characterized in that a gas phase filtration unit and a pipe section with a reference resonator are inserted, which are integrated by means of flanges into the outlet section of the pipeline connected to an adjustable valve installed at the outlet of the pipe section with a measuring resonator, the third output of the power divider connected to the input of the reference resonator, the output of which is connected to the second detector section connected to the measuring and processing unit often you. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что измерительный и опорный резонаторы заполнены диэлектриком с высокой диэлектрической проницаемостью и малыми потерями на рабочей частоте моды ТМ₀₁₀ и имеют отверстия для пропуска измеряемого потока.4. The device according to claim 3, characterized in that the measuring and reference resonators are filled with a dielectric with high dielectric constant and low losses at the operating frequency of the TM ₀₁₀ mode and have openings for the passage of the measured flow.

Images