Published January 1, 2020 | Version v1
Publication Open

New Algorithm to Discriminate Phase Distribution of Gas-Oil-Water Pipe Flow With Dual-Modality Wire-Mesh Sensor

Creators

  • 1. Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
  • 2. Universidade Tecnológica Federal do Paraná
  • 3. University of Nottingham
  • 4. TU Dresden

Description

Three-phase gas-oil-water flow is an important type of flow present in petroleum extraction and processing. This paper reports a novel threshold-based method to visualize and estimate the cross-sectional phase fraction of gas-oil-water mixtures. A 16×16 dual-modality wire-mesh sensor (WMS) was employed to simultaneously determine the conductive and capacitive components of the impedance of fluid. Then, both electrical parameters are used to classify readings of WMS into either pure substance (gas, oil or water) or two-phase oil-water mixtures (foam is neglected in this work). Since the wire-mesh sensor interrogates small regions of the flow domain, we assume that the three-phase mixture can be segmented according to the spatial sensor resolution (typically 2-3 mm). Hence, the proposed method simplifies a complex three-phase system in several segments of single or two-phase mixtures. In addition to flow visualization, the novel approach can also be applied to estimate quantitative volume fractions of flowing gas-oil-water mixtures. The proposed method was tested in a horizontal air-oil-water flow loop in different flow conditions. Experimental results suggest that the threshold-based method is able to capture transient three-phase flows with high temporal and spatial resolution even in the presence of water-oil dispersion regardless of the continuous phase.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعد تدفق الغاز والنفط والماء ثلاثي الأطوار نوعًا مهمًا من التدفق الموجود في استخراج البترول ومعالجته. تقدم هذه الورقة طريقة جديدة قائمة على العتبة لتصور وتقدير جزء الطور المقطع العرضي لمخاليط الغاز والنفط والماء. تم استخدام مستشعر شبكة سلكية مزدوج النمط 16×16 (WMS) لتحديد المكونات الموصلة والسعة لمعاوقة المائع في وقت واحد. بعد ذلك، يتم استخدام كل من المعلمات الكهربائية لتصنيف قراءات WMS إما إلى مادة نقية (غاز أو زيت أو ماء) أو مخاليط الزيت والماء على مرحلتين (يتم إهمال الرغوة في هذا العمل). نظرًا لأن مستشعر الشبكة السلكية يستجوب مناطق صغيرة من مجال التدفق، فإننا نفترض أنه يمكن تقسيم الخليط ثلاثي الأطوار وفقًا لدقة المستشعر المكاني (عادةً 2-3 مم). وبالتالي، فإن الطريقة المقترحة تبسط نظامًا معقدًا ثلاثي الأطوار في عدة أجزاء من الخلائط أحادية الطور أو ثنائية الطور. بالإضافة إلى تصور التدفق، يمكن أيضًا تطبيق النهج الجديد لتقدير كسور الحجم الكمي لمخاليط الغاز والنفط والماء المتدفقة. تم اختبار الطريقة المقترحة في حلقة تدفق الهواء والنفط والماء الأفقية في ظروف تدفق مختلفة. تشير النتائج التجريبية إلى أن الطريقة القائمة على العتبة قادرة على التقاط تدفقات عابرة ثلاثية الأطوار بدقة زمنية ومكانية عالية حتى في وجود تشتت زيت الماء بغض النظر عن المرحلة المستمرة.

Translated Description (French)

L'écoulement triphasique gaz-huile-eau est un type d'écoulement important présent dans l'extraction et le traitement du pétrole. Cet article rapporte une nouvelle méthode basée sur le seuil pour visualiser et estimer la fraction de phase transversale des mélanges gaz-huile-eau. Un capteur à treillis métallique (WMS) à double modalité 16×16 a été utilisé pour déterminer simultanément les composants conducteurs et capacitifs de l'impédance du fluide. Ensuite, les deux paramètres électriques sont utilisés pour classer les lectures de WMS en substance pure (gaz, huile ou eau) ou en mélanges huile-eau biphasiques (la mousse est négligée dans ce travail). Étant donné que le capteur à treillis métallique interroge de petites régions du domaine d'écoulement, nous supposons que le mélange triphasé peut être segmenté en fonction de la résolution spatiale du capteur (généralement 2-3 mm). Par conséquent, le procédé proposé simplifie un système triphasé complexe en plusieurs segments de mélanges monophasés ou biphasés. En plus de la visualisation de l'écoulement, la nouvelle approche peut également être appliquée pour estimer les fractions volumiques quantitatives des mélanges gaz-huile-eau en écoulement. La méthode proposée a été testée dans une boucle d'écoulement air-huile-eau horizontale dans différentes conditions d'écoulement. Les résultats expérimentaux suggèrent que la méthode basée sur le seuil est capable de capturer des écoulements triphasiques transitoires avec une résolution temporelle et spatiale élevée, même en présence d'une dispersion eau-huile, quelle que soit la phase continue.

Translated Description (Spanish)

El flujo trifásico de gas-aceite-agua es un tipo importante de flujo presente en la extracción y el procesamiento del petróleo. Este documento informa sobre un nuevo método basado en umbrales para visualizar y estimar la fracción de fase transversal de las mezclas de gas-aceite-agua. Se empleó un sensor de malla de alambre (WMS) de modalidad dual de 16×16 para determinar simultáneamente los componentes conductivos y capacitivos de la impedancia del fluido. Luego, ambos parámetros eléctricos se utilizan para clasificar las lecturas de WMS en sustancias puras (gas, aceite o agua) o mezclas de aceite y agua de dos fases (la espuma se descuida en este trabajo). Dado que el sensor de malla de alambre interroga a pequeñas regiones del dominio de flujo, suponemos que la mezcla trifásica se puede segmentar de acuerdo con la resolución del sensor espacial (típicamente 2-3 mm). Por lo tanto, el método propuesto simplifica un sistema trifásico complejo en varios segmentos de mezclas monofásicas o bifásicas. Además de la visualización del flujo, el nuevo enfoque también se puede aplicar para estimar fracciones cuantitativas de volumen de mezclas de gas-aceite-agua que fluyen. El método propuesto se probó en un circuito de flujo horizontal de aire-aceite-agua en diferentes condiciones de flujo. Los resultados experimentales sugieren que el método basado en el umbral es capaz de capturar flujos trifásicos transitorios con alta resolución temporal y espacial incluso en presencia de dispersión agua-aceite independientemente de la fase continua.

Files

09134720.pdf.pdf

Files (245 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:25bd55ca3427d82c25e31b2db31586e7
245 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
خوارزمية جديدة لتمييز توزيع المرحلة لتدفق أنابيب الغاز والنفط والمياه مع مستشعر شبكة سلكية ثنائي النمط
Translated title (French)
Nouvel algorithme pour discriminer la distribution de phase de l'écoulement des tuyaux gaz-huile-eau avec capteur fil-maille à double modalité
Translated title (Spanish)
Nuevo algoritmo para discriminar la distribución de fase del flujo de tubería de gas-aceite-agua con sensor de malla de alambre de modalidad dual

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3036330335
DOI
10.1109/access.2020.3007678

Is supplement to
https://openalex.org/W3012088548 (Other)
https://openalex.org/W2901696592 (Other)
https://openalex.org/W2840803874 (Other)
https://openalex.org/W2560136715 (Other)
https://openalex.org/W2493256381 (Other)
https://openalex.org/W2378231939 (Other)
https://openalex.org/W2324124780 (Other)
https://openalex.org/W2156521117 (Other)
https://openalex.org/W2077198579 (Other)
https://openalex.org/W2054564858 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1500495105
  • https://openalex.org/W1599994156
  • https://openalex.org/W1968187366
  • https://openalex.org/W1978355164
  • https://openalex.org/W1980749780
  • https://openalex.org/W1990101252
  • https://openalex.org/W1999187856
  • https://openalex.org/W1999510593
  • https://openalex.org/W2005204836
  • https://openalex.org/W2007090477
  • https://openalex.org/W2013236915
  • https://openalex.org/W2037668781
  • https://openalex.org/W2039348134
  • https://openalex.org/W2042582837
  • https://openalex.org/W2052787943
  • https://openalex.org/W2073284976
  • https://openalex.org/W2078742448
  • https://openalex.org/W2079231466
  • https://openalex.org/W2082407166
  • https://openalex.org/W2086116849
  • https://openalex.org/W2096829746
  • https://openalex.org/W2109435165
  • https://openalex.org/W2120668706
  • https://openalex.org/W2168533547
  • https://openalex.org/W2502700835
  • https://openalex.org/W2531067972
  • https://openalex.org/W2578894499
  • https://openalex.org/W2602027962
  • https://openalex.org/W2606451341
  • https://openalex.org/W2619378372
  • https://openalex.org/W2625234991
  • https://openalex.org/W2731304064
  • https://openalex.org/W2735068632
  • https://openalex.org/W2755582488
  • https://openalex.org/W2771847619
  • https://openalex.org/W2802819390
  • https://openalex.org/W2910205270
  • https://openalex.org/W2944620330
  • https://openalex.org/W2949930998
  • https://openalex.org/W2973239239
  • https://openalex.org/W3007140325
  • https://openalex.org/W3009479799
  • https://openalex.org/W566904725