MEK4450. Flerfasestrømning i lab Av Peter Andersson

Transkript

1 MEK4450 Flerfasestrømning i lab Av Peter Andersson

2 Hvorfor har vi flerfaselabb? Multiphase flow Corrosion Thermal issues Hydrate Wax Sand production Datorprogrammet OLGA kan simulere et slikt felt. IFE utvikler de fysiske modellene i OLGA

3 Labbdata støtter modellutvikling Modellene i OLGA inneholder lukkelover (Reynolds spenninger, friksjonsfaktorer fluid-vegg & gass-væske etc.). I starten var lukkelovene rene korrelasjoner mot data. Det gjorde at OLGA var dårlig på prediktering utenfor området for dataene (ekstrapolasjon). Lukkelovene har senere blitt mer og mer basert på fysikk. «Graden» av tilpasning har minsket men dataene har blitt mer detaljert. Et OLGA uten lukkelover skulle være basert på DNS hvilket er helt urealistisk med tanke på størrelsen på beregningsvolumet i et felt.

4 Flerfaselabb 7 Forseparator og returrør 6 Testseksjon 4 Ratemålere 5 Blandeseksjon 3 Varmevekslere 1 Separatorer 2 Pumper

5 Åpne og lukkede sløyfer Åpne sløyfer med luft (atmosfærisk trykk) Enkle å bygge, billige, sikre, stabile modelloljer vanlige i Universitetsmiljø (UiO, NTNU, Telemark ) men også på IFE Lukkede sløyfer (trykksatte) Mer realistiske forhold med høy gassdensitet (Sintef - Nitrogen, IFE - SF 6 ), kan ha råoljer (ustabile, EX-fare), dyrere, sikkerhet for trykk og eksplosjon, finnes på SINTEF, IFE og Statoil

6 Krav: Dimensjoner Høyt Lengde/Diameter strømningen utvikler seg langs røret Stor Diameter diameterskalering er vanskelig Variabel rørvinkel Høye gass- og væskerater (også meget lave rater) Brønnsløyfa x Mnok Kostnader for rørdeler og instrument varierer lite for L & D Pumper og bygning er dyre Pumper (m 3 /s) og Diameter gir strømningsrater L/D og rørvinkler gir størrelse på bygningen

7 Fordeler og ulemper for ulike sløyfer IFE + Alle vinkler + Innendørs + Høy gassdensitet + Transparente rør + Billig i drift SINTEF + Høyt L/D + Stor D + Høy gassdensitet Statoil + Stabiliserte råoljer + Formasjonsvann + Naturgass, høy densitet + Høyt L/D IFE - Lavt L/D - Middels stor D SINTEF - Rørvinkel bare nære horisontal - Dyr i drift - Stålrør - Utendørs Statoil - Liten variasjon i rørvinkel - Liten D - Stålrør - Dyr i drift - Utendørs

8 Instrumentering

9 Video

10 Høyhastighetsvideo

11 Friksjon - trykkgradient To åpninger på røret kobles til var side av et membran som måler differensialtrykk: P, avstand mellom åpninger x dp/dx Totalt trykktap over feltledning: Når må man begynne å pumpe og med hvor stort trykk?

12 Væskeinnhold - holdup Gammadensitometer Radioaktiv metode - gammakilde sender fotoner gjennom røret. Forskjellige fluider absorberer fotoner ved ulike rater. Kalibrering for enfasetilstand. Kan måle total mengde av 2 eller 3 forskjellige fluider. Ingen info om hvor i tverrsnittet fluidene er. detektor kilde

13 Tomografi - væskefordeling Source 1 X-ray camera 2 Source 2 X-ray camera 1

14 Turbulensmålinger Laser Doppler Anemometry (LDA) Particle Image Velicometry (PIV) Lokale målinger Globale målinger

15 Fluid-labb Reometer Kontaktvinkel Også Partikkelstørrelse Konduktivitet Densitet ph Overflatespenning Spørsmål?

16 Gammadensitometer

17 Gammadensitometer Gammakilde source Gamma-stråle ray Process Strømningsrør pipe Kollimator Collimator NaI Detektor Detector Kilde Source-detector - detektor Source-collimator Kilde - kollimator Kilde Source-pipe - rørakse axis Kollimator kompenserer for veggtykkelse αd (1 α)d Kollimator Collimator Detector Detektor

18 Gammadensitometer Antall fotoner ved posisjon x er N N x x Antall fotoner som absorberes ved x µ er attenuasjonskoeffisient Integrer fra 0 til x N = Nμ x N 1 NN ddd = μddd x 0

19 Gammadensitometer N 1 NN ddd x = μddd 0 ln NN N = μμn x 0 ln N = μμ N = e μμ Flere ulike fluider Bare gass i røret (D) Bare væske i røret (D) N = e m i=1 N G = e μ D G N L = e μ D L μ i x i Både gass og væske (fraksjon α gass) N α = e μ G αd μ L 1 α D

20 Gammadensitometer N G = e μ G D ln N G = μ G D N L = e μ L D N α = e μ G αd μ L 1 α D ln N L ln N α = μ L D = μ G αα μ L 1 α D ln N α = α ln N G + 1 α ln N L = α ln N G ln N L + ln N L ln N α ln N L ln N α N L = α ln N G ln N L = α ln N G N L α = ln N α N L ln N G N L

21 Holdup tidsserie Bestem start og stopp for var enkelt slug Beregn slugstatistikk (Lengder, Holdup i slug, Slugfraksjon etc.) Spørsmål?