2_medidor De Velocidad De Correlacion Cruzada Y Venturi_mfm_propio.docx

2.9.4.1 Medidor Correlación X).

de

Velocidad

de

Correlación

Cruzada

(Medidor

Es casi imposible tener un flujo multifásico sin deslizamiento entre las fases, a medida que la presión del fluido desciende por debajo del punto de burbuja se libera mayor cantidad de gas de la solución debido a la expansión del gas, incrementándose la velocidad de la fase gaseosa con respecto a la velocidad de la fase líquida formando una variedad de patrones de flujo en la tubería y el medidor multifásico. Debido a esto, la estrategia ha sido desarrollar métodos que den mediciones confiables incluso bajo condiciones de deslizamiento. Por esta razón el medidor tiene insertados en el sensor de capacitancia un par de electrodos largos y un par de electrodos cortos separados a una distancia conocida entre sí, con la finalidad de determinar la velocidad de las burbujas de mayor tamaño con los electrodos largos, para calcular el caudal de gas y de la misma forma determinar la velocidad de las burbujas de menor tamaño con los electrodos cortos para calcular el caudal del líquido, ya que las burbujas de menor tamaño son arrastradas en la solución con la fase liquida.

Figura 2.42 .Principio de medición del gas por correlación cruzada. (Roxar, 2012) 

Electrodos Largos.

El sensor contiene un número de electrodos con diferentes tamaños y patrones y las dos velocidades están determinados por señales de correlación cruzada obtenidas de los pares de electrodos. El medidor de correlación cruzada, es un dispositivo que consiste en dos pares de electrodos de medición de capacitancia espaciados una distancia conocida a lo largo de la dirección del flujo. Un par consiste en dos electrodos Largos y un segundo par que consiste en dos electrodos cortos. Uno de los electrodos largos es idéntico al usado en el medidor de composición.

La técnica de correlación cruzada puede ser explicada de la siguiente forma: Los datos de las series de tiempo y flujo (mezcla de petróleo, agua y gas), se obtienen rápida y simultáneamente de los dos pares de electrodos. El flujo que pasa a través de la unidad sensor consiste en líquido que contiene una mezcla de burbujas grandes y pequeñas de gas que dependen del régimen de flujo. Cuando la mezcla de líquido y gas pasa por el primer electrodo genera una señal que es almacenada por la computadora de flujo. La distancia entre el primer y segundo electrodo es pequeña y por ello la misma mezcla pasará al segundo electrodo después de solo un corto periodo de tiempo. Esto significa que la mezcla de líquido y gas ha cambiado muy poco durante el tiempo y la señal recogida por el segundo electrodo es casi idéntica a la señal recogida por el primer electrodo. La correlación cruzada es una técnica estadística que, comparando las similitudes de las señales recogidas por los electrodos, puede determinar el tiempo que toma al flujo moverse del primer electrodo al segundo. Dada la distancia conocida entre los sensores y el retraso en el tiempo medido, el medidor puede determinar la velocidad.

Figura 2.43. Esquema de medición de burbujas grandes de gas. (Roxar, 2012)

Figura 2.44. Principio de medición de burbujas grandes de gas. (Roxar, 2012) Las señales recogidas por los electrodos variaran en el tiempo pues la composición de la mezcla varía mientras fluye por el sensor los líquidos que contengan mucho gas (partículas de gas) generaran una señal diferente comparada a líquidos que contengan solo pequeñas burbujas de gas (gas disperso). 

Electrodos Cortos.

El sensor contiene dos juegos de electrodos de tamaños diferentes, largos y cortos. El par de electrodos largos serán más sensibles a las señales generadas por grandes burbujas de gas, así como el par de electrodos cortos serán más sensibles a las pequeñas burbujas de gas. Las burbujas de gas más pequeñas serán atrapadas dentro del líquido y tendrán por ello la misma velocidad del líquido. Por esta razón la velocidad del líquido puede ser encontrada usando las señales generadas por las burbujas pequeñas. Analizando cuidadosamente las series de tiempo recogidas por los dos grupos diferentes de electrodos, la velocidad del gas se determina correlacionando en forma cruzada las señales del grupo de electrodos largos. En cambio la velocidad del líquido se determina correlacionando en forma cruzada las señales de los electrodos pequeños. Cuando se determinan las dos velocidades de flujo se combinan con información de las mediciones de composición de los índices de flujo individuales de petróleo, agua y gas. Como el medidor no confía en condiciones sin deslizamiento o alguna función de deslizamiento estimado, este método evita el uso de instalación de

constantes de calibración específicas (modelos de deslizamiento) o el uso de mezclador.

Figura 2.45 .Principio de medición de burbujas pequeñas de gas. (Roxar, 2012)

Después de generar las cuatro señales de los dos pares de electrodos, se realiza una gráfica para cada par de señales emitidas contra tiempo, una gráfica para las dos señales emitidas por los electrodos grandes y otra grafica para las dos señales emitidas por los electrodos pequeños. Al contar con estas dos gráficas, podemos identificar para cada par de electrodos el tiempo que transcurrió entre la toma de la primera señal de la propiedad y la segunda señal. Al contar con este tiempo y al conocer la distancia entre cada electrodo podemos determinar la velocidad de la fase continua del gas y conocer la velocidad de la fase discontinua del gas que viene inmersa en el aceite, por lo tanto podemos decir que se conoce la velocidad del gas y la velocidad de la fase líquida. B. Técnica que emplea un medidor Venturi. Un medidor Venturi es de mucha utilidad cuando se tienen fracciones de gas mayores al 85%. Bajo estas condiciones la técnica de correlación cruzada no funciona con precisión debido al flujo anular que se forma, donde todo el gas se acumula en el centro de la tubería y el líquido se distribuye a lo largo de las paredes de la tubería. Debido a esta situación, no habrá suficientes burbujas de gas, grandes o pequeñas, para que la medición de velocidad por correlación cruzada identifique las velocidades, así, a pesar de dichas condiciones el medidor Venturi puede trabajar apropiadamente. La presión diferencial a lo largo del Venturi es proporcional a la energía cinética de una mezcla que pase a través del mismo; de este modo la curva de

respuesta del Venturi está relacionada a la masa de la mezcla y a su velocidad. Esto es posible debido a que el medidor de Venturi es colocado inmediatamente aguas abajo de un acondicionador de flujo. Aquí, la mezcla multifásica puede ser tratada como un fluido en una sola fase con propiedades de mezcla equivalentes, y las relaciones estándares de Venturi pueden ser aplicadas. Para tomar en cuenta el flujo en tres fases se modifica la ecuación estándar del medidor Venturi, la cual considera la fracción del gas de la mezcla. Como otra sección del medidor se encarga de determinar la composición de la mezcla, se puede determinar la velocidad del líquido y del gas a partir de la medida de la presión diferencial.

Dónde: Gasto total del flujo (mezcla). Presión diferencial en el medidor Venturi. Coeficiente de Venturi. Densidad de la mezcla, obtenida con el método de rayos gamma.

La densidad de la mezcla se define por:

Dónde: Densidad del aceite que fluye. Densidad del gas que fluye. Densidad del agua que fluye. Fracción volumétrica de petróleo. Fracción volumétrica de agua. Fracción volumétrica de gas.

Presiones diferenciales por debajo de las establecidas para el funcionamiento del Venturi pueden causar que el gasto de flujo calculado sea más bajo que el

verdadero, y con presiones diferenciales mayores se obtienen gastos de flujo, pero con incertidumbres demasiado altas. Un medidor tipo Venturi se basa en dos tomas de presión aguas arriba y aguas respecto a un tubo de Venturi, provoca cambios en la presión de la corriente debido a una reducción gradual del diámetro. La figura II.14 ilustra el funcionamiento de un Venturi.

Figura II.14 Medidor Venturi. XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 2.9.4.2 Medidor Venturi. El medidor multifásico de fuente radioactiva, tiene integrado en la parte superior del mismo una sección de medición venturi, la cual se utiliza para determinar la masa y la velocidad de la mezcla cuando las condiciones del flujo cambian, debido a la presencia de régimen de flujo anular, en el cual todo el flujo de gas se distribuye en el centro del sensor y el flujo de líquido solo forma una película alrededor del mismo lo que inhabilita los sensores capacitivos e inductivos y sus electrodos y no se puede realizar la medición de la velocidad por correlación cruzada debido a que no hay burbujas grandes ni pequeñas para realizar las mediciones. Para estas condiciones de flujo anular un medidor de flujo basado en venturi se mantendrá funcionando. La presión diferencial a lo largo de un Venturi es proporcional a la energía cinética de una mezcla que pasa a través de él. Por ello, la curva de respuesta de un medidor venturi está relacionada a la masa de la mezcla y su velocidad.

Figura 2.46 Medidor Venturi (Roxar, 2012) Puesto que la densidad de la mezcla se mide con el medidor de composición (densitómetro gamma), esto significa que la velocidad media del líquido y del gas puede ser determinada a partir de la presión diferencial medida. Cuando el GVF (Fracción de Volumen de Gas) es mayor al 85%, el computador de flujo comienza a tomar las mediciones de velocidad del medidor Venturi para determinar los caudales, ya que pierde eficiencia el medidor de velocidad por correlación cruzada. Al diseñar un venturi para una aplicación específica, el diámetro de la garganta del medidor venturi se ajusta para asegurar mejores resultados. Debido a que la respuesta del medidor venturi está relacionada al cuadrado de la velocidad, no es práctico obtener una proporción de rechazo mayor a 10:1 con buena exactitud. La presión diferencial no puede ser medida con exactitud suficiente para una proporción de rechazo mayor.