The development of a cost-effective multiphase flow meter to determine the individual phase flow rates of oil, water and gas was investigated through the exploitation of a single clamp-on gamma densitometer and signal processing techniques. A fast-sampling (250 Hz) gamma densitometer was installed at the top of the 10.5 m high, 108.2 mm internal diameter, stainless steel catenary riser in the Cranfield University multiphase flow test facility. Gamma radiation attenuation data was collected for two photon energy ranges of the caesium-137 radioisotope based densitometer for a range of air, water and oil flow mixtures, spanning the facility’s delivery range. Signal analysis of the gamma densitometer data revealed the presence of quasi-periodic waveforms in the time-varying multiphase flow densities and discriminatory correlations between statistical features of the gamma count data and key multiphase flow parameters. The development of a mechanistic approach to infer the multiphase flow rates from the gamma attenuation information was investigated. A model for the determination of the individual phase flow rates was proposed based on the gamma attenuation levels; while quasi-periodic waveforms identified in the multiphase fluid density were observed to exhibit a strong correlation with the gas and liquid superficial phase velocity parameters at fixed water cuts. Analysis of the use of pattern recognition techniques to correlate the gamma densitometer data with the individual phase superficial velocities and the water cut was undertaken. Two neural network models were developed for comparison: a single multilayer-perceptron and a multilayer hierarchical flow regime dependent model. The pattern recognition systems were trained to map the temporal fluctuations in the multiphase mixture density with the individual phase flow rates using statistical features extracted from the gamma count signals as their inputs. Initial results yielded individual phase flow rate predictions to within ±10% based on flow regime specific correlations.

The development of a cost-effective multiphase flow meter to determine the individual phase flow rates of oil, water and gas was investigated through the exploitation of a single clamp-on gamma densitometer and signal processing techniques. A fast-sampling (250 Hz) gamma densitometer was installed at the top of the 10.5 m high, 108.2 mm internal diameter, stainless steel catenary riser in the Cranfield University multiphase flow test facility. Gamma radiation attenuation data was collected for two photon energy ranges of the caesium-137 radioisotope based densitometer for a range of air, water and oil flow mixtures, spanning the facility’s delivery range. Signal analysis of the gamma densitometer data revealed the presence of quasi-periodic waveforms in the time-varying multiphase flow densities and discriminatory correlations between statistical features of the gamma count data and key multiphase flow parameters. The development of a mechanistic approach to infer the multiphase flow rates from the gamma attenuation information was investigated. A model for the determination of the individual phase flow rates was proposed based on the gamma attenuation levels; while quasi-periodic waveforms identified in the multiphase fluid density were observed to exhibit a strong correlation with the gas and liquid superficial phase velocity parameters at fixed water cuts. Analysis of the use of pattern recognition techniques to correlate the gamma densitometer data with the individual phase superficial velocities and the water cut was undertaken. Two neural network models were developed for comparison: a single multilayer-perceptron and a multilayer hierarchical flow regime dependent model. The pattern recognition systems were trained to map the temporal fluctuations in the multiphase mixture density with the individual phase flow rates using statistical features extracted from the gamma count signals as their inputs. Initial results yielded individual phase flow rate predictions to within ±10% based on flow regime specific correlations.

The oil and gas industry need for high performing and low cost multiphase meters is ever more justified given the rapid depletion of conventional oil reserves. This has led oil companies to develop smaller/marginal fields and reservoirs in remote locations and deep offshore, thereby placing great demands for compact and more cost effective soluti8ons of on-line continuous multiphase flow measurement. The pattern recognition approach for clamp-on multiphase measurement employed in this research study provides one means for meeting this need. Cont/d.

The oil and gas industry need for high performing and low cost multiphase meters is ever more justified given the rapid depletion of conventional oil reserves. This has led oil companies to develop smaller/marginal fields and reservoirs in remote locations and deep offshore, thereby placing great demands for compact and more cost effective soluti8ons of on-line continuous multiphase flow measurement. The pattern recognition approach for clamp-on multiphase measurement employed in this research study provides one means for meeting this need. Cont/d.

In einem Verbundprojekt im Rahmen des Programms „Energie 2020+“ gefördert durch das BMBF koordiniert durch das HZDR arbeiteten 4 Universitäten, 2 Forschungszentren und ANSYS zusammen. Der vorliegende Bericht beschreibt die Arbeiten des HZDR, die im Zeitraum September 2009 bis Januar 2013 durchgeführt wurden. Das Vorhaben war auf die Entwicklung und Validierung von CFD-Modellen von unterkühltem Sieden bis zu Filmsieden gerichtet. Im Bericht werden die entwickelten und verwendeten Modelle dargestellt. Anhand der Nachanalyse von Experimenten wird auf die vorgeschlagene Kalibrierung der Modelle eingegangen. Wichtig ist hierbei eine genauere Beschreibung der Zwischenphasengrenzfläche, die durch Kopplung des Wandsiedemodells mit einem Populationsmodell erreicht werden kann. Anhand der Analyse von Bündelexperimenten konnte gezeigt werden, dass die gemessenen querschnittsgemittelten Messwerte mit einem Satz im Rahmen der Modellunsicherheiten kalibrierter Modellparameter reproduziert werden kann. Für die Berechnung der Verteilungsmuster des Dampfgehaltes im Kanalquerschnitt muss die Modellierung der Turbulenz beachtet werden. Die experimentellen Arbeiten waren auf die Untersuchung eines Brennelementbündels gerichtet. An einer Versuchsanordnung zu einem Brennelementbündel werden die turbulente einphasige Geschwindigkeit (PIV), der mittlere Gasgehalt (Gamma-Densitometrie) sowie der zeitlich und räumlich aufgelöste Gasgehalt (Hochgeschwindigkeits-Röntgentomographie) gemessen. Letztere Methode wurde in Rossendorf entwickelt.

In einem Verbundprojekt im Rahmen des Programms „Energie 2020+“ gefördert durch das BMBF koordiniert durch das HZDR arbeiteten 4 Universitäten, 2 Forschungszentren und ANSYS zusammen. Der vorliegende Bericht beschreibt die Arbeiten des HZDR, die im Zeitraum September 2009 bis Januar 2013 durchgeführt wurden. Das Vorhaben war auf die Entwicklung und Validierung von CFD-Modellen von unterkühltem Sieden bis zu Filmsieden gerichtet. Im Bericht werden die entwickelten und verwendeten Modelle dargestellt. Anhand der Nachanalyse von Experimenten wird auf die vorgeschlagene Kalibrierung der Modelle eingegangen. Wichtig ist hierbei eine genauere Beschreibung der Zwischenphasengrenzfläche, die durch Kopplung des Wandsiedemodells mit einem Populationsmodell erreicht werden kann. Anhand der Analyse von Bündelexperimenten konnte gezeigt werden, dass die gemessenen querschnittsgemittelten Messwerte mit einem Satz im Rahmen der Modellunsicherheiten kalibrierter Modellparameter reproduziert werden kann. Für die Berechnung der Verteilungsmuster des Dampfgehaltes im Kanalquerschnitt muss die Modellierung der Turbulenz beachtet werden. Die experimentellen Arbeiten waren auf die Untersuchung eines Brennelementbündels gerichtet. An einer Versuchsanordnung zu einem Brennelementbündel werden die turbulente einphasige Geschwindigkeit (PIV), der mittlere Gasgehalt (Gamma-Densitometrie) sowie der zeitlich und räumlich aufgelöste Gasgehalt (Hochgeschwindigkeits-Röntgentomographie) gemessen. Letztere Methode wurde in Rossendorf entwickelt.