ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ РАСХОДА ВЛАЖНОГО И СЕРНИСТОГО ГАЗА: ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ЦИФРОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Точное измерение и контроль расхода влажного и сернистого газа остаются одной из ключевых задач современных систем добычи, транспорта и подготовки углеводородного сырья. В реальных условиях эксплуатации природный и попутный газ редко представляет собой однофазную среду и, как правило, содержит жидкие компоненты, прежде всего воду и углеводородный конденсат, формируя многофазные смеси. Даже незначительное содержание жидкости существенно изменяет гидродинамику потока и приводит к значительным неопределённостям при использовании традиционных методов измерения расхода газа. В данной обзорной работе рассматривается роль измерения и контроля расхода бинарных систем «газ - вода» и анализируется эволюция технологий измерения влажного газа от классических подходов к интеллектуальным измерительным концепциям. В работе обобщены физические особенности течения влажного газа, включая скольжение фаз, изменчивость режимов течения и влияние жидкостной нагрузки на точность измерений. Ограничения традиционных методов рассмотрены с системной точки зрения, показывая, что основным источником погрешностей является динамическая структура многофазного потока, а не точность отдельных устройств. Особое внимание уделено эксплуатационным проблемам измерения и контроля сернистого газа, где коррозионные процессы, деградация сенсоров и изменение термофизических свойств среды дополнительно усложняют обеспечение достоверных измерений. Анализ современных исследований показывает переход от использования отдельных измерительных приборов к гибридным мультисенсорным системам, способным одновременно определять расход и фазовый состав среды. Рассмотрены перспективные направления развития, связанные с применением методов искусственного интеллекта, интеллектуальной обработки сигналов и цифровых двойников потоков для идентификации состояния потока в режиме реального времени. Показано, что будущие системы измерения и контроля влажного газа будут функционировать как интеллектуальные платформы мониторинга, интегрированные в инфраструктуру цифровых нефтегазовых производств. Совмещение мультифизических измерений, современных алгоритмов обработки данных и машинного обучения открывает возможности надёжного inline-измерения многофазных потоков без предварительной сепарации фаз.

1. Zheng W., Liang R., Zhang X., Liao R., Wang D., Huang L. Wet gas measurements of long-throat Venturi tube based on forced annular flow // Flow Measurement and Instrumentation. - 2021. - Vol. 81. - Article 102037. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2021.102037

2. He D., Bai B., Zhang J., Wang X. Online measurement of gas and liquid flow rate in wet gas through one V-Cone throttle device // Experimental Thermal and Fluid Science. - 2016. - Vol. 75. - P. 129-136. https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2015.11.016

3. Zhang Y., Wang J. Review of metering and gas measurements in high-volume shale gas wells // Journal of Petroleum Exploration and Production Technology. - 2022. - Vol. 12. - P. 1561-1594. https://doi.org/10.1007/s13202-021-01395-9

4. Liu W., Ma Y., Lyu J., Shao J., Wang S. Wet gas pressure drop across orifice plate in horizontal pipes in the region of flow pattern transition // Flow Measurement and Instrumentation. - 2020. - Vol. 71. - Article 101678. https://doi.org/10.1016/i.flowmeasinst.2019.101678

5. Lockhart R.W., Martinelli R.C. Proposed correlation of data for isothermal two-phase, two-component flow in pipes // Chemical Engineering Progress. - 1949. - Vol. 45, No. 1. - P. 39-48.

6. Chisholm D. A theoretical basis for the Lockhart - Martinelli correlation for two-phase flow // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 1967. - Vol. 10, No. 12. - P. 1767-1778.

7. Chisholm D. Research note: two-phase flow through sharp-edged orifices // Journal of Mechanical Engineering Science. - 1977. - Vol. 19, No. 3. - P. 128-130.

8. Steven R. Wet gas measurements // Proceedings of the 87th Annual International School of Hydrocarbon Measurement. - Oklahoma City, USA, 2012. - P. 176-178.

9. Zhang J., Hu W., Tan Z., Zhu H. Study on double differential pressure measurement method of gas-liquid two-phase flow in high gas content wells // Flow Measurement and Instrumentation. - 2023. - Vol. 91. - Article 102344. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2023.102344

10. Pan Y., Hong Y., Sun Q., Zheng Z., Wang D., Niu P. A new correlation of wet gas flow for low pressure with a vertically mounted Venturi meter // Flow Measurement and Instrumentation. - 2019. - Vol. 70. - Article 101636. https://doi.org/10.1016/i.flowmeasinst.2019.101636

11. Ma Y., Ma Y., Lyu J., Liu W. Wet gas pressure drop across multi-orifice plate in horizontal pipe in low gas-phase Froude number region // Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. - 2021. - Vol. 127. - P. 92-101. https://doi.org/10.1016/i.itice.2021.08.019

12. Hua C., Geng Y. Wet gas metering technique based on slotted orifice and swirlmeter in series // Flow Measurement and Instrumentation. - 2013. - Vol. 30. - P. 138-143. https://doi.org/10.1016/i.flowmeasinst.2013.02.001

13. He D., Bai B. Numerical investigation of wet gas flow in Venturi meter // Flow Measurement and Instrumentation. - 2012. - Vol. 28. - P. 1-6. https://doi.org/10.1016/i.flowmeasinst.2012.07.008

14. Lupeau A., Platet B., Gajan P., Strzelecki A., Escande J., Couput J.P. Influence of the presence of an upstream annular liquid film on the wet gas flow measured by a Venturi in a downward vertical configuration // Flow Measurement and Instrumentation. - 2007. - Vol. 18, No. 1. - P. 1-11. https://doi.org/10.1016/i.flowmeasinst.2006.09.002

15. Dayev Z.A., Yuluyev V.T. Invariant system for measuring the flow rate of wet gas on Coriolis flowmeters // Flow Measurement and Instrumentation. - 2019. - Vol. 70. - Article 101653. https://doi.org/10.1016/i.flowmeasinst.2019.101653

16. Tan C., Murai Y., Liu W., Tasaka Y., Dong F., Takeda Y. Ultrasonic Doppler technique for application to multiphase flows: a review // International Journal of Multiphase Flow. - 2021. - Vol. 144. - Article 103811. https://doi.org/10.1016/i.iimultiphaseflow.2021.103811

17. Salehi S.M., Lao L., Xing L., Simms N., Drahm W. Devices and methods for wet gas flow metering: a comprehensive review // Flow Measurement and Instrumentation. - 2024. - Vol. 96. - Article 102518. https://doi.org/10.1016/i.flowmeasinst.2023.102518

18. Dayev Z.A. General theory of invariant methods for measuring the flow rate of multicomponent flows // Flow Measurement and Instrumentation. - 2022. - Vol. 85. - Article 102145. https://doi.org/10.1016/i.flowmeasinst.2022.102145

19. Dayev Z.A., Shopanova G., Toksanbaeva B., Yetilmezsoy K., Sultanov N., Sihag P., Bahramian M., Kiyan E. Modeling the flow rate of dry part in the wet gas mixture using decision tree/kernel/non-parametric regression-based soft-computing techniques // Flow Measurement and Instrumentation. - 2022. - Vol. 86. - Article 102195. https://doi.org/10.1016/i.flowmeasinst.2022.102195

20. Beecroft D. Is a wet gas (multiphase) mass flow ultrasonic meter iust a pipe dream? // Measurement and Control. - 1998. - Vol. 31 (10). - P. 302-308. https://doi.10.1177/002029409803101003

21. Sravani V., Santhosh K.V. Soft sensor for an orifice flowmeter in presence of disturbances // Flow Measurement and Instrumentation. - 2022. - Vol. 86. - Article 102178. https://doi.org/10.1016/i.flowmeasinst.2022.102178

22. Xu F., Wang J., Sakurai K., Sakai Y., Sabu S., Kanayama H., Zhang R., Satou D., Kansha Y. Soft-sensor model for indoor temperature prediction under heating conditions // Thermal Science and Engineering Progress. - 2024. - Vol.51. - Article 102656. https://doi.org/10.1016/i.tsep.2024.102650

23. Gao K., Cheng M., Wu J., Li X., Huang X., Luo X. Flow soft sensing for hydraulic valve with wear degradation based on a data-based orifice flow model // Measurement. - 2026. - Vol. 262. - Article 120111. https://doi.org/10.1016/i.measurement.2025.120111

24. Gryzlov A., Leskens M., Mudde R.F. Soft sensing for two-phase flow using an ensemble Kalman filter // IFAC Proceedings Volumes. - 2009. - Vol. 42. - P. 584-589. https://doi.org/10.3182/20090712-4-TR-2008.00094

25. Chen R., Liang J., Li M., Meng E. Recent progress in blood flow sensing // Sensors and Actuators A: Physical. - 2025. - Vol.387. - Article 116457. https://doi.org/10.1016/i.sna.2025.116457