Способ определения расхода многофазной жидкости

 

Использование: для определения расходов различных фаз многофазной жидкости. Сущность изобретения: с помощью передающей матрицы 3 с вето диодов 4 и приемной матрицы 5 фотодиодов 6 проводится визуализация потока в проходящем свете. Размеры потока в направлении просвечивания ограничены прозрачными экранами 2. Разделение изображений отдельных фаз потока осуществляется по различной интенсивности их следов на визуализованном изображении потока. Общая сумма площадей отдельных элементов структурных фаз жидкости дает информацию о расходе каждой фазы жидкости. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (и)з G 01 F 1/704

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1а

МФ

Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4837063/10 (22) 02.04.90 (46) 07.08.92, Бюл, t4 29 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (72) А.А, Царегородцев, 3,Т. Хамадеев, T,Г. Габдуллин. С,Г. Иванов и В.А. Калашников (56) Авторское свидетельство СССР

М 759962, кл. G 01 P 3/48, 1981.

Авторское свидетельство СССР

М 958977, кл, G 01 P 3/486, 1986. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА

МНОГОФАЗНОЙ ЖИДКОСТИ м Ж 1753282 А1 (57) Использование: для определения расходов различных фаэ многофазной жидкости.

Сущность изобретения: с помощью передающей матрицы 3 светодиодов 4 и приемной матрицы 5 фотодиодов 6 проводится визуализация потока в проходящем свете. Размеры потока в направлении просвечивания ограничены прозрачными экранами 2. Разделение изображений отдельных фаз потока осуществляется по различной интенсивности их следов на визуализованном изображении потока. Общая сумма площадей отдельных элементов структурных фаэ жидкости дает информацию о расходе каждой фазы жидкости. 4 ил.

1753282

30

45

55

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения расхода жидкости в скважине в нефтяной промышленности.

Известен способ измерения расхода путем визуализации структуры течения в рассеянном свете с помощью виэуализирующих частиц и определении суммарной площади треков частиц, по которой судят о расходе.

Недостатком способа является невозможность его применения для измерения расходов различных фаэ многофаэного потока.

Наиболее близким является способ определения расхода многофазной жидкости, заключающийся в визуализации структуры потока, в заданном объеме и измерении суммарной площади иэображений отдельных элементов структурных фаз на визуалиэированном изображении потока.

Недостатком прототипа является огра. ничение информационной способности в случае измерения расхода одной фазы жидкости.

Целью изобретения является расширение лнформационных способностей способа эа счет одновременного апределенЬя расходов различных фэз жидкости, Поставленная цель достигается.тем, что в способе определения расхода многофазной жидкости, заключающемся в визуалиэации структуры потока в заданном объеме и измерении суммарной площади изображений структурных фаз на визуализированном изображении потока, по которому судят о расходе., формируют определенный оазмер потока в направлении, ортогональном плоскости визуализации, а визуализацию структуры потока в заданном объеме проводят в проходящем свете, при этом разделение изображений отдельных фаз жидкости проводят по различной интенсивности их следов на виэуалиэированном изображении потока.

Реализация способа продставлена на примере измерителя расхода водонефтяной смеси.

На фиг. 1 и 2 представлена схема устройства, поясняющая принцип реализации способа; на фиг. 3 — схема скважинной части измерителя; на фиг. 4 — схема наземной части измерителя.

Устройство содержит.корпус 1, в котором установлены параллельные экраны 2, за одним из которых расположена передающая матрица 3, выполненная из излучающих в лнфракрасной области спектра (ИК) светодиодов 4, а эа противоположным— приемная матрица 5, выполненная иэ фотодиодов 6, В наземной части устройства имеется экран визуального наблюдения — светодиодная матрица индикатор 7 (фиг. 2).

Скважинный прибор (фиг. 3) содержит счетчик импульсов 8, счетный вход которого подсоединен к жиле II кабеля через диод 9, Выходы младших разрядов счетчика 8 подключены к входу дешифратора 10 строк,.выходы дешифратора 10 строк подключены к управляющим входам транзисторных ключей передающей части I l, а также к входам транзисторных ключей приемной части 12.

Вход транзисторных ключей передающей части 11 подключен через балластный резистор 13 к жиле 1 кабеля, Выходы транзисторных ключей передающей части 11 подключены к соответствующим строкам передающей матрицы 3. Входы транзисторных ключей приемной части 12 подключены к соответствующим строкам приемной матрицы 5. Выход транзисторных ключей приемной части 12 подключен к входу усилителя

14; выход которого соединен с жилой III кабеля, Выходы старших разрядов счетчика

8 подключены к входу дешифратора 15 столбцов, выходы которого соединены со столбцами передающей матрицы 3 и приемной матрицы 5. При этом первый выход дешифратора 15 столбцов соединен с первым столбцом передающей матрицы .3 и первым столбцом приемной матрицы 5 и так далее соответственно. Жила !! кабеля подключается также через диод 16 на вход формирователя 17 импульса сброса, выход которого подключен к входу обнуления счетчика 8, Наземный прибор (фиг, 4) содержит генератор 18 импульсов, выход которого подключен к входу счетчика 19 импульсов и к входу формирователя 20 импульсов, Выходы младших разрядов счетчика 19 импульсов подключены к входам дешифратора 21 строк, выходы которого подключены к управляющим входам транзисторных ключей

22. Яход транзисторных ключел 22 подключен к выходу усилителя 23, э вход усилителя 23 подс,здинен к жиле III кабеля;

Выходы трэнъ",сторных ключей 22 подключены к строкам светодиодной матрицы— индикатора 7, При этом первый выход транзисторных ключей 22 соединен с первой строкой и далее по порядку, Выходы старших разрядов счетчика 19 импульсов подключены к входам дешифратора 24 столбцов, выходы дешифратора 24 столбцов подключены к cooTBGTcTpóþùèì столбцам матрицы — индикатора 7, При этом первый: выход дешифрэтора 24 столбцов подключен к первому столбцу и далее по порядку. Пер1753282 рону увеличения). Младшие log2N разрядов 20

30

50 вый выход дешифратора 21 строк (т, в. выход, активное состояние которого соответствует нулевому состоянию младших разрядов счетчика 19; подключен к одному из входов схемы 25 совпадения нулей, к другому входу схемы 25 совпадения нулей подключен первый выход дешифрэтора 24 столбцов, Выход 25 схемы. совпадения нулей подключен к входу формирователя 20 импульсов. Выход формирователя 20 импульсов подключен к жиле II кабеля. Жила! кабеля подключена к положительному по люсу источника питания (не показано).

Схема работает следующим образом.

От генератора 18 импульсов через жилу

II кабеля импульсы положительной полярности поступают на двоичный счетчик 8, имеющий logzN + IoggM разрядов.(каждое слагаемое округлить до целого числа в стоподаются на дешифратор 10 строк, а старшие loggM разрядов — на дешифратор 15 столбцов. Когда счетчик 8 обнулен, на первом выходе дешифратора 15 столбцов имеется потенциал "земли", поэтому первый столбец приемной 5 и передающей 3 матриц оказывается подключенным к заземленному полюсу источника питания.

Каждый выход дешифратора 10 строк подключен к управляющему входу двух ключей, один из которых включен в состав транзисторных ключей передающей части 11, а другой — приемной части 12. Ключи 11 и 12 подключают соответственно строки передающей матицы 2 через резистор 13 балластный к "плюсу" источника питания, а строки приемной матрицы 5 — к усилителю 14. Когда счетчик 8 обнулен, дешифратор строк имеет на первом выходе сигнал логического

"0", который„включая соответствующие первому выходу,дешифратора 10 строк ключи, подключает первую строку передающей матрицы 3 к "плюсу" источника питания, а первую строку приемной матрицы 5 — к усилителю 14, Поэтому светодиод 4, включенный в месте пересечения первой строки и первого столбца передающей матрицы 3, оказывается подключенным к источнику питанйя, а фотодиод 6, включенный в месте пересечения первой строки и первого столбца приемной матрицы 5 оказывается подключенным к усилителю 14.

С приходом тактовых импульсов на вход счетчика 8 импульсов состояние младших разрядов будет изменяться в сторону увелйчения, а на выходах дешифратора 10 строк будет последовательно появляться сигнал логического "0" (на втором выходе, затем на третьем и т, д. по порядку). Соответствейно транзисторные ключи 11 будут переключать

"плюс" источника питания с первой строки на вторую и т. д. по порядку, а транзисторные ключи 12 будут синхронно переключать вход усилителя 14 с одной строки приемной матрицы 12 на другую по порядку. Когда число тактовых импульсов превысит (число строк), состояние старших разрядов увеличится на единицу, в младшие разряды обнулятся, При этом на выходе дешифратора 15 столбцов сигнал лог. "0" "переместится" с первого выхода на второй, а транзисторные ключи 11 и 12 снова подключат первую строку, Далее в процессе счета импульсов строки будут снова последовательно переключаться до N-ой строки, но, поскольку дешифратор 15 столбцов переключил

"землю" с первого на второй столбец, в работе будет участвовать другая линейка светодиодов 4 и фотодиодов 6, соответствующая второму столбцу.

Таким образом, при дальнейшем счете импульсов дешифратор 15 столбцов и транзисторные ключи 11 и 12 с дешифратором

10 строк будут последовательно подключать . светодиоды 4 и фотодиоды 6 матриц 3 и 5 соответственно к источнику питания и к входу усилителя 14. По заполнении счетчика 8 включается N-я строка и М-й столбец, а с приходом следующего импульса счетчик 8 обнуляется, и процесс повторяется с нэ эла.

Для синхронизации работы скважинного и наземного приборов предусмотрен формирователь 17 сброса. При подаче отрицательного импульса по жиле И кабеля формирователь 17 сброса подает импульс на вход установки нуля счетчика 8, Наземный прибор (фиг. 4) работает следующим образом.

Часть схемы, содержащая счетчик 19 импульсов, дешифратор 21 строк, дешифратор 24 столбцов, транзисторные ключи 22 и в светодиодную матрицу-индикатор 7, работает агэлогично соответствующей части схемы скважинного прибора, Счетчики 8 и

19 импульсов считают импульсы одного генератора 18 импульсов. Чтобы состояния счетчиков 8 и 19 совпадали, производится сброс счетчика 8 в нуль в момент прихода в нулевое состояние счетчика 19. Когда счетчик 19 обнулен, на первом выходе дешифратора 21 строк и на первом выходе дешифратора 24 столбцов имеется сигнал лог, "0". Это состояние фиксируется схемой

25 совпадения нулей, которая, подает об этом сигнал на формирователь 20 импульсов, который, в свою очередь, формирует отрицательный импульс на жиле И кабеля, В скважинном приборе этот импульс устанавливает счетчик 8 в нулевое состояние, При

1753282 отсутствии сигнала со схемы 25 совпадения нулей формирователь 20 импульсов передает импульсы генератора 18 на жилу И кабеля в положительной полярности.

Сигнал с жилы И! кабеля, уровень которого определяется уровнем фототока фотодиода 6, подключенного в данный момент к усилителю.14 скважинного прибора, поступает на усилитель 23, Этот усилитель усиливает сигнал до уровня, достаточного для свечения светодиодов 26 матрицы-индикатора 7, Принцип работы устройства состоит в последовательном и синхронном переключении светодиодов 4 передающей матрицы

3, фотодиодов 6 приемной матрицы 5 и светодиодов 26 матрицы-индикатора 7. Поэтому регистрация прозрачности пространства между матрицами 3 и 5 в данной точке производится дискретно, Для исключения влияния этой дискретности выбирают частоту переключения светодиодов и фотодиодов, исходя из следующих соображений, Если взять максимальную скорость т1еремещения неоднородности водонефтяной смеси в щелевом зазоре между передающей 3 и приемной 5 матрицами, равной V, в то время перемещения этой неоднородности на расстояние,.равное расстоянию между соседними светодиодами в матрице, равно

1=— / л где S — расстояние между соседними светодиодами в матрице.

За время t необходимо произвести полный опрос всех фото- и светодиодов матриц один или более раз, Отсюда частота опроса

1 Ч топр

Частота генератора 18 импульсов определится из формулы

) VMN

fran — ь ——, где M — количество столбцов"Мтриц ;"

N — количество строк матриц, Расстояние между экранами 2 определяется исходя из предполагаемого диапазона измеряемых скоростей, вязкости нефти, требуемой точности измерений, наличия и величины твердых частиц, Информация, воспроизводимая на светодиодной матрице-индикаторе 7, может фиксироваться кинокамерой, При этом получим полную картину движения жидкости в скважине.

После снятия на пленку расход может . быть определен следующим образом.

Если на экране 2 нанести риску (перпендикулярно потоку), то на пленке в каждом кадре также будет видна эта риска, относительно которой можно фиксировать перемещение структурных элементов, Пусть на каком-то участке пленки длиной {расстояние между рисками на участке пленки, на котором определялось перемещение элементов), определено, что через сечение по риске прошло какое-то количест15 во площадей нефти S нефти и количество площадей воды S, При этом время замера

Т

Чпленки где Чпвенки — скорость протяжки пленки.

Объем нефти, прошедший через сечение по риске за время Т, Чне;рти = азнефти H K, где Н вЂ” расстояние между экранами 2;

К вЂ” коэффициент, учитывающий увеличение (уменьшение) экрана 2 в кадре пленки, Расход азнефти, ЗО

Онефти =

Т

Чводы

Оводы =

Чем больше L, т, е, чем больше время замера Т, тем точнее можно определить рас35 ход, Формула изобретения

Способ определения расхода многофазной жидкости, заключающийся в визуализации структуры потока в фиксированном

4О объеме и измерении суммарной площади изображений отдельных элементов структурных фаз на визуализированном изображении потока, по которому судят о расходе, отличающийся тем, что, с целью

45 расширения информационных возможностей путем одновременного определения расходов различных фаз жидкости,.предварительно формируют фиксированный размер потока в направлении ортогональном

50 плоскости визуализации, а визуализацию структуры потока проводят в проходящем свете, при этом разделение изображений отдельных фаз жидкости проводят по различной интенсивности их следов на визуа55 лизированном изображении потока.

f753282

1753282

Редактор О. Головач

Заказ 2759 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР, 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 .

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 каат

Составитель Ю. Власов

Техред М.Моргентал Корректор T. Вашкович