Устройство для измерения положения границы раздела фаз в расслоенном водонефтяном потоке



Устройство для измерения положения границы раздела фаз в расслоенном водонефтяном потоке
Устройство для измерения положения границы раздела фаз в расслоенном водонефтяном потоке
Устройство для измерения положения границы раздела фаз в расслоенном водонефтяном потоке
Устройство для измерения положения границы раздела фаз в расслоенном водонефтяном потоке

 


Владельцы патента RU 2439504:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Башкирский государственный университет", (ГОУ ВПО БашГУ) (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения положения границы раздела фаз водонефтяных потоков и может быть использовано в промысловой геофизике, в системах сбора и обработки информации при добыче нефти в горизонтальных и вертикальных скважинах, для учета фазового расхода расслоенного течения в трубопроводах, измерения уровня жидкостей в емкостях и резервуарах. Сущность: устройство содержит диэлектрическую пластину в форме прямоугольника, установленную в плоский диэлектрический корпус. Длина диэлектрической пластины равна внутреннему диаметру трубы. На противоположных поверхностях пластины по всей ее длине размещены печатные электроды в виде двух вставленных одна в другую гребенок с зубцами прямоугольной формы, ориентированных по длине пластины. Печатные электроды соединены через толщину диэлектрической пластины проводниками, а контуры печатных электродов совмещены. Технический результат: обеспечивается расширение области использования и повышение точности измерения. 4 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения положения границы раздела фаз водонефтяных потоков и может быть использовано в промысловой геофизике, в системах сбора и обработки информации при добыче нефти в горизонтальных и вертикальных скважинах, для учета фазового расхода расслоенного течения в трубопроводах, измерения уровня жидкостей в емкостях и резервуарах.

Известно устройство для измерения уровня жидкости, содержащее диэлектрическую пластину в виде полого цилиндра с расположенными на одной ее поверхности печатными электродами в виде трапеции (патент РФ №2087873, кл. G01F 23/26, 1997 г.).

Недостатком известного устройства является размещение диэлектрической пластины в виде полого цилиндра с печатными электродами между коаксиально расположенными полыми цилиндрами внешней и внутренней частей общего электрода, что приводит к увеличению поперечного сечения чувствительного элемента, и в случае использования данного устройства для измерения положения границы раздела фаз происходит искажение водонефтяного потока в области чувствительного элемента, вследствие чего невозможно точно определить положение границы раздела фаз в динамике. Это обстоятельство к тому же ограничивает область применения устройства измерением уровня жидкостей, находящихся в статическом состоянии.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля положения границы неэлектропроводных сред, содержащее диэлектрическую пластину в форме диска, на противоположных поверхностях которой размещены печатные электроды в виде концентрических колец и переходные проводники, проходящие через толщину диэлектрической пластины и соединяющие печатные электроды на противоположных поверхностях диэлектрической пластины (авторское свидетельство СССР №1675683, кл. G01F 23/26, 1991 г.).

Недостатком технического решения, выбранного в качестве прототипа, является невозможность контроля положения границы электропроводных сред, так как печатные электроды в этом случае окажутся замкнутыми. Это обстоятельство ограничивает область применения указанного устройства измерением только неэлектропроводных сред. Кроме того, реагирующей на контролируемую среду является только одна из двух поверхностей диэлектрической пластины с печатными электродами, в то время как другая используется для температурной коррекции. В этом случае хотя и повышается точность измерения за счет уменьшения влияния температуры, но емкость измерительного конденсатора слишком мала и соизмерима с емкостью внешних соединительных проводов, что, естественно, сказывается на точности измерения.

Техническим результатом изобретения является расширение области использования и повышение точности измерения.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения положения границы раздела фаз в расслоенном водонефтяном потоке, содержащем диэлектрическую пластину с размещенными на противоположных ее поверхностях печатными электродами, переходные проводники, проходящие через толщину диэлектрической пластины и соединяющие печатные электроды на противоположных поверхностях диэлектрической пластины, в отличие от прототипа диэлектрическая пластина выполнена в форме прямоугольника и установлена в плоском диэлектрическом корпусе, печатные электроды на поверхностях диэлектрической пластины выполнены по всей ее длине в виде двух вставленных одна в другую гребенок с зубцами прямоугольной формы, ориентированных по длине пластины, при этом длина диэлектрической пластины равна внутреннему диаметру трубы, а контуры печатных электродов на противоположных поверхностях диэлектрической пластины совмещены.

На фиг.1 схематично изображено устройство для измерения положения границы раздела фаз в расслоенном водонефтяном потоке.

На фиг.2 изображено поперечное сечение чувствительного элемента устройства.

На фиг.3 изображено размещение устройства в стволе гидродинамического стенда.

На фиг.4 приведены результаты реализации устройства для измерения положения границы раздела фаз на гидродинамическом стенде в условиях водомасляного потока.

Устройство для измерения положения границы раздела фаз в расслоенном водонефтяном потоке содержит диэлектрическую пластину 1 из стеклотекстолита СФ-2 толщиной 1,5 мм в форме прямоугольника. На противоположных поверхностях пластины 1 по всей ее длине L размещены луженые медные печатные электроды 2 и 3 в виде двух вставленных одна в другую гребенок с зубцами прямоугольной формы, ориентированных по длине L пластины 1. Печатные электроды 2 и 3 соединены через толщину диэлектрической пластины 1 проводниками 4 в виде сквозных металлизированных отверстий, заполненных припоем ПОС-61. Контуры печатных электродов 2 и 3 на противоположных поверхностях диэлектрической пластины 1 совмещены.

Диэлектрическая пластина 1 с печатными электродами 2 и 3 помещена в плоский диэлектрический корпус 5 (на фиг.1 и фиг.2 он изображен условно), выполненный из материала с диэлектрической проницаемостью, близкой к диэлектрической проницаемости нефти и минеральных масел (ε≤4), например, винипласта (ε=3,1…3,4). Диэлектрический корпус защищает пластину с электродами от воздействия электропроводных и химически агрессивных жидкостей. Длина L диэлектрической пластины 1 устройства выбирается равной внутреннему диаметру трубы, а ее ориентация ребром относительно потока не вносит искажений в положение границы раздела фаз в расслоенном потоке жидкости.

Диэлектрическая пластина 1 с печатными электродами 2 и 3 образует открытый конденсатор, емкость которого Сх определяется как сумма емкостей двух идентичных конденсаторов, образованных на противоположных сторонах диэлектрической пластины. Параллельное соединение конденсаторов при прочих равных условиях позволяет вдвое увеличить емкость измерительного конденсатора Сх и довести ее до нескольких сотен и даже тысяч пикофарад на воздухе, что на порядок и более больше емкости внешних соединительных проводов.

При соблюдении условия h=0,1ℓ, где h - толщина стенки диэлектрического корпуса 5, l - расстояние между серединами зубцов двух прилежащих печатных электродов, 90% емкости измерительного конденсатора Сх будет определяться диэлектрической проницаемостью окружающей среды.

Измерительный конденсатор Сх включен в цепь генератора прямоугольных импульсов 6, выполненного, например, на микросхеме серии 564. Выход генератора 6 соединен с входом преобразователя частота-напряжение 7, выполненного, например, на микросхеме 1108ПП1. При необходимости генератор 6 и преобразователь 7 могут быть размещены на диэлектрической пластине 1 совместно с дополняющими их ЧИП резисторами и ЧИП конденсаторами.

Устройство работает следующим образом. Перед началом работы устройство проходит калибровку в статических условиях, для чего его помещают в высокую оптически прозрачную емкость, заполненную исследуемыми жидкостями, например водой и нефтью, в равных пропорциях. Для полного погружения чувствительного элемента в каждую из жидкостей суммарная высота заполнения емкости должна быть не менее 2L. Опуская (поднимая) устройство, перемещают положение границы раздела фаз по длине чувствительного элемента L, при этом за счет различия в диэлектрической проницаемости воды и нефти происходит соответствующее изменение емкости измерительного конденсатора Сх. Снимая показания с выхода преобразователя частота-напряжение, строят график зависимости выходного сигнала от уровня границы раздела сред и подбирают основную аппроксимирующую функцию.

Далее устройство помещают в исследуемый поток, располагая его вертикально и ребром к потоку так, чтобы перекрывалось сечение трубы и наблюдалось минимальное искажение структуры потока (Фиг.3).

Контролируя значение выходного сигнала, по аппроксимирующей функции определяют истинное положение границы раздела фаз в расслоенном водонефтяном потоке в любой момент времени. Непрерывная запись выходного сигнала на персональный компьютер обеспечивает контроль динамики процесса с возможностью определения параметров волновых процессов, наблюдаемых на границе раздела фаз.

На фиг.4 представлены экспериментальные данные по измерению положения границы раздела фаз водомасляного потока на гидродинамическом стенде. Внутренний диаметр трубы (горизонтальной скважины) гидродинамического стенда равен 144 мм, длина чувствительного элемента устройства также равна 144 мм.

Кривая 1 отображает вытеснение воды маслом, кривая 2 - вытеснение масла водой, а кривая 3 отображает волновой процесс на границе раздела масло-вода, прямая 4 отображает 100%-ный поток воды, прямая 5 соответствует 100%-ному потоку масла, при этом данные получены без дополнительной фильтрации выходного сигнала с уровнем помех не более 50 мВ.

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что погрешность в измерении границы раздела водомасляного потока составляет ±6 мм, что составляет 4,2% диаметра трубы (горизонтальной скважины).

Полученная точность измерения выше по сравнению с существующими устройствами. Так, например, поплавковый датчик уровня жидкости ДУЖ-1М (выпускается НПП «Спецоборудование», г.Ижевск) на границе раздела фаз нефть-вода только в статике имеет точность срабатывания ±10 мм, емкостной уровнемер VEGAFLEX 67 (поставляется ООО «Евразприбор», г.Челябинск) в статике также измеряет межфазный уровень с точностью ±10 мм.

Использование в качестве чувствительного элемента десяти чувствительных элементов от емкостного датчика уровня ВБЕ-Т100 (выпускается ЗАО «Сенсор», г.Екатеринбург), расположенных по диаметру трубы горизонтальной скважины с равномерным шагом, дает погрешность в измерении положения границы раздела водомасляного потока ±8,5 мм.

Устройство для измерения положения границы раздела фаз в расслоенном водонефтяном потоке, содержащее диэлектрическую пластину с размещенными на противоположных ее поверхностях печатными электродами, переходные проводники, проходящие через толщину диэлектрической пластины и соединяющие печатные электроды на противоположных поверхностях диэлектрической пластины, отличающееся тем, что диэлектрическая пластина выполнена в форме прямоугольника и установлена в плоском диэлектрическом корпусе, печатные электроды на поверхностях диэлектрической пластины выполнены по всей ее длине в виде двух вставленных одна в другую гребенок с зубцами прямоугольной формы, ориентированных по длине пластины, при этом длина диэлектрической пластины равна внутреннему диаметру трубы, а контуры печатных электродов на противоположных поверхностях пластины совмещены.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для определения, по меньшей мере, одной граничной поверхности слоя шлака на металлическом расплаве. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидких продуктов, в частности нефти и нефтепродуктов. .

Изобретение относится к области измерения уровня, в частности для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла. .

Изобретение относится к области обнаружения уровня жидкости и может быть использовано для обнаружения уровня расплавленной стали в мульде контикастера. .

Изобретение относится к системам и датчикам указания уровня, в частности к системам контроля заправки баков компонентами топлива летательных аппаратов. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения уровня диэлектрических и токопроводящих жидкостей, например в резервуарах с нефтью или нефтепродуктами.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники, более конкретно - к мостовым методам измерения на переменном токе параметров датчиков, и может быть использовано для измерения уровня диэлектрического вещества, в частности в системах управления расходованием топлива изделий ракетно-космической техники.

Изобретение относится к устройствам для контроля металлотермической реакции восстановления металла и может быть использовано в системах управления технологическими процессами в металлургической промышленности.

Изобретение относится к авиаприборостроению и может быть использовано для измерения массы топлива в топливных баках самолета. .

Изобретение относится к авиаприборостроению и может быть использовано для измерения массы топлива в топливных баках самолета. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а именно к мостовым методам измерения на переменном токе параметров датчиков, и может быть использовано для измерения уровня диэлектрического вещества

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к электронным устройствам для измерения уровня топлива

Изобретение относится к области топливоизмерительных систем, в частности, для применения в авиации

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в качестве датчиков физических процессов

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники

Изобретение относится к области контроля уровня электропроводных сред, преимущественно жидкометаллических теплоносителей реакторных установок атомных станций

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к системам измерения уровня заправки ракетно-космической техники

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и средствам для измерения уровня и массы жидкостей в резервуарах, и может найти применение, в частности, в устройствах для измерения запаса топлива в баках транспортных средств и уровня жидких продуктов, наполняемых в танкеры при волнениях на море

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники. Устройство для измерения уровня диэлектрического вещества содержит эталон, первый вывод которого подключен к первому входу блока переключения, а второй вывод подключен к выходу генератора синусоидального напряжения и к первому измерительному входу устройства. Измерительные входы устройства со второго по (n+1)-й, где n - количество двухполюсников, подключены к входам блока переключения, выход которого через последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь подключен к входу блока управления измерением, выходы которого подключены к блоку переключения, масштабному усилителю и аналого-цифровому преобразователю, а также к блоку управления по частоте и к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления. Блок управления измерением подключен к блоку управления режимами, выходы которого подключены к входам блока управления по частоте, вычислителя полного приращения электрической емкости, вычислителя уровня, вычислителя текущего приращения электрической емкости и блока управления переключением, выход которого подключен к блоку переключения. Вычислитель электрической емкости подключен к вычислителю текущего приращения электрической емкости и к вычислителю полного приращения электрической емкости, который подключен к вычислителю уровня. Аналого-цифровой преобразователь подключен к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления, которые подключены к блоку управления по частоте, выход которого подключен к генератору синусоидального напряжения. Вычислитель текущего приращения электрической емкости подключен к вычислителю уровня, при этом выход блока управления переключением является выходом устройства. При этом в устройство введен второй блок задания схемы замещения, причем выходы первого и второго блоков задания схемы замещения подключены к первому ключу, управляющий вход которого подключен к управляющему входу второго ключа и к блоку управления режимами. При этом выход первого ключа подключен к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления, который подключен к второму ключу, выход которого подключен к пороговому элементу, который подключен к блоку управления измерением, а выход порогового элемента является выходом устройства и подключен к управляющему входу третьего ключа, который подключен к вычислителю уровня, при этом выход второго ключа и выход третьего ключа являются выходами устройства. Технический результат - повышение надежности измерения. 3 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, а конкретно к измерению электрических параметров двухполюсников, используемых в системах измерения уровня заправки ракетно-космической техники. Устройство содержит эталон, который подключен к блоку переключения и к первому измерительному входу устройства, при этом измерительные входы устройства со второго по (n+1)-й, где n - количество двухполюсников, подключены к соответствующим входам блока переключения, выход которого через последовательно соединенные преобразователь ток-напряжение, масштабный усилитель и аналого-цифровой преобразователь подключены к входу блока управления измерением, выходы которого подключены к блоку переключения, масштабному усилителю и аналого-цифровому преобразователю, а также к блоку управления по частоте и к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления. Причем блок управления измерением подключен к блоку управления режимами, выходы которого подключены к входам блока управления по частоте, блока задания схемы замещения, вычислителя полного приращения электрической емкости, вычислителя текущего приращения электрической емкости, вычислителя уровня и блока управления переключением, выход которого подключен к блоку переключения. Причем вычислитель электрической емкости подключен к вычислителю текущего приращения электрической емкости и вычислителю полного приращения электрической емкости, выход которого подключен к вычислителю уровня. Блок задания схемы замещения подключен к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления, входы которых подключены к блоку управления по частоте, при этом вычислитель текущего приращения электрической емкости подключен к вычислителю уровня, выход которого, а также выходы вычислителя активного сопротивления и блока управления переключением, являются выходами устройства. При этом в устройство введен формирователь разности токов, который подключен к вычислителю электрической емкости и вычислителю активного сопротивления. Выход аналого-цифрового преобразователя подключен к формирователю разности токов, вход которого подключен к блоку управления измерением, выходы которого подключены к первому и второму ключам, которые соединены последовательно. Первый ключ подключен к первому измерительному входу устройства, а второй ключ подключен к источнику постоянного тока и генератору синусоидального напряжения, управляющий вход которого подключен к блоку управления по частоте. Технический результат устройства - повышение точности измерения. 3 ил.
Наверх