Устройство для измерения суммарного и фракционного расходов несмешивающихся сред


 


Владельцы патента RU 2486477:

Сараев Сергей Валерьевич (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, в частности, для определения дебита скважины. Устройство для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред содержит разнесенные по длине трубопровода две измерительные секции, в каждой из которых имеется, по меньшей мере, два датчика, в том числе датчик измерения фракционного расхода воды. Датчик измерения фракционного расхода воды включает два блока измерения флуктуации диэлектрических характеристик многофазного потока, высокочастотный генератор сканирующих сигналов, два блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, блок вычисления корреляционной функции. Датчик измерения фракционного расхода жидких углеводородов, включающий два блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, второй блок вычисления корреляционной функции. Датчик измерения фракционного расхода жидких углеводородов дополнительно оснащен собственным высокочастотным генератором сканирующих сигналов, к которому подключены первый и второй блоки измерения флуктуации сканирующего магнитного поля. Технический результат - разработка устройства для повышения точности измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, в том числе в потоках, содержащих три и более фаз, с помощью которого можно более точно определить фракционные доли всех фаз, присутствующих в потоке несмешивающихся сред за, счет исключения влияния одних датчиков на соседние датчики. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности для измерения содержания компонентов многофазной среды, в частности для определения дебита скважины, а также в других производствах, где есть необходимость измерения расхода многофазных технологических сред.

Устройства для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, использующие корреляционные способы измерения, позволяют измерять расход текущей среды без загромождения сечения трубопровода и без нарушения его герметичности, и поэтому они являются наиболее предпочтительными при измерении расхода пожароопасных и взрывоопасных сред. В основу корреляционных способов измерения расхода заложен принцип определения максимума корреляционной функции при измерении флуктуации потока в двух контрольных сечениях.

Известно устройство для измерения расхода электропроводных двухфазных сред, содержащее измерительный участок с магнитной системой переменного тока, имеющей индуктор с двумя катушками, размещенными с двух сторон относительно трубопровода, два электрода на противоположных стенках трубопровода и модуль управления, включающий блок вычисления корреляционной функции (см. авторское свидетельство СССР №901829, G01F 1/72, G01F 1/74, 30.01.1982). Использование магнитного поля обеспечивает высокий уровень сигнала, существенно превышающий помехи, но устройство может использоваться только для электропроводных жидкостей. Устройство хорошо работает на двухфазных средах, но с увеличением количества фаз оно не может выделить фракционную долю каждой фазы.

Известно также устройство для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, содержащее мерный участок, на стенках которого установлены две системы просвечивания трубопровода высокочастотным электромагнитным полем на двух разных частотах. Анализируя принимаемые сигналы, можно расчетным путем определить изменение комплексных диэлектрических характеристик среды (реальную и мнимую составляющие комплексной диэлектрической постоянной) и на этой базе определить соотношение фаз в потоке (см. патент США №4902961, НКИ 324/640, 20.02.1990). Устройство обеспечивает достаточно точное определение соотношения фаз в многофазных потоках, в том числе в многофазных потоках с диэлектрическими жидкостями, но с его помощью нельзя определить расход жидкости, для чего потребуется дополнительное устройство. Кроме того, данное устройство не может определить фракционный расход в смеси диэлектрической и электропроводной жидкостей.

Известно устройство для определения расхода двухфазных сред, описанное в патенте Российской Федерации №2194950, G01F 1/74, 1/712, G01N 22/04, 20.12.2002. Известное устройство содержит разнесенные по длине трубопровода две измерительные секции, каждая из которых оснащена блоком измерения флуктуации диэлектрических характеристик потока, высокочастотный генератор сканирующих сигналов, подключенный к указанным блокам измерения, первый и второй блоки определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, блок вычисления корреляционной функции и управляющий микропроцессор, при этом каждый блок измерения флуктуации диэлектрических характеристик поля через собственный первый или второй блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен к блоку вычисления корреляционной функции. Устройство успешно определяет суммарный и фракционные расходы двухфазных несмешивающихся жидкостей, в том числе диэлектрических, и успешно применяется для определения количества воды в нефти, однако при увеличении количества фаз устройство не способно выделить иные фазы, кроме воды, что ограничивает его возможности.

Наиболее близким к заявленному является устройство для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред по патенту РФ №2322650, кл. G01F 1/74, G01F 1/712, от 20.04.2008. Устройство для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред содержит разнесенные по длине трубопровода две измерительные секции, каждая из которых оснащена блоком измерения флуктуации диэлектрических характеристик многофазного потока, высокочастотный генератор сканирующих сигналов, подключенный к указанным блокам измерения, первый и второй блоки определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, блок вычисления корреляционной функции и управляющий микропроцессор, при этом каждый блок измерения флуктуации диэлектрических характеристик многофазного потока соответственно через первый и второй блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен к блоку вычисления корреляционной функции. Устройство дополнительно оснащено третьим и четвертым блоками определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, вторым блоком вычисления корреляционной функции, блоком нормирования, блоком хранения эталонных характеристик многофазного потока, внешней ЭВМ, а каждая измерительная секция дополнительно оснащена блоком измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, а при этом блоки измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке подключены к общему высокочастотному генератору сканирующих сигналов, каждый блок измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке соответственно через третий и четвертый блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен ко второму блоку вычисления корреляционной функции, первый входной портал микропроцессора соединен через блок нормирования с первым блоком вычисления корреляционной функции и напрямую - со вторым блоком вычисления корреляционной функции, второй входной портал микропроцессора соединен с выходами всех четырех блоков определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, третий входной портал микропроцессора соединен с блоком хранения эталонных характеристик многофазного потока, а выход микропроцессора соединен с внешней ЭВМ. Данное устройство может измерять суммарный и фракционный расходы многофазных несмешивающихся сред, но в нем наблюдается взаимное влияние на измерения генерируемых высокочастотных сканирующих полей для датчиков, расположенных в одной измерительной секции. Взаимное влияние можно уменьшить, отрегулировав частоту сканирующего сигнала, но при изменении скорости потока настройку по частоте необходимо выполнять снова, что снижает эксплуатационные возможности устройства.

Задачей настоящего изобретения является разработка устройства для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, в том числе в потоках, содержащих три и более фаз, с помощью которого можно определить фракционные доли всех фаз, присутствующих в потоке несмешивающихся сред (газ, несмешивающиеся жидкости, в том числе в смеси диэлектрической и электропроводной жидкостей, твердая фаза), а также их расходы во всем диапазоне изменения расходов в нефтепроводе.

Для достижения поставленной технической задачи в устройстве для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, содержащем разнесенные по длине трубопровода две измерительные секции, в каждой из которых имеется по меньшей мере два датчика, в том числе датчик измерения фракционного расхода воды, включающий два блока измерения флуктуации диэлектрических характеристик многофазного потока, по одному блоку для каждой измерительной секции, высокочастотный генератор сканирующих сигналов, подключенный к указанным блокам измерения, блоки определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, блок вычисления корреляционной функции, при этом каждый блок измерения флуктуации диэлектрических характеристик поля через собственный блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен к блоку вычисления корреляционной функции, датчик измерения фракционного расхода жидких углеводородов, включающий два блока измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, блоки определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, второй блок вычисления корреляционной функции, каждый блок измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке через собственный блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен ко второму блоку вычисления корреляционной функции, первый входной портал микропроцессора соединен с первым блоком вычисления корреляционной функции и вторым блоком вычисления корреляционной функции, второй входной портал микропроцессора соединен с выходами всех блоков определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, в соответствии с изобретением датчик измерения фракционного расхода жидких углеводородов оснащен собственным высокочастотным генератором сканирующих сигналов, к которому подключены первый и второй блоки измерения флуктуации сканирующего магнитного поля.

Кроме того, устройство дополнительно оснащено датчиком измерения фракционного расхода газовой фазы, включающим два блока измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, собственный высокочастотный генератор сканирующих сигналов с собственной частотой сканирующих сигналов, отличной от частоты высокочастотного генератора сканирующих сигналов датчика измерения фракционного расхода жидких углеводородов, к которому подключены блоки измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в первом и втором измерительных сечениях, два блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, собственный блок вычисления корреляционной функции, при этом каждый указанный блок измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке через собственный блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен к указанному блоку вычисления корреляционной функции, при этом первый входной портал микропроцессора соединен с указанным блоком вычисления корреляционной функции.

Кроме того, устройство дополнительно оснащено датчиком измерения фракционного расхода твердой фазы углеводородов, включающим два блока измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, собственный высокочастотный генератор сканирующих сигналов с собственной частотой сканирующих сигналов, отличной от частоты высокочастотного генератора сканирующих сигналов датчика измерения фракционного расхода жидких углеводородов, к которому подключены блоки измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в первом и втором измерительных сечениях, два блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, собственный блок вычисления корреляционной функции, при этом каждый указанный блок измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке через собственный блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен к указанному блоку вычисления корреляционной функции, при этом первый входной портал микропроцессора соединен с указанным блоком вычисления корреляционной функции.

Кроме того, устройство дополнительно оснащено датчиком измерения фракционного расхода эмульгатора, включающим два блока измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, собственный высокочастотный генератор сканирующих сигналов с собственной частотой сканирующих сигналов, отличной от частоты высокочастотного генератора сканирующих сигналов датчика измерения фракционного расхода жидких углеводородов, к которому подключены блоки измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в первом и втором измерительных сечениях, два блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, собственный блок вычисления корреляционной функции, при этом каждый указанный блок измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке через собственный блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен к указанному блоку вычисления корреляционной функции, при этом первый входной портал микропроцессора соединен с указанным блоком вычисления корреляционной функции.

Предпочтительно устройство оснащено блоками задержки по времени регистрируемых сигналов, поступающих от первой измерительной секции, установленными в канале измерения на выходе соответствующего блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик.

Кроме того, устройство дополнительно оснащено датчиками температуры и давления, установленными на одной из измерительных секций, выходы которых подключены к четвертому входному порталу микропроцессора.

В основу изобретения положено получение дополнительной информации о структуре многофазного потока за счет дополнительного сканирования его на каждом измерительном участке вращающимся высокочастотным магнитным полем с частотой несущего сигнала, не совпадающей с частотой сканирующего сигнала высокочастотного электрического поля, автономная обработка в соответствующем блоке определения амплитудно-фазовых частотных характеристик всех полученных сигналов сканирования с выделением максимума амплитудно-частотных характеристик и фазовых сдвигов сигналов и использование всех измерений для вычисления корреляционной функции, относительных долей фракций многофазного потока и суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред сравнением измеренных амплитудно-фазовых частотных характеристик и/или значений диэлектрических характеристик и магнитной проницаемости многофазного потока с соответствующими тарировочными или расчетными значениями. При измерении расходов в потоке, содержащем больше двух несмешивающихся фракций, для измерения каждой фракции используется свой датчик, имеющий собственную частоту сканирующего сигнала, не совпадающую с частотой сканирующего сигнала других датчиков. Это дает возможность использовать частоты с минимальным влиянием на соседние датчики и тарировать каждый датчик на определение расхода отдельной фракции путем подбора при тарировке соответствующей частоты сканирующего сигнала.

Использование эталонных характеристик банка данных для определения конкретного соотношения фракционных долей многофазной среды позволяет оперативно определять фракционные доли, используя для банка данных либо сами эталонные амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики, полученные экспериментально в лабораторных или натурных условиях, либо цифровые значения параметров амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик или значения диэлектрических характеристик и магнитной проницаемости многофазного потока, вычисляемые по известным формулам.

Наличие блоков задержки по времени сигналов, поступающих от первой измерительной секции, сокращает время на вычисление корреляционной функции, так как позволяет использовать для вычисления корреляционной функции меньшее количество сканирующих сигналов с учетом времени транспортировки потока между двумя измерительными секциями, что также повышает точность вычисления корреляционной функции. При этом смещение по времени сканирующих сигналов не скажется на работе соседних датчиков, так как они работают на иной частоте.

Измерение температуры и давления многофазной среды повышает точность определения фракционного состава и расходов, так как позволяет учесть изменение диэлектрических и магнитных характеристик среды по температуре и давлению.

На чертеже изображена блок-схема примера осуществления настоящего изобретения.

Устройство для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред устанавливается непосредственно на трубопроводе 1 и включает разнесенные по длине трубопровода две измерительные секции 2 и 3, стенки которых выполнены из диэлектрического материала. Между измерительными секциями может быть установлена диэлектрическая вставка, но при большом количестве датчиков можно обойтись без вставки, как это показано на чертеже. Устройство содержит n датчиков для измерения расхода отдельных фракций. Для измерения каждой фракции на первой измерительной секции 2 размещены, по меньшей мере, первый блок 4 измерения флуктуации диэлектрических характеристик потока, формирующий сканирующее многофазную среду вращающееся электрическое поле и регистрирующий сигнал сканирования, и несколько (n-1) первых блоков 5-6 измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, формирующих сканирующее многофазную среду вращающееся магнитное поле и регистрирующих сигнал сканирования. Соответственно, во второй измерительной секции 3 размещены второй блок 7 измерения флуктуации диэлектрических характеристик потока, формирующий сканирующее многофазную среду вращающееся электрическое поле и регистрирующий сигнал сканирования, и несколько (n-1) вторых блоков 8-9 измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, формирующих сканирующее многофазную среду вращающееся магнитное поле и регистрирующих сигнал сканирования.

В каждой измерительной секции сечения сканирования высокочастотными электрическим и магнитным полями смещены относительно друг друга на расстояние L1. Сечения сканирования высокочастотными электрическими или магнитными полями измерительных секций 2 и 3 смещены относительно друг друга на расстояние L2.

Устройство имеет высокочастотный генератор 10 сканирующих сигналов, выход которого соединен с блоками 4 и 7 для измерения флуктуации диэлектрических характеристик многофазного потока, а также (n-1) генераторов сканирующих сигналов 11-12 (ГСС), каждый из которых генерирует собственную несущую частоту колебаний, не совпадающую с несущими частотами других генераторов сканирующих сигналов. Каждый их этих генераторов подсоединен к соответствующим блокам 8-9 измерения флуктуации сканирующего магнитного поля, так что один генератор сканирующих сигналов 11-12 соединен с двумя однотипными блоками измерения флуктуации сканирующего магнитного поля и является для этих двух однотипных блоков собственным генератором сканирующих сигналов.

Для обработки регистрируемых сигналов сканирования устройство содержит блоки 13-18 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, представляющих собой аналого-цифровые преобразователи (АЦП), блоки 19-21 задержки (БЗ) по времени регистрируемых сигналов, поступающих от первой измерительной секции 2, блоки 22-24 вычисления корреляционной функции (КОР), блок 25 хранения эталонных характеристик (БХЭХ) многофазного потока, управляющий микропроцессор 26 и внешнюю ЭВМ 27. В блоке 25 могут храниться набор тарировочных характеристик (оцифрованных графиков) датчиков измерения расхода и доли отдельных фракций многофазного потока: непосредственное оцифрованное изображение амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик, набор эталонных фазовых характеристик, соответствующих конкретному соотношению фракций многофазного потока, цифровые значения комплексной диэлектрической постоянной для каждого конкретного соотношения фракций многофазного потока, цифровые значения магнитной проницаемости и магнитных потерь для каждого конкретного соотношения фракций многофазного потока, а также любые другие параметры, характеризующие многофазный поток.

Устройство оснащено датчиком 28 температуры t и датчиком 29 давления р, установленными, например, на измерительной секции 3.

В датчике определения фракционного расхода электропроводной жидкости, например воды, блоки 4 и 7 измерения флуктуации диэлектрических характеристик поля через собственные блоки 13 и 16 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключены к блоку 22 вычисления корреляционной функции, при этом блок 16 подключен к блоку 18 вычисления корреляционной функции напрямую, а блок 13 - через блок 19 задержки по времени.

В датчике определения фракционного расхода диэлектрической жидкой фазы, например жидких углеводородов, блоки 5 и 8 измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке через собственные блоки 14 и 17 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключены к блоку 23 вычисления корреляционной функции, при этом блок 17 подключен к блоку 23 вычисления корреляционной функции напрямую, а блок 14 - через блок 20 задержки по времени.

Все остальные датчики определения фракционного расхода других фракций многофазной жидкости, протекающей по нефтепроводу, например твердой фазы (парафина), эмульгатора, газовой фазы, выполнены по одинаковой описанной выше схеме. В частности, показанный на чертеже n-й датчик, который может быть датчиком измерения фракционного расхода газовой фазы или фракционного расхода твердой фазы или эмульгатора, имеет блоки 6 и 9 измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке жидкости, подключенные к собственному генератору сканирующих сигналов 12. Выходы блоков 6 и 9 подключены к блокам 15 и 18 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, выходы которых подключены к блоку 24 вычисления корреляционной функции, при этом блок 18 подключен к блоку 24 вычисления корреляционной функции напрямую, а блок 15 - через блок 21 задержки по времени.

Первый входной портал микропроцессора 25 соединен с блоками 22-24 вычисления корреляционной функции.

Второй входной портал микропроцессора 25 соединен с выходами всех блоков 13-18 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик.

Третий входной портал микропроцессора 25 соединен с блоком 25 хранения эталонных характеристик многофазного потока. Конкретный набор эталонных характеристик может определяться для каждого устройства самостоятельно в соответствии с характеристиками многофазного потока скважины, но может использоваться перечисленный выше полный комплект эталонных характеристик.

Датчики температуры 28 и давления 29 подключены к четвертому входному порталу микропроцессора 25. Выход микропроцессора соединен с внешней ЭВМ 27. Микропроцессор 25 также используется для управления всеми блоками устройства (управляющие связи на схеме не показаны, чтобы не загромождать ее).

Измерение суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред осуществляют следующим образом.

На трубопроводе, по которому перемещаются многофазные несмешивающиеся среды, размещают две измерительные секции и на каждой измерительной секции, по меньшей мере, в двух контрольных сечениях производят сканирование потока вращающимся высокочастотным электрическим и магнитным полем с разными несущими частотами сканирующего сигнала. Для формирования в сечениях сканирования вращающегося электрического или магнитного полей сканирующий сигнал формируется с использованием двух опорных высокочастотных электрических сигналов переменного тока, сдвинутых относительно друг друга на 90°. Эти опорные сигналы могут вырабатываться либо в генераторах 10-12, либо непосредственно в блоках 4-9.

Сканирующий сигнал представляет собой пакет дискретно модулированных высокочастотных электрических колебаний напряжением, например, 2 В, со ступенчатым изменением несущей частоты в пределах 1-100 МГц. Величина ступеньки задается управляющим микропроцессором 25 и может составлять 50-150 Гц. Длительность сканирующего сигнала должна быть достаточна для выхода на установившийся режим измерения в каждом из контрольных сечений каждой измерительной секции. Регистрируемые (выходные) сигналы, отражающие результаты сканирования потока, имеют переменную амплитуду и сдвиг по фазе, зависящие от несущей частоты сканирующего сигнала и флуктуации многофазного потока. Абсолютная максимальная амплитуда выходного сигнала будет наблюдаться на резонансной частоте, хотя на других частотах могут наблюдаться частные максимумы амплитуды. Для вычисления корреляционной функции может использоваться либо вся амплитудно-частотная характеристика, либо ее зона, прилегающая к резонансной частоте.

Многофазная среда перемещается по трубопроводу с некоторой скоростью, одновременно с той же скоростью перемещаются все флуктуации многофазной среды.

Регистрируемый сигнал сканирования высокочастотным вращающимся электрическим полем с выходов блоков 4 и 7 поступает в блоки 13 и 16 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, в которых сигнал оцифровывается и обрабатывается с выделением резонансной частоты с максимальной амплитудой - амплитудно-частотная характеристика флуктуации диэлектрических характеристик многофазной среды, а также определяется фазовый сдвиг относительно исходного сканирующего сигнала - фазочастотная характеристика флуктуации многофазной среды. Результаты обработки передаются в блок 22 вычисления корреляционной функции, а также на второй входной портал микропроцессора 25. В блоке 22 определяется результирующая корреляционная функция флуктуации диэлектрических характеристик многофазной среды и время транспортной задержки. Процедура определения корреляционной функции в блоке 22 не отличается от обычных процедур и включает в себя перемножение двух сигналов с последующим накоплением, например последовательным суммированием произведений с выявлением максимального значения суммы. Из блока 13 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик оцифрованный сигнал может передаваться в блок 22 вычисления корреляционной функции напрямую либо через блок 19 задержки по времени. Конкретная величина задержки по времени (время транспортировки) определяется микропроцессором 25 по результатам первых измерений и передается в блок 19 задержки по времени, а далее величина задержки по времени корректируется по результатам текущих измерений.

В датчиках, использующих сканирование вращающимся магнитным полем, например в датчике определения фракционного расхода жидкой углеводородной фракции, регистрируемый сигнал сканирования высокочастотным вращающимся магнитным полем с выходов блоков 5 и 8 поступает в блоки 14 и 17 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, в которых сигнал оцифровывается и обрабатывается с выделением резонансной частоты с максимальной амплитудой - амплитудно-частотная характеристика флуктуации магнитных характеристик многофазной среды, а также определяется фазовый сдвиг относительно исходного сканирующего сигнала - фазочастотная характеристика флуктуации многофазной среды. Результаты обработки передаются в блок 23 вычисления корреляционной функции, а также на второй входной портал микропроцессора 25. В блоке 23 определяется результирующая корреляционная функция флуктуации магнитного поля и время транспортной задержки. Процедура определения корреляционной функции в блоке 23 не отличается от процедуры ее определения в блоке 22. Из блока 14 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик оцифрованный сигнал может передаваться в блок 23 вычисления корреляционной функции напрямую либо через блок 20 задержки по времени. Конкретная величина задержки по времени (время транспортировки) определяется микропроцессором 25 по результатам первых измерений и передается в блок 20 задержки по времени, а далее величина задержки по времени корректируется по результатам текущих измерений.

Регистрируемый сигнал сканирования высокочастотным вращающимся электрическим полем с выходов блоков 5 и 6 поступает в блоки 15 и 16 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, в которых сигнал оцифровывается и обрабатывается с выделением резонансной частоты с максимальной амплитудой - амплитудно-частотная характеристика флуктуации диэлектрических характеристик многофазной среды, а также определяется фазовый сдвиг относительно исходного сканирующего сигнала - фазочастотная характеристика флуктуации многофазной среды. Результаты обработки передаются в блок 18 вычисления корреляционной функции, а также на второй входной портал 26 микропроцессора 21. В блоке 18 определяется результирующая корреляционная функция флуктуации диэлектрических характеристик многофазной среды и время транспортной задержки. Процедура определения корреляционной функции в блоке 18 не отличается от процедуры ее определения в блоке 17. Из блока 15 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик оцифрованный сигнал может передаваться в блок 18 вычисления корреляционной функции напрямую либо через блок 24 задержки по времени. Конкретная величина задержки по времени (время транспортировки) определяется микропроцессором 21 по результатам первых измерений и передается в блок 24 задержки по времени, а далее величина задержки по времени корректируется по результатам текущих измерений.

Корреляционные функции передаются в управляющий микропроцессор 25. В него же поступают сигналы с датчиков давления 29 и температуры 28, а также оцифрованные сигналы из блоков 13-18 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик.

Управляющий микропроцессор 25 может обрабатывать поступившие сигналы по нескольким процедурам.

По первой процедуре управляющий микропроцессор 25 запрашивает из блока 25 хранящиеся там данные тарировочных характеристик датчиков измерения фракционных расходов отдельных фракций многофазной среды и сравнивает результирующие корреляционные функции с тарировочными характеристиками, сравнение с которыми позволяет достаточно точно определить фракционные доли многофазного потока, а знание времени транспортировки - фракционный и суммарные расходы. Сравниваться могут непосредственно амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики либо корреляционные функции из блоков 22-24. Для приведения к одному уровню сигналов сканирования высокочастотным вращающимся электрическим полем и сигналов сканирования высокочастотным вращающимся магнитным полем сумму амплитуд сигналов сканирования высокочастотным вращающимся электрическим полем можно нормировать (умножить на нормирующий коэффициент). Величину нормирующего коэффициента определяют экспериментальным или расчетным путем. Результаты измерений передаются во внешнюю ЭВМ 27 для постоянного хранения и анализа.

По второй процедуре микропроцессор 25 обрабатывает непосредственно оцифрованные результаты обработки амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик, поступившие из блоков 13-18. Фракционные доли можно определить, проанализировав форму амплитудно-частотных характеристик и определив по известным методикам резонансные частоты, фазовые сдвиги, реальную и мнимую составляющие комплексной диэлектрической постоянной, реальную и мнимую составляющие магнитных потерь и сравнив их с данными, в частности с тарировочными характеристиками датчиков для измерения фракционных расходов отдельных фракций, хранящимися в банке данных. Результаты измерений передаются во внешнюю ЭВМ 27 для постоянного хранения и анализа.

Специалисту в данной области техники должно быть очевидным, что в настоящем изобретении возможны разнообразные модификации и изменения. Изобретение можно использовать на трубопроводах любого диаметра с любой формой поперечного сечения (круглое, квадратное, прямоугольное и т.п.). Соответственно, предполагается, что настоящее изобретение охватывает указанные модификации и изменения, а также их эквиваленты без отступления от сущности и объема изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

1. Устройство для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред в нефтепроводе, содержащее разнесенные по длине трубопровода две измерительные секции, в каждой из которых имеется по меньшей мере два датчика, в том числе, датчик измерения фракционного расхода воды, включающий два блока измерения флуктуации диэлектрических характеристик многофазного потока, по одному блоку для каждой измерительной секции, высокочастотный генератор сканирующих сигналов, подключенный к указанным блокам измерения, два блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, блок вычисления корреляционной функции, при этом каждый блок измерения флуктуации диэлектрических характеристик поля через собственный блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен к блоку вычисления корреляционной функции, датчик измерения фракционного расхода жидких углеводородов, включающий два блока измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, два блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, второй блок вычисления корреляционной функции, каждый блок измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке через собственный блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен ко второму блоку вычисления корреляционной функции, первый входной портал микропроцессора соединен с первым блоком вычисления корреляционной функции и вторым блоком вычисления корреляционной функции, второй входной портал микропроцессора соединен с выходами всех четырех блоков определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, отличающееся тем, что датчик измерения фракционного расхода жидких углеводородов оснащен собственным высокочастотным генератором сканирующих сигналов, к которому подключены первый и второй блоки измерения флуктуации сканирующего магнитного поля.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно оснащено датчиком измерения фракционного расхода газовой фазы, включающим два блока измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, собственный высокочастотный генератор сканирующих сигналов с собственной частотой сканирующих сигналов, отличной от частоты высокочастотного генератора сканирующих сигналов датчика измерения фракционного расхода жидких углеводородов, к которому подключены блоки измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в первом и втором измерительных сечениях, два блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, собственный блок вычисления корреляционной функции, при этом каждый указанный блок измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке через собственный блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен к указанному блоку вычисления корреляционной функции, при этом первый входной портал микропроцессора соединен с указанным блоком вычисления корреляционной функции, а второй портал микропроцессора соединен с блоками определения амплитудно-фазовых частотных характеристик.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно оснащено датчиком измерения фракционного расхода твердой фазы углеводородов, включающим два блока измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, собственный высокочастотный генератор сканирующих сигналов с собственной частотой сканирующих сигналов, отличной от частоты высокочастотного генератора сканирующих сигналов датчика измерения фракционного расхода жидких углеводородов, к которому подключены блоки измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в первом и втором измерительных сечениях, два блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, собственный блок вычисления корреляционной функции, при этом каждый указанный блок измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке через собственный блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен к указанному блоку вычисления корреляционной функции, при этом первый входной портал микропроцессора соединен с указанным блоком вычисления корреляционной функции, а второй портал микропроцессора соединен с блоками определения амплитудно-фазовых частотных характеристик.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно оснащено датчиком измерения фракционного расхода эмульгатора, включающим два блока измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, собственный высокочастотный генератор сканирующих сигналов с собственной частотой сканирующих сигналов, отличной от частоты высокочастотного генератора сканирующих сигналов датчика измерения фракционного расхода жидких углеводородов, к которому подключены блоки измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в первом и втором измерительных сечениях, два блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, собственный блок вычисления корреляционной функции, при этом каждый указанный блок измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке через собственный блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен к указанному блоку вычисления корреляционной функции, при этом первый входной портал микропроцессора соединен с указанным блоком вычисления корреляционной функции, а второй портал микропроцессора соединен с блоками определения амплитудно-фазовых частотных характеристик.

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что оно оснащено блоками задержки по времени регистрируемых сигналов, поступающих от первой измерительной секции, установленными в канале измерения на выходе соответствующего блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно оснащено датчиками температуры и давления, установленными на одной из измерительных секций, выходы которых подключены к четвертому входному порталу микропроцессора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на замерных узлах газодобывающих предприятий, при проведении промысловых исследованиях газоконденсатных пластов, при калибровке расходомеров двухфазных потоков и в других случаях, где необходимо знание объемного содержания жидкой фазы в газожидкостном потоке.

Изобретение относится к расходомерам. .

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения расхода жидкой и газообразной среды. .

Изобретение относится к вибрационному расходомеру и способу для введения поправки на увлеченный газ в текущем материале. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения величин расходов многофазного потока, например для измерения дебита нефтяных скважин.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для покомпонентного измерения потока нефти, который, как правило, дополнительно содержит свободный газ и воду, а также может быть использовано при измерениях газовых потоков в магистральных газопроводах, двухфазных потоков в различных областях промышленности, для замера трудно учитываемых жидкостей, например глинистые и цементные растворы.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при измерениях количества жидкостной составляющей скважинной продукции. Технический результат направлен на повышение точности определения жидкостной составляющей скважинной продукции. Устройство включает корпус в виде колонны с соотношением диаметра корпуса к его высоте менее 1/3. Вертикальный патрубок ввода скважинной продукции в крышке корпуса, снабженный отверстиями в нижней части. Колпак, размещенный под крышкой корпуса и перекрывающий сечение вертикального патрубка ниже отверстий. Неподвижные лопатки напротив отверстий вертикального патрубка, выполненные округлой формы. Газоотводную трубку, проходящую внутри вертикального патрубка под колпак. Поплавок под колпаком, установленный с возможностью перекрытия торца газоотводной трубки. Патрубок в нижней части корпуса для отвода жидкости с размещенными на конце патрубка массомером. Соотношение площадей сечений патрубка ввода скважинной продукции и суммы отверстий в нижней части колпака составляет 1:(0,6-1). 2 ил.

Группа изобретений относится к определению свойств многофазной технологической текучей среды. Способ определения свойств многофазной технологической текучей среды содержит этапы, на которых: пропускают многофазную текучую среду по колебательно подвижной расходомерной трубке и расходомеру переменного перепада давления; вызывают движение расходомерной трубки и определяют первое кажущееся свойство текучей среды; определяют, по меньшей мере, одно кажущееся промежуточное значение, которое представляет собой первый критерий Фруда для негазообразной фазы текучей среды и второй критерий Фруда для газообразной фазы текучей среды; определяют степень влажности текучей среды на основе преобразования между первым и вторым критериями Фруда и степенью влажности; определяют второе кажущееся свойство текучей среды с использованием расходомера переменного перепада давления; определяют фазозависимое свойство текучей среды на основе степени влажности и второго кажущегося свойства. При этом первое кажущееся свойство выбрано из кажущегося массового расхода или плотности. Группа изобретений относится также к расходомеру, содержащему колебательно подвижную расходомерную трубку, соединенные с ней возбудитель колебаний и датчик для считывания движения трубки, и контроллер, а также к измерительному преобразователю расходомера и системе определения свойств многофазной текучей среды. Группа изобретений обеспечивает повышение точности определения свойств многофазной текучей среды и позволяет оценить точность работы расходомеров. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ включает следующие шаги: (а) определяют температуру и давление многокомпонентной смеси, (б) на основе по меньшей мере двух измеренных физических характеристик многокомпонентной смеси и знания такой же физической характеристики индивидуальных компонентов многокомпонентной смеси определяют относительное содержание компонентов многокомпонентной смеси, (в) определяют скорость многокомпонентной смеси, (г) на основе результатов, полученных по завершении шагов (а)-(в), определяют расход индивидуального компонента текучей среды. Способ характеризуется тем, что включает определение физических характеристик по меньшей мере одного из компонентов многокомпонентной смеси, предусматривающее выполнение следующих шагов; д) проводят измерение электромагнитных потерь или фазы, е) вычисляют статистический параметр, связанный с указанным электромагнитным измерением, ж) проводят сопоставление указанного статистического параметра с пороговым значением, полученным эмпирическим образом и соответствующим значению статистического параметра для ситуации, когда присутствует только один из компонентов многокомпонентной смеси, и з) определяют указанные физические характеристики текучей среды, если статистический параметр ниже порогового значения для указанного компонента, и применяют полученные данные на шагах (б)-(г) для определения скорректированных значений для долей, скорости и расхода индивидуальных компонентов многокомпонентной смеси. Технический результат - повышение точности измерений, а также обеспечение устойчивости по отношению к неопределенности конфигурационных параметров. 2 н. и 27 з.п. ф-лы, 10 ил.

Способ включает следующие шаги: (а) на основе электромагнитного измерения определяют диэлектрическую проницаемость многокомпонентной смеси, (б) определяют плотность многокомпонентной смеси, (в) получают значения температуры и давления, (г) на основе результатов, полученных по завершении шагов (а)-(в), и знания значений плотности и диэлектрической проницаемости компонентов текучей смеси вычисляют долю водной фракции многокомпонентной смеси. Способ также включает определение доли жидкой фракции и расходов многокомпонентной смеси, предусматривающее следующие шаги: д) вычисление статистического параметра, связанного с указанным электромагнитным измерением, е) на основе статистического параметра, определенного на шаге (д), и доли водной фракции, вычисленной на шаге (г), вычисляют долю жидкой фракции, используя график, полученный эмпирическим путем, ж) определяют скорость многокомпонентной смеси, з) на основе результатов, полученных по завершении шагов (а)-(ж), вычисляют расход индивидуальных компонентов многокомпонентной смеси. Технический результат - повышение точности измерений, а также обеспечение устойчивости по отношению к неопределенности конфигурационных параметров. 2 н. и 27 з.п. ф-лы, 8 ил.

Электронный измеритель (20) включает в себя интерфейс (201), сконфигурированный для связи с расходомерной сборкой вибрационного расходомера и для приема колебательного отклика, и систему (203) обработки, связанную с интерфейсом (201). Система (203) обработки сконфигурирована для измерения массового расхода и плотности для заданного интервала времени перекачки флюида, для определения, не аэрируется ли перекачиваемый флюид в течение заданного интервала времени, и если в заданный интервал времени аэрация не происходит, то добавления произведения масса-плотность к накопленному произведению масса-плотность и добавления массового расхода к накопленному массовому расходу, и определения не соответствующей аэрации средневзвешенной по массе плотности для перекачиваемого флюида посредством деления накопленного произведения масса-плотность на накопленный массовый расход. Технический результат - повышение точности измерения свойств флюида, надежности измерения потенциально аэрируемых флюидов, а также возможность измерять и регистрировать изменения свойств флюида во время перекачки. 4 н. и 40 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ содержит создание циркуляции многофазной текучей среды (12) через горловину (26) трубки Вентури (20), ограниченной трубопроводом (14), и оценку первого расхода и второго расхода с использованием измеренной разности давления и величины, характеризующей относительную площадь, занимаемую измеренной газообразной фазой. Этап оценки содержит вычисление количества жидкой фазы, присутствующей в преимущественно газообразной центральной части (18), в зависимости, по меньшей мере, от величины истечения многофазной текучей среды и от первого набора параметров, зависящих от геометрии трубки Вентури (20). Он содержит вычисление первого расхода и второго расхода в зависимости от количества жидкой фазы, присутствующей в преимущественно газообразной центральной части. Технический результат - повышение точности определения расхода, в частности, когда газообразная фаза в текучей среде присутствует в намного большей пропорции. 11 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Способ одновременного определения расходов жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси, включающий зондирование восходящего потока несепарированной газожидкостной смеси непрерывным ультразвуковым сигналом, прием отраженного от неоднородностей сигнала, комплексное детектирование, выделяющее синфазную с зондирующим сигналом и квадратурную составляющие, проведение спектрального анализа с определением знака преобладающей частоты, определение частоты сигнала и доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение. При этом определяют мощность принятого сигнала, сравнивают мощность с пороговой величиной и исключают из определения частоты сигнала и доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение, т.е. участки сигнала, где мощность менее пороговой. Во время калибровки определяют зависимости частоты и доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение, от расходов жидкой и газообразной фаз. По полученным во время калибровки зависимостям частоты и доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение, определяют расходы жидкой и газовой фаз. Технический результат - упрощение способа определения расхода жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси при одновременном повышение точности измерения и расширении диапазона измеряемых величин.

Объемный газожидкостный двухфазный расходомер (10) измеряет расход суммарного газожидкостного потока (QM) в газожидкостном двухфазном потоке, включающем в себя жидкость и газ, и коэффициент пропорциональности (газовую долю (в)) расхода газового потока по отношению к расходу суммарного газожидкостного потока, а также вычисляет соответствующие расходы потоков жидкости и газа исходя из расхода суммарного газожидкостного потока (QM) и газовой доли (в). Объемный газожидкостный двухфазный расходомер (10) снабжают измерительной камерой (16) объема потока для измерения расхода суммарного газожидкостного потока (QM) и газожидкостной смесительной камерой (14) для смешивания жидкости и газа в газожидкостном двухфазном потоке до измерительной камеры (16) объема потока. При этом одновременно измеряют угловую скорость ротора, расположенного внутри измерительной камеры объема потока, и разность давлений перед газожидкостной смесительной камерой и пунктом после измерительной камеры объема потока и на основании измеренных значений угловой скорости и разности давлений вычисляют величины суммарного газожидкостного потока и коэффициента пропорциональности газового потока. Технический результат - повышение точности измерения расходов потока в широком диапазоне расходов потоков, а также исключение влияния различных схем течений. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 17 ил.

Способ одновременного определения расходов жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси включает в себя зондирование потока несепарированной газожидкостной смеси непрерывным ультразвуковым сигналом, прием отраженного от неоднородностей сигнала, комплексное детектирование, выделяющее синфазную с зондирующим сигналом и квадратурную составляющие, проведение спектрального анализа и получение спектра мощности сигнала, определение средней частоты спектра сигнала. При этом определяют разностный спектр как разницу между положительными частотными составляющими и соответствующими отрицательными частотными составляющими спектра, определяют среднюю частоту разностного спектра, во время калибровки определяют зависимости частоты спектра сигнала и частоты разностного спектра от расходов жидкой и газообразной фаз. Затем по полученным во время калибровки зависимостям частоты спектра сигнала и частоты разностного спектра определяют расходы жидкой и газовой фаз. Кроме симметричной части спектра для оценки газосодержания возможно использование других критериев. Возможен вариант осуществления способа с использованием доли отрицательных частот, возникновение которых обусловлено инверсией направления потока при наличии газа. Также возможен вариант с использованием конструктивно обособленного специального датчика газосодержания. Технический результат - повышение точности измерения и расширение диапазона измеряемых величин. 6 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх