Анализатор многофазной жидкости



Анализатор многофазной жидкости

 

G01N23/00 - Исследование или анализ материалов радиационными методами, не отнесенными к группе G01N 21/00 или G01N 22/00, например с помощью рентгеновского излучения, нейтронного излучения (G01N 3/00-G01N 17/00 имеют преимущество; измерение силы вообще G01L 1/00; измерение ядерного или рентгеновского излучения G01T; введение объектов или материалов в ядерные реакторы, извлечение их из ядерных реакторов или хранение их после обработки в ядерных реакторах G21C; конструкция или принцип действия рентгеновских аппаратов или схемы для них H05G)

Владельцы патента RU 2530460:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)

Использование: для анализа многофазной жидкости. Сущность изобретения заключается в том, что анализатор многофазной жидкости содержит импульсный источник быстрых нейтронов и источник электромагнитного излучения, гамма спектрометр, детектор гамма лучей и сцинтиллятор, расположенный диаметрально источнику электромагнитного излучения на противоположной стороне трубопровода, при этом импульсный источник быстрых нейтронов является одновременно и импульсным источником электромагнитного излучения, дополнительно содержащим мониторный детектор быстрых нейтронов и мониторный детектор электромагнитного излучения, гамма спектрометр дополнительно содержит коллиматор гамма лучей и расположен рядом с импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения, детектор гамма лучей расположен на одной стороне трубопровода с импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения на заданном расстоянии от импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения по направлению течения многофазной жидкости, детектор быстрых нейтронов, расположен диаметрально импульсному источнику быстрых нейтронов и электромагнитного излучения на противоположной стороне трубопровода, детектор тепловых и эпитепловых нейтронов расположены от импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения на расстоянии, равном длине замедления быстрых нейтронов в многофазной жидкости, а гамма спектрометр, мониторный детектор электромагнитного излучения и сцинтиллятор выполнены с возможностью измерения спектра импульсного электромагнитного излучения. Технический результат: повышение точности измерения фракционного состава и расхода многофазной жидкости. 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для измерения объемов и расходов текучих сред, а более конкретно к устройствам для измерения объемов и расходов (дебитов) многофазных текучих сред, например жидкого углеводорода, воды и газа, протекающих в одной трубе, например, от скважины к сепаратору, или смеси воды и пара в системе охлаждения атомной станции и может быть использовано для контроля потоков с переменным расходом, в частности, при контроле состояния разработки нефтяных и газовых месторождений путем измерения производительности каждой скважины в группе или в системах контроля системы охлаждения атомных станций.

Контроль параметров и состава прокачиваемого по трубопроводу среды на нефтяных и газовых месторождениях необходим для правильной эксплуатации скважины и режима добычи нефти. Он позволяет установить нарастание потока нежелательных фракций, таких как вода или газ, и вовремя предпринять меры по улучшению ситуации.

Контроль параметров системы охлаждения атомных станций важен прежде всего для обеспечения ее безопасной эксплуатации.

Измерение параметров многофазных потоков в нефтяных скважинах и трубопроводах, включающих различные режимы течения, является серьезной проблемой в нефтяной промышленности. При добыче нефти по трубопроводу, ведущему из скважины, вместе с нефтью прокачивается вода различной солености и сопутствующий газ. Кроме воды, нефтяной и газовой компонент могут присутствовать также песок и твердые углеводороды. Многофазные измерения должны проводиться при объеме газовой фракции в интервале 0-99% и при обводненности нефти в интервале 0-90%. Относительная погрешность измерения расходов жидкого и газового потоков не должна превышать 5-10%, а абсолютная погрешность измерения обводненности должна находиться в пределах 2%. Требования к точности измерения повышаются при измерении нескольких объединенных потоков.

Для точного измерения потока различных фаз смеси нефть/вода/газ необходим многофазный расходомер, надежно работающий при различных режимах течения, включая как потоки с высоким содержанием воды, так и потоки с высоким содержанием нефти в широком диапазоне солености воды и вязкости нефти.

Существуют многофазные расходомеры и способы контроля, основанные на измерении величины ослабления пропускаемого в плоскости сечения трубопровода рентгеновского или гамма излучения при нескольких значениях его энергии. Режим течения, а также массовое соотношение газа, воды и нефти в трубопроводе определяется отношением ослаблений при выбранных энергиях по различным направлениям в плоскости сечения трубопровода. Выбор источника излучения определяется не только поведением линейного коэффициента ослабления от энергии излучения для различных фракций, а также размерами и толщиной стенок трубопровода. Для определения фракционного состава спектр источника должен лежать в области ≈10-100 кэВ. Для того, чтобы убрать ограничения, связанные с трубопроводом, выбирается источник с более жестким спектром излучения или используется специальное ответвление от основного трубопровода, называемое трубкой Вентуры со стенками более прозрачными для рентгеновского излучения низкой энергии.

Известны «Способ и система для определения содержания компонентов в многофазном флюиде» [Патент РФ №2466383, МПК: G01N 23/12 2012. Аналог], сущность которых заключается в том, что способ определения содержания компонентов в многофазном флюиде включает следующие этапы: создание рентгеновским аппаратом рентгеновских лучей на одноэнергетическом или двухэнергетическом уровнях, после чего упомянутые рентгеновские лучи проходят через многофазный флюид, данные на каждом энергетическом уровне детектируются детекторной подсистемой, которая состоит из одного или двух детекторов, и массовое процентное содержание компонентов в многофазном флюиде вычисляется подсистемой управления и обработки данных на основании детектированных данных.

Основными недостатками устройств, применяемых для определения характеристик многофазных потоков и основанных на применении рентгеновского или гамма излучения, являются:

- невозможность получить полный охват поперечного сечения трубы и рост погрешности измерения по мере увеличения площади сечения трубы из-за одностороннего расположения источника по отношению к потоку;

- необходимость в применении дополнительного измерительного устройства, например трубки Вентури, и необходимость в этом случае учета кольцевого распределения плотности потока;

- влияние на точность измерения математических моделей, применяемых для описания пространственного распределения плотности течения многофазной смеси;

- необходимость применения специальных флюорорентгеновских трубок, либо необходимость обеспечения мер безопасности при использовании радиоизотопных гамма источников;

- зависимость точности определения объемного состава фракций от пространственного распределения фаз, режима работы устройства, солености воды и удельной плотности фракций, присутствия других примесей;

- возможность перегрузки счетного тракта при большой концентрации газовой фракции;

- необходимость априорного знания действительных величин ослабления рентгеновского или гамма излучения отдельно для каждой из компонент смеси;

- невозможность измерения содержания примесей, например серосодержащих.

Существуют многофазные расходомеры и способы контроля с использованием нейтронного излучения. Эти способы основаны прежде всего на возможности определения химического состава среды по ядерным реакциям, происходящим с участием нейтронов и сопровождающихся излучением гамма квантов определенной энергии. Так, например, при облучении воды быстрыми нейтронами происходит активация кислорода с периодом полураспада T1/2=7,2 с и излучением гамма квантов с энергией 6,1 МэВ (68,8%) и 7,1 МэВ (4,7%). Неупругое рассеяние быстрых нейтронов на углероде, входящем в состав углеводородов, приводит к излучению мгновенных гамма квантов с энергией 4,43 МэВ. Присутствие серы и других элементов также может быть установлено по энергии гамма квантов, излучаемых в результате неупругого рассеяния быстрых нейтронов.

Быстрые нейтроны в водородосодержащей среде быстро замедляются. Образующиеся тепловые нейтроны испытывают на водороде радиационный захват, который сопровождается излучением гамма квантов с энергией 2,23 МэВ. При наличии в воде растворенной соли тепловые нейтроны будут также эффективно поглощаться ядрами атомов хлора, вследствие чего время их жизни в такой среде будет зависеть от их количества. Образующийся при этом изотоп хлор-36 излучает в среднем около 3 гамма квантов с суммарной энергией около 8 МэВ. Благодаря присутствию хлора в высокоминерализованной воде спектр гамма-излучения обогащается высокоэнергетическими компонентами.

Эпитепловые и тепловые нейтроны несут информацию о составе среды не только по гамму излучению радиационного захвата. Их количество, пространственное распределение и время жизни в среде зависит от массы, состава и пространственного распределения плотности фракций, входящих в состав жидкости. Поток эпитепловых нейтронов, в отличие от потока тепловых нейтронов, практически не зависит от содержания в окружающей среде элементов с большим сечением захвата тепловых нейтронов, в том числе хлора, и определяется, главным образом, замедляющими свойствами среды - водородосодержанием.

Для измерения характеристик многофазных потоков, важно, что источники быстрых нейтронов на основе портативных нейтронных генераторов одновременно с нейтронами излучают рентгеновское излучение, считающееся паразитным и вызванное током электронов в нейтронной трубке. Спектр рентгеновского излучения, выходящего из нейтронного генератора, является тормозным и определяется ускоряющим напряжением на нейтронной трубке, которое обычно превышает 100 кВ.

Известен способ: «Измерение характеристик притока в скважину с помощью нейтронного каротажного инструмента» [Патент США №7755032, МПК: G01V 5/10, 2010. Аналог], который включает в себя «впрыскивание» нейтронов в жидкость, втекающую в стол скважины, регистрацию гамма лучей от распада азота-16 в потоке скважинной жидкости с помощью первого гамма детектора, измерение по месту скорости воды из измерения спада гамма лучей, оценки характеристик притока для одного или нескольких интервалов в скважине из данных, которые включают измеренную по месту скорость течения воды.

Недостатком аналога является невозможность применения способа для измерения массового расхода, фазового состава и примесей многофазной жидкости из-за того, что способ не обеспечивает измерения плотности протекающей жидкости и гамма квантов неупругого рассеяния и радиационного захвата.

Известно устройство для «Анализа жидкостей» [Патент Великобритании №2182143, МПК: G01N 23/222, 1987. Прототип], включающее источник гамма лучей и диаметрально расположенный сцинтиллятор, источник быстрых нейтронов и диаметрально расположенный гамма спектрометр, импульсный источник очень быстрых нейтронов и детектор гамма лучей, располагаемый необходимым образом для измерения скорости жидкости.

Недостатком прототипа является низкая точность и надежность измерений из-за того, что измерение плотности жидкости проводится только по ослаблению гамма (электромагнитного) излучения сравнительно высокой энергии, а измерения плотности, состава и скорости жидкости проводятся с помощью разных источников, в разных сечениях трубопровода и без мониторирования источников излучений.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности измерений фракционного состава и расхода многофазной жидкости за счет: одновременного измерения ослабления быстрых нейтронов и электромагнитного излучения в одном и том же сечении, мониторирования импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения, расположения гамма спектрометра и детектора гамма лучей на одной стороне с импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения, а также дополнительно за счет измерения потоков тепловых и эпитепловых нейтронов, образовавшихся в жидкости при замедлении в ней быстрых нейтронов, излучаемых импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения.

Технический результат достигается тем, что анализатор многофазной жидкости, содержащий импульсный источник быстрых нейтронов и источник электромагнитного излучения, гамма спектрометр, детектор гамма лучей и сцинтиллятор, расположенный диаметрально источнику электромагнитного излучения на противоположной стороне трубопровода, импульсный источник быстрых нейтронов является одновременно и импульсным источником электромагнитного излучения, дополнительно содержащим мониторный детектор быстрых нейтронов и мониторный детектор электромагнитного излучения, гамма спектрометр дополнительно содержит коллиматор гамма лучей и расположен рядом с импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения, детектор гамма лучей расположен на одной стороне трубопровода с импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения на расстоянии L>V×t от импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения по направлению течения многофазной жидкости, где V - скорость потока многофазной жидкости, a t - время ее облучения, дополнительно содержит детектор быстрых нейтронов, расположенный диаметрально импульсному источнику быстрых нейтронов и электромагнитного излучения на противоположной стороне трубопровода, дополнительно содержит детекторы тепловых и эпитепловых нейтронов, расположенные от импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения на расстоянии, равном длине замедления быстрых нейтронов в многофазной жидкости, а гамма спектрометр, мониторный детектор электромагнитного излучения и сцинтиллятор выполнены с возможностью измерения спектра импульсного электромагнитного излучения.

На чертеже показана схема устройства, где 1 - трубопровод, 2 - направление потока многофазной жидкости; 3 - импульсный источник быстрых нейтронов и электромагнитного излучения; 4 - сцинтиллятор; 5 - детектор быстрых нейтронов; 6, 7 - детекторы тепловых и эпитепловых нейтронов; 8 - гамма спектрометр; 9 - детектор гамма лучей.

Устройство состоит из: импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3, включающего в себя мониторный детектор быстрых нейтронов и мониторный детектор электромагнитного излучения (на чертеже не показаны), предназначенных для измерения интенсивности излучений, выходящих из импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3; гамма спектрометра 8, снабженного коллиматором гамма лучей (на чертеже не показан) для регистрации гамма квантов неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах атомов, находящихся в области облучения многофазной жидкости во время импульса импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 и гамма квантов радиационного захвата в промежутках между его импульсами; сцинтиллятора 4 и детектора быстрых нейтронов 5 для регистрации электромагнитного излучения и быстрых нейтронов от импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3, прошедших через трубопровод 1; детекторов тепловых 6 и эпитепловых 7 нейтронов, образующихся в многофазной жидкости в результате замедления быстрых нейтронов и вытекающих из трубопровода 1 наружу в сторону импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3; детектора гамма лучей 9 для регистрации гамма лучей от распада ядра кислорода-16 с временем полураспада T1/2=7,2 с, возбужденного во время импульса импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3.

В качестве импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 может быть использован портативный нейтронный генератор 14 МэВ нейтронов, который одновременно с быстрыми нейтронами также излучает электромагнитное (рентгеновское) излучение тормозного спектра с максимальной энергией, равной ускоряющему напряжению на его ускоряющей трубке и обычно составляющей более 100 кэВ. Энергия быстрых нейтронов, излучаемых портативным нейтронным генератором на 14 МэВ, превышает порог ядерной реакции O16(n,p)N16, составляющей, примерно, 10 МэВ, происходящей на ядрах кислорода-16, входящих в состав многофазной жидкости. Продукт этой реакции ядро N16 быстро испытывает бета распад, образуя возбужденное ядро O16 с периодом полураспада Т1/2=7,2 с, излучающее в 68,8% случаев гамма лучи с энергией 6,1 МэВ.

Расстояние L между детектором гамма лучей 9 и импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 выбирают, исходя из предполагаемой скорости потока многофазной жидкости V и времени ее облучения t<T1/2, где T1/2 - период полураспада возбужденного ядра кислорода-16, из соотношения (1):

L > V t ( 1 )

Детектор гамма лучей 9 служит для измерения количества гама лучей, связанных с активацией кислорода-16 и может быть выполнен, например, в виде одного/нескольких сцинтилляционных детекторов гамма излучения, содержащих фотоприемник в виде фотоэлектронного умножителя и кристалл сцинтиллятора, например, ортогерманата висмута, бромида лантана или BaF2. Детектор гамма лучей 9 устанавливается с одной стороны с импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3, поскольку быстрые нейтроны в жидкости быстро теряют свою энергию и переходят в диапазон энергий ниже пороговой энергии активации кислорода - 16 (≈10 МэВ) уже в слое толщиной около 1 см, приводя к резкому уменьшению количества активированного кислорода-16 по мере удаления от импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3.

Скорость потока многофазной жидкости определяют по интервалу времени Δt между моментом окончания кратковременного (<1 с) облучения жидкости импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 и появлением в детекторе гамма лучей 9 гамма лучей, исходящих от возбужденных ядер кислорода - 16 из соотношения:

V = L / Δ t ( 2 )

где L - расстояние между импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 и детектором гамма лучей 9, Δt - интервал времени между моментом окончания облучения многофазной жидкости и появлением сигнала в детекторе гамма лучей 9.

Интервал времени Δt измеряют с помощью многоканального временного анализатора (на чертеже не показан), соединенного с детектором гамма лучей 9 и синхронизованного с источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3.

Сцинтиллятор 4 и детектор быстрых нейтронов 5 расположены диаметрально импульсному источнику быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 на противоположной стороне трубопровода 1.

Детекторы тепловых 6 и эпитепловых 7 нейтронов расположены со стороны импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 на расстоянии, равном длине замедления быстрых нейтронов в многофазной жидкости.

Гамма спектрометр 8 снабжен коллиматором гамма лучей (на чертеже не показан) и расположен рядом с импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3.

Мониторный детектор электромагнитного излучения (на чертеже не показан) и сцинтиллятор 4 используются для измерения ослабления электромагнитного излучения, выходящего из импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3, при прохождении через трубопровод 1 с многофазной жидкостью. Результаты измерений используются при определении фракционного состава жидкости.

Мониторный детектор электромагнитного излучения (на чертеже не показан) и сцинтиллятор 4 выполнены с возможностью измерения спектра импульсного рентгеновского излучения в нескольких энергетических окнах, например с помощью спектрозонального датчика [Патент РФ №2388015, МПК: G01T 1/00, 2010], который состоит из сцинтилляционной пластины, протяженной вдоль направления рентгеновского пучка, на боковой поверхности пластины расположено позиционно-чувствительное фотоприемное устройство. Измерение спектра рентгеновского излучения спектрозональным датчиком основано на зависимости пространственного распределения сцинтилляционного сигнала, возникающего в фотоприемнике, от спектра излучения, приходящего на торцевую поверхность пластины сцинтиллятора.

Мониторный детектор быстрых нейтронов (на чертеже не показан) и детектор быстрых нейтронов 5 применяются для измерения ослабления быстрых нейтронов при прохождении через трубопровод 1 с многофазной жидкостью. Результаты измерений используются при определении фракционного состава жидкости. Мониторный детектор быстрых нейтронов (на чертеже не показан) и детектор быстрых нейтронов 5 выполнены с возможностью регистрации импульсного излучения быстрых нейтронов. Для этого могут быть использованы, например, электрометрические сенсоры [Е. Bogolubov, A. Koshelev, V. Mikerov and A. Sviridov, Electrometric sensors for neutron radiation: conceptual study, 2012 JINST 7 C03026; Патент RU №2469355, МПК: G01T 3/00, 2012]. Работа электрометрического сенсора основана на измерении заряда, возникающего, например, в пластинке, выполненной из изотопа кальция Са40 при ее облучении быстрыми нейтронами. Заряд в пластине Са40 возникает из-за выхода из нее протонов, образующихся в пластине в результате ядерной реакции под действием быстрых нейтронов: Ca40(n,p)K40. Величина электрического заряда, возникающего в пластине за время импульса, пропорциональна выходу быстрых нейтронов за импульс.

Детектор тепловых нейтронов 6 и детектор эпитепловых нейтронов 7 могут быть выполнены в виде гелиевых или борных нейтронных счетчиков. Детектор эпитепловых нейтронов 7 окружают материалом, поглощающим тепловые нейтроны и пропускающим эпитепловые нейтроны, например, кадмиевым листом толщиной около 1 мм. Детектор тепловых нейтронов 6 и детектор эпитепловых нейтронов 7 устанавливают с одной стороны с импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3. При этом уменьшается влияние диаметра трубопровода 1 на результаты измерений. Детектор тепловых нейтронов 6 и детектор эпитепловых нейтронов 7 устанавливают от импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 на расстоянии, равном длине замедления 14 МэВ нейтронов в многофазной жидкости, которое для углеводов обычно составляет около 5-7 см.

Гамма спектрометр 8 служит для измерения гамма лучей неупругого рассеяния, возникающих в жидкости во время облучения быстрыми нейтронами. Метод измерения аналогичен методу углеродно-кислородного каротажа [М.А. Федорин, Б.Г. Титов //Геология и геофизика. - 2010. - №12. - С.1664-1674]. В этом методе в качестве источника применяется портативный нейтронный генератор 14 МэВ нейтронов с длительностью импульса порядка 10 мкс и частотой повторения (10-20) кГц и сцинтилляционный гамма спектрометр. При этом в гамма спектрометре обычно применяется сцинтилляционный кристалл с временем высвечивания значительно ниже длительности нейтронного импульса.

Гамма спектрометр 8 устанавливается с одной стороны с импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 и как можно ближе к нему, поскольку интенсивность гамма лучей, приходящих в гамма спектрометр 8, резко падает с расстоянием между ними. Это обусловлено прежде всего уменьшением числа гамма кантов, рожденных в многофазной жидкости, с удалением от импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 примерно обратно пропорционально квадрату расстояния.

Гамма спектрометр 8 снабжен коллиматором гамма лучей (на чертеже не показан), который служит для предотвращения попадания в гамма спектрометр 8 гамма лучей, образующихся в источнике быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 во время нейтронного импульса и для регистрации только тех гама лучей, которые исходят из области облучения многофазной жидкости. Коллиматор гамма лучей изготавливают из материала, сильно ослабляющего гамма излучение, обычно из свинца или вольфрама.

Устройство устанавливают на трубопровод 1, используемый для прокачки многофазной жидкости.

Устройство работает следующим образом. Импульсный источник быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 работает в частотном режиме и облучает протекающую по трубопроводу 1 многофазную жидкость нейтронами с энергией 14 МэВ и электромагнитным (рентгеновским) излучением тормозного спектра. Быстрые нейтроны и электромагнитное излучение частично проходят через трубопровод 1, а быстрые нейтроны, взаимодействуя с атомами веществ, входящих в состав жидкости, приводят к появлению гамма излучения неупругого рассеяния, активируют кислород и постепенно замедляются, приводя к появлению в многофазной жидкости тепловых и эпитепловых нейтронов, распространяющихся во все стороны.

Во время импульса импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 мониторный детектор быстрых нейтронов и мониторный детектор электромагнитного излучения (на чертеже не показаны), входящие в состав импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3, регистрируют количество 14 МэВ нейтронов и спектр рентгеновского излучения, выходящих из импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3; сцинтиллятор 4 и детектор быстрых нейтронов 5 регистрируют спектр рентгеновского излучения и количество 14 МэВ нейтронов, прошедших через трубопровод 1; гамма спектрометр 8 регистрирует спектр гамма лучей, возникших в результате неупругого рассеяния быстрых нейтронов на атомах веществ, входящих в состав многофазной жидкости, и выходящих в сторону гамма спектрометра 8.

В промежутках между импульсами импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 гамма спектрометр 8 регистрирует спектр гамма излучения радиационного захвата тепловых нейтронов атомами веществ, входящих в состав многофазной жидкости; детекторы тепловых нейтронов 6 и эпитепловых нейтронов 7 регистрируют тепловые и эпитепловые нейтроны, образованные в жидкости в результате замедления 14 МэВ нейтронов.

Плотность и объемное соотношение флюидов многофазной жидкости определяют по ослаблению пучка быстрых нейтронов и пучка электромагнитного излучения с помощью выражений вида (3) и (4) [Патент РФ №2334972; МПК: G01N 23/00; 2006]:

μ d = ln ( I / I 0 ) ( 3 )

μ = ( N A / A ) σ ( 4 )

где µ - линейный коэффициент ослабления излучения (нейтронного или электромагнитного); d - толщина слоя вещества; I, I0 - интенсивности прошедшего через трубопровод и падающего на него излучений; NA - число Авогадро; А - атомный вес вещества, через которое проходит излучение; σ - сечение ослабления излучения веществом.

В случае электромагнитного излучения ослабление излучения измеряется в энергетических окнах для нескольких энергий излучения.

Определение фракционного состава жидкости по ослаблению быстрых нейтронов и электромагнитного излучения в одном и том же сечении трубопровода и в одно и то же время повышает надежность и точность получаемых результатов.

Концентрацию ядер углерода и кислорода, наличие и содержание примесей определяют по спектру гамма квантов неупругого рассеяния [Филиппов, Е.М. Нейтрон-нейтронный и нейтронный гамма-методы в рудной геофизике. - Новосибирск: Наука, 1972].

Дополнительно плотность и количество водородосодержащего вещества, а также содержание примесей, поглощающих тепловые нейтроны, например хлора, контролируют по плотности потока тепловых и эпитепловых нейтронов, приходящих на детектор тепловых нейтронов 6 и детектор эпитепловых нейтронов 7.

При измерении скорости потока многофазной жидкости в трубопроводе 1 импульсный источник быстрых нейтронов и электромагнитного излучения 3 включают на время t<1 с, а затем выключают. С помощью многоканального временного анализатора (на чертеже не показан) измеряют интервал времени Δt между моментом окончания облучения многофазной жидкости в трубопроводе 1 и появлением сигнала на выходе детектора гамма лучей 9, вызванного гамма лучами, исходящими от активированных ядер кислорода-16. Скорость потока многофазной жидкости V определяют с помощью выражения (2).

По плотности многофазной жидкости, ее фракционному составу и скорости потока определяют массовый расход фракций.

Уточняют фазовый состав и массовый расход флюидов многофазной жидкости путем анализа всей совокупности данных с учетом многомерных связей между характеристиками потока и измеряемыми величинами [Элланский М.М., Еникеев Б.Н. Использование многомерных связей в нефтегазовой геологии. - М.: Недра, 1991].

Анализатор многофазной жидкости, содержащий импульсный источник быстрых нейтронов и источник электромагнитного излучения, гамма спектрометр, детектор гамма лучей и сцинтиллятор, расположенный диаметрально источнику электромагнитного излучения на противоположной стороне трубопровода, отличающийся тем, что импульсный источник быстрых нейтронов является одновременно и импульсным источником электромагнитного излучения, дополнительно содержащим мониторный детектор быстрых нейтронов и мониторный детектор электромагнитного излучения, гамма спектрометр дополнительно содержит коллиматор гамма лучей и расположен рядом с импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения, детектор гамма лучей расположен на одной стороне трубопровода с импульсным источником быстрых нейтронов и электромагнитного излучения на расстоянии L>V×t от импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения по направлению течения многофазной жидкости, где V - скорость потока многофазной жидкости, a t - время ее облучения, дополнительно содержит детектор быстрых нейтронов, расположенный диаметрально импульсному источнику быстрых нейтронов и электромагнитного излучения на противоположной стороне трубопровода, дополнительно содержит детекторы тепловых и эпитепловых нейтронов, расположенные от импульсного источника быстрых нейтронов и электромагнитного излучения на расстоянии, равном длине замедления быстрых нейтронов в многофазной жидкости, а гамма спектрометр, мониторный детектор электромагнитного излучения и сцинтиллятор выполнены с возможностью измерения спектра импульсного электромагнитного излучения.



 

Похожие патенты:

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники, предназначено для измерения электрического заряда движущихся частиц минералов и предназначено, в частности, для обнаружения алмазов в алмазосодержащих смесях минералов, для их последующего извлечения с помощью исполнительного механизма.

Использование: для определения фазового состава бейнитных сталей. Сущность изобретения заключается в том, что получают рентгенодифракционный спектр, проводят качественный фазовый анализ и количественно определяют содержание фаз методом Ритвельда с учетом фактора сходимости GOF, при этом в качестве пробы выбирают бейнитную сталь в виде металлографического шлифа, на дифрактограмме выделяют рефлексы, принадлежащие альфа-фазе и разделяют их на компоненты - пики феррита и бейнитного феррита, задают степень тетрагональности решетки бейнитного феррита, рассчитывают и корректируют количественный и качественный фазовый состав.

Использование: для определения содержания индия в касситерите. Сущность изобретения заключается в том, что для определения содержания примеси индия в касситерите используют метод масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой с лазерной абляцией (LA-ICP-MS), при этом анализируют мономинеральные зерна касситерита, не содержащие микровключений других In-содержащих минералов, и устанавливают концентрацию индия по менее распространенному изотопу 113In.

Термогравиметрическая установка предназначена для определения кислородной нестехиометрии в твердых оксидных материалах по изменению их массы в зависимости от температуры и парциального давления кислорода газовой атмосферы.

Использование: для досмотра людей с использованием рентгеновского излучения. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют двустороннее сканирование досматриваемого человека тонкими пучками рентгеновского излучения из двух, размещенных по разные стороны досматриваемого человека, источников рентгеновского излучения путем вертикальной развертки за счет их линейного вертикального перемещения посредством снабженных электроприводом кареток и горизонтальной развертки посредством коллиматоров и регистрацию обратно рассеянного рентгеновского излучения посредством установленного на каждой из кареток приемного детектора для формирования растровых изображений досматриваемого человека за один цикл сканирования, при этом линейное вертикальное перемещение обоих источников рентгеновского излучения осуществляют одновременно и асинхронно с задержкой начала сканирования одного относительно другого, а рассеянное рентгеновское излучение, прошедшее от противоположного источника рентгеновского излучения, поглощают посредством защитных экранов на каждом из приемных детекторов.

Изобретение относится к неразрушающим способам контроля и может быть использовано для оценки технического состояния деталей авиационной техники. Способ включает снятие с детали рентгенограммы, по которой определяют остаточные напряжения сжатия, определение управляющего критерия и сравнение его с предельным значением.

Использование: для контроля процесса накопления осадка при разделении суспензий, полученных при растворении отработавшего ядерного топлива, в центрифугах. Сущность: заключается в том, что измеряют изменение интенсивности гамма-излучения от осадка, удельная активность которого отличается от удельной активности жидкой фазы разделяемой суспензии.

Использование: для нейтронной радиографии. Сущность: заключается в том, что информацию о структуре и вещественном составе просвечиваемого объекта получают путем обработки данных по ослаблению первичного пучка, по соотношению и количеству нейтронов, рассеянных вперед и назад, а также по спектру гамма-излучения, возникающего в объекте.

Использование: для управления временной структурой пучка рентгеновского излучения. Сущность заключается в том, что высокочастотный акустооптический модулятор рентгеновского излучения состоит из пьезоэлектрической подложки со сформированным на ней преобразователем высокочастотного электрического сигнала в ультразвуковую волну, закрепленной на держателе, обеспечивающем крепление всего устройства, по месту использования, и снабженном контактными площадками для подключения источника высокочастотного электрического сигнала, при этом имеется второй преобразователь высокочастотного электрического сигнала в ультразвуковую волну, причем преобразователи сформированы так, что ультразвуковые волны могут быть запущены во встречных направлениях и расположены на расстоянии, обеспечивающем достижение максимальной амплитуды ультразвуковой волны в промежутке между преобразователями, а пьезоэлектрическая подложка выполнена из материала, обеспечивающего максимальную эффективность Брэгговской дифракции рентгеновского излучения и обладающего термостабильностью акустических свойств, обеспечивающей постоянное значение скорости распространения акустических волн в материале при повышении температуры кристалла, вызываемого поглощением рентгеновского излучения, а также радиационной стойкостью и имеет площадь не менее 1 см2.

Изобретение относится к радиоизотопным методам бесконтактного измерения плотности вещества и предназначено для измерения плотности пустой породы в составе горной массы на ленточном конвейере.

Изобретение относится к устройствам для измерения объемов и расходов текучих сред, а более конкретно к устройствам для измерения объемов и расходов (дебитов) многофазных текучих сред.

Изобретение относится к устройствам для измерения объемов и расходов текучих сред, а более конкретно к устройствам для измерения объемов и расходов (дебитов) многофазных текучих сред.

Изобретение относится преимущественно к ракетной технике и используется для поддержания заданного расхода компонентов топлива при изменении давления на входе в двигатель.

Изобретение относится к устройствам автоматики и может быть использовано для измерения расхода и количества газа или жидкости в производственных процессах, а также в узлах учета энергоресурсов для коммерческого расчета в ЖКХ.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью способа, основанного на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения объема и объемного расхода жидких сред. Счетчик состоит из входного (1) и выходного (2) коллекторов, корпуса (3), ротора (4), имеющего возможность вращаться вокруг оси в точке O, и лопастей (5), шарнирно закрепленных на роторе в точках A, A′, A′′.

Устройство для регулирования уровня жидкости содержит сепарационную емкость, коллектор входа газожидкостной смеси, газовую трубу, жидкостную трубу, выходной коллектор.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к технике измерения расхода жидких металлов с помощью электромагнитного способа, т.е. способа, основанного на взаимодействии движущейся жидкости с магнитным полем.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для контроля расхода газожидкостной смеси (ГЖС), извлекаемой, например, из буровой скважины. Способ измерения покомпонентного расхода газожидкостной смеси включает измерение объемного расхода и передачу данных вычислителю.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения расхода различных сред, в частности при коммерческих расчетах. Способ измерения массового расхода среды включает измерение объемного расхода по частоте вращения измерителя при нулевом перепаде давления и передачу данных вычислителю.

Устройство для измерения расхода топлива ДВС, содержащее датчик расхода топлива в виде гидромотора аксиально-поршневого типа, редуктор, соединенный с валом гидромотора, фильтр, датчики давления и температуры, установленные в нагнетающую линию топливной системы, электромотор, соединенный с валом редуктора, регулятор частоты вращения электромотора, датчик частоты вращения вала аксиально-поршневого гидромотора и микропроцессор, связанный электрически с датчиками давления, температуры, частоты вращения вала гидромотора аксиально-поршневого типа и регулятором частоты вращения вала электромотора, дополнительно снабжено гидромотором с героторным зацеплением, выполняющим роль подпорного клапана в сливной линии топливной системы и датчика расхода топлива, датчиками давления, температуры, установленными в сливной линии топливной системы, датчиком частоты вращения вала гидромотора с героторным зацеплением. При этом датчики давления, температуры и частоты вращения вала этого гидромотора электрически связаны с микропроцессором. Технический результат - повышение надежности работы ДВС при работе с системами измерения топлива и повышение точности измерения расходов топлива. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх