Расходомеры воды и топлива, датчики расхода, счетчики расхода. Датчик расхода нефти


Датчики расхода | расходомеры воды и топлива

Предлагаемая к поставке продукция включает в себя:

Классификация расходомеров

Основным критерием при выборе оптимальной модели датчика расхода является соответствие прибора параметрам измеряемой среды, что влияет на точность выполняемых измерений. Дополнительным фактором является наличие автономного питания и интерфейса для подключения сигнального кабеля. На потенциальную возможность эксплуатации устройства влияет способ присоединения к контролируемому трубопроводу, что позволяет использовать счетчик расхода в оптимальном режиме.

1.

Электромагнитные расходомеры

Важнейшим достоинством электромагнитных расходомеров является отсутствие механических подвижных элементов, что исключает появление гидродинамического сопротивления и обеспечивает высокую точность измерений. Работа прибора основана на индуцировании ЭДС, пропорциональной скорости движения электропроводящего потока. Принцип работы электромагнитного расходомера обеспечивает полную независимость измерений от температуры, плотности и вязкости среды, при условии сохранения электропроводности. Электромагнитный расходомер незаменим при измерении быстро изменяющихся расходов благодаря малой инерционности своих характеристик.

2.

Ультразвуковые расходомеры

В основе работы время-импульсного ультразвукового расходомера находится измерение времени прохождения ультразвуковой волны по направлению и против направления потока жидкости, что обеспечивает высокую точность получаемых данных. Применение ультразвуковых приборов целесообразно для контроля однородной среды с незначительным содержанием посторонних частиц. Использование ультразвукового доплеровского расходомера, предназначенного для суспензий с концентрацией частиц выше 100 ppm и размером частиц более 100 мкм, обеспечивает получение менее точных показаний, однако такие приборы отличаются более низкой стоимостью в сравнении с время-импульсными аналогами.

3.

Вихревые расходомеры

Принцип действия вихревого расходомера основан на измерении вихря за препятствием, стоящим на пути потока. Среда измерений при использовании вихревого расходомера должны быть однофазной, с незначительной вязкостью. Преобразование энергии потока в электрический сигнал выполняется посредством пьезоэлектрических элементов, устанавливаемых в торце тела обтекания.

4.

Ротаметры

Отличительной особенностью ротаметра является наличие конической трубки с поплавком-индикатором. Подъем поплавка происходит под влиянием давления проходящей жидкости. Простота датчика расхода обеспечивает его высокую надежность. Особенностями эксплуатации ротаметров является обязательное вертикальное расположение прибора и прозрачность протекающего вещества. Визуальное считывание показаний исключает возможность использования в автоматизированных системах.

Преимущества датчиков расхода от компании ЭЛЕМЕР-УФА

Приборы для измерения расхода жидких и газообразных сред, поставляемые компанией «ЭЛЕМЕР-УФА», отличаются широким диапазоном технических параметров, что обеспечивает практически неограниченную сферу применения. Разработка устройств, покрывающих весь спектр существующих промышленных потребностей, позволяет подобрать оптимальное оборудование, соответствующее месту эксплуатации по характеру контролируемой среды, температурным и химическим показателям, а также по оптимальному типу присоединения к работающим трубопроводам.

Высококачественная продукция помогает контролировать расход в трубопроводах диаметром свыше 1000 мм, а также с температурой среды, достигающей + 150° С, или давлением, достигающим 25 МПа. Применение интерфейсов RS 232 и RS 485, а также импульсной, частотной и токовой разновидности исходящего сигнала, обеспечивает удобную интеграцию измерительных устройств в состав автоматизированных систем. Посредством цифровых протоколов HART, ModBus RTU, обеспечивается корректный обмен данными. Автономный ультразвуковой расходомер, оснащенный модулем GCM, обеспечивает мгновенную беспроводную передачу данных от удаленных объектов.

Большинство расходомеров поддерживают возможность измерения потока в двух направлениях при допустимой погрешности от 0,25% до 1%. Возможность эксплуатации измерительного оборудования для контроля нефтепродуктов, кислот, щелочей, воды, углеводов, высокоабразивных растворов и пищевых продуктов позволяет автоматизировать процессы учета и управления с высокой точностью исполнения технологических операций.

elemerufa.ru

расходомер газонасыщенной нефти - патент РФ 2102708

Использование: измерение расхода отдельных компонентов продукции скважин в нефтяной промышленности. Сущность изобретения: расходомер содержит радиационный датчик плотности 1 смеси, расположенный на трубопроводе, блок определения объемных долей 2 компонентов смеси, устройство обработки структурной функции 3 процесса изменения плотности смеси, два блока определения скорости 4, 5 соответственно газовой и жидкой фаз, два блока задания базы измерений скорости 6, 7, соответственно газовой и жидкой фаз, три блока определения расхода 8. 9, 10 компонентов смеси соответственно газа, жидкости и нефти, два задатчика плотности 11, 12, соответственно нефти и воды, задатчик площади поперечного сечения 13 трубопровода, датчик давления 15 смеси, датчик температуры 16 смеси. Изобретение позволяет повысить точность измерения путем обеспечения инвариантности измерений к изменению гидродинамической структуры потока контролируемой смеси. 2 ил. Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода отдельных компонентов продукции скважин в нефтяной промышленности. В настоящее время известны расходомеры на основе радиационных датчиков плотности, позволяющие осуществлять измерение покомпонентного расхода продукции нефтяных скважин бесконтактным способом без сепарации жидкой и газовой фаз. Известен расходомер газонасыщенной нефти [1] содержащий радиационный датчик плотности, размещенный на трубопроводе, блок определения скорости движения газовой фазы, реализующий флуктуационный метод измерения скорости газа, задатчик значения газового фактора, а также блоки определения покомпонентного расхода нефти, воды и газа с использованием измеренных и заданных параметров. Недостатком указанного расходомера является то, что вычисление расходов компонентов базируется на постоянстве величины газового фактора, который, однако, остается постоянным для каждой скважины лишь в течение ограниченного времени. Наиболее близким к заявляемому устройству является флуктуационный расходомер газонасыщенной нефти [2] который выбран за прототип. Устройство содержит радиационный датчик плотности смеси, размещенный на трубопроводе, блок определения скорости жидкой фазы, блок определения скорости газовой фазы, блок определения объемных долей компонентов смеси, блок определения объемных расходов газа, нефти и жидкости, а также задатчики значений плотности воды и нефти, задатчик площади поперечного сечения трубопровода. Указанный расходомер позволяет определить покомпонентный объемный расход по известным зависимостям с использованием измеренных значений скоростей движения жидкой и газовой фаз, объемной доли газа в смеси и нефти в жидкости и заданного значения площади поперечного сечения трубопровода. Расходомер позволяет измерить скорость распространения как низкочастотных колебаний плотности, отражающую скорость движения газа, так и скорость распространения высокочастотных колебаний плотности, отражающую скорость движения жидкости, по которым определяется покомпонентный расход, что повышает точность измерения. Однако данному расходомеру присуща погрешность, обусловленная изменениями гидродинамической структуры потока контролируемой смеси. Задачей заявленного изобретения является повышение точности результатов измерения путем обеспечения инвариантности измерений к изменению гидродинамической структуры потока контролируемой смеси. Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что расходомер газонасыщенной нефти, содержащий расположенный на трубопроводе радиационный датчик плотности смеси, блок определения скорости жидкой фазы, блок определения скорости газовой фазы, блок определения объемных долей компонентов смеси, блок определения расхода газа, блок определения расхода нефти, блок определения расхода жидкости, задатчик плотности воды, задатчик плотности нефти, задатчик площади поперечного сечения трубопровода, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения объемных долей компонентов смеси, второй и третий входы блока определения объемных долей компонентов смеси соединены соответственно с выходом задатчика плотности воды и с выходом задатчика плотности нефти, первый выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода газа, второй выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода жидкости, третий выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода нефти, второй вход блока определения расхода газа соединен с выходом блока определения скорости газовой фазы, второй вход блока определения расхода жидкости соединен с выходом блока определения скорости жидкой фазы, третьи входы блока определения расхода газа и блока определения расхода жидкости соединены с выходом задатчика площади поперечного сечения трубопровода, второй вход блока определения расхода нефти соединен с выходом блока определения расхода жидкости, дополнительно содержит устройство обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси, блок задания базы измерения скорости жидкой фазы, блок задания базы измерения скорости газовой фазы, а блоки определения скоростей жидкой и газовой фаз выполнены в виде блоков деления, причем устройство обработки структурной функции включает блок определения структурной функции, блок задания аргумента структурной функции, блок задания констант, три блока деления, два блока вычитания, первый вычислитель, второй вычислитель, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения структурной функции, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока задания аргумента структурной функции, первый выход блока определения структурной функции соединен с первым входом первого блока вычитания и с первым входом второго вычислителя, второй выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" первого блока деления, третий выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" второго блока деления, четвертый выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" третьего блока деления, первый, второй и третий выходы блока задания констант соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока определения аргумента структурной функции, а также со входами "Делитель" соответственно первого, второго и третьего блоков деления, выход первого блока деления соединен со вторыми входами первого и второго блоков вычитания, выход второго блока деления соединен с первым входом второго блока вычитания, выходы первого и второго блоков вычитания соединены соответственно с первым и вторым входами первого вычислителя, выход третьего блока деления соединен со вторым входом второго вычислителя, третьи входы первого и второго вычислителей соответственно соединены с четвертым и пятым выходами блока задания констант, выход первого вычислителя соединен с входом "Делимое" блока определения скорости жидкой фазы, выход второго вычислителя соединен с входом "Делитель" блока определения скорости газовой фазы, а входы "Делимое" блоков определения скорости жидкой фазы и скорости газовой фазы соответственно соединены с выходами блоков задания баз измерения скоростей жидкой и газовой фаз, причем первый вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида: второй вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида: значение структурной функции процесса изменения плотности смеси при значениях аргумента , a, b, m, при этом a, b, m, П1, П2 константы, определенные экспериментально. Новым в заявляемом изобретении является то, что расходомер дополнительно содержит устройство обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси, блок задания базы измерения скорости жидкой фазы, блок задания базы измерения скорости газовой фазы, а блок определения скоростей жидкой и газовой фаз выполнены в виде блоков деления, причем устройство обработки структурной функции включает блок определения структурной функции, блок задания аргумента структурной функции, блок задания констант, три блока деления, два блока вычитания, первый вычислитель, второй вычислитель, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения структурной функции, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока задания аргумента структурной функции, первый выход блока определения структурной функции соединен с первым входом первого блока вычитания и с первым входом второго вычислителя, второй выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" первого блока деления, третий выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" второго блока деления, четвертый выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" третьего блока деления, первый, второй и третий выходы блока задания констант соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока определения аргумента структурной функции, а также со входами "Делитель" соответственно первого, второго и третьего блоков деления, выход первого блока деления соединен со вторыми входами первого и второго блоков вычитания, выход второго блока соединен с первым входом второго блока вычитания, выходы первого и второго блоков вычитания соединены соответственно с первым и вторым входами первого вычислителя, выход третьего блока деления соединен со вторым входом второго вычислителя, третьи входы первого и второго вычислителя соответственно соединены с четвертым и пятым выходами блока задания констант, выход первого вычислителя соединен с входом "Делимое" блока определения скорости жидкой фазы, выход второго вычислителя соединен с входом "Делитель" блока определения скорости газовой фазы, а входы "Делимое" блоков определения скорости жидкой фазы и скорости газовой фазы соответственно соединены с выходами блоков задания баз измерения скоростей жидкой и газовой фаз, причем первый вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида: второй вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида: значения структурной функции процесса изменения плотности смеси при значениях аргумента , a, b, m, при этом a, b, m, П1, П2 константы, определенные экспериментально. Продукция нефтяных скважин представляет собой двухфазный поток, образованный свободным газом, нефтью, водой и растворенным газом, которые распределяются в потоке неравномерно, вследствие чего процесс изменения плотности смеси носит пульсирующий характер. По среднему значению плотности и характеру ее пульсации можно судить об объемном содержании компонентов смеси, о скоростях движения жидкой и газовой фаз и о покомпонентном расходе смеси, который можно вычислить с использованием перечисленных параметров по следующим известным зависимостям: где ж, н, в, см плотности жидкой фазы потока, нефти, воды и нефтегазоводяной смеси соответственно; K постоянный коэффициент, определяемый экспериментально; где объемная доля газа в смеси; (1 - ) объемная доля жидкости в смеси; где объемная доля нефти в жидкости; Qг = S Vг, (5) где Qr, S, Vr объемный расход газа, площадь поперечного трубопровода, скорость газа соответственно; Qж = S (1 - ) Vж, (6) где Qж, Vж объемный расход жидкости, скорость жидкости соответственно; Qн = Qж, (7) где Qн объемный расход нефти. Для получения более достоверной информации о скоростях движения жидкой и газовой фаз необходимо обеспечить инвариантность результатов измерения к измерению гидродинамической структуры потока смеси, что достигается введением в схему расходомера устройства обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси. Указанное устройство содержит блок определения структурной функции, блок задания аргумента структурной функции, три устройства деления, два вычитающих устройства, два вычислителя, а также блок задания констант. Как известно [ВНИИОЭНГ, серия "Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности", вып. 11 (27), М. 1983, с. 8] структурная функция представляет собой средний квадрат приращений плотности контролируемой смеси за фиксированные промежутки времени () т.е. Осуществляя обработку вычисленной структурной функции, можно выделить из суммарного спектра флуктуаций плотности высокочастотную и низкочастотную составляющие, по которым судят о скоростях движения жидкой и газовой фаз. В предлагаемом расходомере реализованы новые приемы обработки структурной функции, основанные на экспериментально полученных данных о свойствах потока газонефтяной смеси, с целью достижения более точных результатов измерения скоростей движения жидкой и газовой фаз. В устройстве обработки структурной функции осуществляется ее модификация. Первая модифицированная структурная функция определяется в виде: где a экспериментально подобранный коэффициент, значение которого составляет от 2 до 5. Определение первой модифицированной функции позволяет выделить из структурной функции высокачастотную составляющую приращений плотности, обусловленных движением жидкости вместе с мелкими газовыми включениями. Однако указанная функция зависит не только от скорости движения жидкости, но и от гидродинамической структуры потока. Для учета влияния структуры потока осуществляется вторая модификация структурной функции. Вторая модифицированная структурная функция определяется в виде: где b экспериментально подобранный коэффициент, значение которого составляет от 1,5 до 2, при этом a > b. Вторая модифицированная структурная функция отражает зависимость высокочастотной составляющей приращений плотности от структуры потока и слабо зависит от скорости движения жидкости. Для обеспечения инвариантности результатов измерения скорости газа к изменениям структуры потока определяется третья модифицированная структурная функция в виде: где m экспериментально подобранный коэффициент, значение которого составляет от 2 до 5. После проведения указанных модификаций в вычислителях определяются значения временных интервалов (ж, г) которые используются для последующего вычисления скоростей жидкости и газа. Первый вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида: при этом он осуществляет решение следующего уравнения: 1MFстр. П1(2MFстр.) 0, а второй вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида: при этом он осуществляет решение следующего уравнения: Fстр. П2(3MFстр.) 0 где П1, П2 константы, определяемые экспериментально. Решение уравнения (12) инвариантно к изменениям структуры потока и целиком определяется скоростью движения жидкости. Решение уравнения (13) инвариантно к изменениям структуры потока и целиком определяется скоростью движения газа. Полученные при решении уравнений (12), (13) значения (ж, г) представляют собой времена транспортного запаздывания соответственно жидкости и газа на базах измерения скоростей жидкости и газа. Выполнение блоков измерения скоростей жидкой и газовой фаз в виде блоков деления позволяет осуществить вычисление скоростей по формулам: где X01, X02 базы измерения скоростей соответственно жидкости и газа, определяемые экспериментально при градуировке. Константы (фиксированные значения структурной функции) П1, П2 и базы измерения скоростей X01, X02 определяются следующим образом. Для определения П1 и X01 строят для ряда потоков с различными скоростями жидкости графики функции: где X пространственная координата вдоль направления движения потока, связанная с координатой зависимостью: X = Vэт.ж., (17) где Vэт.ж значение скорости жидкости, измеренное образцовым средством. Значения П1 и X01 определяют как соответственно ординату и абсциссу точки пересечения графиков всех функций (16). Аналогичным образом для определения П2 и X02 строят для потоков с различными скоростями газа графики функции: где X пространственная координата, связанная с координатой зависимостью: X = Vэт.г., (19) где Vэт.г значение скорости жидкости, измеренное образцовым средством. Значения П2 и X02 определяют как соответственно ординату и абциссу точки пересечения графиков всех функций (18). На фиг. 1 изображена функциональная схема расходомера. На фиг. 2 изображена функциональная схема устройства обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси. Расходомер содержит (фиг. 1) радиационный датчик 1 плотности, блок 2 определения объемных долей компонентов смеси, устройство 3 обработки структурной функции, блок 4 определения скорости газа, блок 5 определения скорости жидкости, блок 6 задания базы измерения скорости газа, блок 7 задания базы измерения скорости жидкости, блок 8 определения расхода газа, блок 9 определения расхода жидкости, блок 10 определения расхода нефти, задатчик 11 плотности нефти, задатчик 12 плотности воды, задатчик 13 площади поперечного сечения трубопровода 14, датчик 15 давления смеси, датчик 16 температуры смеси. Устройство 3 обработки структурной функции содержит блок 17 определения структурной функции, блок 18 задания аргумента структурной функции, блоки 19, 20, 21 деления, блоки 22, 23 вычитания, вычислители 24, 25, блок 26 задания констант. Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода датчика 1 плотности смеси поступает на вход блока 2 и в устройство 3. В блоке 2 из сигналов от датчика 1 плотности смеси и задатчиков 11 и 12 плотности нефти и плотности воды формируется сигнал в соответствии с выражением (1), пропорциональный плотности жидкости ж а также формируются выходные сигналы в соответствии с выражениями (2), (3) и (4), пропорциональные объемной доле газа в смеси объемной доле жидкости в смеси (1 - ) и объемной доле нефти в жидкости Сигнал с выхода датчика 1 плотности смеси, поступающий в устройство 3, подается на вход блока 17, в котором формируется сигнал, соответствующий значению структурной функции Fстр., вычисляемый по выражению (8). На другие входы блока 17 из блока 18 поступают сигналы, задающие значения аргументов структурной функции t, a, b и m, в соответствии с которыми на выходе блока 17 формируются сигналы, пропорциональные значениям структурной функции Сигналы, соответствующие значениям констант a, b и m, поступают на вход блока 18 из блока 26 задания констант. В блоке 19 деления из сигналов от блока 17 и от блока 26 формируется выходной сигнал, пропорциональный отношению который поступает на входы блоков 22 и 23 вычитания. В блоке 22 вычитания из сигналов от блока 17 и блока 19 формируется выходной сигнал в соответствии с выражением (9), пропорциональный значению модифицированной структурной функции 1MFстр., который подается в вычислитель 24. В блоке 20 деления из сигналов от блока 17 и от блока 26 формируется выходной сигнал, соответствующий отношению который поступает на вход блока 23. В блоке 23 формируется выходной сигнал в соответствии с выражением (10), пропорциональный значению второй модифицированной структурной функции 2MFстр., который подается в вычислитель 24. В вычислителе 24 осуществляется решение уравнения (12) с использование сигналов от блоков 22 и 23, соответствующих значениям 1MFстр. и 2MFстр., а также сигнала от блока 26, соответствующего значению константы П1. На выходе вычислителя 24 формируется сигнал, пропорциональный значению ж В блоке 21 деления из сигналов от блока 17 и от блока 26 формируется сигнал в соответствии с выражением (11), пропорциональный значению третьей модифицированной структурной функции 3MFстр.. На вход вычислителя 25 поступают сигналы из блока 17 и блока 21, соответствующие значению структурной функции и значению функции 3MFстр., а также сигнал от блока 26, соответствующий значению константы П2. В вычислителе 25 аналогичным образом, как в вычислителе 24, осуществляется решение уравнения (13) и формируется сигнал, пропорциональный значению г Выходные сигналы от вычислителей 24 и 25, соответствующие значениям ж и г поступают соответственно на входы блока 5 и блока 4. В блоках 4 и 5 из сигналов от вычислителей 24 и 25 и от задатчиков 6 и 7 баз измерения скоростей формируются сигналы в соответствии с выражениями (15) и (14), пропорциональные скорости газа Vr и скорости жидкости Vж. В блоке 8 из сигнала от блока 2, соответствующего значению объемной доле газа в смеси сигнала от блока 4, соответствующего значению скорости VГ, сигналов от задатчика 13 и датчиков 15, 16 формируется сигнал согласно выражению (5), пропорциональный значению объемного расхода газа, а также приведения его к стандартным условиям, QГст. Соответственно, в блоке 9 из сигналов от блока 2, соответствующего значению объемной доли жидкости в смеси (1 - ), сигнала от блока 5, соответствующего значению скорости жидкости Vж, и сигнала от задатчика 13 формируется сигнал согласно выражению (6), пропорциональный значению объемного расхода жидкости Qж. В блоке 10 из сигналов от блоков 2 и 9, соответствующих объемной доле нефти в жидкости и объемному расходу жидкости Qж, формируется сигнал согласно выражению (7), пропорциональный значению объемного расхода нефти Qн. Выходные сигналы блоков 8, 9 и 10, соответствующие значениям объемных расходов QГст., Qн и Qж, подаются на индикатор (на чертеже не показан). В качестве элементной базы расходомера могут быть использованы интегральные схемы микроэлектроники и однокристальные микро ЭВМ, например серии 1816. Радиационный датчик выполнен на основе радионуклида C1s37 детектора NaJ (Tl) и фотоэлектронного умножителя.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Расходомер газонасыщенной нефти, содержащий расположенный на трубопроводе радиационный датчик плотности смеси, блок определения скорости жидкой фазы, блок определения скорости газовой фазы, блок определения объемных долей компонентов смеси, блок определения расхода газа, блок определения расхода нефти, блок определения расхода жидкости, задатчик плотности воды, задатчик плотности нефти, задатчик площади поперечного сечения трубопровода, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения объемных долей компонентов смеси, второй и третий входы блока определения объемных долей компонентов смеси соединены соответственно с выходом задатчика плотности воды и с выходом задатчика плотности нефти, первый выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода газа, второй выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода жидкости, третий выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода нефти, второй вход блока определения расхода газа соединен с выходом блока определения скорости газовой фазы, второй вход блока определения расхода жидкости соединен с выходом блока определения скорости жидкой фазы, третьи входы блока определения расхода газа и блока определения расхода жидкости соединены с выходом задатчика площади поперечного сечения трубопровода, второй вход блока определения расхода нефти соединен с выходом блока определения расхода жидкости, отличающийся тем, что он дополнительно содержит устройство обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси, блок задания базы измерения скорости жидкой фазы и блок задания базы измерения скорости газовой фазы, а блоки определения скоростей жидкой и газовой фаз выполнены в виде блоков деления, причем устройство обработки структурной функции включает блок задания констант, блок задания аргумента структурной функции, блок определения структурной функции, три блока деления, два блока вычитания, первый вычислитель, второй вычислитель, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения структурной функции, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока задания аргумента структурной функции, первый выход блока определения структурной функции соединен с первым входом первого блока вычитания и с первым входом второго вычислителя, второй выход блока определения структурной функции соединен с входом "Делимое" первого блока деления, третий выход блока определения структурной функции соединен с входом "Делимое" второго блока деления, четвертый выход блока определения структурной функции соединен с входом "Делимое" третьего блока деления, первый, второй и третий выходы блока задания констант соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами блока определения аргумента структурной функции, а также с входами "Делитель" соответственно первого, второго и третьего блоков деления, выход первого блока деления соединен с вторыми входами первого и второго блоков вычитания, выход второго блока деления соединен с первым входом второго блока вычитания, выходы первого и второго блоков вычитания соединены соответственно с первым и вторым входами первого вычислителя, выход третьего блока деления соединен с вторым входом второго вычислителя, третьи входы первого и второго вычислителей соответственно соединены с четвертым и пятым выходами блока задания констант, выход первого вычислителя соединен с входом "Делимое" блока определения скорости жидкой фазы, выход второго вычислителя соединен с входом "Делитель" блока определения скорости газовой фазы, а входы "Делимое" блоков определения скорости жидкой фазы и скорости газовой фазы соответственно соединены с выходами блоков задания без измерения скоростей жидкой и газовой фаз, причем первый вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида а второй вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида где значения структурной функции процесса изменения плотности смеси при значениях аргумента , a, b, m, a, b, m, П1,П2- константы, определенные экспериментально.

www.freepatent.ru

Расходомеры нефти и нефтепродуктов

Модель Измеряемый расход Среда измерения Внутренний диаметр Выходной сигнал Особенности
Blancett 2,3…18927 л/мин Жидкость от 1/2" до 10" Частотный Работа с большим расходом ~19000 л/мин.Возможность замены турбинки с помощью рем. комплектов.
IOG series 0…738 л/мин Жидкости с высокой вязкостью и выраженными коррозийными свойствами от 1/4" до 3" ИмпульсныйILR 710ILR 720Токовый 4…20 мA Модификации с конструкцией из PVDF-материалов.Компактность, точность, минимум изнашиваемых частей.
LM OG series 0,5…115 л/мин Вязкие и коррозионные жидкости от 1/2" до 1" Импульсный Измеряет малые расходы.Нет необходимости во внешнем ИП.Точность, высокий уровень защиты.
IR-Opflow 0,1…120 л/мин(зависит от модели) Коррозионные жидкости, органические и неорганические кислоты, спирты от 1/4" до 1 1/4" Частотный Широкий модельный ряд. Уникальная патентованная конструкция датчика. Монтаж в любом требуемом положении.
ModMag M500 Допустимая скорость потока: 0,03…12 м/с Измерение расхода жидких продуктов в одно/двунаправленных потоках от 1/2" до 24" Токовый (акт. /пасс.).Частотный от 0 до 10,0 кГц Для полевых АСУ без стационарного источника питания.Измерение расхода жидкого продукта проводимостью от 20 мкСм/см.Не восприимчив к взвесям в жидкостях.
Vortex VN2000 Для жидкости: 0,402…9 м/cДля газа: до 91 м/c Газ, пар, жидкость, нефтепродукты, вода от 2" до 36" Аналоговый: 4…20 мА, 10…36 ВЦифровой: мax 12,5 ГцEIA-485, Modbus RTU, 9600 бод Широкий температурный диапазон (-120…+204°С). Надежная конструкция. Практически бесконечный срок эксплуатации.
RCT1000 До 5200 фунтов/мин (2358 кг/мин) Жидкость 1,58…76,2 ммПодключение 1/4"-3" Аналоговый: 4…20 мА, 0…22 мА (возможность) Нет зависимости от направления потока;нет необходимости в прямых участках трубопровода. Простота обслуживания ввиду отсутствия движущихся и изнашивающихся частей.
Dynasonics TFXL 3,18…5260284 л/мин Жидкость с малым содержанием твердой взвеси 15…3000 ммDN15…3000 Аналоговый 4…20 мА, импульсный TTL, частотный Не требует встраиваемых фланцев. Без врезки в трубопровод. Функции счетчика прямого/общего/обратного объема потока.
SU7000 0…3 м³/ч Вода, гликолевые растворы, масла Подключение к процессу: плоский уплотнитель G¾ Аналоговый: 4…20 мА, 0…10 В Точность измерений: ±3%.Степень защиты: IP67.
SU8000 0…6 м³/ч Вода, гликолевые растворы, масла Подключение к процессу: G1 с уплотнителем Аналоговый: 4…20 мА, 0…10 В Точность измерений: ±3%.Степень защиты: IP67.
SU9000 0…12 м³/ч Вода, гликолевые растворы, масла Подключение к процессу: плоский уплотнитель G 1¼ Аналоговый: 4…20 мА, 0…10 В Точность измерений: ±3%.Степень защиты: IP67.
SU9004 0…12 м³/ч Вода, гликолевые растворы, масла Плоский уплотнитель G 1¼ OUT1: 4…20 мА аналоговый сигнал температуры.OUT2: 4…20 мА аналоговый сигнал потока Точность измерений: ±3%.Степень защиты: IP67.
Hedland H-series3500/6000 PSI 0,1…1100 л/мин Масла, нефтяные продукты Типоразмеры ¼", ½", ¾", 1", 1 ¼", 1 ½", 3" Поплавковый индикатор Работа под высоким (до 414 бар) давлением. Опция обхода обратного потока. Прямой способ измерения и выбор исполнения среди 9 вариантов.
Hedland H-series3500/6000 PSI high temperature 0,15…560 л/мин Топливо, нефтепродукты Типоразмеры ¼", ½", ¾", 1", 1 ¼", 1 ½" Поплавковый индикатор Максимальное давление среды: 241/414 бар. Температура измеряемой среды: -29…+260°C. Точность: до ±2%.
Hedland EZ-view 2…100 л/мин Топливо, нефтепродукты Типоразмеры ½", ¾", 1" Поплавковый индикатор Полисульфоновый пластиковый корпус, поршень и конус.Температура измеряемой среды: 0…+121°C. Максимальное давление среды: 22,4 бар.
Dynasonics TFX Ultra 3,18…5260284 л/мин Вода, химические нефтехимические среды, фармацевтические среды, нефть и др. от DN 15 До DN 3000 Аналоговый: 4…20 мА Накладные датчики.Малые эксплуатационные расходы.

rusautomation.kz

Расходомер газонасыщенной нефти

 

Союз Советскик

Социалистическик республик

ОПИСАНИЕ

1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26. 06. 80 (21) 2945931/18-10 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

Опубликовано 30018 2. Бюллетень М 4

Дата опубликования описания 300182 ($g) + Кп 3

6 01 F 1/74

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

{53) УДК 681.121. 8 (088.8) 3CE647аМ ГНО»

"-Мищ,;

БИьдИО (72) Авторы изобретения

В.A. Кратиров, A.Н. Казаков, A.Â. Козл

В.Н. Николаев, В.Д. Котенев, В.A. Куче и В.Г. Елисеев

Особое конструкторское бюро технической ки ер

Ленинградского политехнического института им. M.È. Калинина и Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (71) Заявители (54) РАСХОДОИЕР ГАЗОНАСНЩЕННОЙ НЕФТИ

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в системах автоматического контроля и измерения расхода отдельных компонентов продукции скважин в нефтяной промышленности.

Известно устройство для измерения расхода газонасыщенной нефти, содержащее сепаратор и расходомеры жидкости и газа, в-котором поток разделяется на отдельные компоненты, а их расход определяется средствами йзмерения однофазной среди (13 .

Недостатками этого устройства являются сложность конструкций, большая металлоемкость и трудоемкость эксплуатации.

Наиболее близким к .предлагаемому является бесконтактное устройство для измерения объемного расхода двухфазных сред, содержащее радиоизотопный датчик средней плотности, размеценный на трубопроводе, два блока измерения среднего квадрата приращения массы и блок деления (2) .

Недостатком известного устройства является невозможность измерения расхода отдельных компонентов гаэонасыщенной нефти.

Цель . Изобретения — обеспечение возможности измерения расхода отдельных компонентов гаэонасыщенной

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения объемного расхода двухфазных сред, содержащее радиационный датчик средней плотности, размещенный на трубопроводе, два блока измерения сред.него квадрата приращения массы и блок деления, дополнительно введены блок определения истинного гаэосодержания, блок определения плотности жидкой фазы, блок извлечения корня, блок определения нефтесодержания, блок хранения величини плотности нефти, блок хранения величины плотности воды, блок умножения, блок приведения к стандартным условиям, датчик температуры и датчик давления, размещенные на трубопроводе, два блока деления, блок хранения величины газового фактора и блок вычитания, при

25 этом выход датчика средней плотности соединен с блоками определения истинного газосодержания и плотности жидкой фазы, а также с первым и вторым блоками измерения среднего квалрата

ЗО приращения массы, выходы котоПих

901830

"ь - Р

Р,-р (3) ст

Qr Н Г (4) ъ о=— (5) (6) соединены соответственно с входами

"Делимое" и "Делитель" первого блока деления, соединенного с блоком извлечения корня, выход которого соединен с блоком измерения среднего квадрата приращения массы и с первым входом блока умножения,соединенным с первым входом блока приведения к стандартным условиям, два других входа которого соединены соответственно с датчиком температуры и датчиком давления, а выход с входом "Делимое" второго блока деления, вход "Делитель" которого соединен с блоком хранения величины газового фактсра, выход второго блока деления соединен с входом "Делимое" 35 третьего блока деления и первым входом блока вычитания, соединенного нторым входом с выходом третьего блока деления, вход "Делитель" которого соединен с блоком определения нефте- gp содержания, соединенного по двум входам с блоком хранения величины плотности нефти и блоком хранения неличины плотности воды, блок определения плотности жидкой фазы по выходу соединен с третьим входом блока определения нефтесодержания и через блок определения истинного газосодержания — с вторым входом блока умножения, а двумя входами соединен соотнет- ственно с выходом блока хранения ве- Ж личины плотности неФти и выходом блока хранения величины плотности воды °

Продукция нефтяных скважин представляет собой двухфазный газожидкост-55 ный поток, образованный свободным газом, неФтью, водой и растноренны>л газом. Эти компоненты распределены в потоке неравномерно, вследствие чего процесс изменения средней плотнос- 4р ти контролируемой среды носит пульсирующий характер.

Определяя с помощью датчика средней плотности приращения массы кон-. тролируемой среды, вызванные движе- 45 нием крупных пузырей газа, и, измеряя отношение средних квадратов приращений массы эа различные промежутки времени, можно найти скорость дни>кения газовой Лазы.

Истинное газосодержание, т.е. доля сечения потока, занятого газом, определяется из выра>кения

9= -Pw где 9 — истинное газ осодержание; 55 средняя плотность текущей среды; плотность жидкой фазы потока.

Величина измеренного расхода га- щ вовой фазы приводится к стандартным условиям.

Для данной скважины объе>лные расходЫ газа и нефти связаны через постоянный коэфФициент (газовый Фак- 65 тор), равный отношению объемного рас.. хода газа (принеденного к стандартным условиям) к объемному расходу нефти. Газовый фактор практически остается постоянным в течение длительного времени (до одного, года).

Плотность жидкой фазы потока и нефтесодержание определяется из выражений

+ в - >н

Г 1Н Р k ICP ) (2) где p [email protected] p p Gp — nJIOTHOCTb жидкой фазы потока, воды, нефти и средняя плотность контролируемой среды соответственно; нефтесодержание жидкой фазы потока, представляющее собой отношение объемного расхода нефти к объемному расходу жидкой фазы потока, К вЂ” постоянный коэффициент, определяемый экспериментально.

Расходы нефти, жидкой фазы и воды определяются иэ выражения

0 = Я>к 0н

СТ где 0 — объемный расход гаэа,приведенный к стандартным условиям, т;

à — газовый фактор.

На чертеже изображена функциональная схема расходомера газонасыщенной нефти.

Устройство содержит радиационный датчик 1 средней плотности, первый блок 2 измерения среднего квадрата приращения массы, второй блок 3 измерения среднего квадрата приращения массы, первый блок 4 деления, блок 5 извлечения корня, блок 6 определения истинного гаэосодержания, блок 7 определения плотности жидкой фазы, блок

8 определения нефтесодержания, блок

9 хранения величины плотности нефти, блок 10 хранения величины плотности воды, блок 11 умножения, блок 12 приведения к стандартным условиям, датчик 13 температуры, датчик 14 давления, второй блок 15 деления, блок

16 хранения величины газового фактора, третий блок 17 деления, блок

18 вычитания и трубопровод 19.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с выхода датчика 1 средней плотности поступает на входы. блоков

2 и 3. В блоке 2 определяется сред%

901830

Расходомер газонасьппенной нефти, содержащий радиационный датчик средней плотности, размещенный на трубопроводе, два блока измерения среднего квадрата приращения массы и блок деления, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения расхода отдельных компонентов гаэонасьпценной нефти, в него дополнительно введены блок определения истинного газосодержания, блок определения плотности жидкой . фазы, блок извлечения корня, блок on. ределения нефтесодержания, блок хранения величины плотности нефти, блок хранения величины плотности воды, блок умножения, блок приведения к стандартным условиям, датчик температуры и датчик давления, размещенные на трубопроводе, два блока деления, блок хранения величины газового фактора, и блок вычитания, при этом выход датчика средней плотности соединен с блоками определения истинного газосодержания и плотности жидкой фазы,а также с первым и вторым блоками измерения среднего квадрата приращения массы, выходы которых соединены соответственно с входами "Делимое" и

"Делитель" первого блока деления, соединенного с блоком извлечения корня, выход которого соединен с блоком измерения среднего квадрата приращения массы и с первым входом блока умножения, соединенным с первым п>одом блока приведения к стандартным условиям, два других входа которого соединены соответственно с датчиком температуры и датчиком давления, а выход с входом "Делимое" второго блока деления, вход "Делитель" которого сОединен с блоком хранения величины газового фактора, выход второго блока деления соединен с входом "Делимое" третьего блока деления и нерв)м ний квадрат приращений массы за промежутки времени 6с„, разделяющие сильно коррелированные значения

:редней плотности, в блоке 3 — средний квадрат приращений массы за промежутки времени Ь разделяющие

2 ° 5 некоррелированные значения средней плотности.

В блоке 4 деления формируется сигнал, соответствующий отношению средних квадратов приращений массы, определенных блоками 2 и 3. Этот сигнал подается на блок 5 извлечения корня.

Сигнал с выхода блока 5 поступает на управляюций вход блока 3, регули-. руя,длительность промежутка времени d t . При этом достигается апаптация к возможным изменениям корреляции между значениями средней плотности во входном и выходном сечениях контролируемоГо объема. 20

Установившееся значение сигнала на выходе блока 5 соответствует скорости движения газовой фазы потока.

В блоке 6 иэ сигналов от .датчика

1 средней плотности и блока 7 опре- g5 деления плотности жидкой фазы формируется сигнал в соответствии с выражением (1), пропорциональный истинному газосодержанию.

В блоке 7 иэ сигналов от датчика

1 средней плотности и блоков 9 и 10 хранения величины плотности нефти и воды в соответствии с выражением (2) определяется сигнал, пропорциональный плотности жидкой фазы. Этот сигнал поступает на вход блока 8,где с учетом значений плотности воды и нефти формируется сигнал в соответствии с выражением (3), пропорциональный нефтесодержанию.

В блоке 11 умножения из сигналов 40 от блоков 5 и 6 определяется величина объемного расхода газовой фазы.

В блоке 12 величина измеренного объемного расхода газа приводится к стандартным условиям, для чего на 45 вход его подаются сигналы от датчиков температуры 13 и давления 14..

В блоке 15 деления из сигналов от блока 12 приведения к стандартным ,условиям,,и от блока 16 хранения ве- 50 личины газового фактора определяется объемный расход нефти — выражение (4).

В блоке 17 иэ сигналов, соответствующих расходу нефти от блока 17 и нефтесодержанию оТ блока 8,определяется объемный расход жидкой фазы потока — выражение (5),.

В блоке 18 иэ объемного расхода жидкой фазы вычитается объемный расход нефти. Сигнал на выходе блока 18 соответствует объемному расходу 60 воды — ыражение (6).

Датчик средней плотности в предлагаемом устройстве представляет собой радиоиэотопный плотномер, включающий в себя источник иониэи- 65 рующего излучения, защитно-коллимируюцее устройство и детектор ионизирующего излучения.

Блоки измерения средних квадратов приращений выполнены на основе время-импульсных делительных устройств. В них формируются временной интервал, соответствующий сигналу

"Делитель", и задерживается на время, равное промежутку времени, за который определяют средний квадрат приращений.

Усреднение приращений происходит в накопительных счетчиках.

Экономический эффект от использования изобретения достигается эа счет улучшения технологических показателей (повышение оперативности и точности) систем контроля и регулирования процессов добычи, учета и подготовки нефти.

Формула изобретения

901830

Составитель В, Клещевников

Техред И. Гайду корректор Г. Реыетник

Редактор Е. Дичинская

Тираж 670 Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Заказ 12356/49

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 входом блока вычитания, соединенного вторым входом с выходом третьего блока деления, вход "Делитель" которого соединен с блоком определения нефтесодержания, соединенного по двум входам с блоком хранения величины плотности нефти и блоком хранения величины плотности воды, блок определения плотности жидкости фазы по выходу соединен с третьим входом блока определения нефтесодержания и через блок определения истинного газосодержания — с вторым входом блока умножения, а двумя входами соединен соответственно с выходом блока хранения величины плотности нефти и выходом блока хранения величины плотности воды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Акимов В.Ф. Измерение расхода гаэонасьпценной нефти, М., "Недра", 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 661983, кл. G 01 F 1/74, 1977 (прототйп).

    

www.findpatent.ru

4.Измерение расхода (дебита) жидкости в скважине. Скважинные расходомеры.

С помощью глубинных расходомеров решаются следующие задачи: 1. Измеряет дебит каждого пласта в отдельности при ОРЭ. 2. Определяет место и значение притока жидкости в скважине при выявлении эффективности гидравлического разрыва пласта и место образовании трещин. 3. Устанавливает характер притока жидкости из пласта в скважину.

При измерении расхода жидкости могут быть 2 характерных случая: 1. Жидкость поступает из пласта от забоя к устью-добывающая жидкость (дебит скважины). 2.Жидкость нагнетается в скважину и движется от устья к забою- расход воды.

Специфические условия измерения расхода в скважине: 1.В процессе измерения прибор находится в самой измеряемой среде и на него действуют давление и температура окружающей среды. 2.Диаметр прибора ограничен внутренним диаметром НКТ т.е. наружный диметр прибора не должен превышать 42 мм(если прибор опускается в межтрубье то 36мм). 3. Измеряемый поток представляет собой смесь нефти воды и растворенного газа, а так же механические примеси (песок и тд).

При создании приборов выполняются след требования: 1.Прибор должен иметь пакерующее устройство, обеспечивающее направление всего измеряемого потока через измеряемое устройство. 2.Измеряемые элементы должны быть износоустройчивы. 3.Измеряемое устройство должно быть разгружено относительно давления и на показания прибора не должна влиять температура.

Существующие глубинные расходомеры по принципу действия делятся на:

1.Расходомеры постоянного перепада давления.2.Турбинные расходомеры. 3. Термокондуктивные расходомеры.

Глубинный расходомер постоянного перепада давления.

Измеряемая часть прибора представляет собой вертикально расположенную конусную трубку, в которую помещен поплавок. При постоянном перепаде давления в измеряемом устройстве для большого расхода необходима большое S проходного сечения: Q=f(F), где Q-расход;F-площадь кольцевого зазора между стенками трубки и поплавком. Т.к. диаметр поплавка постоянный, а внутренний диаметр конусной трубки меняется по высоте F=(H), где Н-высота подъема поплавка. На основании этих закономерностейQ=(H). Между измеряемым расходом и высотой подъема поплавка имеется функциональная зависимость.

Глубинный расходомер с турбинкой.

Турбинка как измерительный элемент обладает след преимуществами: 1. Незначительное влияние физических свойств измеряемой среды (вязкость, плотность). 2.Большой диапазон измеряемых расходов. 3. Высокая чувствительность. 4. Линейные характеристики. 5. Возможность измерения расхода при прямом и обратном направлении потока.

Чувствительный элемент-турбинка подвешана на струнах. Протекающий поток стремится повернуть турбинку, но этому препятствует момент сопротивления, созданный упругостью струн. Под действием потока жидкости поворачивается на угол перпендикулярный измеряемому расходу.

Термокондуктивный расходомер.

Принцип работы термокондуктивных расходомеров основан на зависимости температуры подогреваемого термодатчика от скорости потока флюидов. Чувствительным элементом является резистор нагреваемый электрическим токов до температуры превышающий температуру окружающей среды.

Резистор включен в мостовую схему, с помощью которой наблюдается изменение его сопротивления при постоянной величине нагреваемого тока. По величине этого изменения можно судить о температуре датчика и скорости потока.

Сопротивление датчикадебитомера Rд нагревается проходящим по нему током (120-150 мА) и его температура становится выше температуры среды в скважине. В местах притока жидкости датчик охлаждается, в результате чего изменяется его сопротивление. Это изменение сопротивления фиксируется мостовой схемой, в одной из плеч которой включен датчик. Измеряемый параметр в виде напряжения разбаланса моста регистрируется измерительным прибором или регистрирующей каротажной станцией.

studfiles.net

Расходомер газонасыщенной нефти

 

Использование: измерение расхода отдельных компонентов продукции скважин в нефтяной промышленности. Сущность изобретения: расходомер содержит радиационный датчик плотности 1 смеси, расположенный на трубопроводе, блок определения объемных долей 2 компонентов смеси, устройство обработки структурной функции 3 процесса изменения плотности смеси, два блока определения скорости 4, 5 соответственно газовой и жидкой фаз, два блока задания базы измерений скорости 6, 7, соответственно газовой и жидкой фаз, три блока определения расхода 8. 9, 10 компонентов смеси соответственно газа, жидкости и нефти, два задатчика плотности 11, 12, соответственно нефти и воды, задатчик площади поперечного сечения 13 трубопровода, датчик давления 15 смеси, датчик температуры 16 смеси. Изобретение позволяет повысить точность измерения путем обеспечения инвариантности измерений к изменению гидродинамической структуры потока контролируемой смеси. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода отдельных компонентов продукции скважин в нефтяной промышленности.

В настоящее время известны расходомеры на основе радиационных датчиков плотности, позволяющие осуществлять измерение покомпонентного расхода продукции нефтяных скважин бесконтактным способом без сепарации жидкой и газовой фаз. Известен расходомер газонасыщенной нефти [1] содержащий радиационный датчик плотности, размещенный на трубопроводе, блок определения скорости движения газовой фазы, реализующий флуктуационный метод измерения скорости газа, задатчик значения газового фактора, а также блоки определения покомпонентного расхода нефти, воды и газа с использованием измеренных и заданных параметров. Недостатком указанного расходомера является то, что вычисление расходов компонентов базируется на постоянстве величины газового фактора, который, однако, остается постоянным для каждой скважины лишь в течение ограниченного времени. Наиболее близким к заявляемому устройству является флуктуационный расходомер газонасыщенной нефти [2] который выбран за прототип. Устройство содержит радиационный датчик плотности смеси, размещенный на трубопроводе, блок определения скорости жидкой фазы, блок определения скорости газовой фазы, блок определения объемных долей компонентов смеси, блок определения объемных расходов газа, нефти и жидкости, а также задатчики значений плотности воды и нефти, задатчик площади поперечного сечения трубопровода. Указанный расходомер позволяет определить покомпонентный объемный расход по известным зависимостям с использованием измеренных значений скоростей движения жидкой и газовой фаз, объемной доли газа в смеси и нефти в жидкости и заданного значения площади поперечного сечения трубопровода. Расходомер позволяет измерить скорость распространения как низкочастотных колебаний плотности, отражающую скорость движения газа, так и скорость распространения высокочастотных колебаний плотности, отражающую скорость движения жидкости, по которым определяется покомпонентный расход, что повышает точность измерения. Однако данному расходомеру присуща погрешность, обусловленная изменениями гидродинамической структуры потока контролируемой смеси. Задачей заявленного изобретения является повышение точности результатов измерения путем обеспечения инвариантности измерений к изменению гидродинамической структуры потока контролируемой смеси. Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что расходомер газонасыщенной нефти, содержащий расположенный на трубопроводе радиационный датчик плотности смеси, блок определения скорости жидкой фазы, блок определения скорости газовой фазы, блок определения объемных долей компонентов смеси, блок определения расхода газа, блок определения расхода нефти, блок определения расхода жидкости, задатчик плотности воды, задатчик плотности нефти, задатчик площади поперечного сечения трубопровода, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения объемных долей компонентов смеси, второй и третий входы блока определения объемных долей компонентов смеси соединены соответственно с выходом задатчика плотности воды и с выходом задатчика плотности нефти, первый выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода газа, второй выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода жидкости, третий выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода нефти, второй вход блока определения расхода газа соединен с выходом блока определения скорости газовой фазы, второй вход блока определения расхода жидкости соединен с выходом блока определения скорости жидкой фазы, третьи входы блока определения расхода газа и блока определения расхода жидкости соединены с выходом задатчика площади поперечного сечения трубопровода, второй вход блока определения расхода нефти соединен с выходом блока определения расхода жидкости, дополнительно содержит устройство обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси, блок задания базы измерения скорости жидкой фазы, блок задания базы измерения скорости газовой фазы, а блоки определения скоростей жидкой и газовой фаз выполнены в виде блоков деления, причем устройство обработки структурной функции включает блок определения структурной функции, блок задания аргумента структурной функции, блок задания констант, три блока деления, два блока вычитания, первый вычислитель, второй вычислитель, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения структурной функции, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока задания аргумента структурной функции, первый выход блока определения структурной функции соединен с первым входом первого блока вычитания и с первым входом второго вычислителя, второй выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" первого блока деления, третий выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" второго блока деления, четвертый выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" третьего блока деления, первый, второй и третий выходы блока задания констант соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока определения аргумента структурной функции, а также со входами "Делитель" соответственно первого, второго и третьего блоков деления, выход первого блока деления соединен со вторыми входами первого и второго блоков вычитания, выход второго блока деления соединен с первым входом второго блока вычитания, выходы первого и второго блоков вычитания соединены соответственно с первым и вторым входами первого вычислителя, выход третьего блока деления соединен со вторым входом второго вычислителя, третьи входы первого и второго вычислителей соответственно соединены с четвертым и пятым выходами блока задания констант, выход первого вычислителя соединен с входом "Делимое" блока определения скорости жидкой фазы, выход второго вычислителя соединен с входом "Делитель" блока определения скорости газовой фазы, а входы "Делимое" блоков определения скорости жидкой фазы и скорости газовой фазы соответственно соединены с выходами блоков задания баз измерения скоростей жидкой и газовой фаз, причем первый вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида: второй вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида: значение структурной функции процесса изменения плотности смеси при значениях аргумента , a, b, m, при этом a, b, m, П1, П2 константы, определенные экспериментально. Новым в заявляемом изобретении является то, что расходомер дополнительно содержит устройство обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси, блок задания базы измерения скорости жидкой фазы, блок задания базы измерения скорости газовой фазы, а блок определения скоростей жидкой и газовой фаз выполнены в виде блоков деления, причем устройство обработки структурной функции включает блок определения структурной функции, блок задания аргумента структурной функции, блок задания констант, три блока деления, два блока вычитания, первый вычислитель, второй вычислитель, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения структурной функции, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока задания аргумента структурной функции, первый выход блока определения структурной функции соединен с первым входом первого блока вычитания и с первым входом второго вычислителя, второй выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" первого блока деления, третий выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" второго блока деления, четвертый выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" третьего блока деления, первый, второй и третий выходы блока задания констант соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока определения аргумента структурной функции, а также со входами "Делитель" соответственно первого, второго и третьего блоков деления, выход первого блока деления соединен со вторыми входами первого и второго блоков вычитания, выход второго блока соединен с первым входом второго блока вычитания, выходы первого и второго блоков вычитания соединены соответственно с первым и вторым входами первого вычислителя, выход третьего блока деления соединен со вторым входом второго вычислителя, третьи входы первого и второго вычислителя соответственно соединены с четвертым и пятым выходами блока задания констант, выход первого вычислителя соединен с входом "Делимое" блока определения скорости жидкой фазы, выход второго вычислителя соединен с входом "Делитель" блока определения скорости газовой фазы, а входы "Делимое" блоков определения скорости жидкой фазы и скорости газовой фазы соответственно соединены с выходами блоков задания баз измерения скоростей жидкой и газовой фаз, причем первый вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида: второй вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида: значения структурной функции процесса изменения плотности смеси при значениях аргумента , a, b, m, при этом a, b, m, П1, П2 константы, определенные экспериментально. Продукция нефтяных скважин представляет собой двухфазный поток, образованный свободным газом, нефтью, водой и растворенным газом, которые распределяются в потоке неравномерно, вследствие чего процесс изменения плотности смеси носит пульсирующий характер. По среднему значению плотности и характеру ее пульсации можно судить об объемном содержании компонентов смеси, о скоростях движения жидкой и газовой фаз и о покомпонентном расходе смеси, который можно вычислить с использованием перечисленных параметров по следующим известным зависимостям: где ж, н, в, см плотности жидкой фазы потока, нефти, воды и нефтегазоводяной смеси соответственно; K постоянный коэффициент, определяемый экспериментально; где объемная доля газа в смеси; (1 - ) объемная доля жидкости в смеси; где объемная доля нефти в жидкости; Qг = S Vг, (5) где Qr, S, Vr объемный расход газа, площадь поперечного трубопровода, скорость газа соответственно; Qж = S (1 - ) Vж, (6) где Qж, Vж объемный расход жидкости, скорость жидкости соответственно; Qн = Qж, (7) где Qн объемный расход нефти. Для получения более достоверной информации о скоростях движения жидкой и газовой фаз необходимо обеспечить инвариантность результатов измерения к измерению гидродинамической структуры потока смеси, что достигается введением в схему расходомера устройства обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси. Указанное устройство содержит блок определения структурной функции, блок задания аргумента структурной функции, три устройства деления, два вычитающих устройства, два вычислителя, а также блок задания констант. Как известно [ВНИИОЭНГ, серия "Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности", вып. 11 (27), М. 1983, с. 8] структурная функция представляет собой средний квадрат приращений плотности контролируемой смеси за фиксированные промежутки времени () т.е. Осуществляя обработку вычисленной структурной функции, можно выделить из суммарного спектра флуктуаций плотности высокочастотную и низкочастотную составляющие, по которым судят о скоростях движения жидкой и газовой фаз. В предлагаемом расходомере реализованы новые приемы обработки структурной функции, основанные на экспериментально полученных данных о свойствах потока газонефтяной смеси, с целью достижения более точных результатов измерения скоростей движения жидкой и газовой фаз. В устройстве обработки структурной функции осуществляется ее модификация. Первая модифицированная структурная функция определяется в виде: где a экспериментально подобранный коэффициент, значение которого составляет от 2 до 5. Определение первой модифицированной функции позволяет выделить из структурной функции высокачастотную составляющую приращений плотности, обусловленных движением жидкости вместе с мелкими газовыми включениями. Однако указанная функция зависит не только от скорости движения жидкости, но и от гидродинамической структуры потока. Для учета влияния структуры потока осуществляется вторая модификация структурной функции. Вторая модифицированная структурная функция определяется в виде: где b экспериментально подобранный коэффициент, значение которого составляет от 1,5 до 2, при этом a > b. Вторая модифицированная структурная функция отражает зависимость высокочастотной составляющей приращений плотности от структуры потока и слабо зависит от скорости движения жидкости. Для обеспечения инвариантности результатов измерения скорости газа к изменениям структуры потока определяется третья модифицированная структурная функция в виде: где m экспериментально подобранный коэффициент, значение которого составляет от 2 до 5. После проведения указанных модификаций в вычислителях определяются значения временных интервалов (ж, г) которые используются для последующего вычисления скоростей жидкости и газа. Первый вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида: при этом он осуществляет решение следующего уравнения: 1MFстр. П1(2MFстр.) 0, а второй вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида: при этом он осуществляет решение следующего уравнения: Fстр. П2(3MFстр.) 0 где П1, П2 константы, определяемые экспериментально. Решение уравнения (12) инвариантно к изменениям структуры потока и целиком определяется скоростью движения жидкости. Решение уравнения (13) инвариантно к изменениям структуры потока и целиком определяется скоростью движения газа. Полученные при решении уравнений (12), (13) значения (ж, г) представляют собой времена транспортного запаздывания соответственно жидкости и газа на базах измерения скоростей жидкости и газа. Выполнение блоков измерения скоростей жидкой и газовой фаз в виде блоков деления позволяет осуществить вычисление скоростей по формулам: где X01, X02 базы измерения скоростей соответственно жидкости и газа, определяемые экспериментально при градуировке. Константы (фиксированные значения структурной функции) П1, П2 и базы измерения скоростей X01, X02 определяются следующим образом. Для определения П1 и X01 строят для ряда потоков с различными скоростями жидкости графики функции: где X пространственная координата вдоль направления движения потока, связанная с координатой зависимостью: X = Vэт.ж., (17) где Vэт.ж значение скорости жидкости, измеренное образцовым средством. Значения П1 и X01 определяют как соответственно ординату и абсциссу точки пересечения графиков всех функций (16). Аналогичным образом для определения П2 и X02 строят для потоков с различными скоростями газа графики функции: где X пространственная координата, связанная с координатой зависимостью: X = Vэт.г., (19) где Vэт.г значение скорости жидкости, измеренное образцовым средством. Значения П2 и X02 определяют как соответственно ординату и абциссу точки пересечения графиков всех функций (18). На фиг. 1 изображена функциональная схема расходомера. На фиг. 2 изображена функциональная схема устройства обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси. Расходомер содержит (фиг. 1) радиационный датчик 1 плотности, блок 2 определения объемных долей компонентов смеси, устройство 3 обработки структурной функции, блок 4 определения скорости газа, блок 5 определения скорости жидкости, блок 6 задания базы измерения скорости газа, блок 7 задания базы измерения скорости жидкости, блок 8 определения расхода газа, блок 9 определения расхода жидкости, блок 10 определения расхода нефти, задатчик 11 плотности нефти, задатчик 12 плотности воды, задатчик 13 площади поперечного сечения трубопровода 14, датчик 15 давления смеси, датчик 16 температуры смеси. Устройство 3 обработки структурной функции содержит блок 17 определения структурной функции, блок 18 задания аргумента структурной функции, блоки 19, 20, 21 деления, блоки 22, 23 вычитания, вычислители 24, 25, блок 26 задания констант. Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода датчика 1 плотности смеси поступает на вход блока 2 и в устройство 3. В блоке 2 из сигналов от датчика 1 плотности смеси и задатчиков 11 и 12 плотности нефти и плотности воды формируется сигнал в соответствии с выражением (1), пропорциональный плотности жидкости ж а также формируются выходные сигналы в соответствии с выражениями (2), (3) и (4), пропорциональные объемной доле газа в смеси объемной доле жидкости в смеси (1 - ) и объемной доле нефти в жидкости Сигнал с выхода датчика 1 плотности смеси, поступающий в устройство 3, подается на вход блока 17, в котором формируется сигнал, соответствующий значению структурной функции Fстр., вычисляемый по выражению (8). На другие входы блока 17 из блока 18 поступают сигналы, задающие значения аргументов структурной функции t, a, b и m, в соответствии с которыми на выходе блока 17 формируются сигналы, пропорциональные значениям структурной функции Сигналы, соответствующие значениям констант a, b и m, поступают на вход блока 18 из блока 26 задания констант. В блоке 19 деления из сигналов от блока 17 и от блока 26 формируется выходной сигнал, пропорциональный отношению который поступает на входы блоков 22 и 23 вычитания. В блоке 22 вычитания из сигналов от блока 17 и блока 19 формируется выходной сигнал в соответствии с выражением (9), пропорциональный значению модифицированной структурной функции 1MFстр., который подается в вычислитель 24. В блоке 20 деления из сигналов от блока 17 и от блока 26 формируется выходной сигнал, соответствующий отношению который поступает на вход блока 23. В блоке 23 формируется выходной сигнал в соответствии с выражением (10), пропорциональный значению второй модифицированной структурной функции 2MFстр., который подается в вычислитель 24. В вычислителе 24 осуществляется решение уравнения (12) с использование сигналов от блоков 22 и 23, соответствующих значениям 1MFстр. и 2MFстр., а также сигнала от блока 26, соответствующего значению константы П1. На выходе вычислителя 24 формируется сигнал, пропорциональный значению ж В блоке 21 деления из сигналов от блока 17 и от блока 26 формируется сигнал в соответствии с выражением (11), пропорциональный значению третьей модифицированной структурной функции 3MFстр.. На вход вычислителя 25 поступают сигналы из блока 17 и блока 21, соответствующие значению структурной функции и значению функции 3MFстр., а также сигнал от блока 26, соответствующий значению константы П2. В вычислителе 25 аналогичным образом, как в вычислителе 24, осуществляется решение уравнения (13) и формируется сигнал, пропорциональный значению г Выходные сигналы от вычислителей 24 и 25, соответствующие значениям ж и г поступают соответственно на входы блока 5 и блока 4. В блоках 4 и 5 из сигналов от вычислителей 24 и 25 и от задатчиков 6 и 7 баз измерения скоростей формируются сигналы в соответствии с выражениями (15) и (14), пропорциональные скорости газа Vr и скорости жидкости Vж. В блоке 8 из сигнала от блока 2, соответствующего значению объемной доле газа в смеси сигнала от блока 4, соответствующего значению скорости VГ, сигналов от задатчика 13 и датчиков 15, 16 формируется сигнал согласно выражению (5), пропорциональный значению объемного расхода газа, а также приведения его к стандартным условиям, QГст. Соответственно, в блоке 9 из сигналов от блока 2, соответствующего значению объемной доли жидкости в смеси (1 - ), сигнала от блока 5, соответствующего значению скорости жидкости Vж, и сигнала от задатчика 13 формируется сигнал согласно выражению (6), пропорциональный значению объемного расхода жидкости Qж. В блоке 10 из сигналов от блоков 2 и 9, соответствующих объемной доле нефти в жидкости и объемному расходу жидкости Qж, формируется сигнал согласно выражению (7), пропорциональный значению объемного расхода нефти Qн. Выходные сигналы блоков 8, 9 и 10, соответствующие значениям объемных расходов QГст., Qн и Qж, подаются на индикатор (на чертеже не показан). В качестве элементной базы расходомера могут быть использованы интегральные схемы микроэлектроники и однокристальные микро ЭВМ, например серии 1816. Радиационный датчик выполнен на основе радионуклида C1s37 детектора NaJ (Tl) и фотоэлектронного умножителя.

Формула изобретения

Расходомер газонасыщенной нефти, содержащий расположенный на трубопроводе радиационный датчик плотности смеси, блок определения скорости жидкой фазы, блок определения скорости газовой фазы, блок определения объемных долей компонентов смеси, блок определения расхода газа, блок определения расхода нефти, блок определения расхода жидкости, задатчик плотности воды, задатчик плотности нефти, задатчик площади поперечного сечения трубопровода, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения объемных долей компонентов смеси, второй и третий входы блока определения объемных долей компонентов смеси соединены соответственно с выходом задатчика плотности воды и с выходом задатчика плотности нефти, первый выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода газа, второй выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода жидкости, третий выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода нефти, второй вход блока определения расхода газа соединен с выходом блока определения скорости газовой фазы, второй вход блока определения расхода жидкости соединен с выходом блока определения скорости жидкой фазы, третьи входы блока определения расхода газа и блока определения расхода жидкости соединены с выходом задатчика площади поперечного сечения трубопровода, второй вход блока определения расхода нефти соединен с выходом блока определения расхода жидкости, отличающийся тем, что он дополнительно содержит устройство обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси, блок задания базы измерения скорости жидкой фазы и блок задания базы измерения скорости газовой фазы, а блоки определения скоростей жидкой и газовой фаз выполнены в виде блоков деления, причем устройство обработки структурной функции включает блок задания констант, блок задания аргумента структурной функции, блок определения структурной функции, три блока деления, два блока вычитания, первый вычислитель, второй вычислитель, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения структурной функции, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока задания аргумента структурной функции, первый выход блока определения структурной функции соединен с первым входом первого блока вычитания и с первым входом второго вычислителя, второй выход блока определения структурной функции соединен с входом "Делимое" первого блока деления, третий выход блока определения структурной функции соединен с входом "Делимое" второго блока деления, четвертый выход блока определения структурной функции соединен с входом "Делимое" третьего блока деления, первый, второй и третий выходы блока задания констант соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами блока определения аргумента структурной функции, а также с входами "Делитель" соответственно первого, второго и третьего блоков деления, выход первого блока деления соединен с вторыми входами первого и второго блоков вычитания, выход второго блока деления соединен с первым входом второго блока вычитания, выходы первого и второго блоков вычитания соединены соответственно с первым и вторым входами первого вычислителя, выход третьего блока деления соединен с вторым входом второго вычислителя, третьи входы первого и второго вычислителей соответственно соединены с четвертым и пятым выходами блока задания констант, выход первого вычислителя соединен с входом "Делимое" блока определения скорости жидкой фазы, выход второго вычислителя соединен с входом "Делитель" блока определения скорости газовой фазы, а входы "Делимое" блоков определения скорости жидкой фазы и скорости газовой фазы соответственно соединены с выходами блоков задания без измерения скоростей жидкой и газовой фаз, причем первый вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида а второй вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида где значения структурной функции процесса изменения плотности смеси при значениях аргумента , a, b, m, a, b, m, П1,П2- константы, определенные экспериментально.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

www.findpatent.ru

Расходомер газонасыщенной нефти | Банк патентов

Использование: измерение расхода отдельных компонентов продукции скважин в нефтяной промышленности. Сущность изобретения: расходомер содержит радиационный датчик плотности 1 смеси, расположенный на трубопроводе, блок определения объемных долей 2 компонентов смеси, устройство обработки структурной функции 3 процесса изменения плотности смеси, два блока определения скорости 4, 5 соответственно газовой и жидкой фаз, два блока задания базы измерений скорости 6, 7, соответственно газовой и жидкой фаз, три блока определения расхода 8. 9, 10 компонентов смеси соответственно газа, жидкости и нефти, два задатчика плотности 11, 12, соответственно нефти и воды, задатчик площади поперечного сечения 13 трубопровода, датчик давления 15 смеси, датчик температуры 16 смеси. Изобретение позволяет повысить точность измерения путем обеспечения инвариантности измерений к изменению гидродинамической структуры потока контролируемой смеси. 2 ил.

,

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода отдельных компонентов продукции скважин в нефтяной промышленности. В настоящее время известны расходомеры на основе радиационных датчиков плотности, позволяющие осуществлять измерение покомпонентного расхода продукции нефтяных скважин бесконтактным способом без сепарации жидкой и газовой фаз. Известен расходомер газонасыщенной нефти [1] содержащий радиационный датчик плотности, размещенный на трубопроводе, блок определения скорости движения газовой фазы, реализующий флуктуационный метод измерения скорости газа, задатчик значения газового фактора, а также блоки определения покомпонентного расхода нефти, воды и газа с использованием измеренных и заданных параметров. Недостатком указанного расходомера является то, что вычисление расходов компонентов базируется на постоянстве величины газового фактора, который, однако, остается постоянным для каждой скважины лишь в течение ограниченного времени. Наиболее близким к заявляемому устройству является флуктуационный расходомер газонасыщенной нефти [2] который выбран за прототип. Устройство содержит радиационный датчик плотности смеси, размещенный на трубопроводе, блок определения скорости жидкой фазы, блок определения скорости газовой фазы, блок определения объемных долей компонентов смеси, блок определения объемных расходов газа, нефти и жидкости, а также задатчики значений плотности воды и нефти, задатчик площади поперечного сечения трубопровода. Указанный расходомер позволяет определить покомпонентный объемный расход по известным зависимостям с использованием измеренных значений скоростей движения жидкой и газовой фаз, объемной доли газа в смеси и нефти в жидкости и заданного значения площади поперечного сечения трубопровода. Расходомер позволяет измерить скорость распространения как низкочастотных колебаний плотности, отражающую скорость движения газа, так и скорость распространения высокочастотных колебаний плотности, отражающую скорость движения жидкости, по которым определяется покомпонентный расход, что повышает точность измерения. Однако данному расходомеру присуща погрешность, обусловленная изменениями гидродинамической структуры потока контролируемой смеси. Задачей заявленного изобретения является повышение точности результатов измерения путем обеспечения инвариантности измерений к изменению гидродинамической структуры потока контролируемой смеси. Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что расходомер газонасыщенной нефти, содержащий расположенный на трубопроводе радиационный датчик плотности смеси, блок определения скорости жидкой фазы, блок определения скорости газовой фазы, блок определения объемных долей компонентов смеси, блок определения расхода газа, блок определения расхода нефти, блок определения расхода жидкости, задатчик плотности воды, задатчик плотности нефти, задатчик площади поперечного сечения трубопровода, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения объемных долей компонентов смеси, второй и третий входы блока определения объемных долей компонентов смеси соединены соответственно с выходом задатчика плотности воды и с выходом задатчика плотности нефти, первый выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода газа, второй выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода жидкости, третий выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода нефти, второй вход блока определения расхода газа соединен с выходом блока определения скорости газовой фазы, второй вход блока определения расхода жидкости соединен с выходом блока определения скорости жидкой фазы, третьи входы блока определения расхода газа и блока определения расхода жидкости соединены с выходом задатчика площади поперечного сечения трубопровода, второй вход блока определения расхода нефти соединен с выходом блока определения расхода жидкости, дополнительно содержит устройство обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси, блок задания базы измерения скорости жидкой фазы, блок задания базы измерения скорости газовой фазы, а блоки определения скоростей жидкой и газовой фаз выполнены в виде блоков деления, причем устройство обработки структурной функции включает блок определения структурной функции, блок задания аргумента структурной функции, блок задания констант, три блока деления, два блока вычитания, первый вычислитель, второй вычислитель, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения структурной функции, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока задания аргумента структурной функции, первый выход блока определения структурной функции соединен с первым входом первого блока вычитания и с первым входом второго вычислителя, второй выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" первого блока деления, третий выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" второго блока деления, четвертый выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" третьего блока деления, первый, второй и третий выходы блока задания констант соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока определения аргумента структурной функции, а также со входами "Делитель" соответственно первого, второго и третьего блоков деления, выход первого блока деления соединен со вторыми входами первого и второго блоков вычитания, выход второго блока деления соединен с первым входом второго блока вычитания, выходы первого и второго блоков вычитания соединены соответственно с первым и вторым входами первого вычислителя, выход третьего блока деления соединен со вторым входом второго вычислителя, третьи входы первого и второго вычислителей соответственно соединены с четвертым и пятым выходами блока задания констант, выход первого вычислителя соединен с входом "Делимое" блока определения скорости жидкой фазы, выход второго вычислителя соединен с входом "Делитель" блока определения скорости газовой фазы, а входы "Делимое" блоков определения скорости жидкой фазы и скорости газовой фазы соответственно соединены с выходами блоков задания баз измерения скоростей жидкой и газовой фаз, причем первый вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида:

второй вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида:

значение структурной функции процесса изменения плотности смеси при значениях аргумента τ, aτ, bτ, mτ, при этом a, b, m, П1, П2 константы, определенные экспериментально.

Новым в заявляемом изобретении является то, что расходомер дополнительно содержит устройство обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси, блок задания базы измерения скорости жидкой фазы, блок задания базы измерения скорости газовой фазы, а блок определения скоростей жидкой и газовой фаз выполнены в виде блоков деления, причем устройство обработки структурной функции включает блок определения структурной функции, блок задания аргумента структурной функции, блок задания констант, три блока деления, два блока вычитания, первый вычислитель, второй вычислитель, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения структурной функции, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока задания аргумента структурной функции, первый выход блока определения структурной функции соединен с первым входом первого блока вычитания и с первым входом второго вычислителя, второй выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" первого блока деления, третий выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" второго блока деления, четвертый выход блока определения структурной функции соединен со входом "Делимое" третьего блока деления, первый, второй и третий выходы блока задания констант соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока определения аргумента структурной функции, а также со входами "Делитель" соответственно первого, второго и третьего блоков деления, выход первого блока деления соединен со вторыми входами первого и второго блоков вычитания, выход второго блока соединен с первым входом второго блока вычитания, выходы первого и второго блоков вычитания соединены соответственно с первым и вторым входами первого вычислителя, выход третьего блока деления соединен со вторым входом второго вычислителя, третьи входы первого и второго вычислителя соответственно соединены с четвертым и пятым выходами блока задания констант, выход первого вычислителя соединен с входом "Делимое" блока определения скорости жидкой фазы, выход второго вычислителя соединен с входом "Делитель" блока определения скорости газовой фазы, а входы "Делимое" блоков определения скорости жидкой фазы и скорости газовой фазы соответственно соединены с выходами блоков задания баз измерения скоростей жидкой и газовой фаз, причем первый вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида:

второй вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида:

значения структурной функции процесса изменения плотности смеси при значениях аргумента τ, aτ, bτ, mτ, при этом a, b, m, П1, П2 константы, определенные экспериментально.

Продукция нефтяных скважин представляет собой двухфазный поток, образованный свободным газом, нефтью, водой и растворенным газом, которые распределяются в потоке неравномерно, вследствие чего процесс изменения плотности смеси носит пульсирующий характер. По среднему значению плотности и характеру ее пульсации можно судить об объемном содержании компонентов смеси, о скоростях движения жидкой и газовой фаз и о покомпонентном расходе смеси, который можно вычислить с использованием перечисленных параметров по следующим известным зависимостям:

где ρж, ρн, ρв, ρсм плотности жидкой фазы потока, нефти, воды и нефтегазоводяной смеси соответственно;K постоянный коэффициент, определяемый экспериментально;

где ϕ объемная доля газа в смеси;(1 - ϕ) объемная доля жидкости в смеси;

где η объемная доля нефти в жидкости;Qг = S · ϕ · Vг, (5)где Qr, S, Vr объемный расход газа, площадь поперечного трубопровода, скорость газа соответственно;Qж = S · (1 - ϕ) · Vж, (6)где Qж, Vж объемный расход жидкости, скорость жидкости соответственно;Qн = η · Qж, (7)где Qн объемный расход нефти.

Для получения более достоверной информации о скоростях движения жидкой и газовой фаз необходимо обеспечить инвариантность результатов измерения к измерению гидродинамической структуры потока смеси, что достигается введением в схему расходомера устройства обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси. Указанное устройство содержит блок определения структурной функции, блок задания аргумента структурной функции, три устройства деления, два вычитающих устройства, два вычислителя, а также блок задания констант. Как известно [ВНИИОЭНГ, серия "Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности", вып. 11 (27), М. 1983, с. 8] структурная функция представляет собой средний квадрат приращений плотности контролируемой смеси

за фиксированные промежутки времени (τ) т.е.

Осуществляя обработку вычисленной структурной функции, можно выделить из суммарного спектра флуктуаций плотности высокочастотную и низкочастотную составляющие, по которым судят о скоростях движения жидкой и газовой фаз.

В предлагаемом расходомере реализованы новые приемы обработки структурной функции, основанные на экспериментально полученных данных о свойствах потока газонефтяной смеси, с целью достижения более точных результатов измерения скоростей движения жидкой и газовой фаз. В устройстве обработки структурной функции осуществляется ее модификация. Первая модифицированная структурная функция определяется в виде:

где a экспериментально подобранный коэффициент, значение которого составляет от 2 до 5.

Определение первой модифицированной функции позволяет выделить из структурной функции высокачастотную составляющую приращений плотности, обусловленных движением жидкости вместе с мелкими газовыми включениями. Однако указанная функция зависит не только от скорости движения жидкости, но и от гидродинамической структуры потока. Для учета влияния структуры потока осуществляется вторая модификация структурной функции. Вторая модифицированная структурная функция определяется в виде:

где b экспериментально подобранный коэффициент, значение которого составляет от 1,5 до 2, при этом a > b.

Вторая модифицированная структурная функция отражает зависимость высокочастотной составляющей приращений плотности от структуры потока и слабо зависит от скорости движения жидкости. Для обеспечения инвариантности результатов измерения скорости газа к изменениям структуры потока определяется третья модифицированная структурная функция в виде:

где m экспериментально подобранный коэффициент, значение которого составляет от 2 до 5.

После проведения указанных модификаций в вычислителях определяются значения временных интервалов (τж, τг) которые используются для последующего вычисления скоростей жидкости и газа. Первый вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида:

при этом он осуществляет решение следующего уравнения:1MFстр. П1·(2MFстр.) 0,а второй вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида:

при этом он осуществляет решение следующего уравнения:Fстр. П2·(3MFстр.) 0где П1, П2 константы, определяемые экспериментально.

Решение уравнения (12) инвариантно к изменениям структуры потока и целиком определяется скоростью движения жидкости. Решение уравнения (13) инвариантно к изменениям структуры потока и целиком определяется скоростью движения газа. Полученные при решении уравнений (12), (13) значения (τж, τг) представляют собой времена транспортного запаздывания соответственно жидкости и газа на базах измерения скоростей жидкости и газа. Выполнение блоков измерения скоростей жидкой и газовой фаз в виде блоков деления позволяет осуществить вычисление скоростей по формулам:

где X01, X02 базы измерения скоростей соответственно жидкости и газа, определяемые экспериментально при градуировке.

Константы (фиксированные значения структурной функции) П1, П2 и базы измерения скоростей X01, X02 определяются следующим образом. Для определения П1 и X01 строят для ряда потоков с различными скоростями жидкости графики функции:

где X пространственная координата вдоль направления движения потока, связанная с координатой τ зависимостью:X = Vэт.ж. · τ, (17)где Vэт.ж значение скорости жидкости, измеренное образцовым средством.

Значения П1 и X01 определяют как соответственно ординату и абсциссу точки пересечения графиков всех функций (16). Аналогичным образом для определения П2 и X02 строят для потоков с различными скоростями газа графики функции:

где X пространственная координата, связанная с координатой τ зависимостью:X = Vэт.г. · τ, (19)где Vэт.г значение скорости жидкости, измеренное образцовым средством.

Значения П2 и X02 определяют как соответственно ординату и абциссу точки пересечения графиков всех функций (18). На фиг. 1 изображена функциональная схема расходомера. На фиг. 2 изображена функциональная схема устройства обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси. Расходомер содержит (фиг. 1) радиационный датчик 1 плотности, блок 2 определения объемных долей компонентов смеси, устройство 3 обработки структурной функции, блок 4 определения скорости газа, блок 5 определения скорости жидкости, блок 6 задания базы измерения скорости газа, блок 7 задания базы измерения скорости жидкости, блок 8 определения расхода газа, блок 9 определения расхода жидкости, блок 10 определения расхода нефти, задатчик 11 плотности нефти, задатчик 12 плотности воды, задатчик 13 площади поперечного сечения трубопровода 14, датчик 15 давления смеси, датчик 16 температуры смеси. Устройство 3 обработки структурной функции содержит блок 17 определения структурной функции, блок 18 задания аргумента структурной функции, блоки 19, 20, 21 деления, блоки 22, 23 вычитания, вычислители 24, 25, блок 26 задания констант. Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода датчика 1 плотности смеси поступает на вход блока 2 и в устройство 3. В блоке 2 из сигналов от датчика 1 плотности смеси и задатчиков 11 и 12 плотности нефти и плотности воды формируется сигнал в соответствии с выражением (1), пропорциональный плотности жидкости ρж а также формируются выходные сигналы в соответствии с выражениями (2), (3) и (4), пропорциональные объемной доле газа в смеси ϕ объемной доле жидкости в смеси (1 - ϕ) и объемной доле нефти в жидкости η Сигнал с выхода датчика 1 плотности смеси, поступающий в устройство 3, подается на вход блока 17, в котором формируется сигнал, соответствующий значению структурной функции Fстр., вычисляемый по выражению (8). На другие входы блока 17 из блока 18 поступают сигналы, задающие значения аргументов структурной функции t, aτ, bτ и mτ, в соответствии с которыми на выходе блока 17 формируются сигналы, пропорциональные значениям структурной функции

Сигналы, соответствующие значениям констант a, b и m, поступают на вход блока 18 из блока 26 задания констант.

В блоке 19 деления из сигналов от блока 17 и от блока 26 формируется выходной сигнал, пропорциональный отношению

который поступает на входы блоков 22 и 23 вычитания.

В блоке 22 вычитания из сигналов от блока 17 и блока 19 формируется выходной сигнал в соответствии с выражением (9), пропорциональный значению модифицированной структурной функции 1MFстр., который подается в вычислитель 24. В блоке 20 деления из сигналов от блока 17 и от блока 26 формируется выходной сигнал, соответствующий отношению

который поступает на вход блока 23.

В блоке 23 формируется выходной сигнал в соответствии с выражением (10), пропорциональный значению второй модифицированной структурной функции 2MFстр., который подается в вычислитель 24. В вычислителе 24 осуществляется решение уравнения (12) с использование сигналов от блоков 22 и 23, соответствующих значениям 1MFстр. и 2MFстр., а также сигнала от блока 26, соответствующего значению константы П1. На выходе вычислителя 24 формируется сигнал, пропорциональный значению τж В блоке 21 деления из сигналов от блока 17 и от блока 26 формируется сигнал в соответствии с выражением (11), пропорциональный значению третьей модифицированной структурной функции 3MFстр.. На вход вычислителя 25 поступают сигналы из блока 17 и блока 21, соответствующие значению структурной функции

и значению функции 3MFстр., а также сигнал от блока 26, соответствующий значению константы П2.

В вычислителе 25 аналогичным образом, как в вычислителе 24, осуществляется решение уравнения (13) и формируется сигнал, пропорциональный значению τг Выходные сигналы от вычислителей 24 и 25, соответствующие значениям τж и τг поступают соответственно на входы блока 5 и блока 4. В блоках 4 и 5 из сигналов от вычислителей 24 и 25 и от задатчиков 6 и 7 баз измерения скоростей формируются сигналы в соответствии с выражениями (15) и (14), пропорциональные скорости газа Vr и скорости жидкости Vж. В блоке 8 из сигнала от блока 2, соответствующего значению объемной доле газа в смеси ϕ сигнала от блока 4, соответствующего значению скорости VГ, сигналов от задатчика 13 и датчиков 15, 16 формируется сигнал согласно выражению (5), пропорциональный значению объемного расхода газа, а также приведения его к стандартным условиям, QГст. Соответственно, в блоке 9 из сигналов от блока 2, соответствующего значению объемной доли жидкости в смеси (1 - ϕ), сигнала от блока 5, соответствующего значению скорости жидкости Vж, и сигнала от задатчика 13 формируется сигнал согласно выражению (6), пропорциональный значению объемного расхода жидкости Qж. В блоке 10 из сигналов от блоков 2 и 9, соответствующих объемной доле нефти в жидкости и объемному расходу жидкости Qж, формируется сигнал согласно выражению (7), пропорциональный значению объемного расхода нефти Qн. Выходные сигналы блоков 8, 9 и 10, соответствующие значениям объемных расходов QГст., Qн и Qж, подаются на индикатор (на чертеже не показан). В качестве элементной базы расходомера могут быть использованы интегральные схемы микроэлектроники и однокристальные микро ЭВМ, например серии 1816. Радиационный датчик выполнен на основе радионуклида C1s37 детектора NaJ (Tl) и фотоэлектронного умножителя.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Расходомер газонасыщенной нефти, содержащий расположенный на трубопроводе радиационный датчик плотности смеси, блок определения скорости жидкой фазы, блок определения скорости газовой фазы, блок определения объемных долей компонентов смеси, блок определения расхода газа, блок определения расхода нефти, блок определения расхода жидкости, задатчик плотности воды, задатчик плотности нефти, задатчик площади поперечного сечения трубопровода, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения объемных долей компонентов смеси, второй и третий входы блока определения объемных долей компонентов смеси соединены соответственно с выходом задатчика плотности воды и с выходом задатчика плотности нефти, первый выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода газа, второй выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода жидкости, третий выход блока определения объемных долей компонентов смеси соединен с первым входом блока определения расхода нефти, второй вход блока определения расхода газа соединен с выходом блока определения скорости газовой фазы, второй вход блока определения расхода жидкости соединен с выходом блока определения скорости жидкой фазы, третьи входы блока определения расхода газа и блока определения расхода жидкости соединены с выходом задатчика площади поперечного сечения трубопровода, второй вход блока определения расхода нефти соединен с выходом блока определения расхода жидкости, отличающийся тем, что он дополнительно содержит устройство обработки структурной функции процесса изменения плотности смеси, блок задания базы измерения скорости жидкой фазы и блок задания базы измерения скорости газовой фазы, а блоки определения скоростей жидкой и газовой фаз выполнены в виде блоков деления, причем устройство обработки структурной функции включает блок задания констант, блок задания аргумента структурной функции, блок определения структурной функции, три блока деления, два блока вычитания, первый вычислитель, второй вычислитель, при этом выход датчика плотности смеси соединен с первым входом блока определения структурной функции, второй, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока задания аргумента структурной функции, первый выход блока определения структурной функции соединен с первым входом первого блока вычитания и с первым входом второго вычислителя, второй выход блока определения структурной функции соединен с входом "Делимое" первого блока деления, третий выход блока определения структурной функции соединен с входом "Делимое" второго блока деления, четвертый выход блока определения структурной функции соединен с входом "Делимое" третьего блока деления, первый, второй и третий выходы блока задания констант соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами блока определения аргумента структурной функции, а также с входами "Делитель" соответственно первого, второго и третьего блоков деления, выход первого блока деления соединен с вторыми входами первого и второго блоков вычитания, выход второго блока деления соединен с первым входом второго блока вычитания, выходы первого и второго блоков вычитания соединены соответственно с первым и вторым входами первого вычислителя, выход третьего блока деления соединен с вторым входом второго вычислителя, третьи входы первого и второго вычислителей соответственно соединены с четвертым и пятым выходами блока задания констант, выход первого вычислителя соединен с входом "Делимое" блока определения скорости жидкой фазы, выход второго вычислителя соединен с входом "Делитель" блока определения скорости газовой фазы, а входы "Делимое" блоков определения скорости жидкой фазы и скорости газовой фазы соответственно соединены с выходами блоков задания без измерения скоростей жидкой и газовой фаз, причем первый вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида

а второй вычислитель реализует алгоритм решения уравнения вида

где

значения структурной функции процесса изменения плотности смеси при значениях аргумента τ, aτ, bτ, mτ, a, b, m, П1,П2- константы, определенные экспериментально.

bankpatentov.ru