Многофазный расходомер
Измерительное устройство (100) и система для измерения физических свойств отдельных фаз многофазного потока, текущего по трубопроводу (110), причем измерительное устройство (100) содержит измерительную секцию (120), по меньшей мере, с двумя отдельными и удлиненными камерами (130), образованными, по меньшей мере, одним продольным барьером (140), причем, по меньшей мере, одна из камер (130) содержит средство для измерения физических свойств многофазного потока, текущего через камеры (130), и в котором внутренний диаметр трубопровода (110) меньше в местоположении, где расположена измерительная секция (120), в которой имеет место сужение (220) внутренних стенок трубопровода (110). При этом средство для измерения физических свойств многофазного потока включает в себя датчики давления (150) для измерения перепадов давления в различных местоположениях с различными поперечными сечениями в измерительном устройстве (100) и электроды для измерения электрических свойств многофазного потока, и в котором обеспечен, по меньшей мере, один внутренний электрод (160), соединенный с продольным барьером (140) и электрически изолированный от этого барьера (140), при этом во внутреннюю стенку трубопровода (110) встроен, по меньшей мере, один внешний противоэлектрод (170), электрически изолированный от этой стенки. Технический результат - максимальная чувствительность, минимизация любых эффектов краевого поля вдоль краев, а следовательно, повышение точности измерения. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к средству измерения и системе для измерения физических свойств отдельных фаз в многофазном потоке. Точнее говоря, изобретение относится к элементам конструкции такого измерительного устройства, которые делают его, в частности, хорошо подходящим для измерения скоростей потока, состоящего вплоть до трех различных флюидов в смеси, и где эти флюиды текут неразделенными по трубопроводу, в который встроено измерительное устройство.
Уровень техники
Различные устройства для измерения свойств многофазных потоков хорошо известны. Ранее акцент делался на измерении многофазных потоков, состоящих из нефти, воды и газа. Поэтому существует много различных решений для многофазных измерителей, оптимизированных для измерения этих сред, и которые обладают этими преимуществами и недостатками.
Настоящее изобретение относится к измерительному устройству, которое, когда оно является функционирующим, составляет неразъемную часть с трубопроводом, по которому течет многофазный поток. Чтобы можно было осуществлять различные измерения по различным фазам, среды в каждой фазе, взятые по отдельности, должны обладать различными физическими свойствами, которые отличаются друг от друга в многофазной смеси, например плотностью массы и проводимостью, таким образом, что эти свойства можно использовать для разделения и определения характеристик свойств флюидов. Измерительное устройство можно использовать, например, для измерения объема нефти, воды и газа, текущего из нефте- или газоносных скважин, но его использование этим не ограничено.
WO 2006/083170 описывает устройство для измерения потока, предназначенное для измерения потока флюида, состоящего из нескольких фаз. В этом документе описано центральное тело в трубопроводе, которое защищено ребрами. Таким образом, образован заземляющий электрод с емкостными характеристиками.
WO 99/67566 описывает секционную трубу для снижения разности в скоростях потока между различными фазами, при переносе многофазного потока.
DE 19632 529 описывает использование цилиндрических электродов для измерения емкости потока флюида.
US 5305638 описывает расходомер, имеющий разделитель, снабженный ребрами для разделения потока.
US 6655221 описывает многофазный расходомер, обладающий телом, расположенным в центре трубопровода, по которому течет многофазный поток. Тело создает перепад давлений в потоке, измеренных и комбинированных с измерениями электрических характеристик для выведения удельных массовых расходов различных фаз. Тело расположено коаксиально в трубопроводе. Кроме того, электроды в одном из решений, описанных на Фиг.2, соединены с центрально расположенным телом и с внутренней стороны трубопровода, в котором тело расположено, что дает, таким образом, пару электродов, но с одним внешним общим противоэлектродом.
Коаксиальное решение имеет множество измерительно-технических преимуществ перед решением, в котором электроды помещены во внешние стенки трубопровода, как показано на Фиг.5 в Патенте США № 6655221. В коаксиальной структуре расстояние между электродом и противоэлектродом мало, и, следовательно, площадь поперечного сечения можно сделать меньше, без того чтобы это сказалось на чувствительности системы. Поэтому коаксиальная структура обладает преимуществами, с точки зрения того, чтобы сделать измерительный датчик компактным.
Фигура 2 в Патенте США № 6655221 показывает комплект из нескольких кольцевых электродов, используемых для измерений скорости потока. Чтобы сделать датчик маленьким, было бы желательным поместить кольца, насколько возможно, ближе друг к другу. Однако это будет повышать чувствительность датчика к нерадиальным компонентам скорости. Такие нерадиальные или спиральные перемещения в потоке будут возникать в многофазном потоке, который не является гомогенным. Это может возникнуть, например, если существует преобладание жидкости в одной части поперечного сечения, тогда как в другой части того же поперечного сечения находится по большей части газ, как показано на Фиг.5a и 5b. Когда эта смесь попадает в сужающийся канал, как жидкость, так и газ ускоряются, и жидкая фаза смешивается с газовой фазой, что способствует поддержанию требуемого давления в сужающемся канале. Жидкость затем будет занимать пути B и C, приблизительно перпендикулярные направлению потока. Такие неаксиальные компоненты скорости в потоке будут вызывать повышенную неточность в общей оценке скорости потока.
В настоящем изобретении, по меньшей мере, одну продольную стенку вводят между центральным телом и внутренней стенкой трубопровода. Эта стенка будет способствовать тому, чтобы сделать многофазный поток однонаправленным и предотвратить возникновение значительных компонентов потока, перпендикулярных направлению потока. В то же время внутренний диаметр трубопровода является меньшим в местоположении, в котором расположена измерительная секция, в которой существует сужение внутренних стенок трубопровода.
Эта конструкция обладает эффектом уменьшения неточности измерения скорости и позволяет помещать пару электродов, используемых для измерения скорости, близко друг к другу. Поэтому достигается благоприятный эффект, состоящий в том, что измерительный прибор может быть сделан физически маленьким и при этом более независимым от состава потока.
Фигура 2 в Патенте США № 6655221 показывает конструкцию, в которой противоэлектрод ясно описан как физически крупный, по сравнению с электродами, размещенными на центральном теле. Такая конфигурация поможет сделать датчик относительно чувствительным к локальным изменениям вблизи крупного противоэлектрода. В настоящем изобретении каждый электрод имеет противоэлектрод с той же аксиальной протяженностью, что и у электрода. В таком варианте воплощения датчик будет иметь одинаковое крупное пространственное разрешение на поверхности противоэлектрода, как и на самом электроде. Это, в свою очередь, будет способствовать более отчетливому обнаружению потока, что также является преимуществом настоящего изобретения, что также будет способствовать лучшей оценке скорости.
Поэтому конфигурация измерительного устройства для измерения многофазного потока в соответствии с настоящим изобретением будет приводить к благоприятному эффекту и к лучшему измерительному результату.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к измерительному устройству для измерения физических свойств отдельных фаз в однофазном потоке, текущем по трубопроводу с постоянным диаметром в верхней и в нижней, относительно измерительного устройства, части потока, где измерительное устройство содержит измерительную секцию, по меньшей мере, с двумя отдельными и удлиненными камерами, сформированными, по меньшей мере, одним продольным барьером, где, по меньшей мере, одна из камер содержит средство для измерения физических свойств многофазного потока, текущего через камеры, и при этом измерительное устройство характеризуется тем, что внутренний диаметр трубопровода у него меньше в местоположении, в котором расположена измерительная секция, в которой существует сужение внутренних стенок трубопровода.
Дополнительные признаки изобретения заданы в прилагаемой формуле изобретения.
При наличии сведений об изобретении, описанном в спецификации и заданном в формуле изобретения, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что могут быть осуществлены и другие варианты воплощения и модификации, в пределах объема изобретения, заданного в прилагаемой формуле изобретения.
Подробное описание
Как было указано, настоящее изобретение относится к измерительному устройству для использования в системе для измерения физических свойств отдельных фаз в многофазном потоке, текущем по трубопроводу. Измерительное устройство будет описано ниже со ссылкой на фигуры, в которых:
Фигура 1a представляет собой вид сбоку измерительного устройства;
Фигура 1b представляет собой поперечный разрез измерительного устройства, показанного на Фиг.1a;
Фигура 2a представляет собой вид сбоку конкретного варианта воплощения измерительного устройства;
Фигура 2b представляет собой поперечный разрез измерительного устройства, представленного на Фиг.2a;
Фигура 3a представляет собой вид сбоку измерительного устройства согласно изобретению, с сужением внутренних стенок трубопровода;
Фигура 3b представляет собой поперечный разрез измерительного устройства, показанного на Фиг.3a;
Фигура 4a представляет собой вид сбоку измерительного устройства с сужением внутренних стенок трубопровода и продольного тела в центре, которое проходит вдоль барьера;
Фигура 4b представляет собой поперечный разрез измерительного устройства, показанного на Фиг.4a;
Фигура 5a показывает, как различные фазы флюида могут быть распределены в измерительном устройстве; и
Фигура 5b представляет собой поперечный разрез того, что представлено на Фиг.5a.
Фигура 1a представляет собой вид сбоку измерительного устройства 100. Когда измерительное устройство устанавливают для работы, оно должно иметь сообщение с трубопроводами 110 выше и ниже по потоку относительно измерительного устройства 100. Эти трубопроводы 110 обладают постоянным внутренним диаметром, который может быть одинаковым или различным выше и ниже по потоку относительно действующего измерительного устройства 100. Различные внутренние диаметры соединенных трубопроводов 110 не должны влиять на свойства или объем характеристических признаков изобретения.
Измерительное устройство 100 можно посредством соединителей заданного типа соединять с трубопроводами 110, которые переносят многофазный поток. При таком расположении трубопроводы 110, соединенные с измерительным устройством 100 выше и ниже его по потоку, могут обладать одинаковым внутренним диаметром трубопровода, и является предпочтительным, чтобы у них был такой же внешний диаметр трубопровода, что и у трубопроводов, сообщающихся с измерительным устройством 100. На Фигуре дополнительно показан продольный барьер 140, который делит внутренний объем трубопровода 110 на два. Электроды 160 также показаны прикрепленными к барьеру 140. Это будет разъяснено более подробно со ссылкой на Фиг. 1b. Фигура 1b представляет собой поперечный разрез измерительного устройства согласно изобретению, содержащему комплект из нескольких деталей. Детали монтируют или вставляют в трубопровод 110. Является предпочтительным, чтобы трубопровод 110 был сконструирован из материала, пригодного для системы трубопроводов, в которой закреплено измерительное устройство 100. Это обычно может быть сталь типа и качества, заданного владельцем системы трубопроводов.
Измерительное устройство 100 характеризуется тем, что оно содержит измерительную секцию 120, по меньшей мере, с двумя отдельными и удлиненными камерами 130, которые образованы, по меньшей мере, за счет одного продольного барьера 140, и где, по меньшей мере, одна из камер 130 содержит средство для обеспечения измерения физических свойств многофазного потока, текущего через камеры 130.
Является предпочтительным, чтобы барьер 140 был установлен симметрично таким образом, чтобы камеры 130 имели одинаковый размер. С течением времени, одинаково крупные объемы флюидов многофазного потока должны потечь через каждую камеру 130, с учетом, что измерительное устройство 100 закреплено таким образом, чтобы флюиды, например жидкость и газ, в среднем распределялись равномерно. Примером этого является устройство, помещенное ниже по потоку относительно изгиба, когда является возможным, чтобы жидкость опиралась на часть поперечного сечения трубопровода, находящуюся после изгиба. В этом случае барьер 140 должен быть расположен таким образом, чтобы он делил жидкую фракцию, а следовательно, и газовую фракцию на равные крупные части.
Хотя на Фиг.1b показан разрез измерительного устройства с одним прямым барьером и камерами одинакового размера 130, изобретение не следует рассматривать как ограничивающее такой вариант воплощения. Барьер может предположительно обладать, например, Y-формой, такой, чтобы три камеры 130 были образованы за счет барьеров 140, которые не являются прямыми, но которые расположены под углом друг к другу, и где камеры не обязательно имеют одинаковый размер. Торцевая стенка барьера 140 в направлении потока может быть заостренной или скругленной, а толщину можно менять и адаптировать к трубопроводу 110, в который он помещен.
Упомянутое средство для измерения физических свойств многофазного потока включает в себя датчики давления 150 для измерения изменений давления между различными местоположениями с различными поперечными сечениями в измерительном устройстве 100. Является предпочтительным, чтобы для измерения перепада давления применялись пары манометров. Датчик давления можно помещать в один или несколько из упомянутых удлиненных камер 130, тогда как один или несколько соответствующих датчиков давления можно помещать в местоположение спереди или сзади камер 130. Таким образом, между парами датчиков давления можно будет измерять изменения давления и/или перепад давления. Перепад давления также можно измерять с использованием других устройств, пригодных для измерения перепадов давления.
По меньшей мере, одна камера 130 в измерительной секции 120 снабжена, по меньшей мере, одним комплектом электродов 160, 170, чтобы можно было измерять значения электрических параметров, а следовательно, электрические свойства многофазного потока, содержащего различные флюиды, текущие через камеру 130. По меньшей мере, один внутренний электрод 160 располагают таким образом, что он был соединен с продольным барьером 140 и электрически изолирован от барьера 140 посредством электроизоляционного материала, который обладает хорошими механическими, термическими и химическими свойствами, с точки зрения стойкости к большим нагрузкам. Кроме того, по меньшей мере, во внутреннюю стенку трубопровода 110 встраивают один внешний противоэлектрод 170 и электрически изолируют его от этой стенки. Внутренний электрод 160, кроме того, соединяют с электронным блоком 178 посредством электрического кабеля 165, который проводят по кабельному трубопроводу сквозь внутренний барьер или барьеры 140, к которым прикреплен внутренний электрод 160, то есть, иными словами, сквозь один из барьеров 140 между камерами 130, а затем выводят из трубопровода к электронному блоку 178, который расположен снаружи от измерительного устройства 100. Внешний противоэлектрод 170 аналогичным образом соединяют с электронным блоком 178 посредством другого электрического кабеля 175, который пропускают сквозь внешнюю стенку трубопровода. Аналогично, упомянутые датчики давления 150 соединяют с электронным блоком 178 посредством кабелей 155, 158.
Барьер 140 будет способствовать созданию надежной структуры измерительной секции 120, которая также успешно будет пригодна для проведения электрических кабелей от упомянутых электродов 160, 170 и от любого другого средства для измерения физических свойств многофазного потока, снаружи от устройства.
Упомянутые электроды 160, 170 используют для измерения емкости и/или электропроводности между ними. Является предпочтительным, чтобы конфигурация внутреннего электрода 160 и внешнего противоэлектрода 170 была бы, насколько возможно, близка к конфигурации плоскопараллельного конденсатора. Хотя поверхности внутри трубопровода искривлены, электроды 160, 170 могут быть по длине, ширине и форме успешно сконфигурированы таким образом, чтобы была получена приблизительно плоскопараллельная форма, то есть простая геометрическая форма, которая дает возможность относительно легко рассчитать емкость. Кроме того, является оптимальным, если расстояние между пластинами, помимо того, что оно постоянно, также настолько мало, насколько возможно. Таким образом, достигается максимальная чувствительность, при том что любые эффекты краевого поля вдоль краев минимальны. Как было указано выше, не является желательным, чтобы расстояние между электродами, а следовательно, между внутренним барьером 140 и стенкой трубопровода, были бы слишком малы, поскольку потери на трение могут тогда стать выше, чем требуется. Поэтому между этими пересекающимися требованиями необходимо выбрать оптимальный компромисс.
На Фигуре 2a показан вид сбоку конкретного варианта воплощения измерительного устройства 100 согласно изобретению. Здесь видно, что продольный барьер 140 содержит продольное тело 180, проходящее вдоль барьера 140 и расположенное в осевом направлении к нему, и где тело 180 имеет верхнюю по потоку часть 190, центральную часть 200 и нижнюю по потоку часть 210, и где упомянутое тело 180 имеет диаметр, меньший, чем внутренний диаметр трубопровода 110, вследствие чего многофазный поток может свободно течь за тело 180 по каждой стороне продольного барьера (барьеров) 140, и где внутренний электрод (электроды) 160 в этом варианте воплощения закреплены на центральной части 200 обтекаемого тела 180.
В одном варианте воплощения верхняя часть 190 и нижняя часть 210 продольного тела 180 обладают возрастающим поперечным сечением в направлении центральной части 200 тела 180, и одинаковым поперечным сечением и формой, - как у центральной части 200 тела 180, в точке, где соответственно верхняя часть 190 и нижняя часть 210 переходят в центральную часть 200.
Является предпочтительным, чтобы форма центральной части 200 тела 180 была цилиндрической. В одном варианте воплощения протяженность тела 180 по длине больше, чем протяженность барьера 140, вследствие чего верхняя часть 190 и/или нижняя часть 210 имеет протяженность, превышающую длину барьера 140.
В другом варианте воплощения продольная протяженность тела 180 такова, какова протяженность барьера 140, а в еще одном варианте воплощения продольная протяженность тела меньше протяженности барьера 140, и, таким образом, верхняя часть 190 и/или нижняя часть 210 имеет протяженность, не превышающую длину барьера 140.
В третьем варианте воплощения продольная протяженность тела 180 такова, какова протяженность барьера 140.
Упомянутое тело 180 создает, в дополнение к случаю с барьером 140, еще одно сужение трубопровода 110, что в результате приводит к дополнительному повышению скорости течения среды, с различимым падением давления между позицией выше или ниже тела по потоку 180 и позицией, близкой к телу 180. Внешний диаметр тела 180 можно рассчитать таким образом, чтобы соотношение между площадями поперечного сечения в камере 130, которая образована между внешней поверхностью тела и внутренней поверхностью части трубопровода 110, в который помещено тело 180, и разделена поверхностью трубопровода 110 в позиции 215 на расстоянии от позиции тела 180, находилось в пределах диапазона соотношения площадей, которое обычно применятся для стандартных измерительных приборов, работающих на основе перепада давления. Это может привести к тому, что расстояние между телом и стенкой трубопровода будет крайне мало, вследствие чего трение, создаваемое флюидами, протекающими между поверхностями в отверстии, будет крайне велико. Для увеличения этого расстояния внутренний диаметр трубопровода 110 можно, в местоположении, близком к телу 180, сделать меньшим, чем в остальной части длины трубопровода 110. Таким образом, диаметр тела 180 также можно сделать меньше. Упомянутое сужение более подробно описано со ссылкой на Фиг.3.
Продольное тело 180 дополнительно снабжают, по меньшей мере, еще одним электродом, который имеет ту же конфигурацию и который устанавливают таким же образом, что и первый электрод. Каждый из этих внутренних электродов имеет соответствующий противоэлектрод, встроенный в часть внутренней стенки трубопровода 110, противоположную телу 180. Эти электроды электрически изолируют от остальной части сужения таким же образом, что и электроды на барьере 140 или на теле 180, - посредством электроизоляционного материала. Электрические кабели 175 проводят от этих электродов сквозь стенку внешней части трубопровода 110 и наружу, до достижения электронного блока 178 снаружи. Используя две или более пар электродов, можно выполнять измерения скорости потока.
Фигура 2b представляет собой поперечный разрез конкретного варианта воплощения измерительного устройства 100. На этой Фигуре показано, как внутренний электрод 160 покрывает лишь часть контура поперечного сечения продольного тела 180, из-за наличия барьера 140. Можно возразить, что электроды 160, 170 должны покрывать весь контур поперечного сечения продольного тела 180, то есть, иначе говоря, внутренний электрод должен лежать подобно обручу вокруг центрального тела 180, при том что внешний противоэлектрод 170 лежит подобно аналогичному обручу вокруг контура, образованного внутренним поперечным сечением трубопровода 110. Однако решение этого рода имеет те недостатки, что объем между электродами 160, 170, между которыми различные фазы потока флюида становятся значительно больше, и что здесь возникает повышенная вероятность того, что флюиды в различных подобъемах будут различными. Результатом этого является то, что измеренная емкость и/или электропроводность будет меньше, соответственно, емкости и/или электропроводности, которую желательно получить при измерении. Таким образом, из того что было описано выше, видно, что наличие барьера 140 является благоприятным по нескольким упомянутым причинам.
Фигуры 3a и 3b показывают местоположение сужения 220 внутренней стенки трубопровода. Это является предпочтительным вариантом воплощения согласно настоящему изобретению. При наличии сужения 220 этого рода, внутренний диаметр трубопровода 110 становится меньше в местоположении, в котором расположена измерительная секция 120.
Сужение 220 является особенно благоприятным для повышения перепада давлений между позицией снаружи 215 измерительной секции 120 и позицией в одной из камер 130. Это будет особенно уместно, если вышеупомянутое центральное тело 180 обладает небольшим поперечным сечением, или если тело 180 отсутствует, а внутренние электроды 160 помещены непосредственно на барьер 140 между камерами 130, как показано на Фигуре 3b.
Сужение 220 внутренних стенок трубопровода 110 может быть сконфигурировано таким образом, чтобы трубопровод 110 имел постоянный уменьшенный диаметр в местоположении измерительной секции 120, и диаметр, который плавно повышается до достижения исходного диаметра трубопровода 110 позади местоположения измерительной секции 120, как видно из Фиг.3a.
На Фигурах 4a и 4b показано измерительное устройство с сужением 220 внутренних стенок трубопровода 110 и продольным телом 180 в центре, и которое проходит вдоль барьера 140. При таком расположении сужение 220 не будет столь большим, как в случае, когда центральное тело 180 отсутствует. Именно поэтому наличие центрального тела 180 будет вносить вклад в дополнительные перепады давлений в местоположениях с различным поперечным сечением в измерительном устройстве 100, т.е. внутри и снаружи измерительной секции 120. Другие признаки, показанные на Фигурах 4a и 4b, соответствуют тому, что было описано применительно к Фиг.1b выше.
Фигуры 5a и 5b предназначены для рассмотрения того, как различные фазы флюида можно распределять по измерительному устройству 100.
Как было указано ранее, главное преимущество достигается разделением измерительной секции 120 на отдельные камеры 130. Таким образом, можно предотвратить возникновение спирального потока в области сужения, образованного в местоположении близко к барьеру 140, из-за локальных изменений давления в этом сужении. В отсутствие такого барьера это может возникнуть, например, если есть преобладание жидкости D в части поперечного сечения, при том что в другой части того же поперечного сечения, как проиллюстрировано на Фиг.5a и 5b, присутствует преимущественно газ E. Когда эта смесь попадает в сужение, движение как жидкости D, так и газа E будет ускоряться, и жидкая фаза будет смешиваться с газовой фазой, что приведет к поддержанию требуемого режима давления внутри области сужения. Жидкость D затем потечет по путям B и C приблизительно перпендикулярно к направлению потока. Такие неосевые компоненты скорости потока будут вызывать повышенные погрешности в оценке общей скорости потока.
Другим важным преимуществом будет разрушение любого спирального потока, также называемого вихревым потоком, то есть уже обнаруженного в потоке до его попадания в местоположение, в котором проводятся измерения, вследствие чего все компоненты скорости потока перемещаются по прямой линии по направлению оси, что, таким образом, позволяет получить в результате измерений более однородную скорость потока через камеру, - единую и непрерывную.
Настоящее изобретение также содержит систему для измерения и отображения физических свойств отдельных фаз в многофазном потоке, текущем по трубопроводу 110. Такая система содержит изобретенное измерительное устройство 100, описанное выше, которое содержит измерительную секцию 120, по меньшей мере, с двумя отдельными и удлиненными камерами 130, образованными, по меньшей мере, за счет одного продольного барьера 140. Измерительное устройство 100 дополнительно содержит, по меньшей мере, в одной из камер 130, средство для обеспечения измерений физических свойств многофазного потока, текущего через камеры 130. Такое средство содержит датчики давления 150 для измерения изменений давления в различных местоположениях с различным поперечным сечением измерительного устройства 100 и электроды для измерения электрических свойств многофазного потока, и где обеспечен, по меньшей мере, один внутренний электрод 160, соединенный с продольным барьером 140 и электрически изолированный от этого барьера 140, тогда как во внутреннюю стенку трубопровода 110 встроен, по меньшей мере, один внешний противоэлектрод 170, электрически изолированный от этой стенки.
Система, кроме того, содержит измерительно-техническое средство 178, соединенное с датчиками и электродами, предназначенными для сбора данных измерений многофазного потока, и средство отображения 179, предназначенное для отображения различных физических свойств каждой фазы многофазного потока.
В одном варианте воплощения система, кроме того, содержит продольное тело 180, проходящее вдоль барьера 140 и расположенное в осевом направлении по отношению к нему, причем тело 180 имеет верхнюю часть по потоку 190, центральную часть по потоку 200 и нижнюю часть по потоку 210, и упомянутое тело 180 имеет диаметр, меньший, чем внутренний диаметр трубопровода 110, так что многофазный поток может свободно течь за тело 180 по каждой стороне продольного барьера (барьеров) 140, причем на центральной части 200 обтекаемого тела 180 обеспечен упомянутый внутренний электрод (электроды) 160.
Как было сказано выше, была описана пара электродов, состоящая из внутреннего электрода 160 и внешнего противоэлектрода 170. Такую конструкцию можно использовать для измерения полной емкости и электропроводности, которая зависит от среды, то есть, иначе говоря, максимум от трех флюидов в смеси. Если диэлектрические и электрические свойства всех трех флюидов различны, измерения полной емкости и электропроводности смогут обеспечить информацию о соотношении компонентов. Иными словами, это означает, что с помощью измерений емкости/электропроводности можно вывести уравнение, которое включает в себя долю каждого из всех трех компонентов потока. Второе такое уравнение показывает, что сумма всех долей составляет 100% от поперечного сечения трубопровода. Третье уравнение представляет собой так называемое уравнение Вентури, в которое также включены эти три доли. Чтобы использовать это уравнение, должна быть известна массовая плотность каждой отдельной фазы. В дополнение, должна быть известна скорость потока. Скорость определяют путем взаимной корреляции сигналов, по меньшей мере, от двух пар электродов, установленных в продольном направлении. Осевая разность между парами электродов известна, и взаимно-корреляционная функция дает значение времени задержки между парами электродов. Скорость легко определяют, исходя из этих значений.
Принимая во внимание характеристические свойства изобретенного измерительного устройства 100, которые включают в себя благоприятные конструктивные характеристики в точке, где сделаны измерения, и систему, в которой используется это измерительное устройство 100, следует учитывать, что посредством описанных и известных способов расчета с использованием полученных результатов измерений можно обеспечить усовершенствованные исследования физических свойств отдельных фаз в многофазном потоке.
1. Измерительное устройство (100) для измерения физических свойств отдельных фаз в многофазном потоке, текущем по трубопроводу (110), причем измерительное устройство (100) содержит измерительную секцию (120), по меньшей мере, с двумя отдельными и удлиненными камерами (130), образованными, по меньшей мере, одним продольным барьером (140), причем, по меньшей мере, одна из камер (130) содержит средство для обеспечения измерения физических свойств многофазного потока, который течет через камеры (130), и при этом измерительное устройство (100) отличается тем, что внутренний диаметр трубопровода (110) меньше в местоположении, где расположена измерительная секция (120), в котором имеет место сужение (220) внутренних стенок трубопровода (110) и в котором средство для измерения физических свойств многофазного потока включает в себя датчики давления (150) для измерения перепадов давления в различных местоположениях с различными поперечными сечениями в измерительном устройстве (100) и электроды для измерения электрических свойств многофазного потока, и в котором обеспечен, по меньшей мере, один внутренний электрод (160), соединенный с продольным барьером (140) и электрически изолированный от этого барьера (140), при этом во внутреннюю стенку трубопровода (110) встроен, по меньшей мере, один внешний противоэлектрод (170), электрически изолированный от этой стенки.
2. Измерительное устройство (100) по п.1, в котором продольный барьер (140) содержит продольное тело (180), проходящее вдоль барьера (140) и которое расположено в осевом направлении по отношению к нему, причем тело (180) имеет верхнюю по потоку часть (190), центральную по потоку часть (200) и нижнюю по потоку часть (210), и упомянутое тело (180) имеет диаметр, меньший, чем внутренний диаметр трубопровода (110), такой, чтобы многофазный поток мог свободно течь за тело (180) по каждой стороне продольного барьера (барьеров) (140), и в котором упомянутый внутренний электрод (электроды) (160) обеспечен на центральной части (200) обтекаемого тела (180).
3. Измерительное устройство (100) по п.2, в котором продольная протяженность тела (180) больше, чем протяженность барьера (140), так что верхняя по потоку часть (190) и/или нижняя по потоку часть (210) обладает протяженностью, превышающей длину продольного барьера (140).
4. Измерительное устройство (100) по п.2, в котором продольная протяженность тела (180) короче, чем протяженность барьера (140), вследствие чего верхняя по потоку часть (190) и/или нижняя по потоку часть (210) обладает протяженностью, меньшей или равной длине барьера (140).
5. Измерительное устройство (100) по п.2, в котором продольная протяженность тела (180) такова, какова протяженность барьера (140).
6. Измерительное устройство (100) по любому из предыдущих пунктов, в котором упомянутое сужение (220) внутренних стенок трубопровода (110) таково, что трубопровод (110) имеет постоянный меньший диаметр в местоположении измерительной секции (120), и диаметр, который плавно повышается до достижения исходного диаметра трубопровода (110) после местоположения измерительной секции (120).
7. Измерительное устройство (100) по п.1, в котором средство для обеспечения измерения свойств многофазного потока соединено с измерительно-техническим средством (178) для сбора данных измерения многофазного потока и средством отображения (179), предназначенным для отображения различных физических свойств каждой фазы в многофазном потоке.
