Устройства и способы определения степени достоверности измерений расходомера
Изобретение относится к способу определения достоверности измерения вибрационного расходомера и электронному измерителю для расходомера. Способ содержит следующие этапы, на которых: помещают технологический флюид в вибрационный измеритель; измеряют количество вовлеченного газа в технологическом флюиде, причем количество вовлеченного газа определяется объемом газа; и определяют уровень достоверности измерения по меньшей мере одного рабочего параметра потока на основании количества вовлеченного газа в технологическом флюиде и интервала времени между регистрациями состояний флюида. Электронный измеритель (20) для расходомера (5) выполнен с возможностью приема технологического флюида и содержит интерфейс (201), выполненный с возможностью сообщения с расходомерным узлом расходомера (5), и приема колебательного отклика, и систему обработки (203), соединенную с интерфейсом (201), содержащим: программу (215) определения достоверности измерения, выполненную с возможностью: измерять количество вовлеченного газа в технологическом флюиде, причем количество вовлеченного газа определяется объемом газа; и определять уровень достоверности измерения по меньшей мере одного рабочего параметра потока на основании количества вовлеченного газа в технологическом флюиде и интервала времени между регистрациями состояний флюида. Технический результат – повышение точности определения расхода. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к расходомерным устройствам и соответствующим способам и, в частности, к расходомерным устройствам и способам для определения степени достоверности или прогнозируемой точности измерений.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Вибрационные трубопроводные датчики, такие как массовые расходомеры Кориолиса и вибрационные денситометры, обычно функционируют посредством регистрации движения колеблющегося трубопровода, который содержит текущий материал. Свойства, связанные с материалом в трубопроводе, такие как массовый расход, плотность и т.п., могут быть определены обработкой измерительных сигналов, принятых от преобразователей движения, связанных с трубопроводом. Типы колебаний колеблющейся системы, заполненной материалом, обычно подвергаются влиянию объединенной массы, жесткостью, и свойствами демпфирования заполненного трубопровода и свойствами содержащегося в нем материала.
Типичный массовый расходомер Кориолиса включает в себя один или несколько трубопроводов (также называемых расходомерными трубками), которые встраиваются в линию магистрального трубопровода или в другую транспортную систему, и пропускают через себя материал в системе, например, флюиды, шламы, эмульсии, и т.п. Каждый трубопровод может рассматриваться как имеющий ряд собственных типов колебаний, включающих в себя, например, простые изгибные, крутильные, радиальные, и колебания связанного типа. В обычном применении метода Кориолиса для измерения массового расхода, трубопровод возбуждается на одном или нескольких типах колебаний, когда материал течет через трубопровод, и движение трубопровода измеряется в точках, расположенных вдоль трубопровода. Возбуждение обычно обеспечивается приводом, например, электромеханическим устройством, таким как исполнительный механизм типа звуковой катушки, который возмущает трубопровод периодическим образом. Массовый расход может быть определен измерением времени задержки или разности фаз между перемещениями в местоположениях преобразователя. Два или несколько таких преобразователей (или тензометрических датчиков) обычно используются для измерения колебательного отклика расходомерных трубопроводов, и обычно располагаются выше и ниже по течению относительно привода. Аппаратура принимает сигналы от тензометрических датчиков и обрабатывает сигналы для получения измерения массового расхода.
Расходомеры могут использоваться для выполнения измерений массового расхода для самых разнообразных протекающих флюидов. Одна из областей, в которой потенциально могут использоваться расходомеры Кориолиса - это измерения расхода в нефтяных и газовых скважинах. Продукт таких скважин может содержать многофазный поток, включающий в себя нефть или газ, но также и другие компоненты, включая воду и воздух, например, и/или твердые вещества. Естественно, очень желательно, чтобы измерение расхода было настолько точным насколько возможно, даже для таких многофазных потоков.
Измерители Кориолиса обеспечивают высокую точность для однофазных потоков. Однако, когда расходомер Кориолиса используется для измерения аэрированных флюидов, или флюидов, включающих в себя вовлеченный газ, точность измерителя может значительно ухудшиться. Это также справедливо для потоков с вовлеченными твердыми веществами и для потоков флюидов со смешанными фазами, например, когда углеводородные флюиды содержат воду.
Вовлеченный газ обычно присутствует в виде пузырьков в текущем материале. Размер пузырьков может варьироваться в зависимости от количества имеющегося воздуха, расхода текущего материала, и других факторов. При этом, в результате нарушения сплошности флюида возникает существенный источник ошибки. Нарушение сплошности флюида возникает из-за движения газовых пузырьков относительно жидкости в результате колебаний трубопровода. Относительное движение газовых пузырьков относительно жидкости задается выталкивающей силой, которая подобна силе, заставляющей пузырьки подниматься к поверхности под влиянием гравитации. Однако, в колеблющемся трубопроводе, именно ускорение колеблющегося трубопровода заставляет пузырьки перемещаться с ускорением, большим гравитационного ускорения. Поскольку плотный флюид имеет большую массу, чем легкие пузырьки, пузырьки имеют большее ускорение, чем флюид в направлении ускорения трубопровода. Вследствие большего ускорения пузырьков, при каждом колебании расходомерного трубопровода, пузырьки двигаются дальше, чем расходомерный трубопровод. В этом главная причина нарушения сплошности. В результате, флюид, который имеет меньшую амплитуду колебаний, имеет меньшее ускорение Кориолиса и передает меньшую силу Кориолиса на расходомерный трубопровод, чем это было бы в отсутствии пузырьков. Это приводит к занижаемым расходу и параметрам плотности (отрицательный расход и ошибки измерения плотности), когда присутствует вовлеченный газ. Компенсация нарушения сплошности флюида затруднена, поскольку имеется несколько факторов, которые определяют, насколько пузырьки перемещаются относительно флюида. Очевидный фактор - это вязкость флюида. В очень вязком флюиде, пузырьки (или частицы) фактически застывают на месте во флюиде и приводят к небольшим ошибкам определения расхода. На подвижность пузырьков также влияет размер пузырьков. Сопротивление перемещению пузырька пропорционально площади поверхности, тогда как выталкивающая сила пропорциональна объему. Поэтому, очень маленькие пузырьки имеют высокое отношение сопротивления перемещению к выталкивающей силе и имеют тенденцию двигаться вместе с флюидом. Маленькие пузырьки впоследствии приводят к малым ошибкам. И наоборот, большие пузырьки имеют тенденцию не двигаться вместе с флюидом и приводят к большим ошибкам. То же самое справедливо для частиц. Малые частицы имеют тенденцию двигаться вместе с флюидом и приводят к малым ошибкам.
Разность плотности между флюидом и газом представляет собой другой фактор, который может давать вклад в погрешность измерений расходомера. Выталкивающая сила пропорциональна разности плотности между флюидом и газом. Газ высокого давления может иметь достаточно высокую плотность, чтобы влиять на выталкивающую силу и уменьшить эффект нарушения сплошности.
В дополнение к ошибкам измерения, влияние многофазного потока на измерители Кориолиса заключается в увеличении демпфирования расходомерного трубопровода, приводящего к уменьшению амплитуды колебаний расходомерного трубопровода. Как правило, электронный измеритель компенсирует это уменьшение амплитуды, увеличивая энергию привода, или усиление работы привода, для поддержания амплитуды. Для коррекции ошибок, обусловленных многофазным потоком, используются измеренные для однофазного потока (только жидкость) параметры, включающие в себя плотность, массовый расход и объемный расход, которые обозначаются как опорные значения. Опорные значения используются во время течения двухфазного потока для замены или повышения точности измеренных переменных. В настоящее время, опорные значения определяются в определенной пользователем точке, до того, как параметр станет выше предельного значения.
В целом, применения с многофазным потоком предполагают сильно варьирующиеся количество и поведение вовлеченного газа и, таким образом, демонстрируют нестабильный характер измерения. Были разработаны способы, которые снижают ошибки, хотя имеются ограничения, и с некоторыми типами условий более или менее эффективно справляются способы предшествующего уровня техники. Понимая, как эти различные способы работают (то есть, осуществление выборки, интерполяция, и т.д.), и полагаясь на ту же самую или подобную диагностику (то есть усиление привода, плотность), используемую для их создания, оказывается возможным определить, как хорошо работает способ и, таким образом, оценить, по меньшей мере, качественно, насколько серьезны нарушение сплошности и другие ошибки многофазного потока.
Указание достоверности измерения или предсказанный качественный уровень точности дает преимущество и изготовителям, и потребителям. Выведение коэффициента достоверности помогает согласовать ожидания потребителя с точностью для каждого расходомера, таким образом, приводя к более производительным сравнениям с сепараторами и другими ориентирами. Во-вторых, индикатор достоверности говорит потребителям, на какие измерители они могут полностью положиться и какие расходомеры должны использоваться только для оценок или выявления тенденций. Например, в гипотетической области из 100 нефтяных скважин, 50 могут вообще не иметь газа и могут использоваться с обычными спецификациями измерителя в памяти (то есть ошибка 0,1%), 30 могут иметь умеренное количество газа, и 20 могут иметь значительное количество газа. Эти 20 "значительных" случаев могут или использоваться для предсказания тенденции, или могут быть потенциально удалены в пользу другой технологии, если точность является критической в данном местоположении.
Наконец, коэффициент достоверности также может быть использован для принятия решения об оптимизации продукции или точности измерений. Возвращаясь снова к вышеупомянутой гипотезе, если точность измерения очень важна на конкретной скважине в связи с выделенной арендой, оператор может выбрать опцию увеличения давления дроссельной заслонки или принять другие операционные меры для уменьшения количества газа и улучшения степени достоверности измерения в данном местоположении.
Таким образом, в данной области техники сохраняется потребность в вибрационном расходомере, который предоставляет прогнозатор точности или степени достоверности. Сохраняется потребность в данной области техники в вибрационном расходомере, который предоставляет прогнозатор степени достоверности или точности при работе с многофазным потоком. Представленные здесь варианты реализации предоставляют способы и устройства, используемые для вычисления и предоставления индикатора степени достоверности.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с вариантом реализации предоставляется способ для управления вибрационным расходомером. Способ содержит помещение технологического флюида в вибрационный измеритель и измерение вовлеченного газа в технологическом флюиде. Затем определяется уровень достоверности измерения, по меньшей мере, одного рабочего параметра.
Электронный измеритель для расходомера, выполненный с возможностью приема технологического флюида, предоставляется в соответствии с вариантом реализации. Электронный измеритель содержит интерфейс, выполненный с возможностью связи с узлом расходомера, и для приема колебательного отклика, и систему обработки, связанную с интерфейсом. Система обработки содержит программу определения степени достоверности измерения, выполненную с возможностью измерения вовлеченного газа в технологическом флюиде и для определения доверительного уровня измерения, по меньшей мере, одного рабочего параметра.
ОБЪЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с объектом, способ для управления вибрационным расходомером содержит помещение технологического флюида в вибрационный измеритель, измерение вовлеченного газа в технологическом флюиде, и определение доверительного уровня измерения, по меньшей мере, одного рабочего параметра.
Предпочтительно, этап измерения вовлеченного газа в технологическом флюиде содержит определение предельного значения усиления привода.
Предпочтительно, этап определения предельного значения усиления привода содержит измерение сигнала усиления привода в течение заданного периода времени.
Предпочтительно, этап измерения вовлеченного газа в технологическом флюиде содержит регистрацию промежутков времени, когда содержание вовлеченного газа в технологическом флюиде минимально, и причем уровень достоверности измерения понижается, если предельное значение усиления привода в течение этих периодов оказывается выше заданного предельного значения.
Предпочтительно, способ содержит этап регистрации, по меньшей мере, одного опорного значения в течение периодов времени, когда в технологическом флюиде содержится мало, или совсем нет вовлеченного газа.
Предпочтительно, по меньшей мере, одно опорное значение содержит, по меньшей мере, одно из расхода и плотности технологического флюида.
Предпочтительно, способ содержит этап измерения вовлеченного газа в технологическом флюиде и содержит регистрацию жесткости газовых пробок в технологическом флюиде, и причем уровень достоверности измерения понижается, если жесткость газовых пробок оказывается выше заданного предельного значения.
Предпочтительно, способ содержит этапы измерения расхода технологического флюида и понижение уровня достоверности измерения, если измеренный расход оказывается ниже заданного предельного значения.
Предпочтительно, способ содержит этапы измерения интервала времени между измерениями вовлеченного газа технологического флюида, и понижения уровня достоверности измерения, если интервал времени больше, чем заданная величина.
Предпочтительно, способ содержит этапы регистрации множества опорных значений, и понижения уровня достоверности измерения, если среднеквадратичное отклонение множества опорных значений больше, чем заданное предельное значение.
В соответствии с объектом, электронный измеритель для расходомера выполнен с возможностью приема технологического флюида. Электронный измеритель содержит интерфейс, выполненный с возможностью связи с узлом расходомера, и для приема колебательного отклика, и систему обработки, связанную с интерфейсом. Система обработки содержит: программу определения степени достоверности измерения, выполненную с возможностью измерения вовлеченного газа в технологическом флюиде, и для определения уровня достоверности измерения, по меньшей мере, одного рабочего параметра.
Предпочтительно, измерение вовлеченного газа в технологическом флюиде содержит определение предельного значения усиления привода.
Предпочтительно, определение предельного значения усиления привода содержит измерение сигнала усиления привода в течение заданного периода времени.
Предпочтительно, электронный измеритель выполнен с возможностью для регистрации периодов времени, когда содержание вовлеченного газа в технологическом флюиде минимально, и причем уровень достоверности измерения понижается, если предельное значение усиления привода в течение этих периодов оказывается выше заданного уровня.
Предпочтительно, программа определения достоверности измерения выполнена с возможностью для регистрации, по меньшей мере, одного опорного значения в течение периодов времени, когда в технологическом флюиде содержится мало, или совсем нет вовлеченного газа.
Предпочтительно, по меньшей мере, одно опорное значение содержит, по меньшей мере, одно из расхода и плотности технологического флюида.
Предпочтительно, измерение вовлеченного газа в технологическом флюиде содержит регистрацию жесткости газовых пробок в технологическом флюиде, и причем уровень достоверности измерения понижается, если жесткость газовых пробок оказывается выше заданного предельного значения.
Предпочтительно, программа определения достоверности измерения выполнена с возможностью для измерения расхода технологического флюида, и понижает уровень достоверности измерения, если измеренный расход оказывается ниже заданного предельного значения.
Предпочтительно, программа определения достоверности измерения выполнена с возможностью для измерения интервала времени между измерениями вовлеченного газа технологического флюида, и понижает уровень достоверности измерения, если интервал времени больше, чем заданная величина.
Предпочтительно, программа определения достоверности измерения выполнена с возможностью для регистрации множества опорных значений, и понижает уровень достоверности измерения, если среднеквадратичное отклонение множества опорных значений больше, чем заданное предельное значение.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 изображает расходомер, содержащий сборку измерителя и электронный измеритель.
Фиг.2 - блок-схема электронного измерителя в соответствии с вариантом реализации.
Фиг.3 - график, показывающий примерный период высокой степени достоверности расходомера.
Фиг.4 - график, показывающий примерный период средней достоверности расходомера.
Фиг.5 - график, показывающий примерный период низкой достоверности расходомера.
Фиг.6 - таблица данных для помощи при определении доверительного уровня расходомера.
Фиг.7 - другая таблица данных для помощи при определении доверительного уровня расходомера.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Чертежи на Фиг.1-7 и нижеследующее описание демонстрируют конкретные примеры для пояснения специалистам в данной области техники того, как реализовать и использовать наилучший вариант изобретения. С целью пояснения принципов изобретения, некоторые обычные объекты были упрощены или исключены. Специалистам в данной области техники будут очевидны возможные вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема притязаний изобретения. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что описанные ниже признаки могут быть различным образом скомбинированы, образуя множественные вариации изобретения. Таким образом, изобретение не ограничивается описанными ниже конкретными примерами, но только пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.
На Фиг.1 показан расходомер 5 в соответствии с вариантом реализации. Расходомер 5 содержит узел 10 датчика и электронный измеритель 20. Электронный измеритель 20 соединяется с узлом 10 датчика посредством кабельных соединений 100 и выполнен с возможностью для предоставления измерений одного или нескольких из плотности, массового расхода, объемного расхода, суммарного массового расхода, температуры или для предоставления других измерений, или для получения другой информации по каналу связи 26. Расходомер 5 может содержать массовый расходомер Кориолиса. Специалистам в данной области техники должно быть очевидным, что расходомер 5 может содержать расходомер 5 любого типа, независимо от числа приводов, тензометрических датчиков, расходомерных трубопроводов или задействованного типа колебаний.
Узел 10 датчика включает в себя пару фланцев 101 и 101', манифольды 102 и 102', привод 104, тензометрические датчики 105 и 105' и расходомерные трубопроводы 103A и 103B. Привод 104 и тензометрические датчики 105 и 105' присоединяются к расходомерным трубопроводам 103A, 103B.
Фланцы 101 и 101' прикреплены к манифольдам 102 и 102'. Манифольды 102 и 102' могут быть прикреплены к противоположным концам прокладки 106 в некоторых вариантах реализации. Прокладка 106 сохраняет пространство между манифольдами 102 и 102'. Когда узел 10 датчика вставляется в систему магистрального трубопровода (не показана), который транспортирует измеряемый технологический флюид, то технологический флюид входит в узел 10 датчика через фланец 101, проходит через впускной манифольд 102, где весь технологический флюид направляется в трубопроводы 103A и 103B, протекает через трубопроводы 103A и 103B, и назад в выпускной манифольд 102', где он выходит из узла 10 датчика через фланец 101'.
Технологический флюид может содержать жидкость. Технологический флюид может содержать газ. Технологический флюид может содержать многофазный флюид, такой как жидкость, включающая в себя вовлеченные газы и/или вовлеченные твердые вещества. Расходомерные трубопроводы 103A и 103B выбираются и соответственно устанавливаются на впускном манифольде 102 и на выпускном манифольде 102′ так, чтобы иметь по существу то же самое массовое распределение, моменты инерции, и модули упругости вокруг изгибных осей W-W и W′-W′, соответственно. Расходомерные трубопроводы 103A и 103B простираются наружу от манифольдов 102 и 102′ по существу параллельным образом.
Расходомерные трубопроводы 103A и 103B приводятся в движение приводом 104 в противоположных направлениях вокруг соответствующих изгибных осей W и W′ и на так называемом первом несинхронном изгибном типе вибрационного расходомера 5. Привод 104 может содержать одну из многих известных структур, например, магнит, установленный на расходомерном трубопроводе 103A и противостоящую индукционную катушку, установленную на расходомерном трубопроводе 103B. Переменный ток проходит через противостоящую катушку, заставляя оба трубопровода колебаться. Подходящий сигнал привода подается электронным измерителем 20 на привод 104 через проводное соединение 110. Другие устройства привода также предполагаются, и также находятся в пределах объема притязаний описания и формулы изобретения.
Электронный измеритель 20 принимает сигналы датчика по кабельным соединениям 111 и 111′, соответственно. Электронный измеритель 20 производит сигнал привода и подает его на соединение 110, что заставляет привод 104 возбуждать колебания расходомерных трубопроводов 103A и 103B. Другие устройства датчика также предполагаются, и также находятся в пределах объема притязаний описания и формулы изобретения.
Электронный измеритель 20 обрабатывает сигналы левой и правой скорости от тензометрических датчиков 105 и 105′ для вычисления расхода, среди прочего. Канал 26 связи предоставляет входное и выходное средство, которое позволяет электронному измерителю 20 взаимодействовать с оператором или с другими электронными системами. Описание Фиг.1 предоставляется только в качестве примера функционирования расходомера и не предназначено для ограничения принципов настоящего изобретения.
Электронный измеритель 20 в одном варианте реализации выполнен с возможностью возбуждения колебаний расходомерных трубопроводов 103A и 103B. Колебания возбуждаются приводом 104. Электронный измеритель 20 дополнительно принимает образующиеся сигналы колебаний от тензометрических датчиков 105 и 105′. Сигналы колебаний содержат колебательный отклик расходомерных трубопроводов 103A и 103B. Электронный измеритель 20 обрабатывает колебательный отклик и определяет частотный отклик и/или разность фаз. Электронный измеритель 20 обрабатывает колебательный отклик и определяет одно или несколько измерений расхода, включая массовый расход и/или плотность технологического флюида. Другие параметры колебательного отклика и/или измерений расхода также предполагаются и находятся в пределах притязаний описания и формулы изобретения.
В одном варианте реализации, расходомерные трубопроводы 103A и 103B содержат по существу U-образные расходомерные трубопроводы, как это показано. Альтернативно, в других вариантах реализации, устьевое измерительное устройство может содержать по существу прямые расходомерные трубопроводы. Дополнительные формы и/или конфигурации расходомера также могут использоваться и находятся в пределах притязаний описания и формулы изобретения.
На Фиг.2 показана блок-схема электронного измерителя 20 расходомера 5 в соответствии с вариантом реализации. При работе, расходомер 5 предоставляет различные значения измерения, которые могут быть выведены, включая одно или несколько из измеренного или усредненного значения содержания воды, массового расхода, объемного расхода, массового и объемного расходов отдельного протекающего компонента, и полного расхода, включая, например, и объемный, и массовый расход.
Расходомер 5 создает колебательный отклик. Колебательный отклик принимается и обрабатывается электронным измерителем 20 для создания одного или нескольких значений измерения флюида. Значения могут быть проверены, зарегистрированы, просуммированы, и выведены.
Электронный измеритель 20 включает в себя интерфейс 201, систему 203 обработки, связанную с интерфейсом 201, и систему 204 памяти, связанную с системой 203 обработки. Хотя эти компоненты показаны как отдельные блоки, следует понимать, что электронный измеритель 20 может содержать различные комбинации интегрированных и/или дискретных компонентов.
Интерфейс 201 выполнен с возможностью связи с узлом 10 датчика расходомера 5. Интерфейс 201 может быть выполнен с возможностью соединения с кабелями 100 (см. Фиг.1), и может обмениваться сигналами с приводом 104 и тензометрическими датчиками 105 и 105'. Интерфейс 201 может быть дополнительно выполнен с возможностью для связи по каналу 26 связи, например, с внешними устройствами.
Система 203 обработки может содержать любого вида систему обработки. Система 203 обработки выполнена с возможностью для извлечения и выполнения сохраненных программ для управления расходомером 5. Система 204 памяти может хранить программы, включая программу 205 расходомера, программу 209 масс-взвешенной плотности/вязкости , программу 211 масс- взвешенной температуры, подпрограмму 213 регистрации вовлеченного газа, и подпрограмму 215 определения степени достоверности измерения. Другие программы измерения/обработки также предполагаются и находятся в пределах объема притязаний описания и формулы изобретения. Система 204 памяти может хранить измерения, принятые значения, рабочие значения, и другую информацию. В некоторых вариантах реализации, система памяти хранит массовый расход (
) 221, плотность (ρ) 304, вязкость (μ) 223, температуру (T) 224, усиление 306 привода, предельное значение 302 усиления привода, предельное значение 244 вовлеченного газа, и долю 248 вовлеченного газа.
Программа 205 расходомера может производить и сохранять количественные параметры флюида и измерения расхода. Эти значения могут содержать по существу мгновенные значения измерения или могут содержать суммарные или накопленные значения. Например, программа 205 расходомера может создавать измерения массового расхода и сохранять их в памяти 221 массового расхода системной 204 памяти, например. Программа расходомера может создавать измерения плотности и сохранять их в памяти 304 плотности, например. Массовый расход и значения плотности определяются из колебательного отклика, как ранее рассмотрено и как известно в данной области техники. Массовый расход и другие измерения могут содержать по существу мгновенное значение, могут содержать выборку, могут содержать усредненное по временному интервалу значение, или могут содержать накопленное значение по интервалу времени. Интервал времени может быть выбран для соответствия блоку времени, в течение которого регистрируются некоторые состояния флюида, например, только жидкое состояние флюида, или, альтернативно, состояние флюида, включающее в себя жидкости и вовлеченный газ. Кроме того, другой массовый расход и соответственные количественные параметры также предполагаются и находятся в пределах объема притязаний описания и формулы изобретения.
В таких условиях потока, когда газ не присутствует, объемный расход смеси равен объемному расходу жидкости. В то время, когда усиление привода мало и стабильно, газ не присутствует в магистрали и все измерения могут считаться точными в рамках обычных характеристик расходомера. Многие источники флюида содержат только периодический вовлеченный газ, и в течение часа, или дня, или другого заданного промежутка времени, оказывается вероятным, что существует интервал времени, когда содержится только немного газа или его нет совсем. В это время, усиление привода мало и стабильно, и расходу, плотности, и любым другим измерениям, выполняемым измерителем, можно доверять и выводить их пользователю или регистрировать для статистического анализа. Это может позволить точное определение составляющих расходов в этот период малого усиления привода, например, без ограничения. Поскольку эти иллюстративные ситуации могут происходить в течение длительного времени для единственного источника флюида, то важно фиксировать степень достоверности измерения расходомера 5, так, чтобы измерениям можно было доверять, использовать только как оценку, или, в ином случае, игнорировать.
Используются различные способы для снижения ошибки в применениях с неустойчивыми газовыми пробками. В идеальном случае, если нет газа, то возможны очень точные измерения, но это не всегда оказывается так. Когда доля газа в объеме технологического флюида увеличивается, точность измерения падает. Точность этих способов зависит от различных факторов и, таким образом, вывод индикатора степени достоверности определяется с использованием комбинации этих факторов.
В соответствии с вариантами реализации, множество факторов может быть использовано для определения степени достоверности измерения. В частности, существование периодов времени с малым количеством газа, или вовсе без газа, из которых определяются опорные значения, может помочь в определении достоверности измерения. Усиление привода используется как сигнал, который указывает наличие вовлеченного газа в потоке технологического флюида. Предельное значение усиления работы привода может использоваться для получения различия периодов относительно высоких и низких уровней газа. Следует отметить для предоставляемых здесь вариантов реализации, что термин усиление привода, в некоторых вариантах реализации, может относиться к току через привод, напряжению тензометрических датчиков, или любому сигналу, измеренному или выведенному, который указывает величину мощности, необходимую для приведения в движение расходомерных трубопроводов 103A, 103B с заданной амплитудой. В соответственных вариантах реализации, термин усиление привода может быть расширен для охвата любого показателя, используемого для регистрации многофазного потока, например, уровней шума, среднеквадратичного отклонения сигналов, связанных с демпфированием измерений, и любых других средств, известных в данной области техники для регистрации многофазного потока. В течение периодов с большим содержанием газа, предпринимается корректирующее действие для улучшения точности измеряемых значений. Таким образом, когда усиление привода оказывается выше этого предельного значения, измеритель работает в корректирующем состоянии. Опорные значения (измеренные переменные, используемые от периода низкого содержания газа до периода отсутствия газа) для любого из плотности, объемного расхода, и массового расхода от периодов с малым усилением 306 привода (усиление 306 привода ниже предельного значения 302 усиления привода), может, поэтому, использоваться в течение корректирующего состояния, так, чтобы заменить или улучшить точность измеряемых переменных. Поскольку расходы и плотность могут изменяться со временем, опорные значения должны периодически обновляться. Таким образом, более выгодно измерять точные значения, но только иногда, чем часто производить измерения, характеризующиеся большими ошибками. Однако, если периоды с отсутствием газа не существуют, то предельное значение усиления привода должно быть увеличено так, чтобы создалось новое опорное значение. Чем большее предельное значение усиления привода необходимо для создания опорного значения, или, иначе говоря, чем больше газа имеется во время создания опорного значения, тем ниже точность этого опорного значения и измерения, создаваемого от использования опорного значения.
Другая, хотя и связанная, переменная для определения доверительного уровня - это "жесткость" газовых пробок, которая также используется в вариантах реализации. Даже в течение периодов времени, в которых опорные значения остаются постоянными, электронный измеритель 20 все еще основывается на точности других значений измерения в реальном времени, которые более точны, когда газовый объемный расход (GVF) низок. Например, некоторые способы поддерживают постоянным объемный расход во время газовых пробок, но основываются на значении плотности в реальном времени для вычисления GVF и, таким образом, происходит определение полной доли жидкости в объемном расходе. В этом контексте, газовые пробки или закупорка относится к разности в GVF между периодами высокого и низкого содержания газа. Например, если газовая пробка имеет высокий GVF и периоды до и после того, как газовая пробка имеет низкий или отсутствующий GVF, то газовая закупорка считается жесткой. Однако, если периоды до или после газовой пробки имеют тот же самый или близкий к тому же самому GVF как и при газовой пробке, то нет никакой закупорки, или закупорка считается не жесткой. Следует отметить, что случаи отсутствия закупорки не означают, что газа нет, или что измерения являются достоверными. Никакая закупорка не указывает, что GVF является постоянным независимо от его значения. Также следует отметить, что периоды с малым содержанием газа относятся к периодам минимального содержания газа в расходомере 5. Кроме того, минимальные газовые периоды не обязательно означают малую долю газового объема, а скорее периоды времени, когда GVF низок относительно других времен. Опорные значения определяются из периодов низкого содержания газа независимо от GVF в периодах низкого содержания газа. Следует также отметить, что такие выражения как низкий, высокий, жесткий, и т.д. будут поняты специалистами в данной области техники, поскольку конструкция расходомера различается в разных моделях, и условия процесса изменяются между (и в пределах) применениями, так, что абсолютные значения, связанные с такими выражениями, относятся к конкретному расходомеру, используемому в конкретном применении.
Еще одна переменная для определения уровня достоверности - это расход технологического флюида. Расход может иметь большое влияние на точность измеряемого массового расхода. При данном GVF, например, 5% без ограничения, точность измеряемого массового расхода будет сильно изменяться в зависимости от того, каков истинный массовый расход. Если истинный массовый расход велик вблизи номинального расхода измерителя, то для GVF 5% будет небольшая ошибка измеряемого массового расхода, например, +/-1%. Однако, если для того же самого измерителя и GVF истинный расход будет намного ниже, то ошибка для измеряемого массового расхода будет выше.
Другая переменная, которая может использоваться при определении уровня достоверности, может быть "давность" данных. В варианте реализации, предпочтительными являются недавние данные, по сравнению со старыми данными, для способствования точным измерениям. Длительный период времени между низкими GVF опорными значениями может в варианте реализации способствовать меньшей степени достоверности. Аналогично, если истек длительный период с момента последнего зафиксированного опорного значения, может быть зарегистрирована меньшая степень достоверности. Поскольку усиление привода используется как сигнал, который указывает присутствие вовлеченного газа в потоке технологического флюида, усиление привода периодически измеряется. В варианте реализации, недавние измерений усиления привода предпочитаются и/или взвешиваются относительно более старых измерений. Аналогично, предельное значение усиления привода, используемый для различения периодов относительно высоких и относительно низких уровней газа, может быть периодически обновлен/повторно вычислен, и при регулировке предельного значения усиления привода предпочтительно используются более свежие измерения усиления привода. Вначале течения периодов с высоким содержанием газа предпринимается корректирующее действие для улучшения точности измеряемых значений, и использование недавних данных поверх старых данных делает более вероятным то, что предпринятое корректирующее действие и/или зарегистрированный уровень достоверности основаны на данных, которые рассматриваются как наиболее подходящие.
В варианте реализации, степень достоверности определяется с использованием различных комбинаций значений измерителя, включая обсуждаемые выше. В конкретных вариантах реализации, степень достоверности может быть числовой процентилью. В других вариантах реализации, может быть предпринят более качественный подход. Например, качественные оценки могут быть простыми "высокими", "средними", и "низкими" индикациями. В варианте реализации, могут быть следующие качественные оценки:
Высокая степень достоверности: В этом случае, в периоды низкого содержания газа имеется от незначительного количества газа, до полного его отсутствия, и жесткость газовой пробки мала. Поэтому, опорные значения точны, поскольку они определены в периоды отсутствия газа. Кроме того, периоды "высокого содержания газа" или "пробки", которые корректируются, используя опорные значения, также содержат немного газа, что способствует уменьшению каких-либо ошибок в способах коррекции.
Средняя степень достоверности: Здесь, в периоды низкого содержания газа имеется от незначительного количества газа, до полного его отсутствия, но жесткость газовой пробки велика. В этом случае опорные значения точны. Однако, ошибка в способе коррекции будет привноситься вследствие высокого GVF в периоды большого содержания газа из-за необходимого использования измерения в реальном времени в течение интерполированных участков.
Низкая степень достоверности: Эти случаи представляют периоды низкого содержания газа, которые все же имеют высокий GVF. Независимо от жесткости газовой пробки, измерение будет неточным, поскольку будут неточны опорные значения.
На Фиг.3-5 представлены примеры периодов высокой, средней, и низкой степени достоверности. Плотность отложена по левой оси Y 300, расширенное усиление привода отложено по правой оси Y 302, и время нанесено на оси X 304. Расширенное усиление привода - это усиление привода, в случае допуска выше 100%. Сплошные линии отображают плотность, и штриховые линии отображают расширенное усиление привода.
На Фиг.3 представлен пример случая высокой достоверности значения(-й) измерения, а именно, пробки малой жесткости с низким GVF в течение периодов с низким содержанием газа. В этом примере, нежесткая газовая закупорка обозначена малыми изменениями плотности между периодами с высоким и низким содержанием газа (изменение на ~0.5%). Кроме того, усиление привода мало в течение периодов минимального газа, которые привели бы к низкому предельному значению усиления привода, что указывает на малый GVF в течение этих периодов и, таким образом, точную фиксацию опорных значений.
На Фиг.4 представлен пример случая средней степени достоверности в измерении значения(-й). Здесь, пробки большой жесткости показаны с низким GVF в течение периодов с малым содержанием газа. Большая жесткость обозначена большим колебаниями плотности между периодами с низким и высоким GVF (изменение на ~20%). Однако в течение периодов с низким содержанием газа, усиление привода мало, указывая низкий GVF. Это дает опорные значения, имеющие высокую точность.
На Фиг.5 представлен пример случая низкой достоверности измерения значения(-й) – а именно, пробки малой жесткости с высоким GVF в течение периодов с низким содержанием газа. Малая жесткость пробки обозначена малыми изменениями плотности между периодами с низким и высоким содержанием газа (изменение на ~2%). Однако в течение периодов с малым содержанием газа, усиление привода все еще большое (~250%), что приводит к высокому предельному значению усиления привода, таким образом, указывая высокий GVF. Опорные значения, ошибочно определенные в течение периодов с низким содержанием газа, таким образом, привели бы также и к ошибочному скорректированному состоянию. Хотя и не показано, пробки с большой жесткостью с высоким GVF в течение периодов с низким содержанием газа также привели бы к низкой степени достоверности. Как отмечено выше, новые данные/значения измерений, в варианте реализации, могут предпочтительно использоваться поверх старых данных. Таким образом, чем более устаревшие данные присутствуют из-за расширенных периодов с высоким содержанием газа, тем ниже регистрируемая степень достоверности.
В варианте реализации, GVF в течение периодов с высоким содержанием газа оценивается с использованием следующего уравнения, как пример, без ограничения:
(1)
Где:
ρmix - плотность смеси (газ и жидкость), которая является измеренной плотностью в присутствии газа;
ρliq - поддерживаемая плотность жидкости из периода с низким содержанием газа; и
ρgas - плотность газа.
Если, в течение присутствия газовой пробки истинный GVF будет высок, то оценка объемного расхода жидкости в течение корректирующего состояния будет с большей ошибкой. Измеренный массовый расход, который предполагается точным, будет менее точным, если GVF будет высок. Из-за этого понижается степень достоверности полного измерения даже при том, что опорные значения могли быть определены из периодов отсутствия газа.
Следует отметить, что уравнение (1) не может использоваться для оценки GVF в течение периодов с низким содержанием газа, из которых определены опорные значения, поскольку в электронном измерителе 20 предполагается, что ρmix=ρliq в течение периодов с низким GVF. Следовательно, способы предшествующего уровня техники оценивают GVF как 0, если только не в корректирующем состоянии. В варианте реализации, предельное значение усиления привода используется для оценки содержания газа в периоды с низким содержанием газа. Предельное значение усиления привода может быть предварительно установлено, или может находиться за пределами зарегистрированных усилений привода в течение периодов минимума и/или отсутствия газа. Если усиление привода в течение этих периодов мало, то GVF в течение этих периодов также мало. Однако, если предельное значение усиления привода, находящееся за пределами периодов минимального газа, высоко, то GVF высоко в течение периодов с низким содержанием газа. Таким образом, предельное значение усиления привода может дать грубую оценку присутствия газа, и может способствовать предсказанию степени достоверности измерения.
На Фиг.6 показано использование GVF и уровней предельного значения усиления привода, тогда как на Фиг.7 показано использование GVF, уровней предельного значения усиления привода, и уровней расхода при определении дискретных уровней достоверности. Следует отметить, что числовые значения - это просто примеры и они обязательно различаются на основании различных параметров, включая модель расходомера, размер, применение, окружающую среду, и т.д. Значения для GVF и предельного значения усиления привода, которые задают уровень достоверности, определяются в зависимости от конкретного расходомера, условий применения и необходимой точности. Хотя показаны дискретные уровни достоверности, альтернативно может использоваться непрерывный спектр достоверности.
При данном GVF, например, 5%, без ограничения, точность измеряемого массового расхода будет сильно варьироваться в зависимости от того, каков истинный массовый расход. Если истинный массовый расход велик вблизи номинального расхода измерителя, то для GVF 5% будет небольшая ошибка измеряемого массового расхода (например +/-1%). Однако, если для того же самого расходомера 5 и GVF, расход будет заметно ниже, чем номинальный расход, то ошибка измеряемого массового расхода будет выше. Имеются различные показатели, которые могут быть использованы для учета вариативности, привносимой малыми расходами, включая динамический диапазон измерителя и вариацию опорных значений массового расхода, например.
Динамический диапазон измерителя задается как доля измеренного расхода относительно номинального расхода для данного размера измерителя. Низкие расходы во время периодов потока, имеющего вовлеченный газ, приводят к неточным результатам из-за демпфирующей асимметрии от впускного отверстия до выпускного отверстия расходомера 5. Этот вариант реализации ориентирован именно на низкие расходы, и при этом понижает степень достоверности при общем измерении.
Среднеквадратичное отклонение опорных значений также может быть индикатором степени достоверности, основанной на расходе. В случае низкого расхода, среднеквадратичное отклонение опорных значений будет большим, таким образом, указывая на более низкую степень достоверности. Этот способ является более общим в своем подходе и может учитывать другие источники вариаций, помимо низкого расхода.
Как отмечено выше, различные значения измерителя могут быть использованы для определения доверительных уровней. И опорные значения, и выводимые параметры, могут иметь связанные индикаторы степени достоверности.
Признаки, используемые для определения точности опорных значений включают в себя: усиление привода - степень достоверности уменьшается с увеличением усиления привода; высокое среднеквадратичное отклонение зарегистрированных опорных значений уменьшает степень достоверности; большие изменения опорного значения по сравнению с предыдущим опорными значениями уменьшает степень достоверности; падение опорного значения плотности по сравнению с предыдущими опорными значениями плотности уменьшает степень достоверности; и опорные значения массового/объемного расхода, которые имеют высокий динамический диапазон относительно номинального расхода измерителя уменьшает степень достоверности.
Признаки, используемые для определения точности выводимых параметров включают в себя: высокий GVF в течение корректирующего состояния уменьшает степень достоверности; падение плотности относительно поддерживаемой опорной плотности уменьшает степень достоверности; большие отклонения массового/объемного расхода от поддерживаемого опорного массового/объемного расхода уменьшает степень достоверности; высокое среднеквадратичное отклонение любых параметров потока в течение корректирующего состояния уменьшает степень достоверности; и увеличенное усиление привода в течение корректирующего состояния уменьшает степень достоверности.
Другие индикаторы, которые могут быть использованы для оценки степени достоверности, включают в себя: высокий динамический диапазон расхода в течение измерения уменьшает степень достоверности; увеличенное время, потраченное на корректирующее состояние без новых опорных значений, уменьшает степень достоверности; и слишком большое общее время, потраченное на корректирующее состояние, уменьшает степень достоверности.
Степень достоверности может быть обновлена с той же самой скоростью, как и любая другая выводимый параметр, или обновлена всякий раз, когда новое опорное значение вычислено, или когда вычислено новое предельное значение усиления привода. Скорость обновления будет зависеть от того, как определена степень достоверности. Степень достоверности также может быть усреднена и выведена в дискретных интервалах времени. Наконец, степень достоверности может быть усреднена и взвешена на основании расхода, проходящего через измеритель. Расход, используемый для усреднения потока, может быть или опорным значением, или измеренным значением.
Настоящее описание показывает конкретные примеры для пояснения специалистам в данной области техники того, как реализовать и использовать наилучший вариант изобретения. Например, нефтяные и газовые скважины используются в иллюстративных целях, но описанные здесь варианты реализации предполагают использование в любом применении флюидного потока. С целью пояснения изобретательных принципов, некоторые обычные объекты были упрощены или исключены. Специалисты в данной области техники увидят вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема притязаний изобретения.
Подробные описания вышеупомянутых вариантов реализации не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов реализации, рассматриваемых изобретателями как находящиеся в пределах объема притязаний изобретения. Действительно, специалисты в данной области техники увидят, что некоторые элементы вышеописанных вариантов реализации могут быть по-разному объединены или устранены для создания дополнительных вариантов реализации, и такие дополнительные варианты реализации находятся в пределах объема притязаний и принципов изобретения. Специалистам в данной области техники также будет очевидно, что вышеописанные варианты реализации могут быть объединены полностью или частично для создания дополнительных вариантов реализации в пределах объема притязаний и принципов изобретения.
Таким образом, хотя конкретные варианты реализации и соответственные примеры изобретения описаны здесь в иллюстративных целях, различные эквивалентные модификации возможны в пределах объема притязаний изобретения, как увидят специалисты в данной области техники. Предоставленные здесь принципы могут быть применены к другим вариантам реализации, отличным от описанных выше и показанных на сопровождающих чертежах. Соответственно, объем притязаний изобретения определяется нижеследующей формулой изобретения.
1. Способ определения достоверности измерения вибрационного расходомера, содержащий следующие этапы, на которых:
помещают технологический флюид в вибрационный измеритель;
измеряют количество вовлеченного газа в технологическом флюиде, причем количество вовлеченного газа определяется объемом газа; и
определяют уровень достоверности измерения по меньшей мере одного рабочего параметра потока на основании количества вовлеченного газа в технологическом флюиде и интервала времени между регистрациями состояний флюида.
2. Способ по п.1, в котором измерение количества вовлеченного газа в технологическом флюиде содержит определение предельного значения усиления привода.
3. Способ по п.2, в котором определение предельного значения усиления привода содержит измерение сигнала усиления привода в течение заданного периода времени.
4. Способ по п.1, в котором измерение количества вовлеченного газа в технологическом флюиде содержит регистрацию промежутков времени, когда содержание вовлеченного газа в технологическом флюиде минимально, и причем уровень достоверности измерения понижают, если предельное значение усиления привода в течение этих периодов оказывается выше заданного предельного значения.
5. Способ по п.4, содержащий этап регистрации по меньшей мере одного опорного значения в течение периодов времени, когда в технологическом флюиде содержится мало вовлеченного газа или его совсем нет.
6. Способ по п.5, в котором по меньшей мере одно опорное значение содержит по меньшей мере одно из расхода и плотности технологического флюида.
7. Способ по п.1, в котором этап измерения количества вовлеченного газа в технологическом флюиде содержит регистрацию жесткости газовых пробок в технологическом флюиде, и причем уровень достоверности измерения понижают, если жесткость газовых пробок оказывается выше заданного порога.
8. Способ по п.1, содержащий этапы, на которых:
измеряют расход технологического флюида; и
понижают уровень достоверности измерения, если измеренный расход оказывается ниже заданного порога.
9. Способ по п.1, содержащий этапы, на которых:
измеряют интервал времени между регистрациями состояний флюида; и
понижают уровень достоверности измерения, если интервал времени больше, чем заданная величина.
10. Способ по п.1, содержащий этапы, на которых:
регистрируют множество опорных значений; и
понижают уровень достоверности измерения, если среднеквадратичное отклонение множества опорных значений больше, чем заданное предельное значение.
11. Электронный измеритель (20) для расходомера (5), выполненный с возможностью приема технологического флюида, содержащий интерфейс (201), выполненный с возможностью сообщения с расходомерным узлом расходомера (5), и приема колебательного отклика, и систему обработки (203), соединенную с интерфейсом (201), содержащим:
программу (215) определения достоверности измерения, выполненную с возможностью:
измерять количество вовлеченного газа в технологическом флюиде, причем количество вовлеченного газа определяется объемом газа; и
определять уровень достоверности измерения по меньшей мере одного рабочего параметра потока на основании количества вовлеченного газа в технологическом флюиде и интервала времени между регистрациями состояний флюида.
12. Электронный измеритель (20) по п.11, в котором измерение количества вовлеченного газа в технологическом флюиде содержит определение предельного значения усиления привода.
13. Электронный измеритель (20) по п.12, в котором определение предельного значения усиления привода содержит измерение сигнала усиления привода в течение заданного периода времени.
14. Электронный измеритель (20) по п.11, выполненный с возможностью регистрации периодов времени, когда содержание вовлеченного газа в технологическом флюиде минимально, и причем уровень достоверности измерения понижают, если предельное значение усиления привода в течение этих периодов оказывается выше заданного уровня.
15. Электронный измеритель (20) по п.14, в котором программа определения достоверности измерения выполнена с возможностью регистрации по меньшей мере одного опорного значения в течение периодов времени, когда в технологическом флюиде содержится мало или совсем нет вовлеченного газа.
16. Электронный измеритель (20) по п.15, в котором по меньшей мере одно опорное значение содержит по меньшей мере одно из расхода и плотности технологического флюида.
17. Электронный измеритель (20) по п.11, в котором измерение количества вовлеченного газа в технологическом флюиде содержит регистрацию жесткости газовых пробок в технологическом флюиде, и причем уровень достоверности измерения понижают, если жесткость газовых пробок оказывается выше заданного порога.
18. Электронный измеритель (20) по п.11, в котором программа определения достоверности измерения выполнена с возможностью:
измерения расхода технологического флюида; и
понижения уровня достоверности измерения, если измеренный расход оказывается ниже заданного предельного значения.
19. Электронный измеритель (20) по п.11, в котором программа определения достоверности измерения выполнена с возможностью:
измерения интервала времени между регистрациями состояний флюида; и
понижения уровня достоверности измерения, если интервал времени больше, чем заданная величина.
20. Электронный измеритель (20) по п.11, в котором программа определения достоверности измерения выполнена с возможностью:
регистрации множества опорных значений; и
понижения уровня достоверности измерения, если среднеквадратичное отклонение множества опорных значений больше, чем заданное предельное значение.
