Способ диагностики компонента двухфазной среды

Авторы патента:

G01F1/74 - приборы для измерения потока жидкости, газа или сыпучего твердого материала, находящегося во взвешенном состоянии в другой текучей среде

Владельцы патента RU 2760926:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Способ определения компонента потока двухфазной среды. Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для контроля расхода и определения массы компонента газожидкостной среды (ГЖС), извлекаемой, например, из буровой скважины. Способ определения компонента потока двухфазной среды характеризуется тем, что для определения принадлежности среды единичного объема к одному из компонентов потока двухфазной среды, в канале компоненты потока с предварительно полученными импульсами порций тепловой энергии направляют к датчикам, которые принимают единичный объем массы компонента, образованный площадью датчика и длиной зоны, заряженной в течение времени получения теплового потока, измеряют по амплитуде электрического сигнала импульсную энергию теплового потока в единичном объеме, передают ее вычислительному устройству для определения принадлежности среды единичного объема к одному из компонентов потока по величине амплитуды сигнала и определения его доли в общей массе потока. Технический результат изобретения - упрощение определения компонента газожидкостной среды при ограниченном приборном составе устройств измерения, сокращение измерительных операций. 1 ил.

Известны общие способы выявления компонента из смеси при ее разделении. Для гомогенной смеси - это выпаривание, дистилляция (перегонка), для негомогенной - отстаивание, фильтрование, центрифугирование. При этом компоненты, входящие в состав смесей, сохраняют свои индивидуальные свойства. Эти способы предназначены для лабораторных исследований.

Известны способы определения компонента с помощью различных методов хроматографии - газожидкостной, жидкостной, методом ИК - спектрофотометрии, флуориметрическим методом (www.Nortest.pro - испытательный центр Нортест). Недостатками перечисленных способов является необходимость наличия совершенных приборов и приспособлений к ним, нормотестов и др. без которых невозможно получить достоверную информацию.

Известны способы определения отдельных компонентов, например (П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества вещества. СПб. Политехника. 2002. Книга 2, с. 245), в которых при измерения многофазного расхода многокомпонентных веществ с помощью нескольких последовательно установленных расходомеров, обладающих селективными свойствами, выделяются компоненты и их расходы. Недостатками известных решений является наличие разнообразных приборов, большие габариты устройства.

Известен способ диагностики компонента при покомпонентном измерения расхода многофазного потока (RU 2428662 С2, 10.09.2011) принятый за прототип. По известному способу отдельным прибором измеряется содержанием влаги в смеси и отдельным прибором плотность потока, при этом измерение плотности проводят после принудительного перемешивания на смешанной жидкости, накопленной в резервуаре для хранения, и далее отделяют от смешанной жидкости газовую фазу. Недостатками известного способа является большое число механических операций при определении плотности потока, понижающие достоверность измерения всего потока, большое время разделения фаз.

Техническим результатом изобретения является упрощение определения компонента газожидкостной среды при ограниченном приборном составе устройств измерения, сокращении измерительных операций.

Технический результат достигается тем, что по способу определения компонента потока двухфазной среды, характеризующегося тем, что для определения принадлежности среды единичного объема к одному из компонентов потока двухфазной среды, в канале компоненты потока среды с предварительно полученными импульсами порций тепловой энергии направляют к датчикам, которые принимают единичный объем массы компонента, образованный площадью датчика и длиной зоны, заряженной в течении времени получения теплового потока, измеряют по амплитуде электрического сигнала импульсную энергию теплового потока в единичном объеме, передают ее вычислительному устройству для определения принадлежности среды единичного объема к одному из компонентов потока двухфазной среды по величине амплитуды сигнала и определения его доли в общей массе потока.

Описание способа определения принадлежности среды единичного объема к одному из компонентов потока выполнено на примере определения покомпонентного расхода двухфазной среды (газ, вода, нефть).

На рисунке показаны электрические импульсы, получаемые от одного из датчиков, определяющие принадлежность импульсов компонентам, т.е. определение принадлежности каждого компонента ведется по величине амплитуды импульсов на каждом датчике.

Принцип работы способа определения принадлежности среды единичного объема к одному из компонентов потока массы компонента газожидкостной среды основан на различной теплоемкости трех компонентов двухфазной среды и состоит в том, что компоненты потока V среды в канале с предварительно полученной импульсной порцией Q тепловой энергии направляют к измерительному сечению с датчиками, которые принимают единичный объем W массы компонента, образованный площадью датчика и длиной зоны, заряженной в течении времени получения теплового потока, измеряют по амплитуде электрического сигнала импульсную порцию Q теплового потока Φ, заключенную в единичном объеме W, передают ее в виде ЭДС вычислительному устройству для диагностики компонента по величине амплитуды сигнала.

Датчики расположены в сечении канала равномерно и имеют непосредственный контакт с компонентами. Все датчики воспринимают только поток Φ тепловой энергии в виде импульсов теплового заряда Q, безразлично от того нефть это, вода или газ, которые поочередно проходят мимо датчиков. При этом должно быть выполнено распределение этих импульсов ЭДС по их принадлежности к конкретным компонентам. При различном поглощении тепловых импульсных порций Q компонентами среды с последующей передачей потоком V поглощенных порций датчикам теплового потока, размещенным в различных точках сечения, способ принадлежности среды единичного объема W к одному из компонентов потока двухфазной среды основан на том, что электрические сигналы ЭДС разной величины от поглощенных порций компонентами передаются вычислительному блоку для установления соответствия массы компонента и определения его природы и физического свойства, по величинам амплитуды электрических сигналов, которые заданы заранее (представлены в цифровой форме на рисунке).

Для решения этой задачи выполняется вычисление нагретой массы компонента в единичном объеме W. Принимается, что единичный объем равен W=L F и образован площадью F датчика и длиной L зоны массы т, заряженной заранее в течении определенного заданного времени Δt тепловым импульсом в поперечном сечении канала. Единичные объемы W разных компонентов у каждого датчика в момент измерения одинаковые. Массы т в каждом из этих объемов W различные и равны m=ρ W, где ρ - плотность каждого соответствующего компонента в единичном объеме W, при этом теплоемкость будет равна C=cm=cρW, где величины с - удельная теплоемкость и ρ - плотность каждого компонента известны из литературы (удельная теплоемкость с: вода - 4,2; нефть - 2,1; с_р газ-1,4 КДж/кг*К и плотность ρ: вода - 1009; нефть - 900; газ - 1,29 кг/м³). Датчик принимает тепловой поток Φ нагретой массы m компонента и далее в вычислитель передается величина импульсного теплового заряда Q компонента, в преобразованном с коэффициентом К в виде Е - импульса ЭДС, амплитуда которого пропорциональна массе m и удельной теплоемкости с каждого компонента: , где Δt - заданное время подачи импульсного теплового заряда; (Т₁ - Т₂) - разность температур на датчике до и после приема заряда; - коэффициент, учитывающий температурный заряд компонента за время Δt; С - теплоемкость единичного объема W; с - удельная теплоемкость; m - масса нагретого компонента в единичном объеме W перед датчиком. Введение элемента «единичный объем W» позволяет выявить принадлежность компонентов по расчетным величинами ЭДС, выраженным для единичного объема в виде произведения удельной теплоемкости с и плотности ρ для каждого компонента, для воды - сρ=4,2*1009, для нефти - сρ=2,1*900, для газа - с_рρ=1,4*1,29. И затем определить по принадлежности компонентам их суммарные доли в общей массе потока смеси компонентов.

Датчики принимают тепловой поток независимо от природы компонента, только от их свойства теплоемкости. При таком способе определения принадлежности масс в смеси компонентов отсутствуют специальные приемы и датчики воды, газосодержания и др. и решается задача определения массы и расхода компонента с минимальным технопарком средств измерения и вычислительного процесса, не требуются при этом данные по долям плотности и вязкости смеси.

Способ определения компонента потока двухфазной среды, характеризующийся тем, что для определения принадлежности среды единичного объема к одному из компонентов потока двухфазной среды, в канале компоненты потока с предварительно полученными импульсами порций тепловой энергии направляют к датчикам, которые принимают единичный объем массы компонента, образованный площадью датчика и длиной зоны, заряженной в течение времени получения теплового потока, измеряют по амплитуде электрического сигнала импульсную энергию теплового потока в единичном объеме, передают ее вычислительному устройству для определения принадлежности среды единичного объема к одному из компонентов потока по величине амплитуды сигнала и определения его доли в общей массе потока.

Изобретение относится к технологии измерения расхода, включающей в себя системы для использования при измерении объемов добычи, включая двухфазную смесь из отдельных фаз, например смесь, содержащую нефтяную и газовую фазы. Техническим результатом изобретения является возможность разделения газово-жидкостной смеси непосредственно внутри измерительного трубопровода и измерение жидкой и газовой фазы, без использования сепаратора, разделения и сведения потоков отдельными трубопроводами.

Устройство для измерения объемного расхода газа в продуктах добычи газоконденсатных скважин корреляционным методом // 2757861

Изобретение относится к области измерения расходов газов и может использоваться в газовых и нефтяных областях промышленности, а также в областях науки и техники, имеющих дело с газами - в авиации, криогенной технике, химической, металлургической отраслях промышленности и др. В устройстве для измерения объемного расхода газа в продуктах добычи газоконденсатных скважин корреляционным методом согласно изобретению в качестве источников сигналов, подлежащих последующей обработке с целью определения времени корреляции, используются два одинаковых объемных резонатора дециметрового диапазона, устанавливаемых на определенном расстоянии один от другого и возбуждаемых на частоте где - резонансная частота резонатора, а сдвиг определяется по соотношению, где Q - добротность резонатора, причем величины fo и Q определяются в присутствии газожидкостного потока.

Способ измерения долей компонентов в потоке двухфазной среды // 2751579

Способ измерения долей компонентов в потоке двухфазной среды. Предложенный способ измерения долей компонентов в потоке двухфазной среды относится к области измерения расхода многокомпонентных газожидкостных потоков и может быть использован в нефтяной промышленности.

Сепарационно-измерительная емкость для установок измерения скважинной продукции // 2750371

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли промышленности, к устройствам для сепарации сырой нефти на нефтяную и газовую фракции и может быть использовано в различных установках оперативного учета дебитов продукции нефтяных скважин, в том числе для продукции нефтяных скважин с повышенным газосодержанием.

Многофазный расходомер для покомпонентного определения расходов газа, углеводородного конденсата и воды в продуктах добычи газоконденсатных скважин // 2746167

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано на газовых скважинах или участках первичной переработки газа. Многофазный расходомер состоит из сужающего устройства, измерительного и опорного резонаторов дециметрового диапазона, фильтра, отбивающего жидкую фазу, счетчика объема газа, прошедшего через фильтр, приборов контроля температуры и давления в измерительном и опорном резонаторе, электрически управляемых вентилей, электронных блоков - блока управления работой расходомера и блока обработки информации и вычисления покомпонентных расходов.

Устройство для автоматического контроля плотности и расхода твёрдого в потоке пульпы // 2737133

Изобретение относится к устройству для автоматического контроля плотности и расхода твердого в потоке пульпы, к области автоматизации производственных процессов, в частности для измерения параметров пульпы на выходе измельчительного комплекса мельница-классификатор в процессе обогащения руды на обогатительных фабриках горнометаллургической и химической промышленности.

Датчик уноса жидкого сорбента в аэрозольном виде из аппаратов гликолевой осушки природного газа // 2733327

Изобретение относится к измерительной технике, а именно - к измерению уноса жидкого сорбента из абсорберов гликолевой осушки и может быть использовано в газовой промышленности, авиационной технике, топливно-энергетической и автомобильной отрасли (контроль выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания) и других областях промышленности, имеющих дело с газами, содержащими аэрозоли в капельножидком или твердом состоянии (например, дым заводских труб).

Вставка для измерения потока // 2730898

Изобретение относится к измерению многофазного потока нефти, газа и воды по трубе для наземной добычи, которая может быть соединена со скважиной для добычи нефти/газа. Вставка для измерения многофазного потока для введения внутрь трубы содержит первый расположенный выше по потоку изоляционный диск, имеющий такие размер и форму, чтобы образовывать герметичное водонепроницаемое уплотнение с внутренней поверхностью трубы.

Способ определения содержания компонента газожидкостной среды // 2730364

Способ определения покомпонентного расхода газожидкостной среды // 2726304

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для контроля расхода и определения массы компонента газожидкостной среды (ГЖС), извлекаемой, например, из буровой скважины. Способ определения покомпонентного расхода газожидкостной среды характеризуется тем, что периодически создают в поперечном сечении канала с газожидкостным потоком импульсные одинаковые порции количества тепла, измеряют в равномерно размещенных по второму по потоку сечению точках поглощенное каждым компонентом в соответствии с его теплоемкостью количество теплоты по величине полученных импульсов и скорости снижения их заднего фронта, затем суммируют измеренное во всех точках количество теплоты, запасенной каждым компонентом, вычисляют общую теплоемкость суммы компонентов и определяют массовые доли каждого компонента по величине их удельной теплоемкости.

Сепаратор для исследования скважин // 2761455

Изобретение относится к сепаратору для измерения дебита и исследования нефтяных и газовых скважин, включающему сепарационную емкость с трубопроводом и патрубком подвода газожидкостной смеси, трубопроводами отвода газа, нефти и пластовой воды, расположенную в ней вихревую трубу с винтовым циклоном, с соосно закрепленным хвостовиком, образующим кольцевой зазор на стыке с вихревой трубой и снабженным продольными щелями. При этом часть трубы и хвостовик помещены в отбойный кожух, кроме того в сепарационной емкости имеется вертикальный коалесцирующий каплеотбойник, коалесцер для разрушения водной эмульсии и вертикальная переливная перегородка, а также фильтр для очистки газа, установленный на горизонтальной тарелке, размещенной в вертикальном колпаке. Причем фильтр выполнен сменным. Сепаратор характеризуется тем, что трубопровод подвода газожидкостной смеси перед сепарационной емкостью разветвляется на два параллельных трубопровода, каждый из которых через патрубок подвода газожидкостной смеси соединен с одной из двух вихревых труб, при этом вихревые трубы выполнены сменными по диаметру, а циклоны - по диаметру и шагу винтовой линии. Сепаратор обеспечивает качество сепарации в широком диапазоне дебитов скважин при одновременном уменьшении габаритов установки до размеров, позволяющих использовать его в малогабаритных передвижных установках 1 з.п. ф-лы, 3 ил.