close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент РФ 2337325

код для вставки
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
(19)
RU
(11)
2 337 325
(13)
C1
(51) МПК
G01F 1/74 (2006.01)
G01N 22/00 (2006.01)
G01F 1/86 (2006.01)
ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) За вка: 2007104902/28, 08.02.2007
(24) Дата начала отсчета срока действи патента:
08.02.2007
(45) Опубликовано: 27.10.2008 Бюл. № 30
(73) Патентообладатель(и):
ОАО "Техприбор" (RU)
Адрес дл переписки:
197046, Санкт-Петербург, Каменноостровский
пр., 1/3, оф.30, ООО "Юридическа фирма
Городисский и Партнеры", филиал в г.СанктПетербурге, пат.пов. Н.В.Потаниной, рег.№ 486
(54) СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА КОМПОНЕНТОВ ТРЕХКОМПОНЕНТНОГО
2 3 3 7 3 2 5
конденсаторов. На основе метода радиоволнового
ВЧ-зондировани потока в двух взаимно
ортогональных
направлени х
измер ют
относительное
объемное
содержание
его
компонентов, методом
автокоррел ционного
измерени скорости определ ют скорость потока и
с использованием Кориолисового расходомера и
контроллеров калибровок измер ют массовый
расход и плотность контролируемой среды.
Контроллеры калибровок позвол ют, с учетом
информации, полученной из контроллера режимов
течени , выбрать калибровку Кориолисового
расходомера, соответствующую данному режиму.
Изобретение повышает точность измерени даже
при существенно неустановившемс течении
потока. 5 ил.
R U
(57) Реферат:
Изобретение может быть использовано дл контрол дебита нефт ных скважин. Система
содержит размещенные на диэлектрической трубе
два ВЧ-резонатора в виде короткозамкнутых
проводников с двум взаимно ортогональными
вводами-выводами, два ограничительных витка и
ограничительно-разделительный виток,
Кориолисовый
расходомер
с
электронными
преобразовател ми расхода и плотности, датчик
давлени , вычислительно-управл ющий блок,
управл емые ВЧ-генератор и
коммутатор,
контроллер режимов течени потока, первый и
второй контроллеры калибровок Кориолисового
расходомера, два входных усилител , четыре
передающих тракта и восемь разделительных
Страница: 1
RU
C 1
C 1
ПОТОКА
2 3 3 7 3 2 5
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2002100228 А, 20.03.2004. RU
2286546 С2, 27.10.2006. RU 59814 U1,
27.12.2006. RU 2037811 С1, 19.06.1995. US
6915707 В2, 12.07.2005.
R U
(72) Автор(ы):
Фурмаков Евгений Федорович (RU),
Петров Олег Федорович (RU),
Маслов Юрий Викторович (RU),
Новиков Андрей Юрьевич (RU),
Петров Виктор Михайлович (RU)
C 1
C 1
2 3 3 7 3 2 5
2 3 3 7 3 2 5
R U
R U
Страница: 2
RUSSIAN FEDERATION
(19)
RU
(11)
2 337 325
(13)
C1
(51) Int. Cl.
G01F 1/74 (2006.01)
G01N 22/00 (2006.01)
G01F 1/86 (2006.01)
FEDERAL SERVICE
FOR INTELLECTUAL PROPERTY,
PATENTS AND TRADEMARKS
(12)
ABSTRACT OF INVENTION
(21), (22) Application: 2007104902/28, 08.02.2007
(24) Effective date for property rights: 08.02.2007
(45) Date of publication: 27.10.2008 Bull. 30
Mail address:
197046, Sankt-Peterburg, Kamennoostrovskij
pr., 1/3, of.30, OOO "Juridicheskaja firma
Gorodisskij i Partnery", filial v g.SanktPeterburge, pat.pov. N.V.Potaninoj, reg.№ 486
(73) Proprietor(s):
OAO "Tekhpribor" (RU)
2 3 3 7 3 2 5
flow metre gauge relevant to the flow mode with
account of data obtained from flow mode controller.
EFFECT: enhanced measurement accuracy even
for greatly instable flow.
5 dwg
R U
(57) Abstract:
FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: system includes two high-frequency
resonators
in
the
form
of
short-circuited
conductors with two mutually square inputsoutputs, mounted on dielectric tube, two limiting
coils and limiting separation coil, coriolis flow
metre with electronic flow rate and density
converters, pressure sensor, computation and
control unit, controlled high-frequency generator
and switch, flow mode controller, first and
second coriolis flow metre gauging controllers,
two input amplifiers, four transmission paths and
eight separation condensers. By the method of
high-frequency radio wave flow probing, relative
volume component content is measured in two
orthogonal directions; flow velocity is measured
by autocorrelation velocity measurement method;
and mass flow rate and density of examined medium
are measured by coriolis flow metre and gauging
controllers. Gauging controllers select coriolis
Страница: 3
EN
C 1
C 1
FLOW
2 3 3 7 3 2 5
(54) SYSTEM OF COMPONENT MASS FLOW RATE MEASUREMENT IN THREE-COMPONENT
R U
(72) Inventor(s):
Furmakov Evgenij Fedorovich (RU),
Petrov Oleg Fedorovich (RU),
Maslov Jurij Viktorovich (RU),
Novikov Andrej Jur'evich (RU),
Petrov Viktor Mikhajlovich (RU)
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Предлагаемое изобретение относитс к измерительной технике и может быть
использовано в нефтедобывающей промышленности, например, дл контрол дебита
нефт ных скважин.
Известна система измерени покомпонентного расхода многофазного потока нефт ных
скважин, содержащего нефть, газ и воду (см. патент РФ №2270981, МПК G01F 15/08, G01F
1/74, G01F 1/84, E21B 47/10).
Эта система содержит сепаратор, обеспечивающий разделение газового и жидкого
компонентов контролируемого потока, а также приборы измерени массового расхода и
других параметров компонентов, в том числе микроволновый влагомер, определ ющий
содержание воды в жидком компоненте методом радиоволнового зондировани .
Недостатком данной системы вл етс невозможность определени компонентного
состава многофазного потока без его предварительного сепарировани : механического
разделени на газовую и жидкую фракции.
Также известны системы измерени покомпонентного расхода трехкомпонентного
газожидкостного потока, содержащие управл емый СВЧ-генератор, зондирующий блок с
антеннами и вычислительно-управл ющий блок (см. патент РФ №2063615, МПК G01F 1/56,
патент РФ №43068, МПК G01F 1/74 и патент РФ №2275604, МПК G01F 1/74). Указанные
системы не требуют сепарировани газожидкостного потока, однако обладают другим
недостатком: невозможностью достоверного радиоволнового зондировани контролируемого потока при наличии в нем соленой воды. Данный недостаток обусловлен
затуханием микроволнового радиоизлучени зондирующего блока известных систем в
существенно электропроводной соленой воде. Поскольку содержание растворенных в
скважинной воде солей составл ет дес тки грамм на литр, скважинна вода обладает
высокой электропроводностью, что делает ее фактически непрозрачной дл СВЧизлучени и не дает возможности осуществлени достоверного радиоконтрол содержани воды.
От этого недостатка свободны известные устройство измерени покомпонентного
расхода многокомпонентного газожидкостнотвердотельного потока (см. описание к за вке
на изобретение РФ №2002100228, МПК G01F 1/00, G01F 5/00, второй вариант издели ,
представленный на фиг.2) и комплекс измерени покомпонентного расхода
трехкомпонентного газожидкостного потока нефт ных скважин (см. патент РФ на полезную
модель №59814, МПК G01F 1/00, G01F 5/00, Е21В 47/10).
В состав каждого из известных устройств вход т два соосно расположенных
высокочастотных резонатора, выполненных в виде короткозамкнутых зигзагообразных
проводников, а также вычислительно-управл ющий блок, датчик давлени , управл емый
ВЧ-генератор и передающие тракты, каждый из которых содержит последовательно
соединенные между собой усилитель, амплитудный детектор и аналого-цифровой
преобразователь. В известных устройстве и комплексе измерение объемного
покомпонентного расхода производитс автокоррел ционным методом путем
зондировани контролируемого газожидкостного потока высокочастотными резонаторами с
частотой излучени , задаваемой управл емым высокочастотным генератором.
Вычисление массового покомпонентного расхода производитс косвенным способом в
вычислительно-управл ющем блоке на основе информации об объемном расходе
контролируемой среды с учетом сигналов о ее давлении, формируемых датчиком
давлени .
Поскольку по отношению к высокочастотному излучению поток скважиной жидкости
оказываетс практически радиопрозрачным, данные системы позвол ют достаточно точно
контролировать среднюю скорость и объемный расход скважинной жидкости даже при
содержании в ней соленой воды.
Однако об зательным условием работы известных систем вл етс наличие в
контролируемом потоке существенных флуктуаций его компонентного состава, например
наличие вно выраженных пузырей газа. При отсутствии подобных флуктуаций
автокоррел ционный метод оказываетс неработоспособным и данные системы перестают
Страница: 4
DE
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
функционировать.
Указанный недостаток устранен в известной системе измерени покомпонентного
массового расхода трехкомпонентного газожидкостного потока нефт ных скважин (см.
описание к за вке на изобретение РФ №2002100228, МПК G01F 1/00, G01F 5/00, третий
вариант издели , представленный на фиг.3).
Эта система вл етс наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической
сущности и достигаемому результату и прин та за ближайший аналог (прототип). В состав
известной системы вход т высокочастотный резонатор, выполненный в виде
короткозамкнутого зигзагообразного проводника, имеющего форму пр моугольного
меандра, расположенного на диэлектрической трубе, установленной в отрезке
трубопровода, управл емый ВЧ-генератор, датчик давлени , расходомер общего потока,
установленный последовательно с высокочастотным резонатором и снабженный
электронным преобразователем расхода, а также вычислительно-управл ющее устройство
и передающий тракт, представл ющий собой последовательно соединенные между собой
усилитель, детектор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП).
В основу работы известной системы положены два метода измерени : метод измерени покомпонентного состава контролируемого потока в дол х от общего объема с
последующей коррекцией полученной информации по давлению и температуре и метод
измерени общего объемного расхода контролируемого потока. Измерение
покомпонентного состава потока в дол х объема основано на использовании метода
высокочастотного радиоволнового зондировани контролируемой среды с помощью
высокочастотного резонатора; в этом методе информативными параметрами выходного
сигнала о покомпонентном составе потока в дол х объема вл ютс параметры
поглощени контролируемой средой энергии высокочастотного электромагнитного пол резонатора на резонансных частотах.
Определение покомпонентного состава потока в дол х массы основано на
использовании информации от датчика давлени контролируемой среды, позвол ющей
косвенным способом, с привлечением справочных данных о номинальных значени х
плотности каждого из трех компонентов газожидкостного потока: нефти, воды и газа,
преобразовать объемные доли в массовые.
Измерение общего объемного расхода контролируемого потока в известной системе
выполн етс с помощью механического расходомера «дозированного перемещени » или
ультразвукового расходомера, снабженных электронным преобразователем,
формирующим электрический выходной сигнал об общем объемном расходе
контролируемого потока.
Открытый цилиндрический высокочастотный резонатор данной системы представл ет
собой короткозамкнутый зигзагообразный проводник, снабженный отдельным вводом и
отдельным выводом высокочастотных сигналов, причем вывод высокочастотного
резонатора известной системы подключен к одному из входов вычислительноуправл ющего блока через передающий тракт, а ввод этого высокочастотного резонатора
соединен с выходом управл емого высокочастотного генератора через входной усилитель,
при этом ввод и вывод высокочастотного резонатора подсоединены каждый к одной из двух
различных диаметрально противоположно расположенных точек короткозамкнутого
зигзагообразного проводника, лежащих в одной поперечной плоскости.
В св зи с тем, что в известной системе в качестве зондирующего радиоволнового
сигнала используетс высокочастотный сигнал, она позвол ет зондировать газожидкостный
поток на относительно низкой, по сравнению с микроволновым излучением, частоте, что
дает возможность достоверно контролировать объемное содержание компонентов
газожидкостного потока даже при наличии в нем соленой воды.
Однако недостатком данной системы вл етс высока погрешность измерени относительного содержани компонентов газожидкостного потока в дол х массы,
вызванна , во-первых, использованием косвенного метода измерени массового
содержани этих компонентов, основанного на учете давлени контролируемой среды и,
Страница: 5
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
во-вторых, наличием дополнительной погрешности радиоволновых измерений,
возникающей при существенно неустановившемс течении контролируемого потока.
Погрешность косвенного метода измерени массового содержани компонентов
возникает в св зи с отличием хран щихс в пам ти вычислительно-управл ющего
устройства известной системы номинальных справочных значений плотности компонентов
газожидкостного потока: нефти, воды и газа, от фактических значений плотности каждого
из этих компонентов. Фактические значени плотности могут существенно отличатьс от
номинальных значений. Так, например, плотность скважинной воды, в зависимости от ее
солености, измен етс от 1 до 1,2 г/см 3, что не может быть учтено в известной системе,
поскольку выходные сигналы радиоволнового датчика и расходомера общего потока,
вход щих в состав известной системы, завис т не от массы и не от массового расхода
компонентов, а от их объема и объемного расхода.
Компонентный состав и скорость газожидкостного потока нефт ных скважин при
характерном дл их работы неустановившемс течении быстро и хаотически измен ютс во времени, в результате чего дополнительна погрешность радиоволновых измерений,
вызванна «отставанием» скорости алгоритмической обработки результатов
автокоррел ционных данных в вычислительно-управл ющем устройстве известной
системы от скорости изменени информации о компонентном составе газожидкостного
потока, может достигать существенных величин.
Задачей предлагаемого изобретени вл етс создание системы, способной измер ть
массовый расход отдельных компонентов (нефти, воды, газа) потока нефт ных скважин.
Достигаемый технический результат - повышение достоверности и точности измерений
покомпонентного массового расхода газожидкостного потока.
Дл решени поставленной задачи система измерени массового расхода компонентов
трехкомпонентного потока, в состав которой вход т первый высокочастотный резонатор,
представл ющий собой короткозамкнутый проводник, имеющий форму пр моугольного
меандра, размещенный на наружной цилиндрической поверхности диэлектрической трубы,
расположенной внутри трубчатого металлического корпуса соосно ему, расходомер,
установленный последовательно с первым высокочастотным резонатором и снабженный
электронным преобразователем расхода, датчик давлени , установленный в
диэлектрической трубе, вычислительно-управл ющий блок, управл емый высокочастотный
генератор, первый входной усилитель, а также передающий тракт, состо щий из
последовательно соединенных между собой усилител , вход которого служит входом
данного тракта, амплитудного детектора и аналогово-цифрового преобразовател , выход
которого служит выходом данного тракта, причем выход датчика давлени соединен с
соответствующим входом вычислительно-управл ющего блока, первый высокочастотный
резонатор подключен через первый входной усилитель к выходу управл емого
высокочастотного генератора, а через передающий тракт - к соответствующему входу
вычислительно-управл ющего блока, выход которого соединен со входом управл емого
высокочастотного генератора, дополнена новыми элементами и св з ми.
В соответствии с изобретением предложенна система дополнена вторым
высокочастотным резонатором, установленным соосно с первым высокочастотным
резонатором на упом нутой диэлектрической трубе внутри упом нутого корпуса, каждый из
упом нутых высокочастотных резонаторов снабжен двум вводами-выводами: первым
вводом-выводом и вторым вводом-выводом, расположенными в диаметральных взаимно
перпендикул рных плоскост х.
В качестве расходомера в предложенной системе применен массовый кориолисов
расходомер, снабженный электронным преобразователем расхода и электронным
преобразователем плотности.
Кроме того, в предложенную систему дополнительно введены три контроллера:
контроллер режимов, предназначенный дл определени режима течени газожидкостного
потока, первый контроллер калибровок, предназначенный дл калибровки сигналов
кориолисова расходомера о массовом расходе контролируемой среды, и второй
Страница: 6
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
контроллер калибровок, предназначенный дл калибровки сигналов кориолисова
расходомера о плотности контролируемой среды, а также три передающих тракта,
идентичных упом нутому передающему тракту, четыре входных и четыре выходных
разделительных конденсатора, второй входной усилитель и управл емый коммутатор,
снабженный двум выходами, один из которых подключен ко входу первого входного
усилител , а второй - ко входу второго входного усилител , при этом вход управл емого
коммутатора соединен с выходом управл емого высокочастотного генератора, а
управл ющий вход упом нутого коммутатора подключен к соответствующему выходу
вычислительно-управл ющего блока.
Каждый первый и каждый второй ввод-вывод каждого из высокочастотных резонаторов
предложенной системы через один из выходных разделительных конденсаторов подключен
ко входу одного из передающих трактов, выход которого соединен с соответствующим
входом вычислительно-управл ющего блока и с одним из входов контроллера режимов,
выход которого подключен к одному из входов первого контроллера калибровок, к одному
из входов второго контроллера калибровок и к соответствующему входу вычислительноуправл ющего блока.
Другой вход каждого из упом нутых контроллеров калибровок соединен с выходом
одного из электронных преобразователей: вход первого контроллера калибровок соединен
с выходом электронного преобразовател расхода, а вход второго контроллера калибровок
соединен с выходом электронного преобразовател плотности, при этом выход датчика
давлени дополнительно подключен к соответствующему входу контроллера калибровок.
Кроме того, каждый из первых вводов-выводов каждого из высокочастотных резонаторов
подключен через соответствующий ему входной разделительный конденсатор к выходу
первого входного усилител , а каждый из вторых вводов-выводов каждого из
высокочастотных резонаторов подключен через соответствующий ему входной
разделительный конденсатор к выходу второго входного усилител .
На концевых участках диэлектрической трубы установлено по короткозамкнутому
ограничительному витку (далее по тексту - ограничительный виток), а между
высокочастотными резонаторами установлен короткозамкнутый ограничительноразделительный виток (далее по тексту - ограничительно-разделительный виток), при
этом поперечное сечение ограничительного витка, поперечное сечение ограничительноразделительного витка и поперечное сечение короткозамкнутого проводника каждого из
вышеуказанных высокочастотных резонаторов имеет пр моугольную форму.
Предложенна система включает в себ следующие основные блоки: высокочастотный
зонд, расходомер, в качестве которого применен кориолисов расходомер массового
расхода, и электронное измерительно-вычислительное устройство.
Более подробно сущность изобретени по сн етс в приведенном ниже примере и
иллюстрируетс чертежами, на которых представлены:
на фиг.1 - функциональна схема предложенной системы, на фиг.2 - развертка
высокочастотных резонаторов, на фиг.3 - сечение короткозамкнутого проводника, на
фиг.4 - поперечный разрез высокочастотного резонатора, а на фиг.5 - структурна схема
передающего тракта.
На фиг.1-5 введены следующие обозначени :
1 - корпус, 2 - первый резонатор, 3 - второй резонатор, 4 - первый ввод - вывод
резонатора, 5 - второй ввод - вывод резонатора, 6 - диэлектрическа труба, 7 центрирующий фиксатор, 8 - наружное уплотнительное кольцо, 9 - внутреннее
уплотнительное кольцо, 10 - ограничительный виток, 11 - ограничительно разделительный виток, 12 - диэлектрическа втулка, 13 - диэлектрическа подложка,
надета на трубу 6 (далее по тексту - диэлектрическа подложка), 14 - датчик
давлени , 15 - кориолисов расходомер, 16 - электронный преобразователь сигнала
массового расхода контролируемой среды (далее по тексту - преобразователь расхода),
17 - электронный преобразователь сигнала плотности контролируемой среды (далее по
тексту - преобразователь плотности), 18 - крепежный элемент, 19 - прокладка, 20 Страница: 7
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
вычислительно-управл ющий блок, 21 - управл емый высокочастотный генератор, 22 управл емый коммутатор, 23 - контроллер режимов, 24 - первый контроллер калибровок,
25 - второй контроллер калибровок, 26 - первый входной усилитель, 27 - второй входной
усилитель, 28 - первый передающий тракт, 29 - второй передающий тракт, 30 - выходной
усилитель, 31 - амплитудный детектор, 32 - аналого-цифровой преобразователь, 33 входной разделительный конденсатор, 34 - выходной разделительный конденсатор, 35 внешние системы.
Высокочастотный зонд содержит корпус 1, представл ющий собой отрезок
металлической трубы с фланцами на ее торцах, один из которых предназначен дл присоединени корпуса 1 к внешнему нефтепроводу, а другой - к фланцу кориолисова
расходомера 15, и два открытых цилиндрических высокочастотных резонатора: первый
резонатор 2 и второй резонатор 3, установленные внутри корпуса 1 соосно ему. Каждый
из этих резонаторов представл ет собой короткозамкнутый зигзагообразный проводник,
имеющий форму пр моугольного меандра, размещенного на цилиндрической поверхности
диэлектрической трубы 6.
К одной из точек короткозамкнутого проводника каждого из резонаторов 2, 3
присоединен первый ввод-вывод 4, а к другой точке этого же проводника присоединен
второй ввод-вывод 5. Причем дл каждого резонатора точки присоединени первого вводавывода 4 и точки присоединени второго ввода-вывода 5 лежат в диаметральных взаимно
перпендикул рных плоскост х. При этом указанные точки 4, 5 могут располагатьс либо
на противоположных торцах каждого из резонаторов 2, 3, как это показано на фиг.1 и 2,
либо могут находитьс на одном и том же торце соответствующего им резонатора 2, 3.
Резонаторы 2, 3 расположены на наружной цилиндрической поверхности общей дл них
диэлектрической трубы 6, осесимметрично установленной внутри корпуса 1 с помощью
двух торцевых центрирующих фиксаторов 7, каждый из которых снабжен двум уплотнительными кольцами: наружным уплотнительным кольцом 8 и внутренним
уплотнительным кольцом 9.
Помимо резонаторов 2, 3 на наружной поверхности диэлектрической трубы 6
установлены металлические короткозамкнутые витки: ограничительно-разделительный
виток 11 и два ограничительных витка 10, причем один из ограничительных витков 10
установлен со стороны внешнего торца первого резонатора 2, другой - со стороны
внешнего торца второго резонатора 3, а ограничительно-разделительный виток 11
установлен между резонаторами.
Каждый из первых вводов-выводов 4 и вторых вводов-выводов 5 каждого из резонаторов
2, 3 проходит сквозь соответствующее ему отверстие в стенке корпуса 1 и изолирован от
корпуса 1 с помощью диэлектрической втулки 12. Диэлектрические втулки 12 и
уплотнительные кольца 8, 9 обеспечивают герметичность внутренней газонаполненной
полости высокочастотного зонда, ограниченной корпусом 1, диэлектрической трубой 6 и
центрирующими фиксаторами 7. Герметизаци внутренней полости дает возможность
избежать воздействи влажного наружного воздуха на рабочие элементы резонаторов 2, 3,
привод щего к уменьшению их добротности.
Развертка каждого из короткозамкнутых проводников каждого из резонаторов 2, 3 имеет
форму пр моугольного меандра (см. фиг.2 и 3); в качестве материала зигзагообразного
проводника может быть выбрана электротехническа медь.
Выбор дл короткозамкнутого проводника пр моугольного сечени , ширина а которого
значительно превосходит его толщину b:
а/b>>1,
дает возможность существенно уменьшить электроемкостные св зи между соседними
параллельными участками этого проводника и тем самым существенно повысить
добротность резонатора.
Ограничительные и ограничительно-разделительный витки 10 и 11 соответственно
применены в предложенной системе с целью экранировани электромагнитного пол резонаторов.
Страница: 8
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Короткозамкнутые витки резонаторов, ограничительные и ограничительноразделительные витки изготовлены методом, обеспечивающим их взаимную идентичность,
например методом фотопечати рисунка развертки зигзагообразного проводника каждого из
резонаторов 2, 3 и каждого из витков 10, 11 на общей дл всех резонаторов 2, 3 и
витков 10, 11 металлической поверхности металлофольгированной гибкой диэлектрической
подложки 13 шириной 2?R (см. фиг.2). После электрохимической обработки указанной
металлической поверхности диэлектрическа подложка 13 с образованными на ней
развертками зигзагообразных проводников резонаторов 2, 3 и витков 10, 11
устанавливаетс диэлектрическим слоем внутрь на наружную цилиндрическую поверхность
диэлектрической трубы 6 и закрепл етс на ней, причем точки соединени ni каждого из
зигзагообразных проводников каждого резонатора 2, 3 и каждого из витков 10, 11
гальванически соедин ютс с соответствующими им точками соединени mi таким
образом, чтобы кажда из точек соединени ni соответствовала только одной точке
соединени mi, где i=1, 2, ... 5 - пор дковый номер точки соединени .
Следует указать, что расположение зигзагообразных проводников резонаторов 2, 3 и
витков 10, 11 на общей дл них диэлектрической трубе 6 внутри общего дл них корпуса
1 обеспечивает не только осевую симметрию резонаторов 2, 3, но и строгую фиксацию
рассто ни Lo между геометрическими центрами первого и второго резонаторов 2, 3, что
важно, поскольку значение межцентрового рассто ни Lo используетс в алгоритмах
вычислени скорости W контролируемого потока в качестве хран щейс в пам ти
вычислительно-управл ющего блока 20 посто нной базовой величины, и посто нство
значени Lo вл етс необходимым условием обеспечени точности измерений.
Следует также указать, что предложенна в за вленной системе замена отдельного
ввода и отдельного вывода резонатора известной системы на единый ввод-вывод
резонатора дает возможность гальванически подсоединить каждый из первых вводоввыводов 4 и каждый из вторых вводов-выводов 5 к соответствующему резонатору 2, 3
только в одной точке его короткозамкнутого проводника, что обеспечивает полную
взаимную идентичность входного и выходного импедансов каждого из упом нутых вводоввыводов.
Дл сравнени в известной системе входной импеданс неизбежно отличаетс от
выходного, поскольку каждый ввод и каждый вывод каждого из резонаторов этой системы
гальванически подсоединены к соответствующему короткозамкнутому проводнику в его
двух геометрически отличных точках, что вызывает дополнительную погрешность
измерени .
В диэлектрической трубе 6 установлен датчик давлени 14 контролируемой среды.
Расходомер представл ет собой массовый кориолисов расходомер 15, содержащий
кожух с фланцами на его торцах, один из которых предназначен дл присоединени кожуха
к внешнему нефтепроводу, а другой - к фланцу корпуса 1. Кориолисов расходомер снабжен
двум электронными преобразовател ми: электронным преобразователем расхода 16 и
электронным преобразователем плотности 17. Корпус 1 и кориолисов расходомер 15
соединены между собой с помощью крепежных элементов 18 через уплотн ющую
прокладку 19.
Электронное измерительно-вычислительное устройство содержит в своем составе
вычислительно-управл ющий блок 20, управл емый высокочастотный генератор 21,
управл емый коммутатор 22, контроллер режимов 23, первый и второй контроллеры
калибровок 24 и 25 соответственно, первый и второй входные усилители 26 и 27
соответственно, четыре входных 33 и четыре выходных разделительных конденсатора 34,
а также два первых передающих тракта 28 и два вторых передающих тракта 29, причем в
состав каждого их упом нутых передающих трактов вход т последовательно соединенные
между собой выходной усилитель 30, вход которого служит входом данного тракта,
амплитудный детектор 31 и аналого-цифровой преобразователь 32, выход которого служит
выходом данного тракта. При необходимости предложенна система может
взаимодействовать с внешними системами 35.
Страница: 9
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Входные разделительные конденсаторы 33 и выходные разделительные конденсаторы
34 необходимы дл подключени каждого из первых вводов-выводов 4 и каждого из вторых
вводов-выводов 5 резонаторов 2 и 3 к двум функционально различным цеп м:
- через входной разделительный конденсатор 33 - к цеп м возбуждени резонаторов 2
или 3, кажда их которых содержит первый или второй входной усилитель 26 или 27,
управл емый коммутатор 22 и управл емый высокочастотный генератор 21,
- через выходной разделительный конденсатор 34 - к измерительно-вычислительным
цеп м, кажда из которых содержит один из первых или вторых передающих трактов 28
или 29 и вычислительно-управл ющий блок 20.
Кроме того, каждый из выходов каждого из передающих трактов 28, 29 подключен к
одному из соответствующих входов контроллера режимов 23.
Выход контроллера режимов 23 соединен с соответствующим ему входом
вычислительно-управл ющего блока 20 и, кроме того, с одним из входов первого
контроллера калибровок 24, другой вход которого подключен к выходу электронного
преобразовател расхода 16. Выход контроллера режимов 23 соединен также с одним из
входов второго контроллера калибровок 25, другой вход которого подключен к выходу
электронного преобразовател плотности 17.
Один из выходов вычислительно-управл ющего блока 20 соединен со входом
управл емого высокочастотного генератора 21, а другой выход этого блока - с
управл ющим входом управл емого коммутатора 22.
Управл емый коммутатор 22 содержит два выхода, первый из которых через первый
входной усилитель 26 подключен к каждому из первых вводов-выводов 4 резонаторов 2 и 3
через один из соответствующих данному первому вводу-выводу входных разделительных
конденсаторов 33, а второй выход через второй входной усилитель 27 подключен к
каждому из вторых вводов-выводов 5 резонаторов 2 и 3 через один из входных
разделительных конденсаторов 33, соответствующих данному второму вводу-выводу.
Выход датчика давлени 14 подключен к одному из входов контроллера режимов 23, а
также к одному из входов вычислительно-управл ющего блока 20, который при
необходимости обмена информацией с внешними системами 35 взаимодействует с ними
через магистраль обмена информацией.
Предложенна система измерени массового расхода компонентов трехкомпонентного
потока работает следующим образом.
При наличии в диэлектрической трубе 6 и кориолисовом расходомере 15
контролируемой газожидкостной среды, движущейс со скоростью W, в вычислительноуправл ющий блок 20 подаетс команда запуска, поступающа в этот блок, например, из
внешних систем 35 по магистрали обмена информацией.
Работа вычислительно-управл ющего блока складываетс из трех последовательно
выполн емых стадий: первой стадии - стадии определени относительных объемных долей
V1, V2, V3 каждого из трех компонентов контролируемой среды, второй стадии - стадии
определени скорости W и покомпонентного объемного расхода Q1, Q2, Q3 контролируемой
среды, а также третьей стадии - стадии определени покомпонентного массового расхода
Qm1, Qm2, Qm3.
В начале первой стадии вычислительно-управл ющий блок 20 формирует команду
запуска, поступающую на вход управл емого высокочастотного генератора 21.
В соответствии с прин той командой упом нутый генератор вырабатывает
высокочастотный сигнал с плавно измен ющейс во времени частотой, возрастающей в
ВЧ-диапазоне от минимального значени Fmin до максимального значени Fmax. Указанный
сигнал необходим дл возбуждени высокочастотного электромагнитного пол в каждом из
резонаторов 2, 3 предложенной системы, предназначенных, во-первых, дл получени информации об относительных объемных дол х V1, V2 и V3 каждого из трех компонентов
контролируемой среды и, во-вторых, дл получени информации о значении скорости W
контролируемого потока.
В первом такте первой стадии сигнал, вырабатываемый управл емым высокочастотным
Страница: 10
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
генератором 21, поступает на вход управл емого коммутатора 22 и передаетс с одного
из выходов этого коммутатора через первый входной усилитель 26 на первый ввод-вывод 4
первого резонатора 2 через соответствующий этому вводу-выводу входной
разделительный конденсатор 33 и на первый ввод-вывод 4 второго резонатора 3 через
соответствующий этому вводу-выводу входной разделительный конденсатор 33, возбужда в каждом из резонаторов 2, 3 высокочастотное электромагнитное поле с измен ющейс от
Fmin до Fmax частотой.
Так как в диэлектрической трубе 6 находитс трехкомпонентна газожидкостна среда,
каждый из трех компонентов которой характеризуетс определенными значени ми
комплексной диэлектрической проницаемости ?j * и комплексной электропроводности ?j *,
где j=1, 2, 3 - номер компонента среды, то при возбуждении высокочастотного
электромагнитного пол в каждом из резонаторов 2, 3 будет происходить поглощение
контролируемой средой энергии электромагнитного пол на нескольких резонансных
частотах Fрез1, Fрез2 и Fрез3 соответственно.
Поскольку информативные параметры сигналов, характеризующих резонансные
поглощени , такие как, например,
- амплитуды выходных сигналов на первой, второй и третьей резонансных
частотах Iрез1, Iрез2 и Iрез3 соответственно,
- коэффициенты передачи сигналов на первой, второй и третьей резонансных частотах
Dрез1, Dрез2 и Dрез3 соответственно, а также
- резонансные частоты Fрез1, Fрез2 и Fрез3,
существенно завис т от комплексных характеристик контролируемой
среды ?1 *, ?2 *, ?3 * и ?1 *, ?2 *, ?3 *, каждый из выходных сигналов первого и второго
резонаторов 2 и 3 соответственно содержит в себе информацию о покомпонентном составе
газожидкостного потока.
Указанные сигналы поступают с каждого из первых вводов-выводов 4 резонаторов 2, 3
через соответствующий данному первому вводу-выводу 4 выходной разделительный
конденсатор 34 и соответствующий данному первому вводу-выводу 4 первый передающий
тракт 28 на соответствующие данному первому вводу-выводу 4 и первому передающему
тракту 28 вход вычислительно-управл ющего блока 20 и вход контроллера режимов 23.
Во втором такте первой стадии вычислительно-управл ющий блок 20 формирует сигнал,
поступающий на управл ющий вход управл емого коммутатора 22 и вызывающий
переключение высокочастотного сигнала управл емого высокочастотного генератора 21 с
первого выхода управл емого коммутатора 22 на его второй выход, после чего
вышеописанна процедура повтор етс при изменении направлени высокочастотного
зондировани на 90°.
Дл изменени направлени зондировани высокочастотный сигнал со второго выхода
управл емого коммутатора 22 подаетс на каждый из вторых вводов-выводов 5 каждого из
резонаторов 2, 3 через второй входной усилитель 27 и соответствующий данному второму
вводу-выводу входной разделительный конденсатор 33, возбужда в резонаторах 2 и 3
высокочастотное электромагнитное поле, направленность вектора напр женности которого
перпендикул рна первоначальной.
Это дает возможность произвести уточн ющее высокочастотное зондирование
контролируемой среды в направлении, ортогональном первоначальному, и получить
существенную дополнительную информацию по отношению к первоначальной информации
о компонентном составе неосесимметричного газожидкостного потока.
Выходные сигналы, содержащие в себе информативные параметры, завис щие от
компонентного состава потока, поступают с каждого из вторых вводов-выводов 5 каждого
из резонаторов 2, 3 через соответствующий данному второму вводу-выводу 5 выходной
разделительный конденсатор 34 и соответствующий второй передающий тракт 29 на вход
вычислительно-управл ющего блока 20 и вход контроллера режимов 23. В контроллере
режимов 23 с учетом сигналов о значении давлени Р контролируемой среды,
Страница: 11
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
поступающих с выхода датчика давлени 14, проводитс предварительный
классификационный анализ информативных параметров сигналов, полученных с первых и
вторых вводов-выводов 4 и 5 обоих резонаторов дл двух взаимно ортогональных
направлений зондировани контролируемого потока.
Целью такого анализа вл етс предварительное отнесение режимов течени контролируемого потока к одному из режимов «установившийс » и «неустановившийс » с
последующим окончательным выбором одного из подрежимов, например подрежима:
«установившийс - нефть», «установившийс - вода», «установившийс - газ»,
«установившийс - нефть-вода», «установившийс - нефть-газ», «установившийс - газвода», «установившийс - нефть-вода-газ» или «неустановившийс - нефть-вода»,
«неустановившийс - нефть-газ» и т.д., и формированием кодового сигнала,
соответствующего выбранному подрежиму. Сформированный кодовый сигнал поступает с
выхода контроллера режимов 23 на соответствующий ему вход вычислительноуправл ющего блока 20, в пам ти которого из группы алгоритмов «Контроль компонентов»
выбираетс алгоритм, отвечающий поступившему коду подрежима.
Обработка в вычислительно-управл ющем блоке 20 информации об относительном
объемном содержании компонентов контролируемой среды выполн етс в соответствии с
конкретным алгоритмом, соответствующим фактически установленному режиму
контролируемого потока, и поэтому может быть выполнена с высокой производительностью
и минимальными затратами рабочего времени блока 20 при скорости вычислений,
позвол ющей отслеживать в натуральном масштабе времени быстрые изменени поступающей информации, соответствующей существенно неустановившемус течению, и
тем самым исключить погрешность, вызванную запаздыванием алгоритмической обработки
результатов измерений при быстрых изменени х характера течени .
В соответствии с выбранным конкретным алгоритмом в вычислительно-управл ющем
блоке 20 сравниваютс и анализируютс информативные сигналы, поступившие с каждого
из первых и с каждого из вторых вводов-выводов 4 и 5 резонаторов 2, 3, и вычисл ютс значени относительных объемных долей V1, V2 и V3 каждого из трех компонентов
контролируемой среды.
Во второй стадии работы вычислительно-управл ющего блока 20 производитс определение скорости W контролируемого потока.
Дл определени скорости W контролируемой среды в предложенной системе выбран
автокоррел ционный метод. При этом, в зависимости от вы вленного контроллером 23
режима контролируемого потока, дл определени скорости может быть использована
информаци либо о движении локальной неоднородности потока, либо о движении
локальной особенности потока.
Под локальной особенностью потока понимаетс местное изменение свойств
практически однородного установившегос потока, такое как, например, местна осева асимметри потока, локальна винтова закрученность потока, сосредоточенна геликоидна закрученность потока, местна турбулентность и т.п. изменени .
В первом случае, когда контроллером режимов 23 определен режим существенно
неустановившегос течени , дл определени скорости используетс информаци о
движении локальной неоднородности потока. При этом ранее описанные информативные
сигналы, поступающие на вход вычислительно-управл ющего блока 20 с первых вводоввыводов 4 и вторых вводов-выводов 5 первого и второго резонаторов 2 и 3, непрерывно
фиксируютс в пам ти указанного блока в форме временных реализаций каждого из этих
сигналов.
В качестве временных реализаций информативных сигналов резонаторов 2 и 3 могут
быть использованы, например, зависимости от времени t амплитуд сигналов:
Ipeз1(t), Iрез2(t), Iрез3(t) вблизи ранее упом нутых первой, второй и третьей резонансных
частот Fрез1, Fрез2, Fрез3 соответственно.
С учетом конкретного подрежима существенно неустановившегос течени ,
определенного контроллером режимов 23, в вычислительно-управл ющем блоке 20 из
Страница: 12
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
группы алгоритмов «Контроль скорости» выбираетс алгоритм, отвечающий коду данного
подрежима, и в соответствии с выбранным алгоритмом производитс обработка
вышеуказанных временных реализаций информативных сигналов, сформированных в
каждом из резонаторов 2 и 3 и поступивших на их вводы-выводы 4, 5.
После обработки временных реализаций определ етс их взаимна коррел ционна функци и проводитс смещение во времени t одной из реализаций относительно другой,
вплоть до получени максимума взаимной коррел ционной функции.
При получении в процессе смещени указанных реализаций максимума взаимной
коррел ционной функции в вычислительно-управл ющем блоке 20 определ етс врем ??
пробега устойчивой флуктуацией компонентного состава контролируемого потока
вышеуказанного межцентрового рассто ни Lo, прин того за базовую длину.
Скорость W контролируемой среды вычисл етс в соответствии с выражением
W=L0/??, где
Lo - базова длина, равна осевому рассто нию между геометрическими центрами
первого и второго резонаторов 2 и 3 соответственно.
Полученное значение скорости W используетс в вычислительно-управл ющем блоке 20
дл вычислени покомпонентных объемных расходов Q1, Q2, Q3 каждого из трех
компонентов газожидкостного потока.
Во втором случае, когда контроллером режимов 23 вы влено установившеес движение
однородного потока, при котором в контролируемой среде отсутствуют локальные, рко
выраженные флуктуации компонентного состава, определение скорости W по
вышеописанному методу оказываетс недостоверным. В этом режиме в качестве надежно
вы вл емой особенности потока в предложенной системе используетс не локальна флуктуаци компонентного состава потока, а локальна особенность потока,
характеризуема существенно отличающимс от среднего значени отношением
информативных сигналов резонаторов 2 и 3, полученных при взаимно ортогональном
радиоволновом зондировании контролируемой среды.
Метод взаимно ортогонального зондировани позвол ет фиксировать не только
движение локальных неоднородностей, но и движение локальных особенностей
контролируемого потока, принципиально не вы вл емых при однородно направленном
зондировании.
При определении контроллером режимов 23 практически установившегос течени однородного контролируемого потока в этом контроллере формируетс и передаетс в
вычислительно-управл ющий блок 20 соответствующий уточненному подрежиму кодовый
сигнал и из группы алгоритмов «Контроль скорости», хран щихс в пам ти блока 20,
выбираетс алгоритм, отвечающий полученному коду.
В соответствии с выбранным алгоритмом, производитс обработка временных
реализаций отношени величины сигнала, формируемого на первом вводе-выводе 4
первого резонатора 2, к величине сигнала, формируемого на втором вводе-выводе 5 этого
же резонатора, а также отношени величины сигнала, формируемого на первом вводевыводе 4 второго резонатора 3, к величине сигнала, формируемого на втором вводевыводе 5 этого резонатора.
После обработки указанных существенно отличающихс от среднего значени отношений величин сигналов в вычислительно-управл ющем блоке определ етс , как и в
предыдущем случае, взаимна коррел ционна функци их временных реализаций и
находитс промежуток времени ?? смещени реализаций, при котором данна функци испытывает максимум. Как и при существенно неустановившемс течении, этот
промежуток равен времени, в течение которого локальна особенность потока,
характеризуема существенно отличающимс от среднего значени отношением сигналов,
полученных при взаимно ортогональном зондировании контролируемой среды, пробегает
базовую длину Lo.
Скорость контролируемого потока в этом случае, как и ранее, составл ет
W=L0/??.
Страница: 13
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Найденные значени скорости W и относительных объемных долей V1, V2 и V3
компонентов контролируемой среды позвол ют вычислить покомпонентный объемный
расход Q1, Q2, Q3 каждого из трех компонентов газожидкостного потока:
Q1=SWV1, Q2=SWV2, Q3=SWV3, где
S=?R 2 - площадь проходного сечени диэлектрической трубы 6.
В течение третьей стадии работы вычислительно-управл ющего блока 20 определ етс покомпонентный массовый расход Qm1, Qm2, Qm3 каждого из трех компонентов
газожидкостного потока. На этой стадии, дополнительно к вышеописанным процедурам,
провод тс вычислени , учитывающие данные о номинальных значени х
плотности ?1, ?2, ?3 каждого из трех компонентов контролируемой среды, хран щиес в
пам ти вычислительно-управл ющего блока 20, сигналы о значении давлени Р
контролируемой среды, поступившие на соответствующие входы вычислительноуправл ющего блока 20 с выхода датчика давлени 14, а также сигналы о фактических
значени х массового расхода Qm и плотности ? контролируемой среды, непосредственно
измеренных кориолисовым расходомером 15 и поступивших на соответствующие входы
этого блока с выхода электронного преобразовател расхода 16 через первый контроллер
калибровок 24 и с выхода электронного преобразовател плотности 17 через второй
контроллер калибровок 25.
Данные о значении давлени Р контролируемой среды, а также о номинальных
значени х плотности ?1, ?2, ?3 каждого из ее компонентов необходимы дл грубой оценки
покомпонентного массового расхода, выполн емой в вычислительно-управл ющем блоке
20 с погрешност ми косвенного вычислени плотности и массового расхода компонентов.
Дл точного определени покомпонентного массового расхода косвенные данные о
плотности компонентов оказываютс недостаточными, дл уточнени этих данных
необходимы результаты пр мого измерени фактических значений плотности ? и
массового расхода Qm контролируемой среды с помощью кориолисова расходомера,
выходна информаци которого откорректирована в контроллерах калибровок 24, 25 в
зависимости от режима течени газожидкостного потока.
Коррекци показаний кориолисова расходомера необходима в св зи с тем, что
особенностью его работы вл етс наличие погрешностей измерени массового
расхода Qm и плотности ?, возникающих при неоднородности контролируемого потока.
Номинальна градуировочна характеристика (или номинальна калибровка)
кориолисова расходомера соответствует однородному потоку контролируемой среды,
плотность которой одинакова во всех точках поперечного сечени потока.
В случае, когда распределение плотности по сечению потока неоднородно, характерном
дл большинства нефт ных скважин, фактическа калибровка кориолисова расходомера
не соответствует номинальной калибровке, что вызывает существенные дополнительные
погрешности измерени массового расхода Qm и плотности ? контролируемой среды.
Дл исключени этой погрешности в предложенной системе введены первый и второй
контроллеры калибровок 24 и 25 соответственно, в пам ти каждого из которых хран тс данные, полученные в процессе калибровок кориолисова расходомера на испытательном
калибровочном стенде при нескольких различных режимах течени контролируемого
потока.
В ходе калибровочных испытаний кориолисова расходомера дл каждого из заданных
режимов течени получают соответствующие этому режиму семейства калибровок:
семейство калибровок по массовому расходу и семейство калибровок по плотности,
данные о которых занос т в пам ть соответствующих им контроллеров: данные о
калибровках по расходу - в пам ть первого контроллера калибровок 24, а данные о
калибровках по плотности - в пам ть второго контроллера калибровок 25.
При наличии на одном из входов соответствующего контроллера калибровок 24 и 25
информации о массовом расходе Qm, поступающей с выхода электронного
преобразовател расхода 16, и информации о плотности ?, поступающей с выхода
Страница: 14
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
электронного преобразовател плотности 17, в каждом из этих контроллеров происходит
обработка прин той информации о значени х Qm и ? с учетом кодового сигнала о
фактическом режиме течени , поступившего на другой вход соответствующего
контроллера калибровок 24, 25 с выхода контроллера режимов 23. В соответствии с
поступившим кодовым сигналом в данном контроллере калибровок из хран щегос в его
пам ти семейства калибровок выбираетс та, котора отвечает фактическому режиму
течени . Согласно выбранной калибровке в каждом из контроллеров 24, 25 производитс коррекци прин той данным контроллером информации. Скорректированна точна информаци о массовом расходе Qm и плотности ? контролируемой среды передаетс с
выхода каждого из контроллеров калибровок 24, 25 на соответствующий этому выходу вход
вычислительно-управл ющего блока 20, где с учетом данных, полученных на первой и
второй стади х работы этого блока, производитс окончательное вычисление точных и
достоверных значений покомпонентного массового расхода Qm1, Qm2, Qm3 каждого из трех
компонентов газожидкостной среды.
Таким образом, задача предложенного изобретени , состо ща в повышении точности и
достоверности измерени покомпонентного массового расхода, решена за счет
использовани в предложенной системе следующих новых технических решений: вопервых, за счет определени фактического режима течени потока в контроллере режимов
23 и учета этого режима при определении достоверных значений Qm1, Qm2 и Qm3 в
вычислительно-управл ющем блоке 20, во-вторых, благодар применению двух различных
направлений радиоволнового зондировани контролируемой среды с помощью двух
взаимно ортогональных вводов-выводов 4, 5, подсоединенных к различным выходам
управл емого коммутатора 22, и использованию результатов этого зондировани в
вычислительно-управл ющем блоке 20 и в контроллере режимов 23 с целью определени точных значений Qm1, Qm2 и Qm3 и, в-третьих, за счет калибровки показаний кориолисова
расходомера 15 по расходу и плотности в первом и втором контроллерах калибровок 24 и
25 соответственно с целью определени точных и достоверных значений Qm и ? в
вычислительно-управл ющем блоке 20.
Формула изобретени Система измерени массового расхода компонентов трехкомпонентного потока, в состав
которой вход т вычислительно-управл ющий блок, первый высокочастотный резонатор в
виде короткозамкнутого проводника, имеющего форму пр моугольного меандра,
размещенного на наружной цилиндрической поверхности диэлектрической трубы,
расположенной внутри трубчатого корпуса соосно с ним, расходомер, снабженный
электронным преобразователем расхода и расположенный последовательно с первым
высокочастотным резонатором, установленный в диэлектрической трубе датчик давлени ,
выход которого соединен с соответствующим входом вычислительно-управл ющего блока,
управл емый высокочастотный генератор, первый входной усилитель, передающий тракт,
представл ющий собой последовательно соединенные выходной усилитель, вход которого
вл етс входом данного передающего тракта, амплитудный детектор и аналого-цифровой
преобразователь, выход которого служит выходом этого тракта, причем первый
высокочастотный резонатор через передающий тракт подключен к соответствующему
входу вычислительно-управл ющего блока, выход которого соединен со входом
управл емого высокочастотного генератора, а через первый входной усилитель этот
высокочастотный резонатор подключен к управл емому высокочастотному генератору,
отличающа с тем, что в нее дополнительно введен второй высокочастотный резонатор,
идентичный первому и размещенный соосно с ним на упом нутой диэлектрической трубе
внутри упом нутого корпуса, каждый из высокочастотных резонаторов снабжен первым
вводом-выводом и вторым вводом-выводом, причем первый ввод-вывод и второй вводвывод каждого высокочастотного резонатора лежат в диаметральных взаимно
перпендикул рных плоскост х, в качестве расходомера применен кориолисов расходомер,
дополнительно снабженный электронным преобразователем плотности, система
Страница: 15
CL
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
дополнительно содержит второй входной усилитель, контроллер режимов и подключенный
к выходу управл емого высокочастотного генератора управл емый коммутатор,
снабженный входом, управл ющим входом и двум выходами, один из которых соединен с
первым входным усилителем, другой - со вторым входным усилителем, а управл ющий
вход - с соответствующим выходом вычислительно-управл ющего блока, выход
передающего тракта дополнительно подключен к соответствующему входу контроллера
режимов, кроме того, система дополнительно содержит четыре входных разделительных
конденсатора и четыре выходных разделительных конденсатора, три передающих тракта,
идентичных упом нутому передающему тракту, причем выход каждого из этих трех
передающих трактов подключен к одному из соответствующих входов вычислительноуправл ющего блока и, кроме того, к одному из соответствующих входов контроллера
режимов, система дополнительно содержит первый контроллер калибровок, один из входов
которого соединен с выходом электронного преобразовател расхода, и второй контроллер
калибровок, один из входов которого соединен с выходом электронного преобразовател плотности, а выход каждого из этих контроллеров соединен с одним из соответствующих
входов вычислительно-управл ющего блока, первый или второй ввод-вывод каждого
высокочастотного резонатора подключен ко входу только одного из передающих трактов
через один из выходных разделительных конденсаторов, помимо этого, каждый из первых
вводов-выводов каждого высокочастотного резонатора подключен к выходу первого
входного усилител через один из входных разделительных конденсаторов, а каждый из
вторых вводов-выводов каждого высокочастотного резонатора через один из входных
разделительных конденсаторов подключен к выходу второго входного усилител , выход
датчика давлени дополнительно подключен к соответствующему входу контроллера
режимов, при этом выход контроллера режимов соединен с соответствующим входом
вычислительно-управл ющего блока и, помимо этого, с соответствующим входом первого и
с соответствующим входом второго контроллеров калибровок, кроме того, на концевых
участках диэлектрической трубы установлено по ограничительному витку, а между первым
и вторым высокочастотными резонаторами установлен ограничительно-разделительный
виток, ограничительные витки, ограничительно-разделительный виток и короткозамкнутые
проводники каждого высокочастотного резонатора имеют пр моугольное поперечное
сечение.
35
40
45
50
Страница: 16
RU 2 337 325 C1
Страница: 17
DR
RU 2 337 325 C1
Страница: 18
?у входной разделительный конденсатор к выходу
первого входного усилител , а каждый из вторых вводов-выводов каждого из
высокочастотных резонаторов подключен через соответствующий ему входной
разделительный конденсатор к выходу второго входного усилител .
На концевых участках диэлектрической трубы установлено по короткозамкнутому
ограничительному витку (далее по тексту - ограничительный виток), а между
высокочастотными резонаторами установлен короткозамкнутый ограничительноразделительный виток (далее по тексту - ограничительно-разделительный виток), при
этом поперечное сечение ограничительного витка, поперечное сечение ограничительноразделительного витка и поперечное сечение короткозамкнутого проводника каждого из
вышеуказанных высокочастотных резонаторов имеет пр моугольную форму.
Предложенна система включает в себ следующие основные блоки: высокочастотный
зонд, расходомер, в качестве которого применен кориолисов расходомер массового
расхода, и электронное измерительно-вычислительное устройство.
Более подробно сущность изобретени по сн етс в приведенном ниже примере и
иллюстрируетс чертежами, на которых представлены:
на фиг.1 - функциональна схема предложенной системы, на фиг.2 - развертка
высокочастотных резонаторов, на фиг.3 - сечение короткозамкнутого проводника, на
фиг.4 - поперечный разрез высокочастотного резонатора, а на фиг.5 - структурна схема
передающего тракта.
На фиг.1-5 введены следующие обозначени :
1 - корпус, 2 - первый резонатор, 3 - второй резонатор, 4 - первый ввод - вывод
резонатора, 5 - второй ввод - вывод резонатора, 6 - диэлектрическа труба, 7 центрирующий фиксатор, 8 - наружное уплотнительное кольцо, 9 - внутреннее
уплотнительное кольцо, 10 - ограничительный виток, 11 - ограничительно разделительный виток, 12 - диэлектрическа втулка, 13 - диэлектрическа подложка,
надета на трубу 6 (далее по тексту - диэлектрическа подложка), 14 - датчик
давлени , 15 - кориолисов расходомер, 16 - электронный преобразователь сигнала
массового расхода контролируемой среды (далее по тексту - преобразователь расхода),
17 - электронный преобразователь сигнала плотности контролируемой среды (далее по
тексту - преобразователь плотности), 18 - крепежный элемент, 19 - прокладка, 20 Страница: 7
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
вычислительно-управл ющий блок, 21 - управл емый высокочастотный генератор, 22 управл емый коммутатор, 23 - контроллер режимов, 24 - первый контроллер калибровок,
25 - второй контроллер калибровок, 26 - первый входной усилитель, 27 - второй входной
усилитель, 28 - первый передающий тракт, 29 - второй передающий тракт, 30 - выходной
усилитель, 31 - амплитудный детектор, 32 - аналого-цифровой преобразователь, 33 входной разделительный конденсатор, 34 - выходной разделительный конденсатор, 35 внешние системы.
Высокочастотный зонд содержит корпус 1, представл ющий собой отрезок
металлической трубы с фланцами на ее торцах, один из которых предназначен дл присоединени корпуса 1 к внешнему нефтепроводу, а другой - к фланцу кориолисова
расходомера 15, и два открытых цилиндрических высокочастотных резонатора: первый
резонатор 2 и второй резонатор 3, установленные внутри корпуса 1 соосно ему. Каждый
из этих резонаторов представл ет собой короткозамкнутый зигзагообразный проводник,
имеющий форму пр моугольного меандра, размещенного на цилиндрической поверхности
диэлектрической трубы 6.
К одной из точек короткозамкнутого проводника каждого из резонаторов 2, 3
присоединен первый ввод-вывод 4, а к другой точке этого же проводника присоединен
второй ввод-вывод 5. Причем дл каждого резонатора точки присоединени первого вводавывода 4 и точки присоединени второго ввода-вывода 5 лежат в диаметральных взаимно
перпендикул рных плоскост х. При этом указанные точки 4, 5 могут располагатьс либо
на противоположных торцах каждого из резонаторов 2, 3, как это показано на фиг.1 и 2,
либо могут находитьс на одном и том же торце соответствующего им резонатора 2, 3.
Резонаторы 2, 3 расположены на наружной цилиндрической поверхности общей дл них
диэлектрической трубы 6, осесимметрично установленной внутри корпуса 1 с помощью
двух торцевых центрирующих фиксаторов 7, каждый из которых снабжен двум уплотнительными кольцами: наружным уплотнительным кольцом 8 и внутренним
уплотнительным кольцом 9.
Помимо резонаторов 2, 3 на наружной поверхности диэлектрической трубы 6
установлены металлические короткозамкнутые витки: ограничительно-разделительный
виток 11 и два ограничительных витка 10, причем один из ограничительных витков 10
установлен со стороны внешнего торца первого резонатора 2, другой - со стороны
внешнего торца второго резонатора 3, а ограничительно-разделительный виток 11
установлен между резонаторами.
Каждый из первых вводов-выводов 4 и вторых вводов-выводов 5 каждого из резонаторов
2, 3 проходит сквозь соответствующее ему отверстие в стенке корпуса 1 и изолирован от
корпуса 1 с помощью диэлектрической втулки 12. Диэлектрические втулки 12 и
уплотнительные кольца 8, 9 обеспечивают герметичность внутренней газонаполненной
полости высокочастотного зонда, ограниченной корпусом 1, диэлектрической трубой 6 и
центрирующими фиксаторами 7. Герметизаци внутренней полости дает возможность
избежать воздействи влажного наружного воздуха на рабочие элементы резонаторов 2, 3,
привод щего к уменьшению их добротности.
Развертка каждого из короткозамкнутых проводников каждого из резонаторов 2, 3 имеет
форму пр моугольного меандра (см. фиг.2 и 3); в качестве материала зигзагообразного
проводника может быть выбрана электротехническа медь.
Выбор дл короткозамкнутого проводника пр моугольного сечени , ширина а которого
значительно превосходит его толщину b:
а/b>>1,
дает возможность существенно уменьшить электроемкостные св зи между соседними
параллельными участками этого проводника и тем самым существенно повысить
добротность резонатора.
Ограничительные и ограничительно-разделительный витки 10 и 11 соответственно
применены в предложенной системе с целью экранировани электромагнитного пол резонаторов.
Страница: 8
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Короткозамкнутые витки резонаторов, ограничительные и ограничительноразделительные витки изготовлены методом, обеспечивающим их взаимную идентичность,
например методом фотопечати рисунка развертки зигзагообразного проводника каждого из
резонаторов 2, 3 и каждого из витков 10, 11 на общей дл всех резонаторов 2, 3 и
витков 10, 11 металлической поверхности металлофольгированной гибкой диэлектрической
подложки 13 шириной 2?R (см. фиг.2). После электрохимической обработки указанной
металлической поверхности диэлектрическа подложка 13 с образованными на ней
развертками зигзагообразных проводников резонаторов 2, 3 и витков 10, 11
устанавливаетс диэлектрическим слоем внутрь на наружную цилиндрическую поверхность
диэлектрической трубы 6 и закрепл етс на ней, причем точки соединени ni каждого из
зигзагообразных проводников каждого резонатора 2, 3 и каждого из витков 10, 11
гальванически соедин ютс с соответствующими им точками соединени mi таким
образом, чтобы кажда из точек соединени ni соответствовала только одной точке
соединени mi, где i=1, 2, ... 5 - пор дковый номер точки соединени .
Следует указать, что расположение зигзагообразных проводников резонаторов 2, 3 и
витков 10, 11 на общей дл них диэлектрической трубе 6 внутри общего дл них корпуса
1 обеспечивает не только осевую симметрию резонаторов 2, 3, но и строгую фиксацию
рассто ни Lo между геометрическими центрами первого и второго резонаторов 2, 3, что
важно, поскольку значение межцентрового рассто ни Lo используетс в алгоритмах
вычислени скорости W контролируемого потока в качестве хран щейс в пам ти
вычислительно-управл ющего блока 20 посто нной базовой величины, и посто нство
значени Lo вл етс необходимым условием обеспечени точности измерений.
Следует также указать, что предложенна в за вленной системе замена отдельного
ввода и отдельного вывода резонатора известной системы на единый ввод-вывод
резонатора дает возможность гальванически подсоединить каждый из первых вводоввыводов 4 и каждый из вторых вводов-выводов 5 к соответствующему резонатору 2, 3
только в одной точке его короткозамкнутого проводника, что обеспечивает полную
взаимную идентичность входного и выходного импедансов каждого из упом нутых вводоввыводов.
Дл сравнени в известной системе входной импеданс неизбежно отличаетс от
выходного, поскольку каждый ввод и каждый вывод каждого из резонаторов этой системы
гальванически подсоединены к соответствующему короткозамкнутому проводнику в его
двух геометрически отличных точках, что вызывает дополнительную погрешность
измерени .
В диэлектрической трубе 6 установлен датчик давлени 14 контролируемой среды.
Расходомер представл ет собой массовый кориолисов расходомер 15, содержащий
кожух с фланцами на его торцах, один из которых предназначен дл присоединени кожуха
к внешнему нефтепроводу, а другой - к фланцу корпуса 1. Кориолисов расходомер снабжен
двум электронными преобразовател ми: электронным преобразователем расхода 16 и
электронным преобразователем плотности 17. Корпус 1 и кориолисов расходомер 15
соединены между собой с помощью крепежных элементов 18 через уплотн ющую
прокладку 19.
Электронное измерительно-вычислительное устройство содержит в своем составе
вычислительно-управл ющий блок 20, управл емый высокочастотный генератор 21,
управл емый коммутатор 22, контроллер режимов 23, первый и второй контроллеры
калибровок 24 и 25 соответственно, первый и второй входные усилители 26 и 27
соответственно, четыре входных 33 и четыре выходных разделительных конденсатора 34,
а также два первых передающих тракта 28 и два вторых передающих тракта 29, причем в
состав каждого их упом нутых передающих трактов вход т последовательно соединенные
между собой выходной усилитель 30, вход которого служит входом данного тракта,
амплитудный детектор 31 и аналого-цифровой преобразователь 32, выход которого служит
выходом данного тракта. При необходимости предложенна система может
взаимодействовать с внешними системами 35.
Страница: 9
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Входные разделительные конденсаторы 33 и выходные разделительные конденсаторы
34 необходимы дл подключени каждого из первых вводов-выводов 4 и каждого из вторых
вводов-выводов 5 резонаторов 2 и 3 к двум функционально различным цеп м:
- через входной разделительный конденсатор 33 - к цеп м возбуждени резонаторов 2
или 3, кажда их которых содержит первый или второй входной усилитель 26 или 27,
управл емый коммутатор 22 и управл емый высокочастотный генератор 21,
- через выходной разделительный конденсатор 34 - к измерительно-вычислительным
цеп м, кажда из которых содержит один из первых или вторых передающих трактов 28
или 29 и вычислительно-управл ющий блок 20.
Кроме того, каждый из выходов каждого из передающих трактов 28, 29 подключен к
одному из соответствующих входов контроллера режимов 23.
Выход контроллера режимов 23 соединен с соответствующим ему входом
вычислительно-управл ющего блока 20 и, кроме того, с одним из входов первого
контроллера калибровок 24, другой вход которого подключен к выходу электронного
преобразовател расхода 16. Выход контроллера режимов 23 соединен также с одним из
входов второго контроллера калибровок 25, другой вход которого подключен к выходу
электронного преобразовател плотности 17.
Один из выходов вычислительно-управл ющего блока 20 соединен со входом
управл емого высокочастотного генератора 21, а другой выход этого блока - с
управл ющим входом управл емого коммутатора 22.
Управл емый коммутатор 22 содержит два выхода, первый из которых через первый
входной усилитель 26 подключен к каждому из первых вводов-выводов 4 резонаторов 2 и 3
через один из соответствующих данному первому вводу-выводу входных разделительных
конденсаторов 33, а второй выход через второй входной усилитель 27 подключен к
каждому из вторых вводов-выводов 5 резонаторов 2 и 3 через один из входных
разделительных конденсаторов 33, соответствующих данному второму вводу-выводу.
Выход датчика давлени 14 подключен к одному из входов контроллера режимов 23, а
также к одному из входов вычислительно-управл ющего блока 20, который при
необходимости обмена информацией с внешними системами 35 взаимодействует с ними
через магистраль обмена информацией.
Предложенна система измерени массового расхода компонентов трехкомпонентного
потока работает следующим образом.
При наличии в диэлектрической трубе 6 и кориолисовом расходомере 15
контролируемой газожидкостной среды, движущейс со скоростью W, в вычислительноуправл ющий блок 20 подаетс команда запуска, поступающа в этот блок, например, из
внешних систем 35 по магистрали обмена информацией.
Работа вычислительно-управл ющего блока складываетс из трех последовательно
выполн емых стадий: первой стадии - стадии определени относительных объемных долей
V1, V2, V3 каждого из трех компонентов контролируемой среды, второй стадии - стадии
определени скорости W и покомпонентного объемного расхода Q1, Q2, Q3 контролируемой
среды, а также третьей стадии - стадии определени покомпонентного массового расхода
Qm1, Qm2, Qm3.
В начале первой стадии вычислительно-управл ющий блок 20 формирует команду
запуска, поступающую на вход управл емого высокочастотного генератора 21.
В соответствии с прин той командой упом нутый генератор вырабатывает
высокочастотный сигнал с плавно измен ющейс во времени частотой, возрастающей в
ВЧ-диапазоне от минимального значени Fmin до максимального значени Fmax. Указанный
сигнал необходим дл возбуждени высокочастотного электромагнитного пол в каждом из
резонаторов 2, 3 предложенной системы, предназначенных, во-первых, дл получени информации об относительных объемных дол х V1, V2 и V3 каждого из трех компонентов
контролируемой среды и, во-вторых, дл получени информации о значении скорости W
контролируемого потока.
В первом такте первой стадии сигнал, вырабатываемый управл емым высокочастотным
Страница: 10
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
генератором 21, поступает на вход управл емого коммутатора 22 и передаетс с одного
из выходов этого коммутатора через первый входной усилитель 26 на первый ввод-вывод 4
первого резонатора 2 через соответствующий этому вводу-выводу входной
разделительный конденсатор 33 и на первый ввод-вывод 4 второго резонатора 3 через
соответствующий этому вводу-выводу входной разделительный конденсатор 33, возбужда в каждом из резонаторов 2, 3 высокочастотное электромагнитное поле с измен ющейс от
Fmin до Fmax частотой.
Так как в диэлектрической трубе 6 находитс трехкомпонентна газожидкостна среда,
каждый из трех компонентов которой характеризуетс определенными значени ми
комплексной диэлектрической проницаемости ?j * и комплексной электропроводности ?j *,
где j=1, 2, 3 - номер компонента среды, то при возбуждении высокочастотного
электромагнитного пол в каждом из резонаторов 2, 3 будет происходить поглощение
контролируемой средой энергии электромагнитного пол на нескольких резонансных
частотах Fрез1, Fрез2 и Fрез3 соответственно.
Поскольку информативные параметры сигналов, характеризующих резонансные
поглощени , такие как, например,
- амплитуды выходных сигналов на первой, второй и третьей резонансных
частотах Iрез1, Iрез2 и Iрез3 соответственно,
- коэффициенты передачи сигналов на первой, второй и третьей резонансных частотах
Dрез1, Dрез2 и Dрез3 соответственно, а также
- резонансные частоты Fрез1, Fрез2 и Fрез3,
существенно завис т от комплексных характеристик контролируемой
среды ?1 *, ?2 *, ?3 * и ?1 *, ?2 *, ?3 *, каждый из выходных сигналов первого и второго
резонаторов 2 и 3 соответственно содержит в себе информацию о покомпонентном составе
газожидкостного потока.
Указанные сигналы поступают с каждого из первых вводов-выводов 4 резонаторов 2, 3
через соответствующий данному первому вводу-выводу 4 выходной разделительный
конденсатор 34 и соответствующий данному первому вводу-выводу 4 первый передающий
тракт 28 на соответствующие данному первому вводу-выводу 4 и первому передающему
тракту 28 вход вычислительно-управл ющего блока 20 и вход контроллера режимов 23.
Во втором такте первой стадии вычислительно-управл ющий блок 20 формирует сигнал,
поступающий на управл ющий вход управл емого коммутатора 22 и вызывающий
переключение высокочастотного сигнала управл емого высокочастотного генератора 21 с
первого выхода управл емого коммутатора 22 на его второй выход, после чего
вышеописанна процедура повтор етс при изменении направлени высокочастотного
зондировани на 90°.
Дл изменени направлени зондировани высокочастотный сигнал со второго выхода
управл емого коммутатора 22 подаетс на каждый из вторых вводов-выводов 5 каждого из
резонаторов 2, 3 через второй входной усилитель 27 и соответствующий данному второму
вводу-выводу входной разделительный конденсатор 33, возбужда в резонаторах 2 и 3
высокочастотное электромагнитное поле, направленность вектора напр женности которого
перпендикул рна первоначальной.
Это дает возможность произвести уточн ющее высокочастотное зондирование
контролируемой среды в направлении, ортогональном первоначальному, и получить
существенную дополнительную информацию по отношению к первоначальной информации
о компонентном составе неосесимметричного газожидкостного потока.
Выходные сигналы, содержащие в себе информативные параметры, завис щие от
компонентного состава потока, поступают с каждого из вторых вводов-выводов 5 каждого
из резонаторов 2, 3 через соответствующий данному второму вводу-выводу 5 выходной
разделительный конденсатор 34 и соответствующий второй передающий тракт 29 на вход
вычислительно-управл ющего блока 20 и вход контроллера режимов 23. В контроллере
режимов 23 с учетом сигналов о значении давлени Р контролируемой среды,
Страница: 11
RU 2 337 325 C1
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
поступающих с выхода датчика давлени 14, проводитс предварительный
классификационный анализ информативных параметров сигналов, полученных с первых и
вторых вводов-выводов 4 и 5 обоих резонаторов дл двух взаимно ортогональных
направлений зондировани контролируемого потока.
Целью такого анализа вл етс предварительное отнесение режимов течени контролируемого потока к одному из режимов «установившийс » и «неустановившийс » с
последующим окончательным выбором одного из подрежимов, например подрежима:
«установившийс - нефть», «установившийс - вода», «установившийс - газ»,
«установившийс - нефть-вода», «установившийс - нефть-газ», «установившийс - газвода», «установившийс - нефть-вода-газ» или «неустановившийс - нефть-вода»,
«неустановившийс - нефть-газ» и т.д., и формированием кодового сигнала,
соответствующего выбранному подрежиму. Сформированный кодовый сигнал поступает с
выхода контроллера режимов 23 на соответствующий ему вход вычислительноуправл ющего блока 20, в пам ти которого из группы алгоритмов «Контроль компонентов»
выбираетс 
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
360 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа