УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2000 года по МПК G01N23/12 

Настоящее изобретение относится к смесителю и устройству для анализа потока текучей среды.

Одним из случаев, при которых анализ потока текучей среды играет важную роль, является добыча нефти из нефтяной скважины или группы нефтяных скважин. Обычно нефть бывает смешана с водой и газом, в результате чего получается трехфазная текучая среда. Очевидно, что нужно обладать возможностью определять, в какой степени поток текучей среды образуется каждой из этих трех фаз.

Известное устройство анализа фазового состава содержит два источника гамма-излучения вместе с соответствующими детекторами, которые размещаются вдоль трубы в направлении прохождения потока. Источники испускают излучение с различными энергетическими уровнями. Сигналы, поступающие от детекторов, пропорциональны воспринятому гамма-излучению и, таким образом, демонстрируют поглощение излучения потоком. Эта информация позволяет определить фазовый состав потока. Фазовый состав потока может варьироваться по времени в широких пределах по мере прохождения потока мимо детекторов, что связано, например, с появлением потока в снарядном режиме, в связи с чем анализ оказывается неточным, так как особенно зависимость между поглощением излучения и количеством текучей среды, пересекающим луч, является непоказательной.

Согласно настоящему изобретению создано устройство для анализа потока текучей среды в трубе, содержащее по меньшей мере один источник излучения, предназначенный для направления излучения сквозь поток, и по меньшей мере один детектор излучения, размещенный таким образом, чтобы воспринимать от источника или источников излучение, прошедшее сквозь поток, причем источник или источники испускают излучение по меньшей мере на двух энергетических уровнях, каждый детектор выдает сигнал для процессорного средства, предназначенного для обработки сигнала с целью создания рядов размещенных в хронологической последовательности значений и для группирования значений по величине для последующего анализа аналитическим средством.

После того, как сигнал преобразуется в последовательность группируемых значений, аналитическое средство может выполнить более глубокий, чем простое усреднение, анализ с возможностью более точного анализа. Предпочтительно аналитическое средство используется для определения фазового состава потока. С другой стороны, или в дополнение, аналитическое средство может быть использовано для определения типа потока, например, потока в снарядном режиме или насыщенного потока. В дополнение к этому анализ сигналов по группам позволяет получить информации об изменении состава смеси со временем. Так, например, в потоке в снарядном режиме соотношение нефти и воды в перемежающихся скоплениях воды и нефти и в тонкой пленке между этими скоплениями может быть определено по отдельности.

Предпочтительным является измерение излучения от каждого источника в ходе последовательности коротких временных интервалов. В одном варианте реализации предлагается единственный детектор. В этом случае могут быть предложены два источника, причем каждый из них испускает излучение на характерном только для него энергетическом уровне. В прежней системе необходимое разделение двух источников вело к погрешностям, поскольку лучи излучения не "видели" одну и ту же часть потока. Благодаря обработке и анализу, осуществляемым устройством, являющимся предметом настоящего изобретения, появляется возможность осуществлять такое необходимое разделение без возникновения погрешностей.

В качестве альтернативы двум источникам возможно использование одного источника для испускания излучения по меньшей мере на двух энергетических уровнях, например, цезиевого источника, испускающего излучение на уровне 32 кэВ и 661 кэВ.

Изобретение предназначено главным образом для использования с трехфазным потоком и поэтому источник или источники испускают излучение только на двух энергетических уровнях.

Излучение может быть рентгеновским или гамма-излучением.

Устройство может содержать смеситель и средство для обнаружения перепада давления в смесителе. Это в сочетании со средством обнаружения задержки жидкости дает возможность выполнить расчеты скорости. Сенсорные средства предпочтительно соединяются с аналитическим средством, предназначенным для определения расхода. Средство обнаружения задержки жидкости может содержать, по меньшей мере, один источник излучения для непосредственного облучения сквозь поток, по меньшей мере, одного детектора излучения, установленного для приема излучения, пропущенного сквозь поток одним или каждым источником.

В одном из вариантов реализации изобретения устройство содержит только два источника и только два детектора, а аналитическое средство использовано для определения как фазового состава, так и расхода. Фазовый состав определяют с использованием двух энергетических уровней от одного из источников, а скорость определяется путем сопоставления динамических сигналов излучения, полученных двумя детекторами, разнесенными на определенное расстояние между собой вдоль оси трубы. При таком решении используется минимальное количество компонентов, оно является особенно простым и дешевым в использовании.

Ниже в качестве примера и со ссылкой на прилагаемый чертеж будет описан один вариант реализации изобретения. На чертеже представлен вертикальный вид сбоку с частичным поперечным сечением устройства согласно одному варианту реализации изобретения.

Устройство 10 содержит два блока 12, 14 гамма-излучения, два преобразователя 16, 18 давления и центральное процессорное средство.

Преобразователи 16, 18 давления расположены по сторонам смесителя 22 статичного потока в трубе 24. Преобразователи 16, 18 давления соединены с центральным процессорным средством 20. За смесителем 22 размещается температурный датчик 26, также соединенный с центральным процессорным средством 20. Непосредственно за температурным датчиком 26 располагается первый блок 12 гамма-излучения. Первый блок 12 гамма-излучения содержит цезиевый источник с энергетическими уровнями 32 кэВ и 661 кэВ. Источник направляет свое излучение сквозь трубу 24 на единственный детектор с другой стороны трубы 24. Детектор соединяется с усилителем и анализатором 28, имеющими высокий и низкий выводы на центральное процессорное средство 20. Питание усилителя и канального анализатора 28 осуществляется от источника 30 питания постоянного тока, размещенного рядом с центральным процессорным средством 20. За первым блоком 12 излучения располагается второй блок 14 излучения. Он содержит один цезиевый источник на 661 кэВ и толстокристаллический детектор, соединенные со вторым усилителем и анализатором 32, который также получает питание от источника 30 питания и также соединен с центральным процессорным средством.

В процессе применения поток трехфазной текучей среды в составе нефти, воды и газа протекает через трубу 24 и смеситель 22. Температурный датчик 26 определяет температуру среды, а преобразователи 16, 18 давления, расположенные перед смесителем 22 и за ним, передают на центральное процессорное средство 20 информацию о давлении для определения перепада давления в смесителе 22. Излучение высокого и низкого энергетического уровня от источника в первом блоке 12 излучения обнаруживается единственным детектором первого блока 12 излучения после его поглощения текучей средой и подвергается обработке и анализу центральным процессорным средством 20 наряду с сигналами от второго блока 14 излучения. Сигналы от первого блока 12 излучения распределяются в хронологической последовательности и группируются в полосы по величине для статистического анализа центральным процессорным средством 20 (которое образовано упомянутыми выше "процессорным средством" и "анализирующим средством") для точного определения фазового состава. Второй блок 14 излучения в сочетании с сигналом от первого блока 12 излучения позволяет рассчитать скорость, и эта информация наряду с расчетом перепада давления позволяет определить суммарный и фазовый расход. Информация температурного датчика требуется для того, чтобы учесть тот факт, что газ поддается сжатию. С другой стороны, или в дополнение, скорость можно определить по перепаду давления в смесителе, так что от второго блока 14 излучения можно отказаться.

Первый блок 12 излучения может содержать два отдельных цезиевых источника или единственный цезиевый источник, способный давать излучение на обоих энергетических уровнях. Очевидна возможность использования других видов источников излучения.

Еще в одном варианте реализации первый блок 12 излучения и второй блок 14 излучения работают на разных энергетических уровнях, и в первом блоке излучения использован источник, работающий только на одном энергетическом уровне.

Устройство (10) для анализа потока текучей среды в трубе (24) содержит по меньшей мере один источник (12, 14) излучения, предназначенный для направления излучения сквозь поток. Источник или источники испускают излучение по меньшей мере на двух уровнях. Один или каждый детектор подает сигнал на процессорное средство (20), предназначенное для обработки сигнала с целью создания рядов размещенных в хронологической последовательности значений, группирования значений по величине. Устройство позволяет производить определение фазового состава, типа потока и расхода потока. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для анализа потока текучей среды в трубе, содержащее, по меньшей мере, один источник излучения, предназначенный для направления излучения сквозь поток, и, по меньшей мере, один детектор излучения, размещенный так, чтобы воспринимать от источника или источников излучение, прошедшее сквозь поток, причем источник или источники испускают излучение, по меньшей мере, на двух энергетических уровнях, каждый детектор выдает сигнал для процессорного средства, предназначенного для обработки сигнала с целью создания рядов размещенных в хронологической последовательности значений и для группирования значений по величине для последующего анализа аналитическим средством. 2. Устройство по п.1, в котором аналитическое средство используется для определения фазового состава потока. 3. Устройство по п.1 или 2, в котором аналитическое средство используется для определения типа потока. 4. Устройство по любому из пп.1, 2 или 3, в котором излучение от каждого источника будет измеряться в ходе ряда коротких временных интервалов. 5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором использован единственный источник излучения. 6. Устройство по п.5, в котором источником излучения является цезиевый источник. 7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором устройство содержит смеситель и средство для обнаружения перепада давления в смесителе. 8. Устройство по п.7, в котором устройство содержит средство обнаружения задержки жидкости. 9. Устройство по п.8, в котором средство обнаружения связано с аналитическим средством, предназначенным для определения расхода в потоке. 10. Устройство по п. 8 или 9, в котором средство обнаружения задержки жидкости содержит, по меньшей мере, один источник излучения для направления излучения сквозь поток на, по меньшей мере, один детектор излучения, установленный так, чтобы воспринимать излучение, пропущенное сквозь поток от одного или каждого источника. 11. Устройство по п.10, в котором устройство содержит только два источника излучения и только два детектора и аналитическое средство использовано для определения как фазового состава, так и расхода в потоке.