Способ определения расхода многофазной жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01F1/704 

фиг.1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения расхода жидкости в скважине в нефтяной промышленности.

Известен способ измерения расхода путем визуализации структуры течения в рассеянном свете с помощью визуализирующих частиц и определении суммарной площади треков частиц, по которой судят о расходе.

Недостатком способа является невозможность его применения для измерения расходов различных фаз многофазного потока.

Наиболее близким является способ определения расхода многофазной жидкости, заключающийся в визуализации структуры потока, в заданном объеме и измерении суммарной площади изображений отдельных элементов структурных фаз на визуализированном изображении потока.

Недостатком прототипа является ограничение информационной способности в случае измерения расхода одной фазы жидкости.

Целью изобретения является расширение информационных способностей способа за счет одновременного определения расходов различных фаз жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения расхода многофазной жидкости, заключающемся в визуализации структуры потока в заданном объеме и измерении суммарной площади изображений структурных фаз на визуализированном изображении потока, по которому судят о расходе, формируют определенный размер потока в направлении, ортогональном плоскости визуализации, а визуализацию структуры потока в заданном объеме проводят в проходящем свете, при этом разделение изображений отдельных фаз жидкости проводят по различной интенсивности их следов на визуализированном изображении потока.

Реализация способа представлена на примере измерителя расхода водонефтяной смеси.

На фиг. 1 и 2 представлена схема устройства, поясняющая принцип реализации способа; на фиг. 3 - схема скважинной части измерителя; на фиг. 4 - схема наземной части измерителя. с/

Устройство содержит корпус 1, в котором установлены параллельные экраны 2, за одним из которых расположена передающая матрица 3, выполненная из излучающих в инфракрасной области спектра (ИК) светодиодов 4, а за противоположным приемная матрица 5, выполненная из фотодиодов 6.

В наземной части устройства имеется экран визуального наблюдения - светоди5 одная матрица индикатор 7 (фиг. 2).

Скважинный прибор (фиг. 3) содержит счетчик импульсов 8, счетный вход которого подсоединен к жиле И кабеля через диод 9. Выходы младших разрядов счетчика 8 под0 ключены к входу дешифратора 10 строк, выходы дешифратора 10 строк подключены к управляющим входам транзисторных ключей передающей части 11, а также к входам транзисторных ключей приемной части 12.

5 Вход транзисторных ключей передающей части 11 подключен через балластный резистор 13 к жиле кабеля, Выходы транзисторных ключей передающей части 11 подключены к соответствующим строкам

0 передающей матрицы 3. Входы транзисторных ключей приемной части 12 подключены к соответствующим строкам приемной матрицы 5. Выход транзисторных ключей приемной части 12 подключен к входу усилителя

5 14, выход которого соединен с жилой ill кабеля. Выходы старших разрядов счетчика 8 подключены к входу дешифратора 15 столбцов, выходы которого соединены со столбцами передающей матрицы 3 и приемной

0 матрицы 5. При этом первый выход дешифратора 15 столбцов соединен с первым столбцом передающей матрицы 3 и первым столбцом приемной матрицы 5 и так далее соответственно. Жила I i кабеля подключа5 ется также через диод 16 на вход формирователя 17 импульса сброса, выход которого подключен к входу обнуления счетчика 8.

Наземный прибор (фиг. 4) содержит генератор 18 импульсов, выход которого под0 ключей к входу счетчика 19 импульсов и к входу формирователя 20 импульсов. Выходы младших разрядов счетчика 19 импульсов подключены к входам дешифратора 21 строк, выходы которого подключены к уп5 равляющим входам транзисторных ключей 22. транзисторных ключей 22 подключен к выходу усилителя 23, а вход усилителя 23 лоцсединен к жиле III кабеля. Выходы транзисторных ключей 22 подклю0 чены к строкам светодиодной матрицы - индикатора 7. При этом первый выход транзисторных ключей 22 соединен с первой строкой и далее по порядку. Выходы старших разрядов счетчика 19 импульсов под5 ключены к входам дешифратора 24 столбцов, выходы дешифратора 24 столбцов подключены к соответстеующим столбцам матрицы - индикатора 7, При этом первый . выход дешифратора 24 столбцов подключен

к первому столбцу и далее по порядку. Первый выход дешифратора 21 строк (т. е. выход, активное состояние которого соответствует нулевому состоянию младших разрядов счетчика 19, подключен к одному из входов схемы 25 совпадения нулей, к другому входу схемы 25 совпадения нулей подключен первый выход дешифратора 24 столбцов. Выход 25 схемы совпадения нулей подключен к входу формирователя 20 импульсов, Выход формирователя 20 им- пульсов подключен к жиле II кабеля. Жила I кабеля подключена к положительному по-1 люсу источника питания (не показано).

Схема работает следующим образом.

От генератора 18 импульсов через жилу II кабеля импульсы положительной полярности поступают на двоичный счетчик 8, имеющий log2N + logaM разрядов (каждое слагаемое округлить до целого числа в сторону увеличения). Младшие log2N разрядов подаются на дешифратор 10 строк, а старшие разрядов - на дешифратор 15 столбцов. Когда счетчик 8 обнулен, на первом выходе дешифратора 15 столбцов имеется потенциал земли, поэтому первый столбец приемной 5 и передающей 3 матриц оказывается подключенным к заземленному полюсу источника питания. Каждый выход дешифратора 10 строк подключен к управляющему входу двух ключей, один из которых включен в состав транзисторных ключей передающей части 11, а другой - приемной части 12. Ключи 11 и 12 подключают соответственно строки передающей матицы 2 через резистор 13 балласт- ный к плюсу источника питания, а строки приемной матрицы 5 - к усилителю 14. Когда счетчик 8 обнулен, дешифратор строк имеет на первом выходе сигнал логического О, который, включая соответствующие первому выходу дешифратора 10 строк ключи, подключает первую строку передающей матрицы 3 к плюсу источника питания, а первую строку приемной матрицы 5 - к усилителю 14. Поэтому светодиод 4, включен- ный в месте пересечения первой строки и первого столбца передающей матрицы 3, оказывается подключенным к источнику питания, а фотодиод 6, включенный в месте пересечения первой строки и первого стол- бца приемной матрицы 5 оказывается подключенным к усилителю 14.

С приходом тактовых импульсов на вход счетчика 8 импульсов состояние младших разрядов будет изменяться в сторону увели- чения, а на выходах дешифратора 10 строк будет последовательно появляться сигнал логического О (на втором выходе, затем на третьем и т..д. по порядку). Соответственно транзисторные ключи 11 будут переключать

плюс источника питания с первой строки на вторую и т. д, по порядку, а транзисторные ключи 12 будут синхронно переключать вход усилителя 14 с одной строки приемной матрицы 12 на другую по порядку. Когда число тактооых импульсов превысит (число строк), состояние старших разрядов увеличится на единицу, а младшие разряды обну- лятся, При этом на выходе дешифратора 15 столбцов сигнал лог. О переместится с первого выхода на второй, а транзисторные ключи 11 и 12 снова подключат первую строку. Далее в процессе счета импульсов строки будут снова последовательно переключаться до N-ой строки, но, поскольку дешифратор 15 столбцов переключил землю с первого на второй столбец, в работе будет участвовать другая линейка све- тодиодов 4 и фотодиодов 6, соответствующая второму столбцу.

Таким образом, при дальнейшем счете импульсов дешифратор 15 столбцов и транзисторные ключи 11 и 12 с дешифратором 10 строк будут последовательно подключать светодиоды 4 и фотодиоды б матриц 3 и 5 соответственно к источнику питания и к входу усилителя 14, По заполнении счетчика 8 включается N-я строка и М-й столбец, а с приходом следующего импульса счетчик 8 обнуляется, и процесс повторяется с наиа- ла.

Для синхронизации работы скважинно- го и наземного приборов предусмотрен формирователь 17 сброса. При подаче отрицательного импульса по жиле II кабеля формирователь 17 сброса подает импульс на вход установки нуля счетчика 8.

Наземный прибор (фиг. 4) работает следующим образом,

Часть схемы, содержащая счетчик 19 импульсов, дешифратор 21 строк, дешифратор 24 столбцов, транзисторные ключи 22 и в светодиодную матрицу-индикатор 7, работает аналогично соответствующей части схемы скважинного прибора. Счетчики 8 и 19 импульсов считают импульсы одного генератора 18 импульсов. Чтобы состояния счетчиков 8 и 19 совпадали, производится сброс счетчика 8 в нуль в момент прихода в нулевое состояние счетчика 19. Когда счетчик 19 обнулен, на первом выходе дешифратора 21 строк и на первом выходе дешифратора 24 столбцов имеется сигнал лог, О. Это состояние фиксируется схемой 25 совпадения нулей, которая, подает об этом сигнал на формирователь 20 импульсов, который, в свою очередь, формирует отрицательный импульс на жиле II кабеля. В скважин ном приборе этот импульс устанавливает счетчик 8 в нулевое состояние. При

отсутствии сигнала со схемы 25 совпадения нулей формирователь 20 импульсов передает импульсы генератора 18 на жилу II кабеля в положительной полярности.

Сигнал с жилы III кабеля, уровень которого определяется уровнем фототока фотодиода 6, подключенного в данный момент к усилителю 14 скважинного прибора, поступает на усилитель 23. Этот усилитель усиливает сигнал до уровня, достаточного для свечения светодиодов 26 матрицы-индикатора 7,

Принцип работы устройства состоит в последовательном и синхронном переключении светодиодов 4 передающей матрицы 3, фотодиодов б приемной матрицы 5 и светодиодов 26 матрицы-индикатора 7. Поэтому регистрация прозрачности пространства между матрицами 3 и 5 в данной точке производится дискретна Для исключения влияния этой дискретности выбирают частоту переключения светодиодов и фотодиодов, исходя из следующих соображений,

Если взять максимальную скорость перемещения неоднородности аодонефтяной смеси в щелевом зазоре между передающей 3 и приемной 5 матрицами,равной V, в то время перемещения этой неоднородности на расстояние, равное расстоянию между соседними светодиодами в матрице, равно

-Iгде S - расстояние между соседними светодиодами в матрице.

За время t необходимо произвести полный опрос всех фото- и светодиодов матриц один или более раз. Отсюда частота опроса

t

Частота генератора 18 импульсов определится из формулы

fonp - f - IP

IT3KT

VMN S

где М - количество столбцов м ЗтрТ1ц ;

N - количество строк матриц.

Расстояние между экранами 2 определяется исходя из предполагаемого диапазона измеряемых скоростей, вязкости нефти, требуемой точности измерений, наличия и величины твердых частиц.

Информация, воспроизводимая на светодиодной матрице-индикаторе 7, может фиксироваться кинокамерой. При этом получим полную картину движения жидкости в скважине.

После снятия на пленку расход может быть определен следующим образом.

Если на экране 2 нанести риску (перпендикулярно потоку), то на пленке в каждом кадре также будет видна эта риска, относительно которой можно фиксировать перемещение структурных элементов.

Пусть на каком-то участке пленки длиной L (расстояние между рисками на участке пленки, на котором определялось перемещение элементов), определено, что через сечение по риске прошло какое-то количество площадей нефти S нефти и количество площадей воды S,

При этом время замера

Т- L

Упленки

где Упленки - скорость протяжки пленки.

Объем нефти, прошедший через сечение по риске за время Т,

Уцр рти онефти Н К,

где Н - расстояние между экранами 2; К - коэффициент, учитывающий увеличение (уменьшение) экрана 2 в кадре пленки.

Расход

f. Унефти . Онефти ,

Уводы Т

Чем больше L, т. е. чем больше время замера Т, тем точне.е можно определить расход.

Формула изобретения Способ определения расхода многофазной жидкости, заключающийся в визуализации структуры потока в фиксированном

объеме и измерении суммарной площади изображений отдельных элементов структурных фаз на визуализированном изображении потока, по которому судят о расходе, отличающийся тем, что, с целью

расширения информационных возможностей путем одновременного определения расходов различных фаз жидкости, предварительно формируют фиксированный размер потока в направлении ортогональном

плоскости визуализации, а визуализацию структуры потока проводят в проходящем свете, при этом разделение изображений отдельных фаз жидкости проводят по различной интенсивности их следов на визуализированном изображении потока.

О

воды

с зпф

31 -Kb

il

Использование: для определения расходов различных фаз многофазной жидкости. Сущность изобретения: с помощью передающей матрицы 3 с вето диодов 4 и приемной матрицы 5 фотодиодов 6 проводится визуализация потока в проходящем свете. Размеры потока в направлении просвечивания ограничены прозрачными экранами 2. Разделение изображений отдельных фаз потока осуществляется по различной интенсивности их следов на визуализован- ном изображении потока. Общая сумма площадей отдельных элементов структурных фаз жидкости дает информацию о расходе каждой фазы жидкости. 4 ил.

мздяхщ.- /9i/% |:

wnu wjnft

DUDh&Vy

эпнщраик

п

/

U

5

s

t

1ШШЩГШЩ

WQKtfevdanmdDwj

Qi

L

e

/ /3SO/

;FDf/ ЭПГГЩЩ

тмъьомхэпнэчсшйик

.с

11

фф ф

r1 I

t/

&c

4L

fl

н

шпи

S8SCSil

JKUAU

a

ост. num.

Фиг Ц