RU152354U1

RU152354U1 - METER OF TOTAL AND FRACTIONAL COSTS OF NON-MIXING MEDIA IN THE PIPELINE

Info

Publication number: RU152354U1
Application number: RU2013156349/28U
Authority: RU
Inventors: Сергей Валерьевич Сараев; Виталий Юрьевич Хатьков; Андрей Александрович Дробышев
Original assignee: Сергей Валерьевич Сараев; Виталий Юрьевич Хатьков; Андрей Александрович Дробышев
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-05-27

Abstract

1. Измеритель суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред в трубопроводе, содержащий:первый высокочастотный генератор сканирующих сигналов, блок сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным электрическим полем, подключенный к первому высокочастотному генератору сканирующих сигналов, при этом блок сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным электрическим полем предназначен для сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным электрическим полем и регистрации сигнала сканирования высокочастотным электрическим полем, отображающего флуктуации диэлектрической проницаемости многофазной транспортируемой среды, первый блок определения амплитудно-частотных характеристик зарегистрированного сигнала сканирования высокочастотным электрическим полем, соединенный с блоком сканирования высокочастотным электрическим полем, предназначенный для обработки сигнала сканирования высокочастотным электрическим полем с выделением зоны максимума амплитудно-частотной характеристики сигнала сканирования высокочастотным электрическим полем;второй высокочастотный генератор сканирующих сигналов, блок сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным магнитным полем, подключенный ко второму высокочастотному генератору сканирующих сигналов, при этом блок сканирования потока многофазной транспортируемой среды предназначен для сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным магнитным полем и регистрации сигнала сканирования высокочастотным магнитным �1. A meter for the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media in a pipeline, comprising: a first high-frequency generator of scanning signals, a unit for scanning a stream of a multiphase transported medium by a high-frequency electric field, and a unit for scanning a stream of a multiphase transported medium in a high-frequency electric field designed to scan the flow of a multiphase transported medium by high-frequency electronic an electric field and registering a scanning signal with a high-frequency electric field, showing fluctuations in the dielectric constant of a multiphase transported medium, the first block for determining the amplitude-frequency characteristics of a registered scanning signal with a high-frequency electric field, connected to the scanning unit with a high-frequency electric field, designed to process the scanning signal with a high-frequency electric field with extraction amplitude maximum frequency zones x characteristics of the scanning signal by a high-frequency electric field; a second high-frequency scanning signal generator, a block for scanning the flow of a multiphase transported medium by a high-frequency magnetic field, connected to the second high-frequency generator of scanning signals, while the scanning unit of a stream of a multiphase transported medium is designed to scan the flow of a multiphase transported medium by a high-frequency magnetic field and high-frequency magnetic scanning signal

Description

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯAPPLICATION AREA

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности для измерения содержания компонентов многофазной среды, в частности, для определения дебита скважины, а также в других производствах, где есть необходимость измерения расхода многофазных технологических сред.The utility model relates to measuring equipment and can be used in the oil and oil refining industries to measure the content of components of a multiphase medium, in particular, to determine the flow rate of a well, as well as in other industries where it is necessary to measure the flow rate of multiphase process media.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION

Способы измерения и устройства для измерения суммарного и фракционного расходов несмешивающихся сред должны обеспечивать измерение расхода текущей среды без загромождения сечения трубопровода и без нарушения его герметичности, и поэтому они являются наиболее предпочтительными при измерении расхода пожароопасных и взрывоопасных сред.Methods of measurement and devices for measuring the total and fractional flow rates of immiscible media should provide a measurement of the flow rate of the flowing medium without cluttering the cross section of the pipeline and without violating its tightness, and therefore they are most preferred when measuring the flow rate of fire and explosive atmospheres.

Известен корреляционный способ измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, реализованный в устройстве, описанном в патенте Российской Федерации №2194950, G01F 1/74, 1/712, G01N 22/04, 20.12.2002). Известный способ включает в себя выделение на трубопроводе двух контрольных участков, отстоящих друг от друга на фиксированном расстоянии, измерение флуктуации диэлектрической постоянной потока на каждом из контрольных участков, включающее сканирование потока вращающимся высокочастотным электрическим полем, обработку сигнала сканирования с выделением зоны максимума амплитудно-фазовой или амплитудно-частотной характеристики сигнала, измерение времени транспортировки по максимуму корреляционной функции сигналов сканирования и определение фракционных долей многофазных несмешивающихся сред и суммарного и фракционного расходов. Используя известный способ, можно определить суммарный расход и фракционные доли двух несмешивающихся сред, если диэлектрические характеристики транспортируемых сред существенно отличаются друг от друга, в частности, можно определить содержание воды в нефти при измерении дебита скважины. Однако если транспортируемая среда дополнительно содержит газ, то выделение фракционной доли газовой среды невозможно. В известном способе точность определения скорости потока и соответственно расхода во многом зависит от наличия в потоке достаточного количества разнородных зон с изменением структуры потока по времени, чтобы получить ярко выраженный экстремум корреляционной функции.A known correlation method for measuring the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media, implemented in the device described in the patent of the Russian Federation No. 2194950, G01F 1/74, 1/712, G01N 22/04, 12/20/2002). The known method includes the selection on the pipeline of two control sections that are separated from each other by a fixed distance, measuring the fluctuation of the dielectric constant of the flow in each of the control sections, including scanning the flow with a rotating high-frequency electric field, processing the scan signal with the allocation of the maximum amplitude-phase or amplitude-frequency characteristics of the signal, measurement of transport time to the maximum correlation function of the scanning signals and op distribution of fractional fractions of multiphase immiscible media and total and fractional expenditures. Using the known method, it is possible to determine the total flow rate and fractional fractions of two immiscible media, if the dielectric characteristics of the transported media are significantly different from each other, in particular, it is possible to determine the water content in oil when measuring the flow rate of the well. However, if the transported medium additionally contains gas, then the separation of the fractional fraction of the gaseous medium is impossible. In the known method, the accuracy of determining the flow velocity and, accordingly, the flow rate largely depends on the presence in the flow of a sufficient number of heterogeneous zones with a change in the flow structure over time in order to obtain a pronounced extreme value of the correlation function.

Известно устройство для измерения расхода электропроводных двухфазных сред, содержащее измерительный участок с магнитной системой переменного тока, имеющей индуктор с двумя катушками, размещенными с двух сторон относительно трубопровода, два электрода на противоположных стенках трубопровода и модуль управления, включающий блок вычисления корреляционной функции (см. авторское свидетельство СССР №901829, G01F 1/72, G01F 1/74, 30.01.1982). Использование магнитного поля обеспечивает высокий уровень сигнала, существенно превышающий помехи, но устройство может использоваться только для электропроводных жидкостей. Устройство хорошо работает на двухфазных средах, но с увеличением количества фаз оно не может выделить фракционную долю каждой фазы. В этом устройстве существует та же проблема с выделением экстремума корреляционной функции при определении скорости потока.A device is known for measuring the flow rate of electrically conductive two-phase media, comprising a measuring section with an alternating current magnetic system having an inductor with two coils placed on both sides of the pipeline, two electrodes on opposite walls of the pipeline, and a control module including a correlation function calculation unit (see USSR certificate No. 901829, G01F 1/72, G01F 1/74, 01/30/1982). The use of a magnetic field provides a high signal level, significantly exceeding interference, but the device can only be used for electrically conductive liquids. The device works well on two-phase media, but with an increase in the number of phases it cannot isolate the fractional fraction of each phase. In this device, there is the same problem with highlighting the extremum of the correlation function when determining the flow rate.

Известно также устройство для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, содержащее мерный участок, на стенках которого установлены две системы просвечивания трубопровода высокочастотным электромагнитным полем на двух разных частотах.It is also known a device for measuring the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media containing a measuring section, on the walls of which are installed two systems of transmission of the pipeline with a high-frequency electromagnetic field at two different frequencies.

Анализируя принимаемые сигналы, можно расчетным путем определить изменение комплексных диэлектрических характеристик среды (реальную и мнимую составляющие комплексной диэлектрической постоянной) и на этой базе определить соотношение фаз в потоке (см. патент США №4902961, НКИ 324/640, 20.02.1990). Устройство обеспечивает достаточно точное определение соотношения фаз в многофазных потоках, в том числе в многофазных потоках с диэлектрическими жидкостями, но с его помощью нельзя определить расход жидкости, для чего потребуется дополнительное устройство.By analyzing the received signals, it is possible by calculation to determine the change in the complex dielectric characteristics of the medium (the real and imaginary components of the complex dielectric constant) and on this basis to determine the phase ratio in the stream (see US patent No. 4902961, NKI 324/640, 02.20.1990). The device provides a fairly accurate determination of the phase ratio in multiphase flows, including in multiphase flows with dielectric fluids, but it cannot be used to determine the flow rate of the liquid, which requires an additional device.

Широко известны средства измерения расхода жидкости в трубопроводе с использованием ультразвука.Widely known means of measuring fluid flow in a pipeline using ultrasound.

Известен способ измерения расхода жидкости, основанный на сканировании потока транспортируемой жидкости ультразвуковыми лучами с использованием шести преобразователей, формирующих систему перекрестных измерительных каналов со смещением групп преобразователей по оси трубопровода (патент РФ №2226263, G01F 1/66 от 27.03.2004). Известный способ обеспечивает достаточно высокую точность определения скорости потока и соответственно объемного расхода транспортируемой жидкости, но он применим только к однофазным жидкостям и не может использоваться для определения фракционного расхода многофазных сред.A known method of measuring fluid flow, based on scanning the flow of transported fluid with ultrasound beams using six transducers, forming a system of cross measuring channels with a shift of the transducer groups along the axis of the pipeline (RF patent No. 2226263, G01F 1/66 of 03/27/2004). The known method provides a sufficiently high accuracy in determining the flow rate and, accordingly, the volumetric flow rate of the transported liquid, but it is applicable only to single-phase liquids and cannot be used to determine the fractional flow rate of multiphase media.

Известен способ измерения расхода многофазной жидкости, в соответствии с которым измеряют температуру потока и давление в трубопроводе, плотности каждой из фаз, определяют скорость звука в каждой из фаз жидкости в рабочем диапазоне температур, измеряют акустический шум, создаваемый движением жидкости при протекании ее через известное сечение, измеряют и записывают амплитуды и частоты колебаний трубы, по которой протекает многофазная жидкость, измеряемый диапазон частот делят на части, соответствующие каждой фазе, в каждой из частей после применения быстрых преобразований Фурье, выделяют максимальные значения амплитуд и соответствующие им частоты и вычисляют объемный расход каждой фазы жидкости на основе предложенных зависимостей и рассчитывают объемную или массовую доли каждой фазы (патент РФ №2489685, G01F 1/66, 10.04.2013). В данном способе точность измерений в существенной степени зависит от собственных частот колебаний трубопровода, которые изменяются с изменением внешних условий: температура воздуха, осадки в виде дождя и снега, а также усилий в узлах крепления трубопровода. Кроме того в известном способе предполагается, что известны плотности каждой из фаз, но в реальных условиях плотность каждой из фаз может отличаться от плотности заложенной в расчеты.A known method of measuring the flow rate of a multiphase fluid, in accordance with which measure the flow temperature and pressure in the pipeline, the density of each phase, determine the speed of sound in each phase of the fluid in the operating temperature range, measure the acoustic noise generated by the movement of the fluid when it flows through a known section , measure and record the amplitudes and frequencies of the pipe along which the multiphase fluid flows, the measured frequency range is divided into parts corresponding to each phase, in each of the parts le application of fast Fourier transformation, isolated maximum values of amplitudes and corresponding frequencies and calculating the volumetric flow rate of each liquid phase based on the proposed dependencies and calculated volume or mass fraction of each phase (RF patent №2489685, G01F 1/66, 10.04.2013). In this method, the accuracy of measurements substantially depends on the natural frequencies of the pipeline oscillations, which vary with changing external conditions: air temperature, precipitation in the form of rain and snow, as well as efforts in the fastening points of the pipeline. In addition, in the known method, it is assumed that the densities of each phase are known, but in real conditions the density of each of the phases may differ from the density incorporated in the calculations.

Известно устройство для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, содержащее разнесенные по длине трубопровода две измерительные секции, каждая из которых оснащена блоком измерения флуктуаций диэлектрических характеристик многофазного потока, высокочастотный генератор сканирующих сигналов, подключенный к указанным блокам измерения, первый и второй блоки определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, первый блок вычисления корреляционной функции и управляющий микропроцессор, при этом каждый блок измерения флуктуаций диэлектрических характеристик многофазного потока соответственно через первый и второй блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен к первому блоку вычисления корреляционной функции, при этом устройство дополнительно оснащено третьим и четвертым блоками определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, вторым блоком вычисления корреляционной функции, блоком нормирования, блоком хранения эталонных характеристик многофазного потока, а каждая измерительная секция дополнительно оснащена блоком измерения флуктуаций сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, при этом блоки измерения флуктуаций сканирующего магнитного поля в многофазном потоке подключены к высокочастотному генератору сканирующих сигналов, каждый блок измерения флуктуаций сканирующего магнитного поля в многофазном потоке соответственно через третий и четвертый блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключен ко второму блоку вычисления корреляционной функции, первый входной портал микропроцессора соединен через блок нормирования с первым блоком вычисления корреляционной функции, второй входной портал микропроцессора соединен напрямую со вторым блоком вычисления корреляционной функции, третий входной портал микропроцессора соединен с блоком хранения эталонных характеристик многофазного потока (патент РФ на изобретение №2309386 G01F 1/74, 27.10.2007). Данное устройство является прототипом для предлагаемого устройства. В известном устройстве успешно определяется состав многофазной среды при сканировании потока в любом из контрольных сечений, но для определения скорости потока в трубопроводе (и соответственно для определения расхода) используется корреляционный способ, и для его реализации необходимо иметь второе контрольное сечение с полным комплектом регистрирующих и обрабатывающих блоков, что существенно усложняет измерение суммарного и фракционного расходов. Кроме того, не всегда возможно разместить на трубопроводе второе измерительное сечение, особенно, если для размещения оборудования имеется очень короткий участок трубопровода. Следует также учитывать, что если перекачиваемая среда содержит мало включений, то точность определения скорости потока с использованием корреляционных функций падает.A device for measuring the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media, containing two measuring sections spaced along the length of the pipeline, each of which is equipped with a unit for measuring fluctuations in the dielectric characteristics of the multiphase flow, a high-frequency scanning signal generator connected to these measurement units, the first and second amplitude determination units -phase frequency characteristics, the first unit for calculating the correlation function and the control microprocessor, while m, each unit for measuring fluctuations in the dielectric characteristics of a multiphase flow, respectively, through the first and second unit for determining the amplitude-phase frequency characteristics is connected to the first unit for calculating the correlation function, while the device is additionally equipped with a third and fourth units for determining the amplitude-phase frequency characteristics, the second unit for calculating the correlation function , a standardization unit, a storage unit for the reference characteristics of a multiphase flow, and each measuring section optionally equipped with a unit for measuring fluctuations of a scanning magnetic field in a multiphase flow, while units for measuring fluctuations of a scanning magnetic field in a multiphase flow are connected to a high-frequency generator of scanning signals, each unit for measuring fluctuations of a scanning magnetic field in a multiphase flow, respectively, through a third and fourth unit for determining amplitude-phase frequency characteristics connected to the second unit for calculating the correlation function, the first microprocessor input portal and connected through the normalization unit to the first correlation function calculation unit, the second microprocessor input portal is connected directly to the second correlation function calculation unit, the third microprocessor input portal is connected to the storage unit of the multiphase flow reference characteristics (RF patent for the invention No. 2309386 G01F 1/74, 27.10 .2007). This device is a prototype for the proposed device. In the known device, the composition of the multiphase medium is successfully determined when scanning the flow in any of the control sections, but to determine the flow rate in the pipeline (and, accordingly, to determine the flow rate), a correlation method is used, and for its implementation it is necessary to have a second control section with a full set of recording and processing blocks, which significantly complicates the measurement of total and fractional costs. In addition, it is not always possible to place a second measuring section on the pipeline, especially if there is a very short section of the pipeline to accommodate the equipment. It should also be noted that if the pumped medium contains few inclusions, then the accuracy of determining the flow rate using the correlation functions decreases.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИDISCLOSURE OF A USEFUL MODEL

Задачей настоящей полезной модели является разработка измерителя суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, в том числе в потоках, содержащих три и более фаз, с помощью которого можно определить фракционные доли всех фаз, присутствующих в потоке несмешивающихся сред (газ, несмешивающиеся жидкости, например, смесь воды и углеводородов), как это имеет место в прототипе, но упростить определение скорости потока в трубопроводе, при сохранении точности определения скорости потока.The objective of this utility model is to develop a meter for the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media, including in flows containing three or more phases, with the help of which it is possible to determine the fractional fractions of all phases present in a flow of immiscible media (gas, immiscible liquids, for example, a mixture of water and hydrocarbons), as is the case in the prototype, but simplify the determination of the flow rate in the pipeline, while maintaining the accuracy of determining the flow rate.

Для решения поставленной задачи предлагается измеритель суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред в трубопроводе, содержащий:To solve this problem, a total and fractional flow meter of multiphase immiscible media in the pipeline is proposed, containing:

первый высокочастотный генератор сканирующих сигналов, блок сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным электрическим полем, подключенный к первому высокочастотному генератору сканирующих сигналов, при этом блок сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным электрическим полем предназначен для сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным электрическим полем и регистрации сигнала сканирования высокочастотным электрическим полем, отображающего флуктуации диэлектрической проницаемости многофазной транспортируемой среды, первый блок определения амплитудно-частотных характеристик зарегистрированного сигнала сканирования высокочастотным электрическим полем, соединенный с блоком сканирования высокочастотным электрическим полем, предназначенный для обработки сигнала сканирования высокочастотным электрическим полем с выделением зоны максимума амплитудно-частотной характеристики сигнала сканирования высокочастотным электрическим полем;a first high-frequency generator of scanning signals, a block for scanning the flow of a multiphase transported medium by a high-frequency electric field, connected to the first high-frequency generator for scanning signals, a block for scanning a stream of a multiphase transported medium by a high-frequency electric field is used to scan a stream of a multiphase transported medium by a high-frequency electric field and registering a scanning signal with a high-frequency electric field displaying flu the dielectric permittivity of the multiphase transported medium, the first unit for determining the amplitude-frequency characteristics of the recorded scanning signal by a high-frequency electric field, connected to the scanning unit by a high-frequency electric field, intended for processing the scanning signal by a high-frequency electric field with highlighting the maximum amplitude-frequency characteristic of the scanning signal by a high-frequency electric field ;

второй высокочастотный генератор сканирующих сигналов, блок сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным магнитным полем, подключенный ко второму высокочастотному генератору сканирующих сигналов, при этом блок сканирования потока многофазной транспортируемой среды предназначен для сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным магнитным полем и регистрации сигнала сканирования высокочастотным магнитным полем, отображающего флуктуации параметров магнитного поля в многофазной транспортируемой среде, второй блок определения амплитудно-частотных характеристик зарегистрированного сигнала сканирования высокочастотным магнитным полем, соединенный с блоком сканирования высокочастотным магнитным полем, предназначенный для обработки сигнала сканирования высокочастотным магнитным полем с выделением зоны максимума амплитудно-частотной характеристики сигнала сканирования высокочастотным магнитным полем;a second high-frequency scanning signal generator, a block for scanning the flow of the multiphase transported medium with a high-frequency magnetic field, connected to the second high-frequency generator for scanning signals, the scanning unit for the flow of the multiphase transported medium is used to scan the flow of the multiphase transported medium with a high-frequency magnetic field and registering the scanning signal with a high-frequency magnetic field, reflecting fluctuations of the parameters of the magnetic field in multiphase transported medium, the second unit for determining the amplitude-frequency characteristics of the recorded scanning signal by a high-frequency magnetic field, connected to the scanning unit by a high-frequency magnetic field, intended for processing the scanning signal by a high-frequency magnetic field with the allocation of the maximum zone of the amplitude-frequency characteristics of the scanning signal by a high-frequency magnetic field;

блок хранения эталонных амплитудно-частотных характеристик сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным электрическим полем и для хранения эталонных амплитудно-частотных характеристик сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным магнитным полем;a unit for storing reference amplitude-frequency characteristics of a scanning stream of a multiphase transported medium by a high-frequency electric field and for storing reference amplitude-frequency characteristics of a scanning stream of a multiphase transported medium by a high-frequency magnetic field;

микропроцессор для управления работой измерителя суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, соединенный с его блоками, при этом микропроцессор конфигурирован, чтобы принимать амплитудно-частотные характеристики сигнала сканирования из первого и второго блоков определения амплитудно-частотных характеристик, запрашивать аналогичные характеристики из блока хранения эталонных характеристик, получать запрошенные амплитудно-частотные характеристики из блока хранения эталонных характеристик, и определять фракционные доли воды, жидких и газообразных углеводородов в многофазной транспортируемой среде на основе сравнения измеренных и эталонных амплитудно-частотных характеристик,a microprocessor for controlling the operation of the meter of the total and fractional flow rate of multiphase immiscible media connected to its blocks, the microprocessor configured to receive the amplitude-frequency characteristics of the scan signal from the first and second blocks for determining the amplitude-frequency characteristics, to request similar characteristics from the storage unit of the reference characteristics , receive the requested amplitude-frequency characteristics from the storage unit of the reference characteristics, and determine fr promotional shares of water, liquid and gaseous hydrocarbons in a multiphase transported medium based on a comparison of measured and reference amplitude-frequency characteristics,

при этом в соответствии с задачей полезной модели он оснащенat the same time, in accordance with the task of the utility model, it is equipped

третьим высокочастотным генератором сканирующих сигналов, блоком сканирования потока многофазной транспортируемой среды ультразвуковым лучом, подключенным к третьему высокочастотному генератору сканирующих сигналов, предназначенный для просвечивания потока многофазной транспортируемой среды ультразвуковым лучом, регистрации отраженного ультразвукового сигнала и процессорным блоком определения Доплеровского сдвига частот прямого и отраженного ультразвуковых сигналов, соединенный с блоком сканирования потока многофазной транспортируемой среды ультразвуковым лучом, при этом процессорный блок определения Доплеровского сдвига частот прямого и отраженного ультразвуковых сигналов подключен к указанному микропроцессору для управления работой измерителя суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред;a third high-frequency scanning signal generator, a unit for scanning the flow of the multiphase transported medium with an ultrasonic beam, connected to the third high-frequency generator for scanning signals, used for transmission of the stream of the multiphase transported medium with an ultrasonic beam, recording the reflected ultrasonic signal and a processor unit for determining the Doppler frequency shift of the direct and reflected ultrasonic signals, connected to a multiphase trans flow scanning unit a sporting medium with an ultrasonic beam, while the processor unit for determining the Doppler frequency shift of the direct and reflected ultrasonic signals is connected to the specified microprocessor to control the operation of the meter of total and fractional flow rates of multiphase immiscible media;

при этом указанный микропроцессор для управления работой измерителя суммарного и фракционного расходов многофазных дополнительно конфигурирован, чтобы определять скорость звука, соответствующую этому определенному составу многофазной транспортируемой среды, принимать Доплеровский сдвиг частот прямого и отраженного ультразвуковых сигналов из блока определения Доплеровского сдвига частот, определять скорость потока на основе скорости звука в потоке и доплеровского сдвига частот и определять фракционный и суммарный расходы многофазной транспортируемой среды на основе определенных долей воды, жидких и газообразных углеводородов и скорости потока в трубопроводе.wherein said microprocessor for controlling the operation of the meter of total and fractional multiphase flow rates is additionally configured to determine the speed of sound corresponding to this specific composition of the multiphase transported medium, receive the Doppler frequency shift of the direct and reflected ultrasonic signals from the Doppler frequency shift determination unit, determine the flow rate based on the speed of sound in the stream and the Doppler frequency shift and determine the fractional and total costs a transportable medium based on certain proportions of water, liquid and gaseous hydrocarbons and the flow rate in the pipeline.

Кроме того, измеритель дополнительно оснащен датчиками температуры и давления, установленными на трубопроводе и подключенными к микропроцессору.In addition, the meter is additionally equipped with temperature and pressure sensors installed on the pipeline and connected to the microprocessor.

В заявленном измерителе в основу технического решения положено комбинированное использование сканирования потока высокочастотным электрическим полем и высокочастотным магнитным полем в одном контрольном сечении для получения достоверных сведений о составе многофазной транспортируемой среды, например, объемных долей фракций в многофазной транспортируемой среде, как это делается в прототипе с использованием комплекта блоков для одного контрольного сечения, которые перечислены в ограничительной части формулы полезной модели.In the claimed meter, the technical solution is based on the combined use of flow scanning with a high-frequency electric field and a high-frequency magnetic field in one control section to obtain reliable information about the composition of the multiphase transported medium, for example, volume fractions of fractions in a multiphase transported medium, as is done in the prototype using a set of blocks for one control section, which are listed in the restrictive part of the utility model formula.

Предлагаемый измеритель суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред отличается от прототипа тем, что он оснащен третьим высокочастотным генератором сканирующих сигналов, блоком сканирования потока многофазной транспортируемой среды ультразвуковым лучом, подключенным к третьему высокочастотному генератору сканирующих сигналов, предназначенный для просвечивания потока многофазной транспортируемой среды ультразвуковым лучом, регистрации отраженного ультразвукового сигнала и процессорным блоком определения Доплеровского сдвига частот прямого и отраженного ультразвуковых сигналов, соединенный с блоком сканирования потока многофазной транспортируемой среды ультразвуковым лучом, при этом процессорный блок определения Доплеровского сдвига частот прямого и отраженного ультразвуковых сигналов подключен к указанному микропроцессору для управления работой измерителя суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред; при этом указанный микропроцессор для управления работой измерителя суммарного и фракционного расходов многофазных дополнительно конфигурирован, чтобы определять скорость звука, соответствующую этому определенному составу многофазной транспортируемой среды, принимать Доплеровский сдвиг частот прямого и отраженного ультразвуковых сигналов из блока определения Доплеровского сдвига частот, определять скорость потока на основе скорости звука в потоке и доплеровского сдвига частот и определять фракционный и суммарный расходы многофазной транспортируемой среды на основе определенных долей воды, жидких и газообразных углеводородов и скорости потока в трубопроводе.The proposed meter for the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media differs from the prototype in that it is equipped with a third high-frequency generator of scanning signals, a scanning unit for the flow of the multiphase transported medium by an ultrasonic beam, which is connected to the third high-frequency generator of scanning signals intended for transmission through the flow of the multiphase transported medium by an ultrasonic beam, registration of the reflected ultrasonic signal and the processor unit Ia Doppler frequency shift of direct and reflected ultrasonic signals connected to the multiphase transported medium flow scanning unit ultrasonic beam, wherein the processing unit determining the Doppler frequency shift of direct and reflected ultrasonic signals connected to said microprocessor for controlling operation of measuring total and fractional flow rates of multiphase immiscible media; wherein said microprocessor for controlling the operation of the meter of total and fractional multiphase flow rates is additionally configured to determine the speed of sound corresponding to this specific composition of the multiphase transported medium, receive the Doppler frequency shift of the direct and reflected ultrasonic signals from the Doppler frequency shift determination unit, determine the flow rate based on the speed of sound in the stream and the Doppler frequency shift and determine the fractional and total costs a transportable medium based on certain proportions of water, liquid and gaseous hydrocarbons and the flow rate in the pipeline.

Наличие третьего высокочастотного генератора сканирующих сигналов, блока сканирования потока многофазной транспортируемой среды ультразвуковым лучом, подключенным к третьему высокочастотному генератору сканирующих сигналов, предназначенного для просвечивания потока многофазной транспортируемой среды ультразвуковым лучом, регистрации отраженного ультразвукового сигнала, и процессорного блока определения Доплеровского сдвига частот прямого и отраженного ультразвуковых сигналов, соединенного с блоком сканирования потока многофазной транспортируемой среды ультразвуковым лучом, дает возможность использовать только одно контрольное сечение, соответственно уменьшив состав оборудования для сканирования и обработки сигналов сканирования, и получать информацию о скорости потока в трубопроводе используя процессор определения Доплеровского сдвига частот, при этом точность определения скорости потока и соответственно расходов выше чем в отдельно используемом устройстве использующем ультразвуковые датчики, так как в предлагаемом устройстве точность определения скорости звука в данный момент времени повышена, поскольку известен состав смеси.The presence of a third high-frequency generator of scanning signals, a unit for scanning the flow of a multiphase transported medium by an ultrasonic beam, connected to a third high-frequency generator of scanning signals, intended for transmission of a stream of a multiphase transported medium by an ultrasonic beam, recording a reflected ultrasonic signal, and a processor unit for determining the Doppler frequency shift of direct and reflected ultrasound there are many signals connected to the flow scanning unit of the transported medium by an ultrasonic beam, it makes it possible to use only one control cross section, correspondingly reducing the composition of the equipment for scanning and processing scanning signals, and to obtain information about the flow rate in the pipeline using the processor for determining the Doppler frequency shift, while the accuracy of determining the flow rate and, accordingly, costs is higher than in a separately used device using ultrasonic sensors, since in the proposed device the accuracy of determination I speed of sound at a given time is increased, because the composition of the mixture is known.

Вся обработка результатов измерений ведется в одном микропроцессоре для управления работой измерителя суммарного и фракционного расходов многофазных который дополнительно конфигурирован, чтобы определять скорость звука, соответствующую этому определенному составу многофазной транспортируемой среды, принимать Доплеровский сдвиг частот прямого и отраженного ультразвуковых сигналов из блока определения Доплеровского сдвига частот, определять скорость потока на основе скорости звука в потоке и доплеровского сдвига частот и определять фракционный и суммарный расходы многофазной транспортируемой среды на основе определенных долей воды, жидких и газообразных углеводородов и скорости потока в трубопроводе.All processing of the measurement results is carried out in one microprocessor to control the operation of the total and fractional multiphase flow meters, which is additionally configured to determine the speed of sound corresponding to this specific composition of the multiphase transported medium, to receive the Doppler frequency shift of the direct and reflected ultrasonic signals from the Doppler frequency shift determination unit, determine the flow rate based on the speed of sound in the stream and the Doppler frequency shift and determine The fractional and total flow rates of a multiphase transported medium based on certain proportions of water, liquid and gaseous hydrocarbons and the flow rate in the pipeline.

Это обеспечивает более точное определение скорости звука в потоке и соответственно более точное определение фракционного и суммарного расходов транспортируемой по трубопроводу многофазной среды.This provides a more accurate determination of the speed of sound in the stream and, accordingly, a more accurate determination of the fractional and total flow rates of the multiphase medium transported through the pipeline.

Измерение температуры и давления многофазной среды повышает точность определения фракционного состава и расходов, так как позволяет учесть изменение диэлектрических и магнитных характеристик среды и скорости звука по температуре и давлению.Measurement of the temperature and pressure of a multiphase medium increases the accuracy of determining the fractional composition and costs, since it allows you to take into account the change in the dielectric and magnetic characteristics of the medium and the speed of sound in temperature and pressure.

Полезная модель дает возможность оперативного контроля дебита нефтяных скважин с определением фракционного и суммарного расходов многофазной транспортируемой среды с учетом реальной ситуации на момент измерений, используя одно контрольное сечение.The utility model enables the operational control of oil production rates with the determination of the fractional and total costs of a multiphase transported medium, taking into account the real situation at the time of measurement, using one control section.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Полезная модель поясняется рисунком.The utility model is illustrated in the figure.

На фиг. 1 схематически представлена блок-схема измерителя суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред в соответствии с полезной моделью.In FIG. 1 is a schematic block diagram of a meter for total and fractional flow rates of multiphase immiscible media in accordance with a utility model.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИEXAMPLES OF IMPLEMENTATION OF A USEFUL MODEL

Измеритель суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред устанавливается непосредственно на трубопроводе 1 и включает измерительную секцию 2, стенки которой выполнены из диэлектрического материала.The meter of the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media is installed directly on the pipeline 1 and includes a measuring section 2, the walls of which are made of dielectric material.

Предлагаемый измеритель суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред содержит первый высокочастотный генератор 3 сканирующих сигналов, блок 4 сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным электрическим полем, подключенный к первому высокочастотному генератору 3 сканирующих сигналов и первый блок 5 определения амплитудно-частотных характеристик (АЦП 1) зарегистрированного сигнала сканирования высокочастотным электрическим полем, соединенный с блоком 4 сканирования высокочастотным электрическим полем, предназначенный для обработки сигнала сканирования высокочастотным электрическим полем с выделением зоны максимума амплитудно-частотной характеристики сигнала сканирования высокочастотным электрическим полем.The proposed meter for the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media contains a first high-frequency generator 3 of scanning signals, a unit 4 for scanning the flow of a multiphase transported medium by a high-frequency electric field connected to the first high-frequency generator 3 of scanning signals, and a first block 5 for determining the amplitude-frequency characteristics (ADC 1) of the registered a scanning signal by a high-frequency electric field connected to the scanning unit 4 by a high-frequency electric field ektricheskim field for processing the scan signal with high-frequency electric field isolation zone maximum frequency response signal scanning high-frequency electric field.

Предлагаемый измеритель содержит также второй высокочастотный генератор 6 сканирующих сигналов (ГСС 2), блок 7 сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным магнитным полем, подключенный ко второму высокочастотному генератору 6 сканирующих сигналов и второй блок 8 определения амплитудно-частотных характеристик (АЦП 2) зарегистрированного сигнала сканирования высокочастотным магнитным полем, соединенный с блоком 7 сканирования высокочастотным магнитным полем, предназначенный для обработки сигнала сканирования высокочастотным магнитным полем с выделением зоны максимума амплитудно-частотной характеристики сигнала сканирования высокочастотным магнитным полем.The proposed meter also contains a second high-frequency generator 6 of the scanning signals (GSS 2), a unit 7 for scanning the flow of the multiphase transported medium by a high-frequency magnetic field connected to the second high-frequency generator 6 of the scanning signals, and a second block 8 for determining the amplitude-frequency characteristics (ADC 2) of the detected scanning signal by a high-frequency magnetic field connected to the scanning unit 7 by a high-frequency magnetic field intended for signal processing scanned I a high-frequency magnetic field with separation zones maximum frequency response signal scanning high-frequency magnetic field.

Предлагаемый измеритель содержит также третий высокочастотный генератор 9 сканирующих сигналов (ГСС 3), блок 10 сканирования потока многофазной транспортируемой среды ультразвуковым лучом, подключенный к третьему высокочастотному генератору 9 сканирующих сигналов и процессорный блок 11 (ПБ) определения Доплеровского сдвига частот прямого и отраженного ультразвуковых сигналов, соединенный с блоком 10 сканирования потока многофазной транспортируемой среды ультразвуковым лучом.The proposed meter also contains a third high-frequency generator 9 of scanning signals (GSS 3), a block 10 for scanning the flow of a multiphase transported medium by an ultrasonic beam, connected to a third high-frequency generator 9 of scanning signals and a processor unit 11 (BOP) for determining the Doppler frequency shift of direct and reflected ultrasonic signals, connected to the block 10 for scanning the flow of a multiphase transported medium by an ultrasonic beam.

Предлагаемый измеритель содержит также блок 12 (БХЭХ) для хранения эталонных амплитудно-частотных характеристик сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным электрическим полем и эталонных амплитудно-частотных характеристик сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным магнитным полем.The proposed meter also contains a block 12 (BHEC) for storing the reference amplitude-frequency characteristics of the scanning flow of a multiphase transported medium by a high-frequency electric field and the reference amplitude-frequency characteristics of a scanning flow of a multiphase transported medium by a high-frequency magnetic field.

Дополнительно предлагаемый измеритель суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред содержит датчик 13 температуры многофазной транспортируемой среды и датчик 14 давления многофазной транспортируемой среды.Additionally, the proposed meter total and fractional flow rates of multiphase immiscible media contains a temperature sensor 13 of the multiphase transported medium and a pressure sensor 14 of the multiphase transported medium.

В состав измерителя включен микропроцессор 15 для управления работой измерителя измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, к которому подключены все блоки и датчики измерителя суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред (на блок-схеме на фиг. 1 показаны наиболее существенные соединения между отдельными элементами предлагаемого измерителя, но не все соединения, чтобы не загромождать блок-схему).The microprocessor 15 is included in the meter structure to control the operation of the meter for measuring the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media, to which all the blocks and sensors of the meter for total and fractional flow rate of multiphase immiscible media are connected (the most important connections between the individual elements are shown in the block diagram in Fig. 1 the proposed meter, but not all connections, so as not to clutter the block diagram).

Микропроцессор 15 конфигурирован, чтобы управлять блоками измерителя и выполнять все операции предлагаемого способа измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, в том числе, чтобы принимать амплитудно-частотные характеристики сигнала сканирования из первого 5 и второго 6 блоков определения амплитудно-частотных характеристик, запрашивать аналогичные характеристики из блока 9 хранения эталонных характеристик, получать запрошенные амплитудно-частотные характеристики из блока 9 хранения эталонных характеристик, определять фракционные доли воды, жидких и газообразных углеводородов в многофазной транспортируемой среде на основе сравнения измеренных и эталонных амплитудно-частотных характеристик, определять скорость звука, соответствующую этому определенному составу многофазной транспортируемой среды, принимать Доплеровский сдвиг частот прямого и отраженного ультразвуковых сигналов из процессорного блока 11 определения Доплеровского сдвига частот, определять скорость потока на основе скорости звука в потоке и доплеровского сдвига частот и определять фракционный и суммарный расходы многофазной транспортируемой среды на основе определенных долей воды, жидких и газообразных углеводородов и скорости потока в трубопроводе.The microprocessor 15 is configured to control the meter blocks and perform all the operations of the proposed method for measuring the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media, including to take the amplitude-frequency characteristics of the scan signal from the first 5 and second 6 blocks of determining the amplitude-frequency characteristics, request similar characteristics from the reference characteristics storage unit 9, to receive the requested amplitude-frequency characteristics from the reference hara storage unit 9 characteristics, determine the fractional fractions of water, liquid and gaseous hydrocarbons in a multiphase transported medium based on a comparison of measured and reference amplitude-frequency characteristics, determine the speed of sound corresponding to this specific composition of a multiphase transported medium, take the Doppler frequency shift of direct and reflected ultrasonic signals from the processor unit 11 determine the Doppler frequency shift, determine the flow rate based on the speed of sound in the stream and Doppler shift ha of frequencies and determine the fractional and total costs of a multiphase transported medium based on certain fractions of water, liquid and gaseous hydrocarbons and the flow rate in the pipeline.

Дополнительно предлагаемый измеритель суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред может содержать внешнюю ЭВМ 16, в которой можно сохранять все результаты измерений и все основные и вспомогательные программы для обработки измерений и управления измерителем.Additionally, the proposed meter total and fractional flow rates of multiphase immiscible media may contain an external computer 16, in which you can save all measurement results and all main and auxiliary programs for processing measurements and controlling the meter.

Предлагаемый измеритель может реализовать измерение суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред следующим образом.The proposed meter can implement the measurement of the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media as follows.

В трубопровод 1, по которому перемещается многофазная несмешивающаяся среда, например, на трубопроводе, идущем от нефтедобывающей скважины, вставляют измерительную секцию 2, на которой производят сканирование потока высокочастотными сигналами. В общем случае транспортируемая по трубопроводу нефть может содержать минерализованную воду, жидкие и газообразные углеводороды.In the pipeline 1, through which the multiphase immiscible medium moves, for example, on the pipeline going from the oil well, the measuring section 2 is inserted, on which the flow is scanned by high-frequency signals. In general, the oil transported through the pipeline may contain saline water, liquid and gaseous hydrocarbons.

Используя первый высокочастотный генератор 3 сканирующих сигналов (ГСС 1) генерируют первый высокочастотный сигнал, который передают в блок 4 сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным электрическим полем, с помощью которого производят сканирование потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным электрическим полем для определения фракционной доли воды в потоке многофазной среды, транспортируемой по трубопроводу.Using the first high-frequency scanning signal generator 3 (GSS 1), a first high-frequency signal is generated, which is transmitted to the multi-phase transport medium flow scanning unit 4 by a high-frequency electric field, by which a multi-phase transport medium flow is scanned by a high-frequency electric field to determine the fractional fraction of water in the multiphase flow medium transported by pipeline.

Первый сканирующий сигнал представляет собой пакет дискретно модулированных высокочастотных электрических колебаний напряжением, например, 2 В, со ступенчатым изменением несущей частоты с диапазоном изменения несущей частоты сигналов, лежащим в пределах от 10 МГц до 80 МГц. Величина ступеньки задается управляющим микропроцессором 4 и может составлять 50-150 Гц. Длительность сканирующего сигнала должна быть достаточна для выхода на установившийся режим измерения. Регистрируемые (выходные) сигналы, отражающие результаты сканирования потока, имеют переменную амплитуду и сдвиг по фазе, зависящие от несущей частоты сканирующего сигнала и флуктуаций диэлектрической проницаемости многофазного потока. Абсолютная максимальная амплитуда выходного сигнала будет наблюдаться на резонансной частоте, хотя на других частотах могут наблюдаться частные максимумы амплитуды.The first scanning signal is a package of discretely modulated high-frequency electrical oscillations with a voltage of, for example, 2 V, with a stepwise change in the carrier frequency with a range of changes in the carrier frequency of the signals lying in the range from 10 MHz to 80 MHz. The value of the step is set by the control microprocessor 4 and may be 50-150 Hz. The duration of the scanning signal should be sufficient to reach the steady state measurement mode. The recorded (output) signals reflecting the results of scanning the flow have a variable amplitude and phase shift, depending on the carrier frequency of the scanning signal and fluctuations in the dielectric constant of the multiphase flow. The absolute maximum amplitude of the output signal will be observed at the resonant frequency, although at other frequencies partial amplitude maxima may be observed.

Блок 4 регистрирует сигнал сканирования высокочастотным электрическим полем и передает сигнал сканирования в первый блок 5 определения амплитудно-частотных характеристик зарегистрированного сигнала сканирования высокочастотным электрическим полем. Сигнал сканирования потока высокочастотным электрическим полем содержит информацию о флуктуации диэлектрической проницаемости многофазной транспортируемой среды, исследуя которую можно определить фракционную долю воды в транспортируемой многофазной среде. Первый блок 5 определения амплитудно-частотных характеристик зарегистрированного сигнала сканирования высокочастотным электрическим полем обрабатывает полученный из блока 4 сигнал сканирования высокочастотным электрическим полем и выделяет в нем зоны максимума амплитудно-частотной характеристики сигнала сканирования высокочастотным электрическим полем.Block 4 registers the scan signal with a high-frequency electric field and transmits a scan signal to the first block 5 for determining the amplitude-frequency characteristics of the recorded scan signal with a high-frequency electric field. The signal for scanning the flow by a high-frequency electric field contains information about fluctuations in the dielectric constant of a multiphase transported medium, by studying which it is possible to determine the fractional fraction of water in a transported multiphase medium. The first block 5 for determining the amplitude-frequency characteristics of the registered scan signal by a high-frequency electric field processes the scan signal obtained from block 4 by a high-frequency electric field and selects in it the zones of maximum amplitude-frequency characteristics of the scan signal by a high-frequency electric field.

Обработанный сигнал сканирования высокочастотным электрическим полем передают из первого блока 4 в микропроцессор 15, в котором определяют фракционную долю воды в многофазной транспортируемой среде. В соответствии с основным вариантом осуществления изобретения для определения фракционной доли воды запрашивают из блока хранения эталонных характеристик 12 хранящиеся там аналогичные эталонные характеристики для сканирования потока высокочастотным электрическим полем. Для сокращения времени обработки запрашивают эталонные характеристики, лежащие в зоне частот, прилежащей к зоне максимума замеренной амплитудно-частотной характеристики. Получив из блока 12 эталонные характеристики, выбирают из них эталонные характеристики наиболее близкие к замеренным амплитудно-частотным характеристикам. При выборе подходящих эталонных характеристик можно использовать известные корреляционные методы. Используя выбранные эталонные характеристики, определяют фракционную долю воды в многофазной транспортируемой среде, например, используя известные линейные и нелинейные интерполяционные методы расчета.The processed scan signal by a high-frequency electric field is transmitted from the first unit 4 to the microprocessor 15, in which the fractional fraction of water in the multiphase transported medium is determined. In accordance with the main embodiment of the invention, to determine the fractional fraction of water, they request from the storage unit of reference characteristics 12 similar reference characteristics stored therein for scanning the flow by a high-frequency electric field. To reduce processing time, request reference characteristics lying in the frequency zone adjacent to the maximum zone of the measured amplitude-frequency characteristics. Having received the reference characteristics from block 12, the reference characteristics that are closest to the measured amplitude-frequency characteristics are selected from them. When choosing suitable reference characteristics, well-known correlation methods can be used. Using the selected reference characteristics, determine the fractional fraction of water in a multiphase transported medium, for example, using well-known linear and nonlinear interpolation calculation methods.

Для выявления предпочтительных диапазонов частот сканирования выполняют калибровочное сканирование потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным электрическим полем на контрольном участке трубопровода с диапазоном изменения несущей частоты сигналов, лежащим в пределах от 10 МГц до 80 МГц, например, с изменением несущей частоты от 10 МГц до 50 МГц, и выделяют диапазон частот для сканирования высокочастотным электрическим полем многофазной транспортируемой среды при определении фракционной доли воды в многофазной транспортируемой среде, охватывающий зону максимума амплитудно-частотной характеристики сигнала калибровочного сканирования. Как правило, выделенный диапазон частот для сканирования высокочастотным электрическим полем выбирается в пределах 0,9-1,1 от выбранной резонансной частоты. Расширение диапазона частот приводит к необоснованному увеличению операционного времени для сканирования и обработки результатов сканирования.To identify the preferred scan frequency ranges, a calibration scan of the multiphase transported medium is performed by a high-frequency electric field at the control section of the pipeline with a range of changes in the carrier frequency of the signals lying in the range from 10 MHz to 80 MHz, for example, with a change in the carrier frequency from 10 MHz to 50 MHz, and allocate a frequency range for scanning by a high-frequency electric field of a multiphase transported medium when determining the fractional fraction of water in a multiphase transport Rui medium covering the zone of the maximum frequency response calibration scan signal. As a rule, the selected frequency range for scanning by a high-frequency electric field is selected in the range of 0.9-1.1 from the selected resonant frequency. The extension of the frequency range leads to an unreasonable increase in operating time for scanning and processing of scan results.

Используя второй высокочастотный генератор 6 сканирующих сигналов генерируют второй высокочастотный сигнал, который передают в блок 7 сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным магнитным полем, с помощью которого производят сканирование потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным магнитным полем для определения фракционной доли жидких и газообразных углеводородов в потоке многофазной среды, транспортируемой по трубопроводу.Using the second high-frequency scanning signal generator 6, a second high-frequency signal is generated, which is transmitted to the multiphase transport medium flow scanning unit 7 by a high-frequency magnetic field, by which a multiphase transport medium flow is scanned by a high-frequency magnetic field to determine the fractional fraction of liquid and gaseous hydrocarbons in the multiphase medium flow transported by pipeline.

Второй сканирующий сигнал представляет собой пакет дискретно модулированных высокочастотных электрических колебаний напряжением, например, 2 В, со ступенчатым изменением несущей частоты с диапазоном изменения несущей частоты сигналов, лежащим в пределах от 10 МГц до 80 МГц. Величина ступеньки задается управляющим микропроцессором 15 и может составлять 50-150 Гц. Длительность сканирующего сигнала должна быть достаточна для выхода на установившийся режим измерения. Регистрируемые (выходные) сигналы, отражающие результаты сканирования потока, имеют переменную амплитуду и сдвиг по фазе, зависящие от несущей частоты сканирующего сигнала и флуктуаций параметров магнитного поля в потоке многофазной транспортируемой среды. Абсолютная максимальная амплитуда выходного сигнала будет наблюдаться на резонансной частоте, хотя на других частотах могут наблюдаться частные максимумы амплитуды.The second scanning signal is a package of discretely modulated high-frequency electrical oscillations with a voltage of, for example, 2 V, with a stepwise change in the carrier frequency with a range of changes in the carrier frequency of the signals lying in the range from 10 MHz to 80 MHz. The value of the step is set by the control microprocessor 15 and may be 50-150 Hz. The duration of the scanning signal should be sufficient to reach the steady state measurement mode. The recorded (output) signals reflecting the results of scanning the stream have a variable amplitude and phase shift, depending on the carrier frequency of the scanning signal and fluctuations of the magnetic field parameters in the stream of the multiphase transported medium. The absolute maximum amplitude of the output signal will be observed at the resonant frequency, although at other frequencies partial amplitude maxima may be observed.

Блок 7 регистрирует сигнал сканирования высокочастотным магнитным полем и передает сигнал сканирования во второй блок 8 определения амплитудно-частотных характеристик зарегистрированного сигнала сканирования высокочастотным магнитным полем. Сигнал сканирования потока высокочастотным магнитным полем содержит информацию о флуктуации параметров магнитного поля в потоке многофазной транспортируемой среды, исследуя которую можно определить фракционные доли жидких и газообразных углеводородов в транспортируемой многофазной среде. Второй блок 8 определения амплитудно-частотных характеристик зарегистрированного сигнала сканирования высокочастотным магнитным полем обрабатывает полученный из блока 7 сигнал сканирования высокочастотным магнитным полем и выделяет в нем зоны максимума амплитудно-частотной характеристики сигнала сканирования высокочастотным магнитным полем.Block 7 registers the scan signal with a high-frequency magnetic field and transmits a scan signal to the second block 8 for determining the amplitude-frequency characteristics of the recorded scan signal with a high-frequency magnetic field. The scanning signal of the flow by a high-frequency magnetic field contains information on fluctuations of the magnetic field parameters in the flow of a multiphase transported medium, by studying which it is possible to determine the fractional fractions of liquid and gaseous hydrocarbons in a transported multiphase medium. The second block 8 for determining the amplitude-frequency characteristics of the registered scan signal by a high-frequency magnetic field processes the scan signal obtained from block 7 by a high-frequency magnetic field and selects in it the zones of maximum amplitude-frequency characteristics of the scan signal by a high-frequency magnetic field.

Обработанный сигнал сканирования высокочастотным магнитным полем передают из второго блока 8 в микропроцессор 15, в котором определяют фракционные доли жидких и газообразных углеводородов в многофазной транспортируемой среде. В соответствии с основным вариантом осуществления полезной модели для определения фракционных долей жидких и газообразных углеводородов запрашивают из блока хранения эталонных характеристик 12 хранящиеся там аналогичные эталонные характеристики для сканирования потока высокочастотным магнитным полем. Для сокращения времени обработки запрашивают эталонные характеристики, лежащие в зоне частот, прилежащей к зоне максимума замеренной амплитудно-частотной характеристики. Получив из блока 12 эталонные характеристики, выбирают из них эталонные характеристики наиболее близкие к замеренным амплитудно-частотным характеристикам. При выборе подходящих эталонных характеристик можно использовать известные корреляционные методы. Используя выбранные эталонные характеристики, определяют фракционные доли жидких и газообразных углеводородов в многофазной транспортируемой среде, например, используя известные линейные и нелинейные интерполяционные методы расчета.The processed scan signal by a high-frequency magnetic field is transmitted from the second block 8 to the microprocessor 15, in which the fractional fractions of liquid and gaseous hydrocarbons in a multiphase transported medium are determined. In accordance with the main embodiment of the utility model for determining the fractional fractions of liquid and gaseous hydrocarbons, request from the storage unit of reference characteristics 12 similar reference characteristics stored therein for scanning a stream by a high-frequency magnetic field are stored. To reduce processing time, request reference characteristics lying in the frequency zone adjacent to the maximum zone of the measured amplitude-frequency characteristics. Having received the reference characteristics from block 12, the reference characteristics that are closest to the measured amplitude-frequency characteristics are selected from them. When choosing suitable reference characteristics, well-known correlation methods can be used. Using the selected reference characteristics, the fractional fractions of liquid and gaseous hydrocarbons in a multiphase transported medium are determined, for example, using well-known linear and nonlinear interpolation calculation methods.

Для выявления предпочтительных диапазонов частот сканирования выполняют калибровочное сканирование потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным магнитным полем на контрольном участке трубопровода с диапазоном изменения несущей частоты сигналов, лежащим в пределах от 10 МГц до 80 МГц, и выделяют диапазон частот для сканирования высокочастотным магнитным полем многофазной транспортируемой среды при определении фракционной доли воды в многофазной транспортируемой среде, охватывающий зону максимума амплитудно-частотной характеристики сигнала калибровочного сканирования. Предпочтительно использовать диапазон частот, лежащий в пределах 0,9-1,1 от резонансной частоты при калибровочном сканировании.To identify preferred scanning frequency ranges, a calibration scan of the multiphase transported medium’s flow by a high-frequency magnetic field is performed on the control section of the pipeline with a signal carrier frequency variation range from 10 MHz to 80 MHz, and a frequency range is selected for scanning by the high-frequency magnetic field of the multiphase transported medium at determining the fractional fraction of water in a multiphase transported medium, covering the zone of maximum amplitude-frequency characteristics of the calibration scan signal. It is preferable to use a frequency range that lies within 0.9-1.1 of the resonant frequency during calibration scanning.

После выполнения этих операций становится известным фракционный состав многофазной транспортируемой среды и можно определить по известным зависимостям скорость звука для многофазной транспортируемой среды с этим фракционным составом и соответственно можно точно определить скорость потока многофазной транспортируемой среды в трубопроводе, используя микропроцессор 15.After performing these operations, the fractional composition of the multiphase transported medium becomes known and the sound velocity for a multiphase transported medium with this fractional composition can be determined by known dependencies, and accordingly, the flow rate of the multiphase transported medium in the pipeline can be precisely determined using microprocessor 15.

Для повышения точности определения скорости звука и фракционных долей дополнительно измеряют датчиками 13 и 14 температуру и давление многофазной транспортируемой среды. Результаты измерений передают в микропроцессор 15.To increase the accuracy of determining the speed of sound and fractional fractions, the temperature and pressure of the multiphase transported medium are additionally measured by sensors 13 and 14. The measurement results are passed to the microprocessor 15.

Используя третий высокочастотный генератор 9 сканирующих сигналов, генерируют третий высокочастотный сигнал, который передают в процессорный блок 10 сканирования потока многофазной транспортируемой среды ультразвуковым лучом, для сканирования потока многофазной транспортируемой среды в трубопроводе ультразвуковым лучом и измерения Доплеровского сдвига частот прямого и отраженного ультразвуковых сигналов. Процессорный блок 10 передает результаты измерения Доплеровского сдвига частот прямого и отраженного ультразвуковых сигналов в микропроцессор 15, в котором определяют скорость потока в трубопроводе с использованием упомянутой выше определенной скорости звука и Доплеровского сдвига частот прямого и отраженного ультразвуковых сигналов.Using the third high-frequency generator 9 of the scanning signals, a third high-frequency signal is generated, which is transmitted to the processor unit 10 for scanning the flow of the multiphase transported medium by an ultrasonic beam, to scan the flow of the multiphase transported medium in the pipeline with an ultrasonic beam and to measure the Doppler frequency shift of the direct and reflected ultrasonic signals. The processor unit 10 transmits the measurement results of the Doppler frequency shift of the direct and reflected ultrasonic signals to the microprocessor 15, in which the flow rate in the pipeline is determined using the aforementioned certain sound speed and the Doppler frequency shift of the direct and reflected ultrasonic signals.

Зная скорость потока и фракционный состав многофазной транспортируемой среды (фракционные доли воды и жидких и газообразных углеводородов), микропроцессор 15 рассчитывает фракционные и суммарный расходы в потоке многофазной транспортируемой среды.Knowing the flow rate and fractional composition of the multiphase transported medium (fractional fractions of water and liquid and gaseous hydrocarbons), the microprocessor 15 calculates the fractional and total costs in the flow of the multiphase transported medium.

Фракционные доли можно также определить, проанализировав форму амплитудно-частотных характеристик и определив по известным методикам резонансные частоты, фазовые сдвиги, реальную и мнимую составляющие комплексной диэлектрической постоянной, реальную и мнимую составляющие магнитных потерь и сравнив их с данными, хранящимися в банке данных в блоке хранения эталонных характеристик.Fractional fractions can also be determined by analyzing the shape of the amplitude-frequency characteristics and determining resonant frequencies, phase shifts, real and imaginary components of the complex dielectric constant, real and imaginary components of magnetic losses by known methods, and comparing them with the data stored in the data bank in the storage unit reference characteristics.

Управляющий микропроцессор 15 может обрабатывать поступившие сигналы по нескольким процедурам.The control microprocessor 15 can process the received signals in several procedures.

По первой процедуре управляющий микропроцессор 15 запрашивает из блока 12 хранящиеся там данные эталонных характеристик многофазной среды и сравнивает результирующие амплитудно-частотные характеристики с эталонными, выбирая из них наиболее близкие к замеренным характеристикам, сравнение с которыми позволяет достаточно точно определить фракционные доли многофазного потока, и скорость звука для полученного состава многофазной транспортируемой среды.According to the first procedure, the control microprocessor 15 requests from the block 12 the data of the reference characteristics of the multiphase medium stored there and compares the resulting amplitude-frequency characteristics with the reference ones, choosing from them the closest to the measured characteristics, a comparison with which allows you to accurately determine the fractional fractions of the multiphase flow, and the speed sound for the resulting composition of a multiphase transported medium.

По второй процедуре микропроцессор 15 обрабатывает непосредственно оцифрованные результаты обработки амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик, поступившие из блоков 5 и 8. Фракционные доли можно определить, проанализировав форму амплитудно-частотных характеристик и определив по известным методикам резонансные частоты, фазовые сдвиги, реальную и мнимую составляющие комплексной диэлектрической постоянной, реальную и мнимую составляющие магнитных потерь и сравнив их с данными, хранящимися в банке данных. Результаты измерений передаются во внешнюю ЭВМ для постоянного хранения и анализа.According to the second procedure, the microprocessor 15 processes the directly digitized results of processing the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics received from blocks 5 and 8. Fractional fractions can be determined by analyzing the shape of the amplitude-frequency characteristics and determining resonant frequencies, phase shifts, real and imaginary components by known methods complex dielectric constant, real and imaginary components of magnetic losses and comparing them with the data stored in the database. The measurement results are transferred to an external computer for permanent storage and analysis.

Процедуру сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным электрическим полем можно выполнять с использованием двух схем. По первой схеме сканирование выполняют, например, единичным высокочастотным сигналом, генерирующим одномерное переменное высокочастотное электрическое поле. По второй схеме сканирование выполняют вращающимся высокочастотным электрическим полем.The procedure for scanning the flow of a multiphase transported medium by a high-frequency electric field can be performed using two schemes. According to the first scheme, scanning is performed, for example, by a single high-frequency signal generating a one-dimensional alternating high-frequency electric field. According to the second scheme, scanning is performed by a rotating high-frequency electric field.

Процедуру сканирования потока многофазной транспортируемой среды высокочастотным магнитным полем также можно выполнять с использованием двух схем. По первой схеме сканирование выполняют с использованием, например, просвечивания магнитным полем перпендикулярно оси трубопровода. По второй схеме сканирование выполняют вращающимся высокочастотным магнитным полем.The procedure for scanning the flow of a multiphase transported medium by a high-frequency magnetic field can also be performed using two schemes. According to the first scheme, scanning is performed using, for example, transillumination with a magnetic field perpendicular to the axis of the pipeline. According to the second scheme, scanning is performed by a rotating high-frequency magnetic field.

Во всех процедурах скорость потока в трубопроводе определяют используя ультразвуковое просвечивание потока жидкости в трубопроводе, используя третий высокочастотный генератор 9, процессорный блок 10 сканирования потока и микропроцессор 15.In all procedures, the flow rate in the pipeline is determined using ultrasonic transmission of the fluid flow in the pipeline using a third high-frequency generator 9, a processor unit 10 for scanning the flow, and a microprocessor 15.

Выбор схемы сканирования определяется требованиями заказчика.The choice of scanning scheme is determined by customer requirements.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY

Специалисту в данной области техники должно быть очевидным, что в полезной модели возможны разнообразные модификации и изменения. Полезную модель можно использовать на трубопроводах любого диаметра с любой формой поперечного сечения (круглое, квадратное, прямоугольное и т.п.).One skilled in the art will appreciate that a variety of modifications and variations are possible in a utility model. The utility model can be used on pipelines of any diameter with any cross-sectional shape (round, square, rectangular, etc.).

Claims

1. The meter total and fractional flow rates of multiphase immiscible media in the pipeline, containing:

a first high-frequency generator of scanning signals, a block for scanning the flow of a multiphase transported medium by a high-frequency electric field, connected to the first high-frequency generator for scanning signals, a block for scanning a stream of a multiphase transported medium by a high-frequency electric field is used to scan a stream of a multiphase transported medium by a high-frequency electric field and registering a scanning signal with a high-frequency electric field displaying flu the dielectric permittivity of the multiphase transported medium, the first unit for determining the amplitude-frequency characteristics of the recorded scanning signal by a high-frequency electric field, connected to the scanning unit by a high-frequency electric field, intended for processing the scanning signal by a high-frequency electric field with highlighting the maximum amplitude-frequency characteristic of the scanning signal by a high-frequency electric field ;

a second high-frequency scanning signal generator, a block for scanning the flow of the multiphase transported medium with a high-frequency magnetic field, connected to the second high-frequency generator for scanning signals, the scanning unit for the flow of the multiphase transported medium is used to scan the flow of the multiphase transported medium with a high-frequency magnetic field and registering the scanning signal with a high-frequency magnetic field, reflecting fluctuations of the parameters of the magnetic field in multiphase transported medium, the second unit for determining the amplitude-frequency characteristics of the recorded scanning signal by a high-frequency magnetic field, connected to the scanning unit by a high-frequency magnetic field, intended for processing the scanning signal by a high-frequency magnetic field with the allocation of the maximum zone of the amplitude-frequency characteristics of the scanning signal by a high-frequency magnetic field;

a unit for storing reference amplitude-frequency characteristics of a scanning stream of a multiphase transported medium by a high-frequency electric field and for storing reference amplitude-frequency characteristics of a scanning stream of a multiphase transported medium by a high-frequency magnetic field;

a microprocessor for controlling the operation of the meter of the total and fractional flow rate of multiphase immiscible media connected to its blocks, the microprocessor configured to receive the amplitude-frequency characteristics of the scan signal from the first and second blocks for determining the amplitude-frequency characteristics, to request similar characteristics from the storage unit of the reference characteristics to receive the requested amplitude-frequency characteristics from the storage unit of the reference characteristics and determine fr ktsionnye fraction of water, liquid and gaseous hydrocarbons in the multiphase flow medium based on a comparison of the measured and reference amplitude-frequency characteristics, characterized in that it is equipped with

a third high-frequency scanning signal generator, a unit for scanning the flow of the multiphase transported medium with an ultrasonic beam, connected to a third high-frequency generator for scanning signals, intended for transmission of the stream of the multiphase transported medium with an ultrasonic beam, recording the reflected ultrasound signal and a processor unit for determining the Doppler frequency shift of the direct and reflected ultrasonic signals, connected to a multiphase trans flow scanning unit a sporting medium with an ultrasonic beam, while the processor unit for determining the Doppler frequency shift of the direct and reflected ultrasonic signals is connected to the specified microprocessor to control the operation of the meter of total and fractional flow rates of multiphase immiscible media;

wherein said microprocessor for controlling the operation of the meter of total and fractional multiphase flow rates is additionally configured to determine the speed of sound corresponding to this specific composition of the multiphase transported medium, receive the Doppler frequency shift of the direct and reflected ultrasonic signals from the Doppler frequency shift determination unit, determine the flow rate based on the speed of sound in the stream and the Doppler frequency shift and determine the fractional and total costs a transportable medium based on certain proportions of water, liquid and gaseous hydrocarbons and the flow rate in the pipeline.

2. The meter according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with temperature and pressure sensors installed on the pipeline and connected to the microprocessor.