RU2309386C2 - Method and device for measuring flow rate of multi-phase immiscible fluids - Google Patents
Method and device for measuring flow rate of multi-phase immiscible fluids Download PDFInfo
- Publication number
- RU2309386C2 RU2309386C2 RU2004129976/28A RU2004129976A RU2309386C2 RU 2309386 C2 RU2309386 C2 RU 2309386C2 RU 2004129976/28 A RU2004129976/28 A RU 2004129976/28A RU 2004129976 A RU2004129976 A RU 2004129976A RU 2309386 C2 RU2309386 C2 RU 2309386C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scanning
- frequency
- measuring
- multiphase
- flow
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах 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 invention relates to measuring equipment and can be used in information-measuring systems of 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 there is a need to measure the flow rate of multiphase process media.
Корреляционные способы измерения позволяют измерять расход текущей среды без загромождения сечения трубопровода и без нарушения его герметичности, и поэтому они являются наиболее предпочтительными при измерении расхода пожароопасных и взрывоопасных сред.Correlation measurement methods allow you to measure the flow rate of the current 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.
В основу корреляционных способов измерения расхода заложен принцип определения максимума корреляционной функции при измерении флуктуаций потока в двух контрольных сечениях.The basis of the correlation methods for measuring the flow is the principle of determining the maximum of the correlation function when measuring flow fluctuations in two control sections.
Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является 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 флуктуаций диэлектрических характеристик потока на каждом из контрольных участков, включающее сканирование потока вращающимся высокочастотным электрическим полем, обработку сигнала сканирования с выделением зоны максимума 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. Известный способ также не позволяет определить отложение твердой фазы на стенке трубопровода, например, парафина на стенке нефтепровода.The closest to the claimed invention in terms of essential features is the 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 at a fixed distance, measuring fluctuations in the dielectric characteristics 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-frequency characteristic signal, measurement of transportation time by the maximum correlation function of scanning signals and determination of fractional the share of multiphase immiscible media and total and fractional costs. 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, you can 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. The known method also does not allow to determine the deposition of a solid phase on the wall of the pipeline, for example, paraffin on the wall of the pipeline.
Устройство, описанное в упомянутом выше патенте №2194950, является также прототипом заявленного устройства для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред. Известное устройство содержит разнесенные по длине трубопровода две измерительные секции, каждая из которых оснащена блоком измерения флуктуаций диэлектрических характеристик потока, высокочастотный генератор блоков, подключенный к указанным блокам измерения, первый и второй блоки измерения амплитудно-частотных характеристик, блок вычисления корреляционной функции и управляющий микропроцессор, при этом каждый блок измерения флуктуаций диэлектрических характеристик поля через собственный первый или второй блок измерения амплитудно-частотных характеристик подключен к блоку вычисления корреляционной функции.The device described in the aforementioned patent No. 2194950 is also a prototype of the claimed device for measuring the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media. The known device comprises 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 flow, a high-frequency block generator connected to the indicated measurement units, first and second units for measuring the amplitude-frequency characteristics, a correlation function calculation unit and a control microprocessor, wherein each unit for measuring fluctuations in the dielectric characteristics of the field through its own first or second unit for measuring the amplitude but-frequency characteristics connected to the unit for calculating the correlation function.
Задачей настоящего изобретения является разработка корреляционного способа измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред и устройства для его осуществления, с помощью которых можно определить фракционные доли всех фаз, присутствующих в потоке несмешивающихся сред (газ, несмешивающиеся жидкости, твердая фаза), а также их расходы.The objective of the present invention is to develop a correlation method for measuring the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media and devices for its implementation, with which you can determine the fractional fraction of all phases present in the flow of immiscible media (gas, immiscible liquids, solid phase), as well as their costs .
Для достижения поставленной технической задачи в корреляционном способе измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, включающем выделение на трубопроводе двух контрольных участков, отстоящих друг от друга на фиксированном расстоянии, измерение флуктуации диэлектрических характеристик потока на каждом из контрольных участков, включающее сканирование потока вращающимся высокочастотным электрическим полем, обработку сигнала сканирования с выделением зоны максимума 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, согласно изобретению на каждом контрольном участке поток дополнительно сканируют вращающимся высокочастотным магнитным полем с той же несущей частотой сигнала, обрабатывают сигналы сканирования вращающимся магнитным полем с выделением зоны максимума амплитудно-частотной характеристики сигналов, корреляционную функцию вычисляют, используя все четыре сигнала сканирования, при этом при вычислении корреляционной функции амплитуду сигналов сканирования высокочастотным вращающимся электрическим полем или сумму амплитуд двух указанных сигналов нормируют (масштабируют), выравнивая их сигнал относительно сигнала сканирования вращающимся магнитным полем.To achieve the technical task in the correlation method for measuring the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media, including the allocation of two control sections spaced apart at a fixed distance on the pipeline, measuring the fluctuation of the dielectric characteristics 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 zone of the amplitude-frequency characteristic signal tics, measuring the transport time to the maximum of the correlation function of the scanning signals and determining the fractional fractions of multiphase immiscible media and the total and fractional flow rates, according to the invention, in each control section, the flow is additionally scanned by a rotating high-frequency magnetic field with the same carrier frequency of the signal, the scanning signals are processed by a rotating magnetic field with the allocation of the maximum zone of the amplitude-frequency characteristic of the signals, the correlation function islyayut using four scanning signal, wherein when calculating the correlation function of the amplitude of the scanning signal rotating high electric field or the sum of the amplitudes of these two signals is normalized (scaled) aligning them with respect to signal scan signal rotating magnetic field.
При этом для сканирования потока используют высокочастотные электрические и магнитные сигналы с изменением несущей частоты сигналов в диапазоне 1-100 МГц.At the same time, high-frequency electric and magnetic signals are used to scan the stream with a change in the carrier frequency of the signals in the range of 1-100 MHz.
Кроме того, при сканировании потока несущую частоту сканирующего сигнала изменяют ступенчато, и на каждой частоте регистрацию сигнала сканирования выполняют на установившемся режиме.In addition, when scanning a stream, the carrier frequency of the scanning signal is changed stepwise, and at each frequency, the scan signal is recorded in steady state.
При этом при переходе к следующей частоте сканирования несущую частоту сканирующего сигнала изменяют на 50-150 Гц.In this case, when moving to the next scanning frequency, the carrier frequency of the scanning signal is changed to 50-150 Hz.
Кроме того, при сканировании высокочастотным магнитным полем сканирующий сигнал подают со смещением по времени, равным времени транспортировки среды между контрольными сечениями сканирования электрическим и магнитным полями.In addition, when scanning with a high-frequency magnetic field, the scanning signal is supplied with a time offset equal to the time of transporting the medium between the control sections of the scan by the electric and magnetic fields.
При этом запоминают время транспортировки среды между контрольными участками и при дальнейшем сканировании потока сканирующие сигналы на втором контрольном участке подают с задержкой, учитывающей время транспортировки.In this case, the time of transporting the medium between the control sections is memorized, and with further scanning of the flow, the scanning signals in the second control section are supplied with a delay taking into account the transportation time.
Кроме того, для определения фракционных долей многофазной среды суммируют нормированные амплитудно-частотные характеристики сканирования электрическим и магнитным полями, сравнивают суммарную характеристику с эталонными характеристиками в банке данных, выделяют из банка данных наиболее близкие характеристики и, используя интерполяцию, вычисляют фракционные доли отдельных компонентов многофазной среды.In addition, to determine the fractional fractions of a multiphase medium, the normalized amplitude-frequency characteristics of scanning by electric and magnetic fields are summarized, the total characteristic is compared with the reference characteristics in the data bank, the closest characteristics are extracted from the data bank and, using interpolation, the fractional fractions of the individual components of the multiphase medium are calculated .
При этом, используя зарегистрированные амплитудно-частотные характеристики, вычисляют резонансные частоты, фазовые сдвиги, реальную и мнимую составляющие комплексной диэлектрической постоянной, реальную и мнимую составляющие магнитных потерь, сравнивают полученные значения с эталонными показателями в банке данных, выделяют из банка данных наиболее близкие сочетания указанных параметров и, используя интерполяцию, вычисляют фракционные доли отдельных компонентов многофазной среды.In this case, using the recorded amplitude-frequency characteristics, the resonant frequencies, phase shifts, the real and imaginary components of the complex dielectric constant, the real and imaginary components of the magnetic losses are calculated, the obtained values are compared with the reference indicators in the data bank, and the closest combinations of these are extracted from the data bank parameters and, using interpolation, calculate the fractional fractions of the individual components of the multiphase medium.
Кроме того, по крайней мере, на одном из контрольных участков дополнительно измеряют температуру и давление многофазной среды.In addition, at least one of the control sections additionally measure the temperature and pressure of the multiphase medium.
Применительно к устройству поставленная техническая задача достигается тем, что в устройстве для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, содержащем разнесенные по длине трубопровода две измерительные секции, каждая из которых оснащена блоком измерения флуктуаций диэлектрических характеристик потока, высокочастотный генератор сканирующих сигналов, подключенный к указанным блокам измерения, первый и второй блоки измерения амплитудно-частотных характеристик, блок вычисления корреляционной функции и управляющий микропроцессор, при этом каждый блок измерения флуктуации диэлектрических характеристик поля через собственный первый или второй блок измерения амплитудно-частотных характеристик подключен к блоку вычисления корреляционной функции, согласно изобретению каждая измерительная секция дополнительно оснащена блоком измерения флуктуаций сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, третьим и четвертым блоками измерения амплитудно-частотных характеристик, вторым блоком вычисления корреляционной функции, блоком нормирования амплитудно-частотной характеристики флуктуаций диэлектрического поля, блоком хранения эталонных амплитудно-частотных характеристик многофазного потока и внешней ЭВМ, при этом все четыре блока измерения флуктуаций электрического и магнитного полей в многофазном потоке подключены к общему высокочастотному генератору сканирующих сигналов, каждый блок измерения флуктуаций сканирующего магнитного поля в многофазном потоке через собственный третий или четвертый блок измерения амплитудно-частотных характеристик подключен ко второму блоку вычисления корреляционной функции, первый вход микропроцессора через блок нормирования соединен с первым блоком вычисления корреляционной функции, второй вход микропроцессора напрямую соединен со вторым блоком вычисления корреляционной функции, третий вход микропроцессора соединен с блоком хранения эталонных амплитудно-частотных характеристик многофазного потока, а выход микропроцессора соединен с внешней ЭВМ.In relation to the device, the stated technical problem is achieved in that in the 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 flow, a high-frequency scanning signal generator connected to the indicated measurement units, first and second amplitude-frequency characteristic measurement units, correlation fu calculation unit a control microprocessor, wherein each unit for measuring fluctuations in the dielectric characteristics of the field is connected through its own first or second unit for measuring the amplitude-frequency characteristics to a unit for calculating the correlation function, according to the invention, each measuring section is additionally equipped with a unit for measuring fluctuations of the scanning magnetic field in a multiphase flow, the third and the fourth units for measuring the amplitude-frequency characteristics, the second unit for calculating the correlation function, the unit normalization of the amplitude-frequency characteristic of fluctuations of the dielectric field, the storage unit of the reference amplitude-frequency characteristics of the multiphase flow and an external computer, while all four units for measuring fluctuations of the electric and magnetic fields in the multiphase flow are connected to a common high-frequency generator of scanning signals, each measurement unit of fluctuations of the scanning magnetic field in a multiphase flow through its own third or fourth unit for measuring the amplitude-frequency characteristics of the sub to the second block for calculating the correlation function, the first input of the microprocessor through the normalization unit is connected to the first block for calculating the correlation function, the second input of the microprocessor is directly connected to the second block for calculating the correlation function, the third input of the microprocessor is connected to the storage unit for the reference amplitude-frequency characteristics of the multiphase flow, and the microprocessor output is connected to an external computer.
При этом устройство оснащено блоком задержки сканирующего сигнала по времени, установленным в линии питания, соединяющей высокочастотный генератор сканирующих сигналов с блоками измерения флуктуаций электрического и магнитного полей в многофазном потоке на втором контрольном участке.At the same time, the device is equipped with a time-delay unit of the scanning signal installed in the power line connecting the high-frequency generator of the scanning signals to the units for measuring fluctuations of the electric and magnetic fields in the multiphase flow in the second control section.
Кроме того, в линии питания каждого блока измерения флуктуаций сканирующего магнитного поля в многофазном потоке установлен блок смещения сканирующего сигнала по времени.In addition, in the supply line of each unit for measuring fluctuations of the scanning magnetic field in a multiphase flow, a unit for displacing the scanning signal in time is installed.
Устройство может быть дополнительно оснащено датчиками температуры и давления, установленными на одной из измерительных секций, выходы которых подключены к микропроцессору.The device can be additionally equipped with temperature and pressure sensors installed on one of the measuring sections, the outputs of which are connected to the microprocessor.
В заявленных способе и устройстве в основу изобретения положено получение дополнительной информации о структуре многофазного потока за счет сканирования его на каждом измерительном участке вращающимся высокочастотным магнитным полем с той же частотой несущего сигнала, автономная обработка полученных дополнительных сигналов сканирования с выделением максимума амплитудно-частотных характеристик сигналов и использование для вычисления корреляционной функции всех четырех сигналов. Сигнал сканирования, регистрируемый на выходе блока сканирования вращающимся высокочастотным электрическим полем, как минимум, на два порядка слабее выходного сигнала с блока сканирования вращающимся высокочастотным магнитным полем. Для достижения равенства вклада всех сигналов в корреляционную функцию выходные сигналы блоков сканирования потока вращающимся высокочастотным электрическим полем нормируют (усиливают сигнал с использованием нормирующего масштабного коэффициента). Коэффициент нормирования определяется экспериментально на основе лабораторных или натурных измерений. Возможно также вычисление коэффициента нормирования по известным зависимостям.In the claimed method and device, the invention is based on obtaining additional information about the structure of a multiphase flow by scanning it in each measuring section with a rotating high-frequency magnetic field with the same carrier frequency, autonomous processing of the obtained additional scanning signals with the allocation of the maximum amplitude-frequency characteristics of the signals and use for calculating the correlation function of all four signals. The scanning signal recorded at the output of the scanning unit by a rotating high-frequency electric field is at least two orders of magnitude weaker than the output signal from the scanning unit by a rotating high-frequency magnetic field. To achieve an equal contribution of all signals to the correlation function, the output signals of the flow scanning units by a rotating high-frequency electric field are normalized (the signal is amplified using a normalizing scale factor). The coefficient of normalization is determined experimentally on the basis of laboratory or field measurements. It is also possible to calculate the normalization coefficient from known dependencies.
Использование для сканирования потока высокочастотных электрических и магнитных полей с изменением несущей частоты сигналов в диапазоне 1-100 МГц позволяет работать с любыми многофазными средами, начиная с газожидкостных потоков и кончая потоками с преобладанием воды и водных растворов, так как охватывает все возможные резонансные частоты в многофазных средах.Using for scanning a stream of high-frequency electric and magnetic fields with a change in the carrier frequency of the signals in the range of 1-100 MHz allows you to work with any multiphase media, starting with gas-liquid flows and ending with flows with a predominance of water and aqueous solutions, since it covers all possible resonant frequencies in multiphase environments.
Регистрация сигнала сканирования на установившемся режиме исключает влияние переходных процессов.Recording a scan signal in steady state eliminates the effects of transients.
Ступенчатое изменение несущей частоты сканирующего сигнала с величиной ступеньки 50-150 Гц позволяет выделить все особенности изменения амплитудно-частотной характеристики, в том числе выделить резонансную частоту с абсолютным максимумом амплитуды.A stepwise change in the carrier frequency of the scanning signal with a step value of 50-150 Hz allows you to highlight all the features of the change in the amplitude-frequency characteristics, including the allocation of a resonant frequency with an absolute maximum amplitude.
Для повышения точности измерений за счет исключения погрешности, связанной с перемещением многофазной среды между контрольными сечениями одного измерительного участка, сканирующий сигнал высокочастотного магнитного поля подают со смещением по времени относительно сканирующего сигнала высокочастотного электрического поля.To increase the accuracy of measurements by eliminating the error associated with the movement of the multiphase medium between the control sections of one measuring section, the scanning signal of the high-frequency magnetic field is supplied with a time offset relative to the scanning signal of the high-frequency electric field.
Учет времени транспортировки среды между контрольными участками позволяет сократить объем вычислений при определении корреляционной функции.Accounting for the time of transportation of the medium between the control sections allows us to reduce the amount of calculations when determining the correlation function.
Использование эталонных характеристик банка данных для определения конкретного соотношения фракционных долей многофазной среды позволяет оперативно определять фракционные доли, используя для банка данных либо сами эталонные амплитудно-частотные характеристики, полученные экспериментально в лабораторных или натурных условиях, либо цифровые значения параметров амплитудно-частотных характеристик, вычисляемые по известным формулам.Using the reference characteristics of the data bank to determine the specific ratio of the fractional fractions of a multiphase medium allows you to quickly determine the fractional fractions using either the reference amplitude-frequency characteristics obtained experimentally in laboratory or field conditions or the digital values of the parameters of the amplitude-frequency characteristics calculated by famous formulas.
Измерение температуры и давления многофазной среды повышает точность определения фракционного состава и расходов, так как позволяет учесть изменение диэлектрических и магнитных характеристик среды 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 by temperature and pressure.
На чертеже изображена блок-схема заявленного устройства, реализующего предлагаемый корреляционный способ измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред.The drawing shows a block diagram of the claimed device that implements the proposed correlation method for measuring the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media.
Устройство для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред устанавливается непосредственно на трубопроводе 1 и включает разнесенные по длине трубопровода две измерительные секции 2 и 3, стенки которых выполнены из диэлектрического материала, и размещенную между секциями вставку 4. Устройство содержит два блока 5 и 6 измерения флуктуаций диэлектрических характеристик потока (по одному на каждую измерительную секцию), формирующих сканирующее многофазную среду вращающееся электрическое поле и регистрирующих сигнал сканирования, и два блока 7 и 8 измерения флуктуаций сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, формирующих сканирующее многофазную среду вращающееся магнитное поле и регистрирующих сигнал сканирования. В каждой измерительной секции сечения сканирования высокочастотными электрическим и магнитным полями смещены относительно друг друга на расстояние l1. Сечения сканирования высокочастотными электрическими или магнитными полями измерительных секций 2 и 3 смещены относительно друг друга на расстояние l2. Устройство имеет высокочастотный генератор 9 сканирующих сигналов, выход которого соединен со всеми четырьмя блоками 5-8 измерения флуктуаций многофазного потока. В измерительной секции 2 блок 5 измерения флуктуаций диэлектрических характеристик потока напрямую подключен к выходу генератора 9, а блок 7 измерения флуктуаций магнитного поля подключен к выходу генератора 9 через блок 10 смещения сканирующего сигнала по времени. В линии питания, соединяющей генератор 9 с блоками 6 и 8 измерения флуктуаций многофазного потока измерительной секции 3, установлен блок 11 задержки сканирующего сигнала по времени, при этом в линии питания блока 8 измерения флуктуаций магнитного поля дополнительно установлен блок 12 смещения сканирующего сигнала по времени. Устройство оснащено датчиком 13 температуры и датчиком 14 давления, установленными, например, на измерительной секции 2.A device for measuring the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media is installed directly on the pipeline 1 and includes two measuring sections 2 and 3 spaced along the length of the pipeline, the walls of which are made of dielectric material, and an insert 4 located between the sections. The device contains two measurement units 5 and 6 fluctuations in the dielectric characteristics of the flow (one for each measuring section) forming a scanning multiphase medium, a rotating electric field and a register constituents scan signal and two blocks 7 and 8, fluctuation of the scanning measurement of the magnetic field in the multiphase flow, multiphase medium forming the scanning field and a rotating magnetic recording scanning signal. In each measuring section, the cross-sections for scanning by high-frequency electric and magnetic fields are displaced relative to each other by a distance l 1 . Scanning cross sections by high-frequency electric or magnetic fields of measuring sections 2 and 3 are offset relative to each other by a distance l 2 . The device has a high-frequency generator 9 of scanning signals, the output of which is connected to all four blocks 5-8 of measuring fluctuations in multiphase flow. In the measuring section 2, the unit 5 for measuring fluctuations in the dielectric characteristics of the flow is directly connected to the output of the generator 9, and the unit 7 for measuring fluctuations in the magnetic field is connected to the output of the generator 9 through the unit 10 for shifting the scanning signal in time. In the power line connecting the generator 9 to the units 6 and 8 for measuring fluctuations in the multiphase flow of the measuring section 3, a scanning signal delay unit 11 is installed, while in the power line of the unit for measuring fluctuations in the magnetic field, an additional unit 12 for offsetting the scanning signal in time is installed. The device is equipped with a temperature sensor 13 and a pressure sensor 14 mounted, for example, on the measuring section 2.
Для обработки сигналов сканирования устройство содержит четыре блока 15-18 измерения амплитудно-частотных характеристик, представляющих собой аналого-цифровые преобразователи, два блока 19 и 20 вычисления корреляционной функции, блок 21 нормирования амплитудно-частотной характеристики флуктуации диэлектрического поля, блок 22 хранения эталонных амплитудно-частотных характеристик многофазного потока, управляющий микропроцессор 23 и внешнюю ЭВМ 24.For processing scanning signals, the device contains four blocks 15-18 measuring amplitude-frequency characteristics, which are analog-to-digital converters, two blocks 19 and 20 calculating the correlation function, block 21 normalizing the amplitude-frequency characteristics of fluctuations of the dielectric field, block 22 stores the reference amplitude frequency characteristics of a multiphase stream, a control microprocessor 23 and an external computer 24.
Блоки 7 и 8 измерения флуктуаций сканирующего магнитного поля в многофазном потоке через собственные блоки 15 и 16 измерения амплитудно-частотных характеристик подключены к блоку 19 вычисления корреляционной функции. Блоки 5 и 6 измерения флуктуаций диэлектрических характеристик поля через собственные блоки 17 и 18 измерения амплитудно-частотных характеристик подключены к блоку 20 вычисления корреляционной функции. Первый вход микропроцессора 23 через блок 21 нормирования соединен с блоком 20 вычисления корреляционной функции, второй вход микропроцессора 23 напрямую соединен с блоком 19 вычисления корреляционной функции, третий вход микропроцессора 23 соединен с блоком 22 хранения эталонных амплитудно-частотных характеристик многофазного потока. Дополнительно к входам микропроцессора подключены датчик 13 температуры и датчик 14 давления. Выход микропроцессора соединен с внешней ЭВМ 24. Микропроцессор 24 также используется для управления всеми блоками устройства (управляющие связи на схеме не показаны, чтобы не загромождать ее).Blocks 7 and 8 for measuring fluctuations of the scanning magnetic field in a multiphase flow through their own blocks 15 and 16 for measuring the amplitude-frequency characteristics are connected to the block 19 for calculating the correlation function. Blocks 5 and 6 for measuring fluctuations in the dielectric characteristics of the field through their own blocks 17 and 18 for measuring the amplitude-frequency characteristics are connected to the block 20 for calculating the correlation function. The first input of the microprocessor 23 through the normalization unit 21 is connected to the correlation function calculation unit 20, the second input of the microprocessor 23 is directly connected to the correlation function calculation unit 19, the third input of the microprocessor 23 is connected to the storage unit 22 of the amplitude-frequency reference characteristics of the multiphase flow. In addition to the inputs of the microprocessor, a temperature sensor 13 and a pressure sensor 14 are connected. The output of the microprocessor is connected to an external computer 24. The microprocessor 24 is also used to control all units of the device (control connections are not shown in the diagram so as not to clutter it).
Вырабатываемый генератором 9 высокочастотный электрический сигнал сканирования передается на блоки 5-8 измерения флуктуаций многофазного потока в измерительных секциях 2 и 3 либо напрямую, либо через блок 11 задержки сканирующего сигнала по времени и блоки 10, 12 смещения сканирующего сигнала по времени. Регистрируемый сигнал сканирования высокочастотным вращающимся магнитным полем с выходов блоков 7 и 8 поступает в блоки 15 и 16 измерения амплитудно-частотных характеристик, в которых сигнал обрабатывается с выделением резонансной частоты с максимальной амплитудой - амплитудно-частотная характеристика флуктуаций магнитных характеристик многофазной среды. Полученная амплитудно-частотная характеристика передается в блок 19 вычисления корреляционной функции, в котором определяется результирующая корреляционная функция флуктуации магнитного поля и время транспортной задержки.The high-frequency electric scanning signal generated by the generator 9 is transmitted to the blocks 5-8 for measuring fluctuations of the multiphase flow in the measuring sections 2 and 3 either directly or through the block 11 of the delay of the scanning signal in time and blocks 10, 12 of the offset of the scanning signal in time. The recorded scanning signal by a high-frequency rotating magnetic field from the outputs of blocks 7 and 8 is sent to blocks 15 and 16 for measuring the amplitude-frequency characteristics, in which the signal is processed with the allocation of a resonant frequency with a maximum amplitude - the amplitude-frequency characteristic of fluctuations of the magnetic characteristics of a multiphase medium. The obtained amplitude-frequency characteristic is transmitted to the correlation function calculation unit 19, in which the resulting correlation function of the magnetic field fluctuations and the transport delay time are determined.
Регистрируемый сигнал сканирования высокочастотным вращающимся электрическим полем с выходов блоков 5 и 6 поступает в блоки 17 и 18 измерения амплитудно-частотных характеристик, в которых сигнал обрабатывается с выделением резонансной частоты с максимальной амплитудой (амплитудно-частотная характеристика флуктуаций диэлектрических характеристик многофазной среды). Полученная амплитудно-частотная характеристика передается в блок 20 вычисления корреляционной функции, в котором определяется результирующая корреляционная функция флуктуаций диэлектрических характеристик и время транспортной задержки.The recorded scanning signal by a high-frequency rotating electric field from the outputs of blocks 5 and 6 is supplied to the amplitude-frequency characteristics measuring units 17 and 18, in which the signal is processed with the resonant frequency being extracted with the maximum amplitude (amplitude-frequency characteristic of fluctuations in the dielectric characteristics of a multiphase medium). The obtained amplitude-frequency characteristic is transmitted to the correlation function calculation unit 20, in which the resulting correlation function of the fluctuations of the dielectric characteristics and the transport delay time are determined.
Результирующие корреляционные функции передаются в управляющий микропроцессор 23. В него же поступают сигналы с датчиков давления и температуры. Управляющий микропроцессор 23 запрашивает из блока 22 хранящиеся там данные эталонных амплитудно-частотных характеристик многофазной среды и сравнивает результирующие корреляционные функции с эталонными, выбирая из них наиболее близкие к замеренным характеристикам, сравнение с которыми позволяет достаточно точно определить фракционные доли многофазного потока, а знание времени транспортировки - фракционный и суммарные расходы. Результаты измерений передаются во внешнюю ЭВМ 24 для постоянного хранения и анализа.The resulting correlation functions are transferred to the control microprocessor 23. It also receives signals from pressure and temperature sensors. The control microprocessor 23 requests from the block 22 the data of the reference amplitude-frequency characteristics of the multiphase medium stored there and compares the resulting correlation functions with the reference ones, choosing from them the ones closest to the measured characteristics, comparison with which allows us to accurately determine the fractional fractions of the multiphase flow, and knowing the transportation time - fractional and total expenses. The measurement results are transferred to an external computer 24 for permanent storage and analysis.
Измерение суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред осуществляют следующим образом.The measurement of the total and fractional flow rates of multiphase immiscible media is as follows.
На трубопроводе, по которому перемещаются многофазные несмешивающиеся среды, выделяют две измерительные секции и на каждой измерительной секции в двух контрольных сечениях производят сканирование потока вращающимся высокочастотным электрическим и магнитным полем с единой несущей частотой сигнала. Для формирования в сечениях сканирования вращающегося электрического или магнитного полей сканирующий сигнал формируется с использованием двух опорных высокочастотных электрических сигналов переменного тока, сдвинутых друг относительно друга на 90°. Эти сигналы могут вырабатываться либо в генераторе 9, либо непосредственно в блоках 5-8.Two measuring sections are isolated on a pipeline through which multiphase immiscible media move, and on each measuring section in two control sections, the flow is scanned by a rotating high-frequency electric and magnetic field with a single signal carrier frequency. To generate a rotating electric or magnetic field in the scanning cross sections, a scanning signal is generated using two reference high-frequency AC electric signals shifted by 90 ° relative to each other. These signals can be generated either in the generator 9, or directly in blocks 5-8.
Сканирующий сигнал представляет собой пакет дискретно модулированных высокочастотных электрических колебаний напряжением, например, 2 В, со ступенчатым изменением несущей частоты в пределах 1-100 МГц. Величина ступеньки задается управляющим микропроцессором 23 и может составлять 50-150 Гц. Длительность сканирующего сигнала должна быть достаточна для выхода на установившийся режим измерения в каждом из четырех контрольных сечений - по два контрольных сечения на каждой измерительной секции. Выходные сигналы, отражающие результаты сканирования потока, имеют переменную амплитуду и сдвиг по фазе, зависящие от несущей частоты сканирующего сигнала и флуктуаций многофазного потока. Абсолютная максимальная амплитуда выходного сигнала будет наблюдаться на резонансной частоте, хотя на других частотах могут наблюдаться частные максимумы амплитуды. Обработку опорного и выходного сигналов с каждого из блоков 5-8 осуществляют в собственных блоках 15-18, каждый из которых представляет собой аналого-цифровой преобразователь. Результаты вычисления амплитудно-частотной характеристики представляются в цифровой форме. Для вычисления корреляционной функции может использоваться либо вся амплитудно-частотная характеристика, либо ее зона, прилегающая к резонансной частоте.The 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 in the range of 1-100 MHz. The magnitude of the steps is set by the control microprocessor 23 and may be 50-150 Hz. The duration of the scanning signal should be sufficient to reach the established measurement mode in each of the four control sections — two control sections on each measuring section. The 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 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. The processing of the reference and output signals from each of the blocks 5-8 is carried out in their own blocks 15-18, each of which is an analog-to-digital converter. The results of the calculation of the amplitude-frequency characteristics are presented in digital form. To calculate the correlation function, either the entire amplitude-frequency characteristic or its zone adjacent to the resonant frequency can be used.
Вычисление корреляционной функции производят путем суммирования двух амплитудно-частотных характеристик в блоках 19 и 20. Одновременно определяют время транспортировки среды между измерительными секциями, которое в дальнейшем используется для расчетов фракционного и суммарного расходов многофазной среды.The correlation function is calculated by summing the two amplitude-frequency characteristics in blocks 19 and 20. At the same time, the time of transporting the medium between the measuring sections is determined, which is further used to calculate the fractional and total flow rates of a multiphase medium.
Интегральную корреляционную функцию, учитывающую все четыре сигнала сканирования вычисляют в управляющем микропроцессоре 23. Для приведения к одному уровню сигналов сканирования высокочастотным вращающимся электрическим полем и сигналов сканирования высокочастотным вращающимся магнитным полем сумму амплитуд сигналов сканирования высокочастотным вращающимся электрическим полем нормируют (умножают на нормирующий коэффициент). Величину нормирующего коэффициента определяют экспериментальным или расчетным путем. В дальнейшем интегральную корреляционную функцию используют для сравнения с эталонными амплитудно-частотными характеристиками при определении фракционных долей многофазной среды. 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.The integral correlation function, taking into account all four scanning signals, is calculated in the control microprocessor 23. To bring the scanning signals to a high-frequency rotating electric field and the scanning signals to a high-frequency rotating magnetic field to one level, the sum of the amplitudes of the scanning signals by a high-frequency rotating electric field is normalized (multiplied by a normalizing coefficient). The value of the normalizing coefficient is determined experimentally or by calculation. In the future, the integral correlation function is used for comparison with the reference amplitude-frequency characteristics when determining the fractional fractions of a multiphase medium. 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.
Учитывая, что многофазная среда перемещается по трубопроводу с некоторой скоростью, одновременно с той же скоростью перемещаются все флуктуации многофазной среды и для повышения точности измерений необходимо введение смещения по времени между подачей сканирующего сигнала в двух контрольных сечениях, где измеряются флуктуации диэлектрических характеристик и магнитного поля (например, смещение по времени между подачей сигнала в блок 7 относительно блока 5). Аналогично необходимо введение задержки по времени между подачей сканирующего сигнала в измерительную секцию 3 относительно измерительной секции 2.Given that the multiphase medium moves through the pipeline at a certain speed, all fluctuations of the multiphase medium move simultaneously with the same speed, and to increase the accuracy of measurements, it is necessary to introduce a time offset between the supply of the scanning signal in two control sections, where the fluctuations of the dielectric characteristics and magnetic field are measured ( for example, the time offset between the signal in block 7 relative to block 5). Similarly, it is necessary to introduce a time delay between the supply of the scanning signal to the measuring section 3 relative to the measuring section 2.
Специалисту в данной области техники должно быть очевидным, что в настоящем изобретении возможны разнообразные модификации и изменения. Соответственно, предполагается, что настоящее изобретение охватывает указанные модификации и изменения, а также их эквиваленты, без отступления от сущности и объема изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.One skilled in the art will appreciate that various modifications and variations are possible in the present invention. Accordingly, it is intended that the present invention covers the modifications and variations as well as their equivalents without departing from the spirit and scope of the invention disclosed in the appended claims.
Claims (12)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004129976/28A RU2309386C2 (en) | 2004-10-18 | 2004-10-18 | Method and device for measuring flow rate of multi-phase immiscible fluids |
| PCT/RU2005/000268 WO2006043854A1 (en) | 2004-10-18 | 2005-05-17 | Correlation method for measuring total and fractional flowrates of multiphase unmixable media and device for carrying out said method |
| US11/184,241 US20060081066A1 (en) | 2004-10-18 | 2005-07-19 | Correlation method for measurements of total and fractional immiscible media flow rates and a device for its embodiment |
| US11/724,345 US7403863B2 (en) | 2004-10-18 | 2007-03-15 | Correlation method for measurements of total and fractional immiscible media flow rates and a device for its embodiment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004129976/28A RU2309386C2 (en) | 2004-10-18 | 2004-10-18 | Method and device for measuring flow rate of multi-phase immiscible fluids |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004129976A RU2004129976A (en) | 2006-03-20 |
| RU2309386C2 true RU2309386C2 (en) | 2007-10-27 |
Family
ID=36117033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004129976/28A RU2309386C2 (en) | 2004-10-18 | 2004-10-18 | Method and device for measuring flow rate of multi-phase immiscible fluids |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2309386C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2536833C2 (en) * | 2012-12-24 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method to measure resonant frequency |
| RU2551480C1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-05-27 | Сергей Валерьевич Сараев | Measuring method of total and fractional flow rates of non-mixed media and system for its implementation |
| RU2768198C1 (en) * | 2021-07-19 | 2022-03-23 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Цмитэл" | Method for determining the flow of fractional share of water in a multiphase immiscible medium |
-
2004
- 2004-10-18 RU RU2004129976/28A patent/RU2309386C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2536833C2 (en) * | 2012-12-24 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Method to measure resonant frequency |
| RU2551480C1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-05-27 | Сергей Валерьевич Сараев | Measuring method of total and fractional flow rates of non-mixed media and system for its implementation |
| RU2768198C1 (en) * | 2021-07-19 | 2022-03-23 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Цмитэл" | Method for determining the flow of fractional share of water in a multiphase immiscible medium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004129976A (en) | 2006-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7403863B2 (en) | Correlation method for measurements of total and fractional immiscible media flow rates and a device for its embodiment | |
| EP0702212A2 (en) | Phase difference measuring apparatus and mass flowmeter thereof | |
| US20110213572A1 (en) | Flowmeter array processing algorithm with wide dynamic range | |
| Takamoto et al. | New measurement method for very low liquid flow rates using ultrasound | |
| Pitton et al. | An experimental study of stratified–dispersed flow in horizontal pipes | |
| RU2309386C2 (en) | Method and device for measuring flow rate of multi-phase immiscible fluids | |
| US11326919B2 (en) | Coriolis mass flow meter having a central vibration sensor and method for determining the viscosity of the medium using Coriolis mass flow meter | |
| JP2023166540A (en) | Flow steam pressure device and associated method | |
| RU2322650C2 (en) | Arrangement for measuring summary and fractional consumption of multi-phase immiscible mediums | |
| RU2764193C1 (en) | Method for determining water fractional share in multi-phase unmixed medium | |
| RU2247947C1 (en) | Method and device for measuring three-phase fluid flow rate | |
| KR20210146390A (en) | Use of Fluid Concentration Measurements to Verify Vapor Pressure | |
| RU121924U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING TOTAL AND FRACTIONAL COSTS OF NON-MIXING MEDIA | |
| RU2486477C2 (en) | Device to measure total and fractional flow rates of non-mixing media | |
| AU2019462931B2 (en) | True vapor pressure and flashing detection apparatus and related method | |
| RU152354U1 (en) | METER OF TOTAL AND FRACTIONAL COSTS OF NON-MIXING MEDIA IN THE PIPELINE | |
| RU2551480C1 (en) | Measuring method of total and fractional flow rates of non-mixed media and system for its implementation | |
| RU2768198C1 (en) | Method for determining the flow of fractional share of water in a multiphase immiscible medium | |
| RU2757861C1 (en) | Device for measuring volume flow of gas in operation products of gas condensate wells by correlation method | |
| RU2793602C1 (en) | True vapor pressure and fast vapor detection device and related method | |
| RU2406976C1 (en) | Device for measuring gas flow rate | |
| RU2423674C2 (en) | Method of measuring parameters of flowing multicomponent media | |
| JP2022528413A (en) | Determining vapor pressure using the vapor pressure gauge factor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA92 | Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted) |
Effective date: 20060623 |
|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20061229 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081019 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20110210 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20120411 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131019 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20151127 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161019 |