EA017667B1 - Способ и устройство для определения границы раздела по меньшей мере двух текучих сред - Google Patents
Способ и устройство для определения границы раздела по меньшей мере двух текучих сред Download PDFInfo
- Publication number
- EA017667B1 EA017667B1 EA201070760A EA201070760A EA017667B1 EA 017667 B1 EA017667 B1 EA 017667B1 EA 201070760 A EA201070760 A EA 201070760A EA 201070760 A EA201070760 A EA 201070760A EA 017667 B1 EA017667 B1 EA 017667B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- pressure
- fluid
- rod
- tank
- density
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
- G01N9/26—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring pressure differences
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/14—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure
- G01F23/16—Indicating, recording, or alarm devices being actuated by mechanical or fluid means, e.g. using gas, mercury, or a diaphragm as transmitting element, or by a column of liquid
- G01F23/165—Indicating, recording, or alarm devices being actuated by mechanical or fluid means, e.g. using gas, mercury, or a diaphragm as transmitting element, or by a column of liquid of bubbler type
- G01F23/168—Indicating, recording, or alarm devices being actuated by mechanical or fluid means, e.g. using gas, mercury, or a diaphragm as transmitting element, or by a column of liquid of bubbler type with electric indicating or recording
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Предложен способ определения уровня/высоты по меньшей мере одной границы раздела h-hмежду по меньшей мере двумя текучими средами различной плотности, содержащимися в контейнере, резервуаре и/или подобной емкости, посредством измерения давления и, таким образом, косвенного определения плотности текучих сред в резервуаре по его высоте с использованием стержня для измерения давления с датчиками давления, который размещается в резервуаре и проходит по его высоте, причем количество датчиков давления превышает количество определяемых переменных, при этом граница раздела текучих сред определяется как соответствующий уровень, на котором плотность текучей среды изменяется от одного слоя к другому слою в резервуаре. Для осуществления указанного способа предложено устройство для определения уровня/высоты по меньшей мере одной границы раздела h-hмежду по меньшей мере двумя текучими средами различной плотности, содержащимися в контейнере, резервуаре и подобной емкости, содержащее стержень для измерения давления с датчиками давления, расположенными по всей длине стержня, при этом количество датчиков давления превышает количество определяемых переменных.
Description
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для определения уровня/высоты по меньшей мере одной границы раздела по меньшей мере двух текучих сред разной плотности, которые содержатся в резервуаре.
На нефтеперерабатывающих заводах, независимо от того, ведется ли добыча нефти под водой, на шельфе или берегу, процесс разделения является важным, при этом происходит разделение воды, нефти и газа, добываемых из скважин нефтяных месторождений. Для получения на выходе сепаратора требуемого качества различных текучих сред важно на протяжении всего процесса точно знать, где в разделительном контейнере находятся границы раздела между всеми текучими средами. Также важно знать уровень отдельных текучих сред для предотвращения переполнения или опустошения резервуара. Неточные измерения уровня могут привести к значительным производственным потерям и снижению качества продукта. Это также может вызвать нежелательный выброс загрязняющих веществ в окружающую среду.
Опыт работы на нескольких месторождениях газа и нефти показывает, что существует потребность в улучшении способов и оборудования для определения различных уровней в разделительном резервуаре. Более точное определение границ раздела приведет к повышению производительности и долговечности многих предприятий.
Определение границы раздела двух текучих сред, например нефти и воды, основано на том, что они имеют различные физические свойства. Различные приборы позволяют установить место изменения этих свойств и, таким образом, определить границу раздела текучих сред.
Это сложно осуществить на практике, а серийные измерительные приборы не имеют желаемых надежности и точности. Эта проблема наиболее существенна для нефтяной промышленности и для случаев, когда необходимо выполнять разделение в эмульсиях типа вода в нефти, имеющих плавный переход между фазами. Кроме того, такие приборы требуют большого пространства и необходимости градуировки на широком диапазоне. В дополнение следует отметить, что лучшие современные приборы используют радиоактивные источники, которые требуют специального технического обслуживания.
Обзор наиболее общих методов измерений приведен в статье Викйап 8.Р.Л и Уаид ^., Многофазные датчики уровня и новые тенденции в мониторинге и контроле нефтяных сепараторов, §еи80Т8 2006, 6, с. 380-389. Существующие способы определения границы раздела текучих сред основаны на определении положения, где происходят изменения свойств измеряемых текучих сред. Для существующих средств измерения (со ссылкой на сведения из Тгасегсо) информация, получаемая с двух чувствительных элементов, используется для определения границы раздела текучих сред. Эти элементы будут отличаться в зависимости от положения границы раздела.
В патенте Великобритании 2236688 описан способ, в котором для контроля границы раздела текучих сред в сепараторе используется стержень с двумя или тремя датчиками давления. Для применения данного способа необходимо до начала эксплуатации оборудования провести градуировку на широком диапазоне. Для выполнения градуировки необходимо знать плотность различных текучих сред. Данный способ целиком зависит от точности измерений отдельного датчика и основан на предположении, что плотность внутри текучей среды не меняется. Инерционность средства измерения, возникающая с течением времени, или изменение плотности текучей среды приведет к погрешности определения положения границы раздела текучих сред.
Целью настоящего изобретения является создание более точных по сравнению с известными способа и устройства для определения границы раздела по меньшей мере двух текучих сред, содержащихся в контейнере.
Для достижения указанной цели создан способ определения уровня/высоты по меньшей мере одной границы раздела 1, -1Х между по меньшей мере двумя текучими средами различной плотности, содержащимися в контейнере, резервуаре и/или подобной емкости, посредством измерения давления и, таким образом, косвенного определения плотности текучих сред в резервуаре по его высоте с использованием стержня для измерения давления с датчиками давления, который размещается в резервуаре и проходит по его высоте резервуара, причем количество датчиков давления превышает количество определяемых переменных, при этом граница раздела текучих сред определяется как соответствующий уровень, на котором плотность текучей среды изменяется от одного слоя к другому слою в резервуаре.
При осуществлении способа соответствующие границы раздела 11,-11-, текучих сред можно опредеА лять, используя алгоритм посредством минимизации разности Р и Р, который выражается как и = агд πιιη Τ’ - Р(и,·) и
где в алгоритме и - вектор определяемых переменных, таких как границы раздела текучих сред и плотности;
Р - вектор измеренного давления текучих сред;
Р - рассчитанное давление, зависящее от переменных вектора и.
Указанный алгоритм может быть основан на использовании метода наименьших квадратов или фильтра Кальмана.
Для достижения указанной цели создано также устройство для определения уровня/высоты по меньшей мере одной границы раздела Ц-Ц между по меньшей мере двумя текучими средами различной плотности, содержащимися в контейнере, резервуаре и подобной емкости, содержащее стержень для измерения давления с датчиками давления, расположенными по всей длине стержня, при этом количество датчиков давления превышает количество определяемых переменных.
Указанный стержень может иметь канал, проходящий в его продольном направлении и заполненный эталонной текучей средой, датчики разности давления расположены на стенке указанного стержня и способны измерять разность давлений измеряемой текучей среды, например нефти, воды, газа, снаружи стержня и эталонной текучей среды в канале, и мембрана выравнивания давлений измеряемой текучей среды и эталонной среды соединена с указанным стержнем в месте между эталонной текучей средой и измеряемой текучей средой.
Указанный стержень состоит из удлиненного корпуса, приспособленного для расположения вертикально или наклонно в резервуаре.
Указанный стержень может быть, по существу, круглым и приспособленным для расположения по периферии резервуара или на стенке резервуара.
Настоящее изобретение более подробно описано ниже на примере со ссылками на фигуры, на которых изображено следующее:
фиг. 1 изображает сепаратор со стержнем для измерения давления с датчиками давления согласно изобретению и представленную справа соответствующую эпюру давления;
фиг. 2 изображает поперечное сечение резервуара, содержащего три текучие среды, где разность давлений (х) и абсолютное давление (у) текучей среды изменяются с изменением высоты, 11. сепаратора;
фиг. 3-5 изображают варианты конструкции стержня для измерения давления и его положения в резервуаре или на стенке резервуара;
фиг. 6 изображает модифицированный стержень для измерения разности давления измеряемой и эталонной текучей сред;
фиг. 7 изображает эпюру давления с результатами измерений абсолютного давления текучей среды (на поверхности) и эталонного давления (на дне);
фиг. 8 изображает взаимосвязь между абсолютным давлением, эталонным давлением и разностью давлений.
Понятие относительно одинаковая плотность, которое используется в данном документе, относится к плотности текучей среды, если ее значение при измерении в нескольких точках, распределенных по высоте слоя текучей среды, не меняется, при этом градиенты концентраций по отношению к другим текучим средам, находящимся в резервуаре, не учитываются.
Изобретатели обнаружили, что положение различных текучих сред в резервуаре может быть определено с большей точностью, если измерять давление текучей среды по высоте резервуара и, таким образом, косвенно определять ее плотность. Это положение в совокупности с математической моделью, показывающей, как плотность и, следовательно, давление, которые зависят от свойств текучей среды, меняются в зависимости от высоты резервуара, позволяет обнаружить границы раздела разных текучих сред путем минимизации разницы между давлением текучих сред, оцененным по модели, и измеренным давлением. В этом способе в соответствии с изобретением используется большее количество информации (несколько точек измерения), чем минимально необходимо для определения положения границ раздела текучих сред. Это позволяет снизить субъективную и другие составляющие погрешности способа и отличает его от ранее известных способов.
Как показано на фиг. 1, суть данного способа состоит в том, что опора, в качестве которой использован стержень 2 для измерения давления, содержащий датчики 3 давления, установлен вертикально и проходит по высоте резервуара 1 (корпуса сепаратора), в котором должно быть определено положение границы раздела текучих сред. На данной фигуре показана система с газом, нефтью и водой, но этот принцип применим для всех резервуаров, содержащих две или более текучих сред разной плотности. Стержень 2 содержит множество небольших датчиков давления, распределенных по его длине, например, на расстоянии 1 см друг от друга, при этом распределение датчиков может быть равномерным, но не ограничено этим. Стержень 2 должен быть установлен так, чтобы в каждой текучей среде располагалось по несколько датчиков (что позволит, таким образом, измерить уровень и плотность) и расстояние между ними было известно. Следовательно, необязательно, чтобы стержень измерения давления проходил по всей высоте резервуара.
Данный способ в соответствии с изобретением можно также применять для определения положения границ раздела текучих сред, когда в основу измерения положен принцип, не связанный с измерением давления текучих сред. Принципы измерения, по которым напрямую или косвенно определяют одно или более характерных свойств текучих сред, могут быть также использованы для обнаружения границы раздела текучих сред. Примерами таких принципов измерения являются радиоактивные источники/приемники, а также принципы, основанные на измерении температуры, емкости, сопротивления, дав
- 2 017667 ления или комбинации этих принципов измерения.
Для определения границы раздела текучих сред применяются все или некоторые из используемых датчиков давления. В соответствии с алгоритмом, описанным ниже, по всей длине стержня осуществляют поиск областей текучих сред с одинаковой плотностью, когда же плотность меняется, это значит, что обнаружена граница раздела текучих сред. Если в сепараторе находится три текучие среды, задачей алгоритма является обнаружение двух границ их раздела. Для пены или эмульсии может быть определено несколько границ раздела текучих сред.
При создании математической модели предполагается, что плотность каждого отдельного слоя текучей среды в сепараторе является одинаковой. Это означает, что каждая граница раздела текучих сред находится на высоте, на которой меняется их плотность. Также предполагается, что плотность каждой текучей среды со временем может изменяться.
Помимо определения границ раздела текучих сред можно рассчитать их плотности. Это можно сделать с помощью оценки крутизны эпюры давления. Это означает, что плотность одной или более текучей среды можно определить, даже если плотность изменяется со временем, и, следовательно, измерительный прибор в данном случае является самокалибрующимся.
Когда между текучими средами существует плавный переход (как в случае с эмульсиями или пеной), рассчитать плотности можно по нескольким перегибам (изменениям крутизны) эпюры давления.
Для определения границ раздела эмульсий необходимо большое число точных приборов измерения давления. Другими словами, в каждом слое эмульсии должно быть установлено несколько средств измерения давления, причем они должны быть достаточно точными для обнаружения перегибов на эпюре давления. Требования к точности снижаются, если для измерений в слоях эмульсии/пена применяется многоканальный измерительный преобразователь.
При гравитационном разделении текучих сред самая тяжелая из них опускается на дно, а самая легкая поднимается на поверхность.
Когда необходимо определить плотность и границу раздела текучих сред, этим утверждением можно пренебречь, так как крутизна эпюры абсолютного давления всегда минимальна на поверхности, а при движении ко дну крутизна увеличивается, как показано на фиг. 2. Это положение использовано в данном алгоритме для устранения погрешностей и также его можно использовать в случаях измерения разности давления.
Как было отмечено выше, для обнаружения положения границы раздела текучих сред используется принцип косвенного определения плотности текучей среды по давлению, измеренному по высоте сепаратора. Помимо этого используется математическая модель, устанавливающая связь измеряемого давле (1) ния с плотностью, и модель желательно применять для различения текучих сред.
Фиг. 2 изображает эпюру распределения абсолютного давления и разности давлений в резервуаре с несколькими текучими средами различной плотности. Результат измерения разности давлений измеряемой текучей среды и эталонной текучей среды показан кривой х, тогда как результат измерения абсолютного давления - кривой у.
Требуется определить, при каком положении/высоте меняется плотность. Для каждого датчика давления имеет место следующий физический принцип:
р,+1 =ρ,^ΔΛ, + />, где р1 - давление на ί-м датчике;
р1 - плотность среды между ί-м датчиком и ί+1-м датчиком;
Дй1 - расстояние между ί-м датчиком и ί+1-м датчиком;
д - ускорение свободного падения.
Из этого следует, что выражение для плотности имеет вид р, =-^-(р,+1-р,)=Ш (2) где Δρ1 - разность давлений между ί-м датчиком и ί+1-м датчиком;
к - константа, включающая д и Δ11.
Будем считать, что р1 - плотность в ί-м положении, плотность можно определить из выражения р = /Д/г,и) (3) где Р - оценка плотности р;
- измеренное значение положения (высоты) в резервуаре;
/р(·) - математическое описание плотности, которая является функцией 1 и и.
/р(·) можно определить с помощью уравнения (2), где р1 - давление на уровне й1; и - вектор параметров/переменных, которые нужно определить.
Обычно переменными в и являются уровни, на которых происходит переход из текучей среды в другую, и плотности каждой текучей среды. Функциональная зависимость /р(·) основана на физической модели, устанавливающей связь между уровнем и плотностью (уравнение (1)) или другими параметрами, которые нужно найти.
- 3 017667
Функция в уравнении (3) задана в явном виде, хотя функция таких параметров также может быть неявной.
Оценка измеренного давления или разности давлений на уровне к имеет вид
Ρ = /Ρ(ρ,ϊι,ν) (4) где /р(·) - функция, отражающая связь давления, плотности и высоты резервуара;
Р - оценка плотности, которую необходимо определить;
и - вектор (несколько значений) параметров/переменных, которые нужно найти.
/р(·) может быть определена с помощью уравнения (1). При этом в данном случае необязательно приводить точное описание.
Влияние положения границы раздела текучих сред на плотность текучих сред происходит в поперечном сечении, что можно наблюдать по результатам измерения давления.
В большинстве случаев осуществляются дискретные измерения давления в поперечном сечении резервуара, при этом дискретные отношения имеют вид р = (5)
Ρ = ίφρ,,Κφ гг где ΐ - точка отсчета (каждому ΐ соответствует вертикальное положение ί-го датчика). Распределение точек измерения по высоте необязательно должно быть нормальным, но расстояние между точками измерения должно быть известно.
С помощью измерений давления, распределенных по высоте, требуется обнаружить, где имеют место переходы между текучими средами. Другими словами, требуется найти все положения кт,п, т.е. уровни, находящиеся между фазами т и п в резервуаре. Другие же переменные необходимы для описания связи между измеренным давлением и плотностью, которую нужно найти для различения текучих сред. Эти переменные содержатся в векторе и.
Эти положения не ограничены точками измерения давления (они также могут соответствовать уровню, находящемуся между точками отсчета).
С помощью математических моделей /р(·) и /р(·) значения уровней и плотностей (т.е. и) можно вычислить, сведя к минимуму разность Р и Р, что может быть выражено как
где Р - оцененное значение давления в выражениях (5) и (6);
Р - измеренное значение давления;
III - метод определения различий между предсказанной моделью и результатами измерений.
Например, можно воспользоваться методом наименьших квадратов, но данное изобретение не ограничивается только им. Другой возможный способ - использование фильтра Кальмана.
Рассмотренный принцип существенно отличается от предшествующих принципов определения границ раздела текучих сред тем, что для определения границ раздела текучих сред и модели, применяемой в алгоритме поиска минимума разности между измеренным и оцененным свойством для обнаружения границ раздела текучих сред, используется больше информации, чем необходимо.
Для определения N параметров (т.е. если вектор и содержит N значений) на основе уравнения (7) нужно выполнить по меньшей мере N измерений давления. На практике желательно, чтобы число измерений превышало число переменных в и, т.е. чтобы система (уравнений) была сверхопределенной и, таким образом, можно было бы определить параметры (т.е. уровень границ раздела текучих сред и плотность) с большей точностью.
Пример.
Необходимо найти границы раздела текучих сред в резервуаре, содержащем три фазы (вода, нефть и газ). Положение, где меняется плотность, является границей раздела текучих сред. В связи с этим предполагается, что измерение давления проводится в поперечном сечении (например, в отдельных точках). р - плотность (кг/м3), Р - давление (Па). Пусть кд,о=к2 и к°,=к1 являются соответственно действительными значениями уровней границ раздела газ/нефть и нефть/вода, которые нужно найти. Теоретически предполагается, что плотность постоянна в каждой отдельной текучей среде (и по каждую сторону от границы раздела фаз фаза является чистой). Функции имеют следующий вид:
где к- и к+ - нижняя и верхняя реперные точки соответственно.
- 4 017667
Оценка давления Р в точке ί=η резервуара имеет вид
где д - ускорение свободного падения.
Здесь предполагается, что эпюра распределения давления имеет вид прямых линий (считаем, что плотность не зависит от высоты). В общем случае можно записать
где Р - вектор давления, измеряемого отдельным датчиком;
й - вектор уровня (высоты) отдельного датчика;
Ро - плотность самой тяжелой текучей среды;
Δρ1 - изменение плотности при переходе через границу раздела текучих сред (здесь должно выполняться Δρ1>0);
й1 - уровень (высота) границы раздела двух текучих сред (здесь должно выполняться й]+1>й]); а - коэффициент перевода, учитывающий ускорение свободного падения и единицы измерения; N - число границ раздела текучих сред, которые необходимо найти.
Данная функция представляется в виде совокупности N+1 прямых линий.
Теперь необходимо найти две границы раздела текучих сред й2=йд,° и й'=йо/“. Для их нахождения нужно определить плотности каждой текучей среды, поэтому имеем и - |й’ Λ2 Δρ1 Ар2
Неизвестные можно найти, решив уравнение
где сведение к минимуму разности между результатом измерения (Р) и оценкой ί Р) выполняется изменением параметров (и=[а* к2 Ар1 Ар1 р0_|)
Из приведенных расчетов очевидно, что для определения границ раздела текучих сред используется информация, распределенная по всей области измерений. Это приводит к повышению надежности и снижению погрешности измерений по сравнению с предшествующими методами определения уровня. В дополнение следует отметить, что необязательно знать плотности текучих сред, так как они оцениваются в данном алгоритме вместе с уровнями. В случае необходимости плотность можно определить, и тогда положения границ раздела текучих сред могут быть найдены отдельно.
Предполагается, что зависимость между плотностью и давлением в каждой текучей среде является линейной. Но метод этим не ограничивается, и, например, для нефти (которая состоит из множества химических компонентов разной плотности) можно было бы использовать нелинейную зависимость.
Для повышения надежности метода можно ввести ограничения на допустимые растворы. Например, без таких ограничений, положение границы раздела газ/нефть должно быть выше границы раздела нефть/вода. Также следует отметить, что плотность текучей среды в резервуаре должна возрастать свер ху вниз.
Как было отмечено выше и показано на фиг. 1, способ и устройство в соответствии с настоящим изобретением основаны на использовании стержня 2 с датчиками 3, расположенного вертикально и проходящего по высоте резервуара 1 (корпуса сепаратора), в котором нужно определить положения границ раздела текучих сред. На фигуре изображена система с газом, нефтью и водой, но этот принцип может быть использован для всех резервуаров, содержащих две или более фазы различной плотности. Стержень может быть изготовлен из материала, имеющего высокие прочность и теплоустойчивость и не подверженного влиянию коррозии. По всей длине стержня расположены небольшие датчики давления, например, на расстоянии 1 см друг от друга. Распределение датчиков может быть равномерным, но не ограничено этим. Стержень должен быть установлен в положение измерения так, чтобы в каждой фазе жидкости располагалось по несколько датчиков и расстояние между ними было известно.
На фиг. 1 изображен вариант стержня, проходящего по вертикальной линии от дна резервуара до его верха. Такое конструкторское решение не является единственным для данного изобретения. Стержень может занимать любое положение и иметь другую конструкцию, например на фиг. 3 изображен стержень, расположенный в резервуаре под наклоном, а на фиг. 4 использован круглый стержень, который может быть размещен, например, на стенке резервуара.
Для обеспечения более гибкой системы стержень можно изготовить из отдельных частей (например, длиной в 1 м), соединив их вместе. Различные части могут быть как прямыми, так и изогнутыми, что позволяет создать желаемую конструкцию опоры датчиков. Таким образом, стержень можно закреплять с разных сторон резервуара. Он может проходить по всей высоте резервуара или вдоль его отдель
- 5 017667 ных частей. Стержень имеет провод (не показан) для передачи сигнала и энергии, этот провод проходит сквозь стенку (резервуара), которая необязательно должна прилегать к стержню. За счет этого средство измерения становится гибким как с точки зрения конструкции, так и с точки зрения расположения. Если возникает необходимость, в сепараторе можно установить несколько отдельных стержень, и провода от всех стержней могут проходить сквозь одну и тот же стенку.
Используемые датчики и стержень для измерения давления должны быть устойчивы к давлению и температуре измеряемой среды. Давление измеряемой среды может достигать по меньшей мере 100 бар, а если датчики используются для измерений под водой, они должны выдерживать давление до примерно 2-400 бар. В то же время датчики должны оставаться работоспособными при температуре, достигающей по меньшей мере 200°С. С другой стороны, датчики должны обеспечивать точность измерения порядка 100 Па (т.е. 0,01 мбар), но также можно применять менее точные датчики, а требуемую точность в этом случае должен обеспечить метод нахождения уровней.
Для определения границы раздела текучих сред с высокой точностью к средствам измерения, используемым для определения уровня, предъявляются высокие требования точности. Для случаев (процессов), когда давление высоко, сложно подобрать датчики давления требуемой точности. Эту проблему можно решить, применяя вместо измерителей абсолютного давления, изображенных на фиг. 1, средства измерения разности давления между текучей средой в резервуаре и эталонной текучей средой (например, кремнийорганическое масло), показанных на фиг. 6. Это позволит получить вертикальную эпюру распределения разности давления в резервуаре (или сепараторе), что послужит основой для определения границ раздела текучих сред
В соответствии с изобретением устройство, модифицированное для измерения разности давлений, включает три следующие основные составляющие.
1. Стержень с закрепленными на нем датчиками измерения разности давлений, причем их количество и положение выбираются так, что два или более датчиков находятся в каждой текучей среде (если плотность не известна), а общее число датчиков превышает число определяемых параметров, которые нужно определить.
2. Параллельная опора, по длине которой размещена эталонная текучая среда с постоянной плотностью. Например, в качестве опоры может использоваться камера, наполненная эталонной жидкостью известной плотности, в которой находится опора с размещенными по ее высоте датчиками разности давлений. Эталонная текучая среда может быть размещена по высоте опоры секциями, но при этом ее давление и давление измеряемой текучей среды должны быть уравновешены. Для достижения более высокой точности измерения давления определяется не абсолютное давление, а разность давлений между эталонной и измеряемой текучими средами.
3. Математическая модель или алгоритм для определения границ раздела текучих сред и плотностей с помощью эпюры давления.
Фиг. 6 изображает модифицированный вариант изобретения, где в качестве примера использован стержень 4 для измерения разности давлений с установленными по длине стержня датчиками 5 разности давлений. Стержень 4 имеет в его продольном направлении канал 6, заполненный эталонной текучей средой, и датчики, расположенные на стенке стержня, позволяют измерить разность давлений между измеряемой текучей средой (например, нефть, вода, газ) снаружи и эталонной текучей средой. Мембрана выравнивания давлений эталонной и измеряемой текучих сред расположена в верхней точке стержня (не показана).
В верхней части фиг. 7 изображена эпюра распределения давления, полученная при использовании датчиков абсолютного давления, а в нижней - график распределения разности давлений. Модифицированный принцип измерения давления, как видно из фигур, позволяет получить более точные результаты измерения давления и более четко определять границы слоев.
В верхней части фигуры отчетливо видна граница раздела нефть/газ, но сложно разлить другую границу вода/нефть, где перегибы на графике не так значительны. Оба слоя более четко видны на нижней фигуре, где представлен график распределения разности давлений. В обоих случаях применяется один и тот же математический алгоритм.
Фиг. 8 изображает взаимосвязь между результатами измерения абсолютного давления, эталонного давления и разности давлений.
Плотности различных текучих сред также можно рассчитать в обоих случаях. Расчет выполняется по крутизне эпюры давления или на основании разности крутизны эпюры измеренной разности давлений и известной плотности эталонной текучей среды в стержне.
В случае если между некоторыми текучими средами имеется плавный переход (например, в случае наличия эмульсии и пены), проще использовать датчик разности давления, как описано при рассмотрении фиг. 6.
Данное изобретение в соответствии с формулой не ограничивается примерами, приведенными выше. Поэтому подобный способ можно применять не только при измерении давления (а, например, плотности), когда число измерений превышает число переменных. Когда связь между неизвестными и результатами измерения найдена, система становится сверхопределенной, что повышает надежность и точность метода измерения.
Claims (8)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ определения уровня/высоты по меньшей мере одной границы раздела 11| -1гх между по меньшей мере двумя текучими средами различной плотности, содержащимися в контейнере, резервуаре и/или подобной емкости, посредством измерения давления и, таким образом, косвенного определения плотности текучих сред в резервуаре по его высоте с использованием стержня для измерения давления с датчиками давления, который размещается в резервуаре и проходит по высоте резервуара, причем количество датчиков давления превышает количество определяемых переменных, при этом граница раздела текучих сред определяется как соответствующий уровень, на котором плотность текучей среды изменяется от одного слоя к другому слою в резервуаре.
- 2. Способ по п.1, в котором соответствующие границы раздела й1-йх текучих сред определяют, используя алгоритм посредством минимизации разности Р и Р, который выражается как и = агд πιΐη Τ’ - СОл) ягде в алгоритме и - вектор определяемых переменных, таких как границы раздела текучих сред и плотности;Р - вектор измеренного давления текучих сред;Р - рассчитанное давление, зависящее от переменных вектора и.
- 3. Способ по п.2, в котором указанный алгоритм основан на использовании метода наименьших квадратов или фильтра Кальмана.
- 4. Устройство для определения уровня/высоты по меньшей мере одной границы раздела й1-йх между по меньшей мере двумя текучими средами различной плотности, содержащимися в контейнере, резервуаре и подобной емкости, выполненное в виде стержня для измерения давления с датчиками давления, расположенными по всей длине стержня, при этом количество датчиков давления превышает количество определяемых переменных.
- 5. Устройство по п.4, в котором указанный стержень имеет канал, проходящий в его продольном направлении и заполненный эталонной текучей средой, датчики разности давления расположены на стенке указанного стержня и способны измерять разность давлений измеряемой текучей среды, например нефти, воды, газа, снаружи стержня и эталонной текучей среды в канале, и мембрана выравнивания давлений измеряемой текучей среды и эталонной среды соединена с указанным стержнем в месте между эталонной текучей средой и измеряемой текучей средой.
- 6. Устройство по п.4 или 5, в котором указанный стержень состоит из удлиненного корпуса, приспособленного для расположения вертикально или наклонно в резервуаре.
- 7. Устройство по одному из пп.4-6, в котором указанный стержень является, по существу, круглым и приспособлен для расположения по периферии резервуара.
- 8. Устройство по одному из пп.4-6, в котором указанный стержень является, по существу, круглым и приспособлен для расположения на стенке резервуара.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20076551A NO327870B1 (no) | 2007-12-19 | 2007-12-19 | Metode og utstyr for bestemmelse av grensesjikt mellom to eller flere fluidfaser |
| PCT/NO2008/000458 WO2009078734A1 (en) | 2007-12-19 | 2008-12-17 | Method and equipment for determining the interface between two or more fluid phases |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201070760A1 EA201070760A1 (ru) | 2011-02-28 |
| EA017667B1 true EA017667B1 (ru) | 2013-02-28 |
Family
ID=40795721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201070760A EA017667B1 (ru) | 2007-12-19 | 2008-12-17 | Способ и устройство для определения границы раздела по меньшей мере двух текучих сред |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8370089B2 (ru) |
| EP (1) | EP2220462A1 (ru) |
| CN (1) | CN101932918B (ru) |
| BR (1) | BRPI0821010A2 (ru) |
| CA (1) | CA2709419A1 (ru) |
| EA (1) | EA017667B1 (ru) |
| MX (1) | MX2010006669A (ru) |
| NO (1) | NO327870B1 (ru) |
| WO (1) | WO2009078734A1 (ru) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101852637A (zh) * | 2010-05-04 | 2010-10-06 | 张殿华 | 油田联合站进油量高精度计量方法 |
| DE102010031857B4 (de) * | 2010-07-22 | 2015-12-03 | Wte Wassertechnik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Schlammspiegeln |
| CN102445251B (zh) * | 2011-09-26 | 2013-05-29 | 华北电力大学（保定） | 一种吸收塔浆液液位及泡沫层厚度测量方法 |
| US9147018B2 (en) * | 2013-01-10 | 2015-09-29 | General Electric Company | Method and system for use in controlling a pressure vessel |
| DE102013109128A1 (de) * | 2013-08-23 | 2015-02-26 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Hydrostatisches Grenzschichtmessgerät |
| CN104035453A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-09-10 | 中冶南方工程技术有限公司 | 一种煤气柜底部油沟油水界面高度检测方法及其装置 |
| FR3021740B1 (fr) * | 2014-06-03 | 2016-06-24 | Snecma | Procede et systeme d'evaluation d'un debit d'un fluide |
| GB2538233A (en) * | 2015-05-08 | 2016-11-16 | Rosemount Measurement Ltd | Improvements in or relating to level switches |
| CN104864944B (zh) * | 2015-06-04 | 2017-12-22 | 安徽江淮汽车集团股份有限公司 | 车用燃油箱标定系统及方法 |
| CN105737937B (zh) * | 2016-03-17 | 2018-10-16 | 叶侃 | 一种阴阳树脂分离层测定系统 |
| FR3080180B1 (fr) * | 2018-04-11 | 2021-08-06 | Saipem Sa | Dispositif et procede pour la determination du niveau d'interface de phase dans un reservoir |
| CN110361068B (zh) * | 2018-04-11 | 2021-06-04 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 一种料位检测装置、系统及方法 |
| JP6990626B2 (ja) * | 2018-06-27 | 2022-01-12 | 株式会社日立製作所 | 因果推論モデル構築方法 |
| CN110231068B (zh) * | 2019-07-09 | 2020-12-08 | 北京大学 | 识别气液界面位置的方法 |
| JP7351716B2 (ja) * | 2019-11-06 | 2023-09-27 | 大成建設株式会社 | 密度測定装置 |
| GB202007838D0 (en) * | 2020-05-26 | 2020-07-08 | Johnson Matthey Plc | An apparatus for profiling a material column |
| WO2023279187A1 (en) * | 2021-07-07 | 2023-01-12 | 9380-1934 Quebec Inc. | Indirect measurement system for identifying the position, density and pressure of an underground liquid or gaseous interface |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5325716A (en) * | 1991-02-12 | 1994-07-05 | Pfister Messtechnik Gmbh | Apparatus for determining the pressure distribution along a limited distance and method for manufacturing it |
| JPH08193867A (ja) * | 1995-01-14 | 1996-07-30 | Ebara Hokusetsu:Kk | 液体および粉体の高さ検知装置 |
| RU2188396C2 (ru) * | 1999-06-02 | 2002-08-27 | Открытое акционерное общество "Автоматизация трубопроводного транспорта" | Способ измерения уровня, плотности, границы раздела и температуры жидкости в резервуаре и устройство для его реализации |
| CN1493878A (zh) * | 2003-09-24 | 2004-05-05 | 王广涛 | 液态环境不同介质界面测定的新方法 |
| RU2277635C2 (ru) * | 2004-08-10 | 2006-06-10 | Открытое акционерное общество "Опытный завод "ЭЛЕКТРОН" | Способ определения дебита нефтяной скважины по жидкости и устройство для его осуществления |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06194207A (ja) | 1992-12-25 | 1994-07-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 流動層レベルの測定装置 |
| ATE423339T1 (de) * | 2001-04-26 | 2009-03-15 | Abb As | Verfahren zur uberwachung und zum erkennen eines sensorausfalls in öl- und gasproduktionssystemen |
| RU2236584C1 (ru) | 2002-12-17 | 2004-09-20 | Открытое акционерное общество "Акционерная компания ОЗНА" | Способ и устройство для измерения дебита нефти |
-
2007
- 2007-12-19 NO NO20076551A patent/NO327870B1/no not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-12-17 EP EP08862273A patent/EP2220462A1/en not_active Withdrawn
- 2008-12-17 MX MX2010006669A patent/MX2010006669A/es active IP Right Grant
- 2008-12-17 EA EA201070760A patent/EA017667B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2008-12-17 WO PCT/NO2008/000458 patent/WO2009078734A1/en active Application Filing
- 2008-12-17 US US12/808,069 patent/US8370089B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2008-12-17 CA CA2709419A patent/CA2709419A1/en not_active Abandoned
- 2008-12-17 CN CN2008801225946A patent/CN101932918B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2008-12-17 BR BRPI0821010-1A patent/BRPI0821010A2/pt not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5325716A (en) * | 1991-02-12 | 1994-07-05 | Pfister Messtechnik Gmbh | Apparatus for determining the pressure distribution along a limited distance and method for manufacturing it |
| JPH08193867A (ja) * | 1995-01-14 | 1996-07-30 | Ebara Hokusetsu:Kk | 液体および粉体の高さ検知装置 |
| RU2188396C2 (ru) * | 1999-06-02 | 2002-08-27 | Открытое акционерное общество "Автоматизация трубопроводного транспорта" | Способ измерения уровня, плотности, границы раздела и температуры жидкости в резервуаре и устройство для его реализации |
| CN1493878A (zh) * | 2003-09-24 | 2004-05-05 | 王广涛 | 液态环境不同介质界面测定的新方法 |
| RU2277635C2 (ru) * | 2004-08-10 | 2006-06-10 | Открытое акционерное общество "Опытный завод "ЭЛЕКТРОН" | Способ определения дебита нефтяной скважины по жидкости и устройство для его осуществления |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2220462A1 (en) | 2010-08-25 |
| MX2010006669A (es) | 2010-08-04 |
| US20100262387A1 (en) | 2010-10-14 |
| BRPI0821010A2 (pt) | 2015-06-16 |
| CN101932918A (zh) | 2010-12-29 |
| NO327870B1 (no) | 2009-10-12 |
| NO20076551L (no) | 2009-06-22 |
| US8370089B2 (en) | 2013-02-05 |
| WO2009078734A1 (en) | 2009-06-25 |
| CN101932918B (zh) | 2013-01-23 |
| EA201070760A1 (ru) | 2011-02-28 |
| CA2709419A1 (en) | 2009-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA017667B1 (ru) | Способ и устройство для определения границы раздела по меньшей мере двух текучих сред | |
| US5770805A (en) | Method and device for measuring a parameter of a fluid having variable density | |
| DK1893952T3 (en) | Method and apparatus for measuring non-homogeneous flow phase velocities. | |
| GB2504000A (en) | In-well full-bore multiphase flowmeter for horizontal wellbores | |
| CA2124300C (en) | Automatic tank gauging system | |
| US20090272188A1 (en) | Binary Liquid Analyzer For Storage Tank | |
| WO2015110413A1 (en) | Subsea storage management system and method for managing a subsea storage system | |
| WO2008150180A2 (en) | Method and apparatus for salinity independent measurement of nonhomogenous flow phase ratios | |
| JPH09506167A (ja) | 改良された方法およびキャパシタンス・プローブ装置 | |
| US20150052997A1 (en) | Hydrostatic Interface Measuring Device | |
| US20160341645A1 (en) | Inline multiphase densitometer | |
| US7726185B2 (en) | System and method for measuring flow in a pipeline | |
| KR101745327B1 (ko) | 연료 질량 및 연료 밀도를 결정하기 위한 방법 | |
| EP3649437B1 (en) | Multi-layer flow and level meter | |
| Skeie et al. | Level estimation in oil/water separators based on multiple pressure sensors and multivariate calibration | |
| RU2340772C2 (ru) | Способ определения обводненности продукции нефтяных скважин "охн+" | |
| GB2564226A (en) | Method and Apparatus For Measuring Flows | |
| US3182502A (en) | Tank gauge apparatus | |
| RU2605530C1 (ru) | Способ учета сжиженных углеводородных газов при хранении в резервуарах | |
| US11454530B1 (en) | Device for measuring and quantifying an emulsion and its contents mass | |
| CN108225476A (zh) | 一种液压测量装置 | |
| RU164123U1 (ru) | Устройство учета сжиженных углеводородных газов при приеме в и отпуске из резервуара | |
| CN108168764A (zh) | 一种液压测量装置及热水器 | |
| RU2695909C1 (ru) | Способ определения обводненности продукции нефтедобывающей скважины | |
| US10724891B2 (en) | Apparatus and method for measuring level |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TC4A | Change in name of a patent proprietor in a eurasian patent | ||
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM RU |