RU172259U1

RU172259U1 - Первичный преобразователь для измерения импеданса двухфазного потока в трубопроводных системах

Info

Publication number: RU172259U1
Application number: RU2017106633U
Authority: RU
Inventors: Владимир Петрович Розум; Александр Александрович Рогалев; Александр Корнелиевич Чаховский; Алексей Валерьевич Сотцев; Виктор Владимирович Голованов; Рамир Варисович Акбашев
Original assignee: Пильцов Сергей Сергеевич; Соколов Антон Геннадьевич
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2017-07-03

Abstract

Использование: для контроля состава и дебита скважинных потоков при добыче нефти. Сущность полезной модели заключается в том, что первичный преобразователь содержит кольцевые электроды с внутренним диаметром, соответствующим диаметру трубопровода, которые образуют измерительную систему и включают два электрода воздействия и два электрода измерения, при этом электроды воздействия соединяются с источником переменного напряжения и измерителем тока, а электроды измерения соединяются с измерителем напряжения. Технический результат: обеспечение возможности повышения надежности измерения импеданса двухфазного потока в трубопроводных системах. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к средствам измерения и может быть использована для контроля состава и дебита скважинных потоков при добыче нефти.

Известна конструкция первичного преобразователя (патент РФ № 2339936, 27.11.2008 г.), используемого для определения электрической емкости (диэлектрической проницаемости) преимущественно жидкости - нефтепродуктов, который состоит из пластинчатых электродов, образующих электрический конденсатор и расположенных на противоположных сторонах диэлектрической подложки. При этом указанные пластинчатые электроды включают электрод воздействия, соединенный с источником переменного электрического напряжения, и электрод измерения, подключенный к преобразователю токового сигнала. С зазором относительно указанных электродов воздействия и измерения расположен кольцевой экранный электрод, соединенный с источником электрического тока.

Недостатком указанного решения, не позволяющим применить его в трубопроводных системах, является недостаточная надежность проводимых измерений импеданса, обусловленная тем, что

электрический конденсатор устанавливается внутри потока и является для него препятствием, что приводит к постепенному загрязнению электродов и изменению функции преобразования состава и структуры потока в электрический импеданс, а также увеличивает динамическое сопротивление потоку с увеличением рабочего давления во всей трубопроводной системе;

конструкция чувствительного элемента с выделением локального измерительного пространства не позволяет получить интегральное измерение, характеризующее весь поток в поперечном сечении трубопровода;

двухэлектродная схема измерения приведенной конструкции не позволяет производить достаточно точные измерения потоков с высокой электропроводностью, например, высокодебитных скважин с плотностью пластовой воды в диапазоне от 1,02 до 1,2 кг/л, поскольку при измерении низких сопротивлений высокую погрешность вносят переходные сопротивления подключения электродов конденсатора к измерительной схеме и влияние тонких приэлектродных слоев.

Известна конструкция первичного преобразователя (патент РФ № 104727, 20.05.2011 г.), принятого за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, содержащего пластинчатые электроды, погружаемые в контролируемую среду многокомпонентного состава (эмульсию, например жидкий нефтепродукт, раствор, например, этилового спирта и т.п.), образующие электрический конденсатор и включающие электрод воздействия, соединенный с источником переменного электрического напряжения, и электрод измерения, подключенный к преобразователю токового сигнала. Кроме того, в состав первичного преобразователя входят также два защитных экранных электрода, подключенные к источникам электрического напряжения, эквипотенциальным электроду воздействия и электроду измерения соответственно.

Недостатком данного решения также является недостаточное обеспечение надежности измерений импеданса, обусловленное вышеуказанными причинами для предыдущего аналога, что ограничивает его применение в трубопроводных системах.

Задачей полезной модели является создание простой конструкции первичного преобразователя, обеспечивающей контроль параметров газожидкостных потоков в трубопроводных системах при нефтедобыче и других отраслях промышленности.

Техническим результатом полезной модели является повышение надежности проведения измерений импеданса двухфазного потока в трубопроводных системах за счет повышения точности и стабильности измерений.

Технический результат достигается при использовании первичного преобразователя для измерения импеданса двухфазного потока в трубопроводных системах, содержащего кольцевые электроды с внутренним диаметром, соответствующим диаметру трубопровода, которые образуют измерительную систему и включают два электрода воздействия и два электрода измерения, при этом электроды воздействия соединяются с источником переменного напряжения и измерителем тока, а электроды измерения соединяются с измерителем напряжения.

Выполнение электродов кольцевыми с внутренним диаметром, соответствующим диаметру трубопровода, позволяет получить конструкцию первичного преобразователя, не создающего препятствия потоку жидкости в трубопроводе, что исключает загрязнение электродов, а также изменение функции преобразования в электрический импеданс, что в итоге обеспечивает стабильность проводимых измерений и повышает их надежность. Такое исполнение электродов позволяет создать измерительное пространство, которое охватывает весь поток в поперечном сечении и обеспечивает измерение его интегральных характеристик. Четырехэлектродное исполнение позволяет также производить точное измерение малых значений импеданса для потоков с высокой электропроводностью за счет исключения влияния соизмеримых сопротивлений монтажа и влияния тонкого приэлектродного слоя в токовой цепи.

Кроме того, допускается использование двуэлектродного исполнения первичного преобразователя с корректировкой схемы подключения электрода воздействия и электрода измерения с источником переменного напряжения и измерителями тока и напряжения. В таком упрощенном варианте исполнения измерение электрического импеданса производится с достаточной точностью, поскольку переходные сопротивления подключения несоизмеримо малы по сравнению с измеряемым импедансом среды.

На фигуре показано подключение четырехэлектродного первичного преобразователя для измерения импеданса двухфазного потока в трубопроводных системах.

Первичный преобразователь 1 образован четырьмя кольцевыми электродами - двумя электродами воздействия 3 (внутренние) и думая электродами измерения 4 (внешние), при этом электроды воздействия 3 соединяются с источником (генератором) переменного напряжения 5 и измерителем тока 6, а электроды измерения 4 соединяются с измерителем напряжения 7. Электроды измерения 4 имеют ширину B_i. Измерительное пространство, в котором протекает контролируемый поток, имеет длину L и диаметр ДУ. Электроды воздействия 3 размещены на расстоянии Δ от электродов измерения 4 и имеют ширину B_u. Ширина электродов измерения 4 и длина измерительного пространства выбираются под контролируемую среду для обеспечения необходимой точности измерения импеданса: увеличение ширины электродов измерения 4 приводит к уменьшению импеданса, увеличение длины измерительного пространства - к увеличению импеданса. Монтаж первичного преобразователя 1 проводится аналогичным образом, описанным выше для двухэлектродного исполнения первичного преобразователя 1.

Предусматривается следующая схема измерения. Источник (генератор) переменного электрического напряжения 5 через резистор 8 подключается к одному из электродов измерения 4 и обеспечивает воздействие электрического поля на контролируемое измерительное пространство. Ко второму электроду измерения 4 подключается измеритель тока 6, протекающего через измерительное пространство, между электродами воздействия 3 измерителем напряжения 7 производится измерение электрического напряжения на участке измерительного пространства, не включающего электроды измерения 4 и приэлектродные слои возле них.

При этом

конструкция первичного преобразователя не имеет препятствий потоку жидкости;

измерительное пространство охватывает весь поток в поперечном сечении и обеспечивает измерение его интегральных характеристик;

обеспечивается точное измерение малых значений импеданса для потоков с высокой электропроводностью, поскольку при четырехэлектродной схеме измерения исключается влияние соизмеримых сопротивлений монтажа и влияния тонкого приэлектродного слоя в токовой цепи.

Таким образом, предложен первичный преобразователь, который обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики, точность и стабильность измерений, отличается простотой конструкции, надежностью процесса измерений и может быть использован для надежного и качественного контроля газожидкостных потоков в трубопроводных системах.

Claims

Первичный преобразователь для измерения импеданса двухфазного потока в трубопроводных системах, характеризующийся тем, что содержит кольцевые электроды с внутренним диаметром, соответствующим диаметру трубопровода, которые образуют измерительную систему и включают два электрода воздействия и два электрода измерения, при этом электроды воздействия соединяются с источником переменного напряжения и измерителем тока, а электроды измерения соединяются с измерителем напряжения.