RU2001102593A

RU2001102593A - Устройство измерения параметров текучих сред в трубе и способ его осуществления

Info

Publication number: RU2001102593A
Application number: RU2001102593/28A
Authority: RU
Inventors: Дэниел Л. ГИСЛИНГ; Элан Д. КЕРСИ; Джеймс Д. ПАДВАНО
Original assignee: Сидрэ Копэрейшн
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 2003-02-20

Claims

1. Устройство для измерения параметров текучих сред в трубе, в частности, скорости звука через текучую среду или смесь текучих сред в трубе, отличающееся тем, что оно снабжено рядом распределенных в пространстве датчиков, содержащим по крайней мере два датчика давления, расположенных в разных осевых положениях вдоль трубы с возможностью измерения акустического давления внутри трубы в соответствующем осевом положении и выработки каждым из упомянутых датчиков сигнала измеряемой величины акустического давления, характеризующего величину акустического давления внутри трубы в упомянутом осевом положении, соответствующем одному из упомянутых датчиков, и процессором сигналов, выполненным с возможностью восприятия упомянутых сигналов давления и объединения упомянутых измеряемых величин давления с образованием сигнала, характеризующего скорость звука через текучую среду или смесь текучих сред в трубе.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый процессор сигналов выполнен с возможностью вычисления скорости распространения звука вдоль упомянутого ряда распределенных в пространстве датчиков.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый процессор сигналов выполнен с возможностью вычисления сигнала в частотной области для каждого из упомянутых сигналов акустического давления.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что упомянутый процессор сигналов выполнен с возможностью вычисления отношения двух из упомянутых сигналов, зависящих от частоты.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый ряд распределенных в пространстве датчиков содержит по крайней мере три датчика.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит три упомянутых датчика, а упомянутый процессор сигналов выполнен с возможностью одновременного решения следующих уравнений упомянутой скорости звука:

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый процессор сигналов выполнен с возможностью вычисления упомянутой скорости звука в упомянутой смеси посредством следующего соотношения:

где

где a_mix является скоростью звука в смеси в трубе, ω является частотой (в рад/с), а М_x является осевым числом Маха потока смеси внутри трубы:

где V_mix является осевой скоростью смеси, а P₁(ω), P₂(ω), P₃(ω) являются упомянутыми зависящими от частоты сигналами для каждого из упомянутых сигналов акустического давления.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутые датчики расположены на одинаковых расстояниях друг от друга, а упомянутый процессор сигналов выполнен с возможностью вычисления скорости звука в смеси с числом Маха малым по сравнению с единицей, посредством следующего соотношения:

где P₁₂ = P₁(ω)/P₂(ω), P₁₃ = P₁(ω)/P₃(ω), i является квадратным корнем из -1, Δx является расстоянием по оси между датчиками, а_mix является скоростью звука в смеси в трубе, ω является частотой (в рад/с), а P₁(ω), P₂(ω), P₃(ω) являются упомянутыми зависящими от частоты сигналами для каждого из упомянутых сигналов акустического давления.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутые датчики расположены вдоль оси на одинаковых расстояниях друг от друга, а упомянутый процессор сигналов выполнен с возможностью вычисления скорости звука в смеси с числом Маха малым по сравнению с единицей, посредством следующего отношения:

где a_mix является скоростью звука в смеси в трубе, ω является частотой (в рад/с), Δx является расстоянием по оси между датчиками, а P₁(ω), P₂(ω), P₃(ω) являются упомянутыми зависящими от частоты сигналами для каждого из упомянутых сигналов акустического давления.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что процессор сигналов содержит логическую схему вычисления состава текучей среды в смеси в трубе.

11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутый процессор сигналов содержит логическую схему вычисления состава текучей среды в смеси посредством следующего соотношения:

где а₁, а₂ являются известными скоростями звука, ρ₁, ρ₂ являются известными плотностями, h₁, h₂ являются объемными частями двух соответствующих текучих сред, а а_mix является скоростью звука в смеси.

12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что процессор сигналов выполнен с возможностью вычисления скорости звука через смесь по крайней мере трех текучих сред и выдачи сигнала, характеризующего скорость звука, относящуюся к двум из упомянутых текучих сред.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что упомянутыми двумя текучими средами, от которых в основном зависит скорость звука, являются: нефть/вода, нефть/газ или вода/газ.

14. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упомянутые датчики давления являются оптоволоконными датчиками давления.

15. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по крайней мере один из упомянутых датчиков давления содержит оптоволоконный датчик давления на базе решетки Брэгга.

16. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по крайней мере один из упомянутых датчиков давления выполнен с возможностью измерения усредненного по кругу давления в упомянутом осевом положении упомянутого датчика.

17. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по крайней мере один из упомянутых датчиков давления выполнен с возможностью измерения давления в более, чем одной точке на окружности трубы в упомянутом заданном осевом положении упомянутого датчика.

18. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по крайней мере один из упомянутых датчиков давления выполнен с возможностью измерения деформации на трубе.

19. Способ измерения параметров текучих сред в трубе, в частности, скорости звука через текучую среду или смесь текучих сред в трубе, отличающийся тем, что измеряют акустическое давление внутри трубы в по крайней мере двух заданных осевых положениях измерения вдоль трубы и получают по крайней мере два соответствующих сигнала измеренной величины давления, и затем вычисляют скорость звука через текучую среду или смесь текучих сред посредством объединения упомянутых по крайней мере двух сигналов измеренной величины давления.

20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что на упомянутом этапе вычисления вычисляют скорость распространения звука вдоль упомянутых осевых положений измерения.

21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что на упомянутом этапе вычисления вычисляют зависящие от частоты сигналы для упомянутых акустических давлений.

22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что на упомянутом этапе вычисления вычисляют отношения двух из упомянутых зависящих от частоты сигналов.

23. Способ по п. 19, отличающийся тем, что на упомянутом этапе измерения измеряют акустическое давление в по крайней мере трех осевых положениях измерения вдоль трубы.

24. Способ по п. 19, отличающийся тем, что на упомянутом этапе измерения измеряют акустическое давление в трех осевых положениях измерения вдоль трубы, а на упомянутом этапе вычислений одновременно решают следующие уравнения для скорости звука:

25. Способ по п. 19, отличающийся тем, что на упомянутом этапе вычислений вычисляют упомянутую скорость звука в смеси посредством следующего соотношения:

где

где а_mix является скоростью звука через смесь в трубе, ω является частотой (в рад/с), а М_x является осевым числом Маха потока смеси внутри трубы:

26. Способ по п. 19, отличающийся тем, что упомянутые положения измерения расположены вдоль оси на одинаковых расстояниях друг от друга, а на упомянутом этапе вычисления вычисляется скорость звука в смеси с малым числом Маха, посредством соотношения:

где P₁₂ = P₁(ω)/P₂(ω), P₁₃ = P₁(ω)/P₃(ω), i является корнем квадратным из -1, Δx является расстоянием по оси между датчиками, а_mix является скоростью звука в смеси в трубе, ω является частотой (в рад/с), а P₁(ω), P₂(ω), P₃(ω) являются упомянутыми зависящими от частоты сигналами для каждого из упомянутых акустических давлений.

27. Способ по п. 19, отличающийся тем, что измеряют акустическое давление внутри трубы в положениях измерения, которые расположены вдоль оси на одинаковых расстояниях друг от друга, а на упомянутом этапе вычислений вычисляют скорость звука в смеси с числом Маха малым по сравнению с единицей, посредством следующего соотношения:

где а_mix является скоростью звука через смесь в трубе, ω является частотой (в рад/с), Δx является расстоянием по оси между упомянутыми положениями измерения, а P₁(ω), P₂(ω), P₃(ω) являются упомянутыми зависящими от частоты сигналами для каждого из упомянутых акустических давлений.

28. Способ по п. 19, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют состав текучей среды в смеси в трубе.

29. Способ по п. 19, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют состав текучей среды в смеси посредством соотношения:

где а₁, a₂ являются известными скоростями звука, ρ₁, ρ₂ являются известными плотностями, h₁, h₂ являются объемными частями двух соответствующих текучих сред, а а_mix является скоростью звука в смеси.

30. Способ по п. 19, отличающийся тем, что вычисляют скорость звука, которая в основном определяется двумя текучими средами в смеси.

31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что вычисляют скорость звука, которая в основном определяется следующими двумя текучими средами: нефть/вода, нефть/газ или вода/газ.

32. Способ по п. 19, отличающийся тем, что измерения выполняют оптоволоконными датчиками давления.

33. Способ по п. 19, отличающийся тем, что измерения выполняют оптоволоконными датчиками давления на базе решетки Брэгга.

34. Способ по п. 19, отличающийся тем, что на упомянутом этапе измерения измеряют усредненное по кругу давление в упомянутом осевом положении упомянутого датчика.

35. Способ по п. 19, отличающийся тем, что на упомянутом этапе измерения измеряют давление в более, чем одной точке, по окружности трубы в упомянутом осевом положении упомянутого датчика.