RU2151286C1 - Device for control over flow rate of well production components - Google Patents

Device for control over flow rate of well production components Download PDF

Info

Publication number
RU2151286C1
RU2151286C1 RU98110895A RU98110895A RU2151286C1 RU 2151286 C1 RU2151286 C1 RU 2151286C1 RU 98110895 A RU98110895 A RU 98110895A RU 98110895 A RU98110895 A RU 98110895A RU 2151286 C1 RU2151286 C1 RU 2151286C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
flow rate
gas
amplifier
Prior art date
Application number
RU98110895A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98110895A (en
Inventor
Е.Н. Браго
О.В. Ермолкин
В.Ю. Карташов
М.А. Гавшин
Ю.В. Кузнецов
А.Н. Пономарев
А.Н. Кульков
В.И. Маринин
Л.П. Маловичко
Original Assignee
Государственная академия нефти и газа им. И.М. Губкина
Браго Евгений Николаевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственная академия нефти и газа им. И.М. Губкина, Браго Евгений Николаевич filed Critical Государственная академия нефти и газа им. И.М. Губкина
Priority to RU98110895A priority Critical patent/RU2151286C1/en
Publication of RU98110895A publication Critical patent/RU98110895A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2151286C1 publication Critical patent/RU2151286C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: gas-producing industry. SUBSTANCE: device may be used for measurement of flow rate of gas and quantity of sand in production of operating gas wells. Introduced into device is sand measuring channel to extend functional potentialities of device in its use on gas wells. Introduced into measuring channel of gas flow rate is controlled scaler whose optimal amplification factor is set by microprocessor controller. EFFECT: higher accuracy of measurement of gas flow rate and quantity of sand in production of operating gas wells within wide range of variation of well operating conditions. 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области газодобывающей промышленности и может быть использовано при измерении расхода газа и количества песка в продукции эксплуатационных газовых скважин. The present invention relates to the field of the gas industry and can be used to measure gas flow and the amount of sand in the production of production gas wells.

Известно устройство для контроля твердых примесей в газожидкостных потоках, состоящее из акустического зонда и регистрирующего блока. Акустический зонд состоит из приемного стержня и пьезокристаллического датчика, помещенного в корпус, устанавливаемый на трубопроводе посредством бобышки. Пьезоэлектрический датчик соединен кабелем с блоком регистрации, который содержит последовательно соединенные усилитель, фильтр высоких частот, формирователь сигнала, индикатор и блок сигнализации, контроля и управления, связанный с исполнительным механизмом (см. патент SU N 1357795, кл. G 01 N 15/06, 1986 г.). A device for controlling solid impurities in gas-liquid flows, consisting of an acoustic probe and a recording unit. An acoustic probe consists of a receiving rod and a piezocrystalline sensor placed in a housing mounted on a pipeline by a boss. The piezoelectric sensor is connected by a cable to the recording unit, which contains an amplifier, a high-pass filter, a signal conditioner, an indicator and an alarm, monitoring and control unit connected to an actuator in series (see patent SU N 1357795, class G 01 N 15/06 , 1986).

К недостаткам устройства следует отнести его узкие функциональные возможности, так как устройство не измеряет расход основных компонент газожидкостных потоков, а также невысокую точность измерения количества твердых примесей, так как подавление сигнала помехи возложено на элементы конструкции зонда, а при высоких дебитах, когда резко увеличивается интенсивность и эффективная полоса спектра турбулентности, один фильтр высоких частот не обеспечит четкого выделения информативной полосы частот. The disadvantages of the device include its narrow functionality, since the device does not measure the flow rate of the main components of gas-liquid flows, as well as the low accuracy of measuring the amount of solid impurities, since the suppression of the interference signal is assigned to the probe design elements, and at high rates, when the intensity sharply increases and an effective band of the turbulence spectrum, one high-pass filter will not provide a clear allocation of an informative frequency band.

Известно устройство для определения дебитов компонентов продукции скважин (жидкости и газа), содержащее измерительный модуль, включающий пьезокерамический датчик пульсаций давления и согласующий усилитель, подключенный к двум идентичным каналам, состоящим из фильтров соответственно нижних и верхних частот, блоков детектирования, блоков извлечения квадратного корня и интеграторов, причем выходы последних подключены к блоку вычитания сигналов, подсоединенного к регистраторам расходов жидкости и газа (см. патент РФ N 1060791, МПК E 21 B 47/00, 1991 г.). A device is known for determining the flow rates of components of well production (liquid and gas), comprising a measuring module including a piezoceramic pressure pulsation sensor and matching amplifier connected to two identical channels consisting of low and high frequency filters, detection blocks, square root blocks, and integrators, the outputs of the latter being connected to a signal subtraction unit connected to liquid and gas flow recorders (see RF patent N 1060791, IPC E 21 B 47/00, 1991 g.).

Недостатком этого устройства является невысокая точность определения дебитов при изменении режимов работы скважин, когда в процессе контроля существенно изменяется расход. В этих случаях приходится работать при пониженном коэффициенте усиления, а следовательно, при низком соотношении "полезный сигнал - шум". The disadvantage of this device is the low accuracy of determining the flow rate when changing the operating modes of the wells, when in the control process the flow rate changes significantly. In these cases, you have to work at a reduced gain, and therefore, at a low ratio of "useful signal to noise".

Присутствие в потоке газа значительного количества примесей (песка и водоглинопесчаной смеси) приводит к серьезным осложнениям в работе газопромыслового оборудования и к его разрушению. Поэтому контроль интенсивности выноса примесей и критических дебитов газа, при которых интенсивность выноса примесей существенно возрастает, становится необходимым на поздних этапах разработки газовых месторождений. The presence of a significant amount of impurities in the gas stream (sand and water-clay-sand mixture) leads to serious complications in the operation of gas production equipment and its destruction. Therefore, control of the intensity of the removal of impurities and critical gas rates, at which the intensity of the removal of impurities increases significantly, becomes necessary in the later stages of the development of gas fields.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для контроля расхода компонентов продукции скважин, содержащее пьезокерамический датчик пульсаций давления потока, подключенный к входу согласующего усилительного блока, блок фильтрации, масштабирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к первому входу микропроцессорного контролера, выход которого подключен к второму входу масштабирующего усилителя (см. патент RU N 9103502 C1, кл. E 21 B 47/10, 27.01.98). Closest to the proposed invention is a device for controlling the flow of components of well products, containing a piezoceramic flow pressure pulsation sensor connected to the input of a matching amplifier unit, a filtering unit, a scaling amplifier, an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the first input of a microprocessor controller, the output of which connected to the second input of the scaling amplifier (see patent RU N 9103502 C1, class E 21 B 47/10, 01/27/98).

Недостатком известного устройства является невысокая точность определения дебитов при изменении режимов работы скважин, когда в процессе контроля существенно изменяется расход. A disadvantage of the known device is the low accuracy of determining the flow rate when changing the operating modes of the wells, when the flow rate changes significantly in the control process.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для одновременного измерения расхода газа и количества песка в продукции скважин с повышением точности измерения расхода газа. The objective of the invention is to provide a device for simultaneously measuring gas flow and the amount of sand in the production of wells with increasing accuracy of measuring gas flow.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство, содержащее пьезокерамический датчик пульсаций давления потока, подключенный к входу согласующего усилительного блока, блок фильтрации, масштабирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к первому входу микропроцессорного контроллера, выход которого подключен к второму входу масштабирующего усилителя, согласно изобретению снабжено компаратором уровня и формирователем импульсов, причем блок фильтрации выполнен в виде первого и второго активных полосовых фильтров, согласующий усилитель выполнен в виде широкополосного согласующего усилителя, выход которого подключен ко входам первого и второго активных полосовых фильтров, выход первого активного полосового фильтра подключен к первому входу масштабирующего усилителя, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому входу микропроцессорного контроллера, выход которого подключен ко второму входу масштабирующего усилителя, а выход второго активного полосового фильтра подключен ко входу компаратора уровня, выход которого подключен ко входу формирователя импульсов, выход которого подключен ко второму входу микропроцессорного контролера. The solution to this problem is achieved by the fact that the device containing a piezoceramic flow pressure pulsation sensor connected to the input of the matching amplifier unit, a filtering unit, a scaling amplifier, an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the first input of the microprocessor controller, the output of which is connected to the second input of the scaling amplifier, according to the invention is equipped with a level comparator and a pulse shaper, and the filtering unit is made in the form of the first and second ac Of the common bandpass filters, the matching amplifier is made in the form of a broadband matching amplifier, the output of which is connected to the inputs of the first and second active bandpass filters, the output of the first active bandpass filter is connected to the first input of the scaling amplifier, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the first input of the microprocessor controller, the output of which is connected to the second input of the scaling amplifier, and the output of the second active bandpass filter The device is connected to the input of the level comparator, the output of which is connected to the input of the pulse shaper, the output of which is connected to the second input of the microprocessor controller.

Функционирование предлагаемого устройства осуществляется в соответствии с зависимостями, связывающими расход газа со среднеквадратическим значением информативного сигнала, а количество песка - с количеством импульсов на выходе формирователя импульсов:
Qг = A • G2 (1)

Figure 00000002

где Qг - расход газа;
Кп - количество песка;
G - среднеквадратическое значение сигнала в информативной полосе частот;
S - количество импульсов на выходе формирователя импульсов за время измерения;
V - скорость потока продукции скважины;
A, B - коэффициенты, определяемые на стадии калибровки.The functioning of the proposed device is carried out in accordance with the dependencies connecting the gas flow rate with the mean square value of the informative signal, and the amount of sand - with the number of pulses at the output of the pulse shaper:
Q g = A • G 2 (1)
Figure 00000002

where Q g is the gas flow rate;
To p - the amount of sand;
G is the rms value of the signal in the informative frequency band;
S is the number of pulses at the output of the pulse shaper during the measurement;
V is the well production flow rate;
A, B - coefficients determined at the calibration stage.

Figure 00000003

V = Qг/F (4)
М - количество циклов измерения;
К - коэффициент усиления масштабирующего усилителя;
Xi - мгновенное значение сигнала в информативной полосе частот;
F - площадь поперечного сечения трубопровода.
Figure 00000003

V = Q g / F (4)
M is the number of measurement cycles;
K is the gain of the scaling amplifier;
X i is the instantaneous value of the signal in the informative frequency band;
F is the cross-sectional area of the pipeline.

Блок-схема устройства показана на фиг. 1. Устройство для контроля расхода компонентов продукции скважин состоит из измерительного модуля 1 и вторичного измерительного прибора 2. A block diagram of the device is shown in FIG. 1. A device for controlling the flow of components of well products consists of a measuring module 1 and a secondary measuring device 2.

В состав измерительного модуля входят пьезокерамический датчик 3 и широкополосный согласующий усилитель 4. The composition of the measuring module includes a piezoceramic sensor 3 and a broadband matching amplifier 4.

Во вторичный измерительный прибор входят первый и второй активные полосовые фильтры соответственно 5 и 6, управляемый масштабирующий усилитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8, компаратор уровня 9, формирователь импульсов 10, а также микропроцессорный контроллер 11 с дисплеем 12 и клавиатурой 13. The secondary measuring device includes the first and second active bandpass filters, respectively 5 and 6, a controlled scaling amplifier 7, an analog-to-digital converter 8, a level 9 comparator, a pulse shaper 10, and also a microprocessor controller 11 with a display 12 and a keyboard 13.

Измерительный модуль 1 устанавливается на трубопроводе 14 на определенном расстоянии от специального сужающего устройства 15, устанавливаемого в трубопровод для более интенсивной турбулизации и формирования заданной структуры потока. The measuring module 1 is installed on the pipeline 14 at a certain distance from a special constricting device 15, installed in the pipeline for more intensive turbulization and the formation of a given flow structure.

Вторичный измерительный прибор 2 выполнен переносным и может периодически подключаться к измерительному модулю 1. Устройство работает следующим образом. The secondary measuring device 2 is portable and can be periodically connected to the measuring module 1. The device operates as follows.

Сигнал с пьезокерамического датчика 3 через широкополосный согласующий усилитель 4, служащий для предварительного усиления сигнала в широком частотном диапазоне и согласования высокоомного выходного сопротивления пьезокерамического датчика с выходным сопротивлением вторичного измерительного прибора 2, поступает на первый и второй активные полосовые фильтры 5 и 6, выделяющие сигналы для двух информационных каналов. The signal from the piezoceramic sensor 3 through a broadband matching amplifier 4, which serves to pre-amplify the signal in a wide frequency range and match the high-resistance output resistance of the piezoceramic sensor with the output resistance of the secondary measuring device 2, is fed to the first and second active bandpass filters 5 and 6, which select signals for two information channels.

Первый активный полосовой фильтр 5 формирует информативную полосу частот канала "расход газа". Он выделяет и усиливает сигнал с частотными составляющими в диапазоне от десятков до сотен герц. С выхода активного полосового фильтра 5 сигнал поступает на первый вход масштабирующего усилителя 7. Оптимальный коэффициент усиления этого усилителя задается автоматически микропроцессорным контроллером 11, выход которого подан на второй вход масштабирующего усилителя 7. Выход масштабирующего усилителя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 8, с выхода которого сигнал поступает на первый вход (последовательный цифровой вход) микропроцессорного контроллера 11. Микропроцессорный контроллер производит вычисления в соответствии с алгоритмом функционирования и по окончании измерений полученное значение индицируется на цифровом дисплее 12. The first active bandpass filter 5 forms an informative frequency band of the channel "gas flow". It isolates and amplifies the signal with frequency components in the range from tens to hundreds of hertz. From the output of the active bandpass filter 5, the signal is supplied to the first input of the scaling amplifier 7. The optimal gain of this amplifier is set automatically by the microprocessor controller 11, the output of which is fed to the second input of the scaling amplifier 7. The output of the scaling amplifier is connected to the output of the analog-to-digital converter 8, from the output which signal is fed to the first input (serial digital input) of the microprocessor controller 11. The microprocessor controller performs the calculations in accordance Corollary to the algorithm operation and at the end of the measurement value obtained is displayed on the digital display 12.

Формирование информационного сигнала канала "песок" производится следующим образом. Второй активный полосовой фильтр 6 выделяет и усиливает сигнал с частотными составляющими в диапазоне сотен килогерц. Выделенный и усиленный сигнал поступает на компаратор уровня 9. Порог срабатывания компаратора уровня настраивается заведомо выше уровня шумов. При появлении полезного сигнала с амплитудой выше порогового уровня компаратор уровня срабатывает и запускает формирователь импульсов 10. По общему числу импульсов можно судить об интенсивности ударного воздействия частиц песка. Импульсы с выхода формирователя импульсов 10 поступают на второй вход (вход внешнего прерывания) микропроцессорного контроллера 11. После соответствующей обработки информации в микропроцессорном контроллере полученное значение индицируется на цифровом дисплее 12. The formation of the information signal of the channel "sand" is as follows. The second active bandpass filter 6 isolates and amplifies the signal with frequency components in the range of hundreds of kilohertz. The selected and amplified signal is fed to a level 9 comparator. The threshold of the level comparator is set to be known to be higher than the noise level. When a useful signal appears with an amplitude above the threshold level, the level comparator is activated and starts the pulse shaper 10. The total number of pulses can be used to judge the intensity of the impact of sand particles. The pulses from the output of the pulse shaper 10 are fed to the second input (external interrupt input) of the microprocessor controller 11. After appropriate processing of the information in the microprocessor controller, the obtained value is displayed on the digital display 12.

Клавиатура 13 служит для ввода параметров процессора измерения. The keyboard 13 is used to enter the parameters of the measurement processor.

Алгоритм работы микропроцессорного контроллера 11 приведен на фиг. 2. Он содержит следующие основные операторы. The algorithm of operation of the microprocessor controller 11 is shown in FIG. 2. It contains the following basic operators.

По первому входу:
1 - пуск;
2 - подпрограмма самотестирования;
3 - подпрограмма инициализации ресурсов системы;
4 - ввод с клавиатуры количества циклов измерения М;
5 - обнуление накопителей каналов расхода газа и количества песка;
6 - инициализация коэффициента усиления K масштабирующего усилителя;
7 - чтение из АЦП мгновенного значения сигнала Xi в информативной полосе частот;
8 - накопление суммы (Xi/K)2;
9 - подпрограмма расчета оптимального K;
10 - вывод K на выход микропроцессорного контроллера;
11 - проверка окончания последнего цикла измерения;
12 - вычисление среднеквадратического значения G;
13 - вычисление расхода газа и количества песка по формулам (1) и (2) соответственно;
14 - вывод Gr и Kп на индикацию;
15 - конец.On the first entrance:
1 - start;
2 - self-test routine;
3 - subroutine initialization of system resources;
4 - input from the keyboard the number of measurement cycles M;
5 - zeroing the drives of the gas flow channels and the amount of sand;
6 - initialization of the gain K of the scaling amplifier;
7 - reading from the ADC of the instantaneous value of the signal X i in an informative frequency band;
8 - accumulation of the amount (X i / K) 2 ;
9 - subroutine for calculating the optimal K;
10 - output K to the output of the microprocessor controller;
11 - verification of the end of the last measurement cycle;
12 - calculation of the rms value of G;
13 - calculation of gas flow and the amount of sand according to formulas (1) and (2), respectively;
14 - conclusion of G r and K p on the display;
15 - the end.

По второму входу:
16 - старт подпрограммы обработки прерываний от формирователя импульсов;
17 - увеличение на единицу накопителя канала "песок";
18 - возврат в основную программу.On the second entrance:
16 - start of the interrupt processing routine from the pulse shaper;
17 - increase per unit drive channel "sand";
18 - return to the main program.

Claims (1)

Устройство для контроля расхода компонентов продукции скважин, содержащее пьезокерамический датчик пульсаций давления потока, подключенный к входу согласующего усилительного блока, блок фильтрации, масштабирующий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к первому входу микропроцессорного контроллера, выход которого подключен к второму входу масштабирующего усилителя, отличающееся тем, что оно снабжено компаратором уровня и формирователем импульсов, причем блок фильтрации выполнен в виде первого и второго активных полосовых фильтров, согласующий усилитель выполнен в виде широкополосного согласующего усилителя, выход которого подключен ко входам первого и второго активных полосовых фильтров, выход первого активного полосового фильтра подключен к первому входу масштабирующего усилителя, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, а выход второго активного полосового фильтра подключен ко входу компаратора уровня, выход которого подключен ко входу формирователя импульсов, выход которого подключен ко второму входу микропроцессорного контроллера. A device for controlling the flow of components of well products containing a piezoceramic flow pressure pulsation sensor connected to the input of a matching amplifier unit, a filtering unit, a scaling amplifier, an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the first input of the microprocessor controller, the output of which is connected to the second input of the scaling amplifier , characterized in that it is equipped with a level comparator and a pulse shaper, and the filtering unit is made in the form of a first and second of active bandpass filters, the matching amplifier is made in the form of a broadband matching amplifier, the output of which is connected to the inputs of the first and second active bandpass filters, the output of the first active bandpass filter is connected to the first input of the scaling amplifier, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter, and the output the second active bandpass filter is connected to the input of the level comparator, the output of which is connected to the input of the pulse shaper, the output of which is connected to the second input of the microprocessor.
RU98110895A 1998-06-08 1998-06-08 Device for control over flow rate of well production components RU2151286C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98110895A RU2151286C1 (en) 1998-06-08 1998-06-08 Device for control over flow rate of well production components

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98110895A RU2151286C1 (en) 1998-06-08 1998-06-08 Device for control over flow rate of well production components

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98110895A RU98110895A (en) 2000-03-10
RU2151286C1 true RU2151286C1 (en) 2000-06-20

Family

ID=20206982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98110895A RU2151286C1 (en) 1998-06-08 1998-06-08 Device for control over flow rate of well production components

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2151286C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3200167B2 (en) How to measure the mass flow of a liquid flow
DE60301396D1 (en) A method and apparatus for acoustically detecting a fluid leak behind a well pipe
JP2000513109A (en) How to treat liquid
EP1085301A3 (en) Vortex Flowmeter
US4550603A (en) Abnormal noise detector for use in the inspection of gear units
US6573696B1 (en) Evaluation method for a particle counter and device for carrying out said method
RU2151286C1 (en) Device for control over flow rate of well production components
EP0519754B1 (en) Non-intrusive liquid flow meter for liquid component of two phase flow based on solid or fluid borne sound
RU2151287C1 (en) Device for control over flow rate of well production components
US5730942A (en) Apparatus for measuring the content of foreign substances in a gas stream
RU2151288C1 (en) Device for control over flow rate of well production components
RU2148168C1 (en) Device for control over flow rate of well production components
RU2148711C1 (en) Device for checking flow rate of components in products of wells
JP2721620B2 (en) Dispensing device with blockage detection function
RU2154162C2 (en) Device for control over flow rate of well production components
JPS59176643A (en) Measuring device for fine leakage of valve
CA2347740C (en) Evaluation method for a particle counter and device for carrying out said method
CN102374880B (en) Gas flowmeter, ion migration-based portable detection equipment, and method for measuring gas flow
JP3316770B2 (en) Flow measurement method and acoustic displacement flow meter
RU2105145C1 (en) Method for measuring flow rate of phases in gas-liquid stream
RU2654099C1 (en) Device for control over the wells production components flow rate
RU2249690C1 (en) Device for controlling gas flow and admixtures amount in gas wells product
RU2249691C1 (en) Device for controlling gas flow and admixtures amount in gas wells product
RU2098777C1 (en) Microprocessor vibration meter
EP0119772A2 (en) Improvements in or relating to determining the presence of a contaminant in a gaseous carrier

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110609