RU2307328C1 - System for measuring component-wise flow of three-component gas-liquid flow of oil wells - Google Patents
System for measuring component-wise flow of three-component gas-liquid flow of oil wells Download PDFInfo
- Publication number
- RU2307328C1 RU2307328C1 RU2006122461/28A RU2006122461A RU2307328C1 RU 2307328 C1 RU2307328 C1 RU 2307328C1 RU 2006122461/28 A RU2006122461/28 A RU 2006122461/28A RU 2006122461 A RU2006122461 A RU 2006122461A RU 2307328 C1 RU2307328 C1 RU 2307328C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- resonators
- resonator
- flow
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности для контроля дебита нефтяных скважин.The invention relates to measuring equipment and can be used in the oil industry to control the flow rate of oil wells.
Известна система измерения покомпонентного расхода многофазного потока нефтяных скважин, содержащего нефть, газ и воду (см. патент РФ №2270981, МПК G01F 15/08, G01F 1/74, G01F 1/84, E21B 47/10).A known system for measuring the component flow rate of a multiphase flow of oil wells containing oil, gas and water (see RF patent No. 2270981, IPC G01F 15/08, G01F 1/74, G01F 1/84, E21B 47/10).
Эта система содержит сепаратор, обеспечивающий разделение газового и жидкого компонентов контролируемого потока, а также микроволновый влагомер, определяющий содержание воды в жидком компоненте методом радиоволнового зондирования.This system contains a separator that separates the gas and liquid components of the controlled stream, as well as a microwave moisture meter that determines the water content in the liquid component by radio wave sensing.
Недостатком данной системы является невозможность определения компонентного состава многофазного потока без его предварительного сепарирования: механического разделения на газовую и жидкую фракции.The disadvantage of this system is the inability to determine the component composition of a multiphase flow without prior separation: mechanical separation into gas and liquid fractions.
От этого недостатка свободны системы измерения покомпонентного расхода трехкомпонентного газожидкостного потока, содержащие радиоволновый датчик покомпонентного состава потока, СВЧ-генератор и вычислительно-управляющий блок (см. патент РФ №2063615, МПК G01F 1/56, патент РФ №43068, МПК G01F 1/74 и патент РФ №2275604, МПК G01F 1/74). Указанные системы не требуют сепарирования газожидкостного потока, однако обладают другим недостатком: невозможностью достоверного радиоволнового зондирования контролируемого потока при наличии в нем соленой воды. Этот недостаток обусловлен затуханием микроволнового радиоизлучения СВЧ-генератора известных систем в существенно электропроводной соленой воде. Поскольку содержание растворенных в скважинной воде солей составляет десятки граммов на литр, скважинная вода обладает высокой электропроводностью, что делает ее фактически нерадиопрозрачной для микроволнового излучения и не дает возможности достоверного радиоконтроля водосодержания на сверхвысоких частотах.Free from this drawback are systems for measuring the component flow rate of a three-component gas-liquid stream, containing a radio wave sensor of component composition of the stream, a microwave generator, and a computing and control unit (see RF patent No. 2063615, IPC
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известная система измерения покомпонентного расхода многокомпонентного газожидкостного потока, в состав которой входят радиоволновый датчик, содержащий высокочастотные резонаторы, каждый из которых представляет собой зигзагообразный проводник в виде обмотки из медного провода, и электронное вычислительно-управляющее устройство, содержащее вычислительно-управляющий блок и управляемый высокочастотный генератор, в качестве которого использован управляемый синтезатор частоты (см. заявку на изобретение РФ №2002100228/28, МПК G01F 1/00, G01F 5/00). Данная система принята за ближайший аналог (прототип) предлагаемого изобретения.Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is a known system for measuring the component flow rate of a multi-component gas-liquid flow, which includes a radio wave sensor containing high-frequency resonators, each of which is a zigzag conductor in the form of a winding made of copper wire, and an electronic computer a control device containing a computing-control unit and a controlled high-frequency generator, as a cat cerned used controlled frequency synthesizer (see. for invention application of RF №2002100228 / 28 IPC
В основу работы известной системы положены два метода измерения. Для измерения покомпонентного состава потока выбран метод высокочастотного радиоволнового зондирования контролируемой среды с помощью высокочастотного резонатора; в этом методе в качестве информативных параметров сигнала о покомпонентном составе контролируемой среды используются параметры резонансного поглощения этой средой высокочастотного электромагнитного поля на нескольких резонансных частотах, например на двух резонансных частотах Fрез1, Fpeз2, лежащих в ВЧ-диапазоне.The known system is based on two measurement methods. To measure the component composition of the flow, the method of high-frequency radio wave sounding of a controlled medium using a high-frequency resonator was chosen; In this method, as informative parameters of the signal about the component-wise composition of the controlled medium, the parameters of the resonant absorption of the high-frequency electromagnetic field by this medium at several resonant frequencies, for example, at two resonant frequencies F res1 , F pez2 , lying in the high-frequency range, are used.
Для измерения скорости контролируемого потока в известной системе выбран автокорреляционный метод измерения скорости, основанный на измерении времени прохождения некоторой базовой длины радиоволнового датчика локальной неоднородностью компонентного состава потока; указанное время определяется либо по максимуму взаимной корреляционной функции (ВКФ) временных реализации двух радиоволновых ВЧ-сигналов, характеризующих данную неоднородность, либо по минимуму дискриминационной характеристики, представляющей собой ВКФ первой производной временной реализации одного из указанных сигналов и временной реализации другого из этих сигналов.To measure the speed of a controlled flow in a known system, an autocorrelation method of measuring speed was selected based on measuring the transit time of a certain base length of a radio wave sensor by local inhomogeneity of the component composition of the flow; the indicated time is determined either by the maximum of the mutual correlation function (VKF) of the temporal realization of two radio wave RF signals characterizing this heterogeneity, or by the minimum of the discriminatory characteristic, which is the VKF of the first derivative of the temporary realization of one of these signals and the temporal realization of the other of these signals.
В состав радиоволнового датчика данной системы входят последовательно установленные первый и второй открытые радиоволновые цилиндрические высокочастотные резонаторы, каждый из которых снабжен отдельным вводом и отдельным выводом, а в состав электронного вычислительно-управляющего устройства этой системы входят вычислительно-управляющий блок, управляемый высокочастотный генератор, входной усилитель, а также два передающих тракта, каждый из которых представляет собой последовательно соединенные входной усилитель, амплитудный детектор и аналого-цифровой преобразователь.The structure of the radio wave sensor of this system includes sequentially installed first and second open radio wave cylindrical high-frequency resonators, each of which is equipped with a separate input and a separate output, and the electronic computer-control device of this system includes a computer-control unit, a controlled high-frequency generator, an input amplifier , as well as two transmission paths, each of which is a series-connected input amplifier, amplitude det ktor and analog-to-digital converter.
Вывод первого и вывод второго открытых радиоволновых цилиндрических резонаторов известной системы подключены каждый к одному из соответствующих входов вычислительно-управляющего блока через один из соответствующих передающих трактов, а ввод первого и ввод второго резонаторов соединены с выходом управляемого высокочастотного генератора через входной усилитель, причем ввод и вывод каждого из упомянутых резонаторов подсоединены каждый к одной из двух различных, диаметрально противоположно расположенных точек зигзагообразного короткозамкнутого проводника соответствующего резонатора. Каждый из двух открытых радиоволновых цилиндрических высокочастотных резонаторов известной системы представляет собой обмотку из медной проволоки, зигзагообразно размещенной на наружной цилиндрической поверхности диэлектрической трубы данного высокочастотного резонатора, которая соосно установлена внутри трубчатого металлического корпуса данного высокочастотного резонатора.The output of the first and the output of the second open radio wave cylindrical resonators of the known system are each connected to one of the corresponding inputs of the computing and control unit through one of the respective transmission paths, and the input of the first and input of the second resonators are connected to the output of the controlled high-frequency generator through the input amplifier, the input and output each of the aforementioned resonators are each connected to one of two different diametrically opposite points of the zigzag short shorted conductor of the corresponding resonator. Each of the two open radio-wave cylindrical high-frequency resonators of the known system is a winding of copper wire, zigzag mounted on the outer cylindrical surface of the dielectric tube of this high-frequency resonator, which is coaxially mounted inside the tubular metal casing of this high-frequency resonator.
В связи с тем что в известной системе в качестве зондирующего радиоволнового сигнала используется высокочастотное электромагнитное поле, она позволяет зондировать газожидкостный поток на относительно низкой, по сравнению с микроволновым излучением, частоте и тем самым дает возможность достоверно контролировать параметры газожидкостного потока даже при наличии в нем соленой воды.Due to the fact that the known system uses a high-frequency electromagnetic field as a probing radio wave signal, it makes it possible to probe a gas-liquid stream at a relatively low frequency compared to microwave radiation and thereby makes it possible to reliably control the parameters of a gas-liquid stream even in the presence of salt water.
Однако недостатком данной системы является высокая погрешность измерения покомпонентного расхода, возникающая в каждом из двух крайних режимов течения контролируемого потока: при неустановившемся течении и, наоборот, при установившемся течении.However, the disadvantage of this system is the high error in the measurement of the component-wise flow rate that occurs in each of the two extreme flow regimes of a controlled flow: in an unsteady flow and, conversely, in a steady flow.
При существенно неустановившемся течении газожидкостной среды, характерном для большинства отечественных нефтяных скважин, компонентный состав и скорость потока быстро и хаотически изменяются во времени, в результате чего погрешность, вызванная быстрыми и хаотическими изменениями режима течения, может достигать существенных величин.With a substantially unsteady flow of a gas-liquid medium, characteristic of most domestic oil wells, the component composition and flow rate quickly and chaotically change over time, as a result of which the error caused by fast and chaotic changes in the flow regime can reach significant values.
Что же касается скважин, функционирующих в режиме полностью установившегося течения, при котором компонентный состав и скорость потока остаются практически неизменными, а контролируемая среда представляет собой практически однородную мелкодисперсную смесь отдельных компонентов, то на подобных скважинах использование известной системы затруднительно, поскольку положенный в основу ее работы автокорреляционный радиоволновый метод измерения скорости потока с использованием однонаправленного радиоволнового зондирования контролируемой среды является достоверным только при наличии в контролируемом потоке ярко выраженных локальных неоднородностей компонентного состава, которые отсутствуют при установившемся течении.As for the wells operating in a fully steady flow mode, in which the component composition and flow rate remain practically unchanged, and the controlled medium is an almost uniform finely divided mixture of individual components, the use of the known system in such wells is difficult, since it is the basis of its work autocorrelation radio wave method for measuring flow velocity using unidirectional radio wave sounding mine environment is valid only if the controlled flow pronounced local inhomogeneities component composition, which are not under steady flow.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение достоверности и точности измерения покомпонентного расхода при неустановившемся и установившемся течениях контролируемой среды.The objective of the invention is to increase the reliability and accuracy of the measurement of component flow rate with unsteady and steady currents of a controlled environment.
Для решения поставленной задачи предлагается система измерения покомпонентного расхода трехкомпонентного газожидкостного потока нефтяных скважин, в состав которой входят соосно расположенные первый и второй резонаторы, каждый из которых представляет собой короткозамкнутый зигзагообразный проводник, имеющий форму прямоугольного меандра, размещенный на наружной цилиндрической поверхности диэлектрической трубы, установленной внутри трубчатого металлического корпуса соосно ему, управляемый высокочастотный генератор, входной усилитель, вычислительно-управляющий блок, два передающих тракта, датчик давления и датчик температуры, установленные в корпусе, выход каждого из которых соединен с соответствующим ему входом вычислительно-управляющего блока, причем каждый из двух резонаторов через принадлежащий ему передающий тракт подключен к одному из входов вычислительно-управляющего блока, выход которого соединен со входом управляемого высокочастотного генератора, а каждый из передающих трактов представляет собой последовательно соединенные выходной усилитель, амплитудный детектор и аналого-цифровой преобразователь.To solve this problem, a system is proposed for measuring the component flow rate of a three-component gas-liquid flow of oil wells, which includes coaxially located first and second resonators, each of which is a short-circuited zigzag conductor having the shape of a rectangular meander placed on the outer cylindrical surface of a dielectric pipe mounted inside tubular metal housing coaxial to it, controlled high-frequency generator, input amplifier a computer, a control and control unit, two transmitting paths, a pressure sensor and a temperature sensor installed in the housing, the output of each of which is connected to the corresponding input of the computing and control unit, each of the two resonators being connected via one of its transmitting paths to one of the inputs computing and control unit, the output of which is connected to the input of a controlled high-frequency generator, and each of the transmission paths is a series-connected output amplifier, amp cast detector and analog-to-digital converter.
Новым по отношению к прототипу является то, что в систему дополнительно введен третий резонатор, установленный соосно первому и второму резонаторам на общей для всех резонаторов диэлектрической трубе внутри общего для них корпуса, каждый из трех резонаторов снабжен первым вводом-выводом и ортогонально ему расположенным вторым вводом-выводом, причем первый ввод-вывод и второй ввод-вывод каждого резонатора лежат в диаметральных взаимно перпендикулярных плоскостях. Помимо этого, в систему дополнительно введены четыре передающих тракта, идентичных двум первым передающим трактам, контроллер режимов и блок задержки, вход которого подключен к выходу контроллера режимов, входной усилитель и управляемый коммутатор, соединенный с выходом управляемого высокочастотного генератора, снабженный двумя выходами, каждый из которых соединен со входом одного из входных усилителей, и подключенный своим управляющим входом к вычислительно-управляющему блоку. Каждый из шести передающих трактов системы дополнительно снабжен входом и двумя соединенными между собой в общей точке разделительными конденсаторами, один из которых подключен ко входу выходного усилителя, а другой - ко входу данного передающего тракта, при этом каждый из передающих трактов совместно с введенными в его состав разделительными конденсаторами отдельно заэкранирован и образует приемопередающий тракт. Каждый ввод-вывод каждого резонатора системы подключен только к одному из приемопередающих трактов - к общей точке его разделительных конденсаторов, при этом выходом каждого приемопередающего тракта является выход аналого-цифрового преобразователя, подключенный к одному из входов вычислительно-управляющего блока. Каждый из приемопередающих трактов, подключенный к первому вводу-выводу одного из резонаторов, соединен своим входом с одним из входных усилителей, а каждый из остальных приемопередающих трактов - с другим входным усилителем, при этом выход каждого из приемопередающих трактов третьего резонатора дополнительно подключен к одному из входов контроллера режимов, а выход блока задержки подключен к вычислительно-управляющему блоку, выход которого соединен с управляющим входом блока задержки. Для четкой фиксации пространственных границ электромагнитного поля, возбуждаемого в каждом из резонаторов, на концевых участках диэлектрической трубы установлено по ограничительному витку, а между резонаторами - по ограничительно-разделительному витку, при этом поперечное сечение ограничительного витка, ограничительно-разделительного витка и зигзагообразного проводника каждого резонатора имеет прямоугольную форму. Между размерами зигзагообразных проводников, ограничительных и ограничительно-разделительных витков установлены следующие соотношения: толщина b прямоугольного сечения зигзагообразного проводника, ограничительного витка и ограничительно-разделительного витка определяется неравенствомNew in relation to the prototype is that a third resonator is additionally introduced into the system, mounted coaxially with the first and second resonators on a dielectric pipe common to all resonators inside a housing common to them, each of the three resonators is equipped with a first input-output and a second input orthogonal to it -input, and the first input-output and second input-output of each resonator lie in diametrical mutually perpendicular planes. In addition, four transmission paths are added to the system that are identical to the first two transmission paths, a mode controller and a delay unit, the input of which is connected to the output of the mode controller, an input amplifier and a managed switch connected to the output of a controlled high-frequency generator, equipped with two outputs, each of which is connected to the input of one of the input amplifiers, and connected by its control input to the computing-control unit. Each of the six transmission paths of the system is additionally equipped with an input and two dividing capacitors interconnected at a common point, one of which is connected to the input of the output amplifier, and the other to the input of this transmission path, each of the transmission paths together with those introduced into it Separating capacitors are separately shielded and form a transceiver path. Each input-output of each resonator of the system is connected to only one of the transceiver paths - to the common point of its isolation capacitors, while the output of each transceiver path is the output of an analog-to-digital converter connected to one of the inputs of the computer-control unit. Each of the transceiver paths connected to the first input-output of one of the resonators is connected by its input to one of the input amplifiers, and each of the other transceiver paths is connected to another input amplifier, while the output of each of the transceiver paths of the third resonator is additionally connected to one of inputs of the mode controller, and the output of the delay unit is connected to the computing and control unit, the output of which is connected to the control input of the delay unit. For a clear fixation of the spatial boundaries of the electromagnetic field excited in each of the resonators, a limit coil is installed at the end sections of the dielectric tube, and a restriction-separation coil is installed between the resonators, while the cross section of the restriction coil, restriction-separation coil and zigzag conductor of each resonator is has a rectangular shape. Between the sizes of the zigzag conductors, restrictive and restrictive-dividing coils, the following relationships are established: the thickness b of the rectangular cross section of the zigzag conductor, restrictive coil and restrictive-dividing coil is determined by the inequality
где Fmax - верхний предел частоты сигнала на выходе управляемого высокочастотного генератора;where F max - the upper limit of the signal frequency at the output of a controlled high-frequency generator;
K - размерный коэффициент пропорциональности,K is the dimensional coefficient of proportionality,
ширина а зигзагообразного проводника равна ширине зазора между его двумя соседними параллельными участками и ограничена двойным неравенствомthe width a of the zigzag conductor is equal to the width of the gap between its two adjacent parallel sections and is limited by the double inequality
10b≥a≥5b,10b≥a≥5b,
а осевой размер каждого ограничительно-разделительного витка не менее чем в два раза превышает осевой размер каждого ограничительного витка, который составляет не менее ширины а зигзагообразного проводника.and the axial size of each restrictive-dividing coil is not less than two times the axial size of each restrictive coil, which is not less than the width of a zigzag conductor.
Работа предложенной системы поясняется Фиг.1, 2, 3, 4 и 5.The operation of the proposed system is illustrated in figures 1, 2, 3, 4 and 5.
На Фиг.1 представлена функциональная схема предложенной системы, на Фиг.2 - развертка резонаторов, на Фиг.3 - сечение зигзагообразного проводника резонатора, на Фиг.4 - поперечный разрез резонатора, а на Фиг.5 - структурная схема приемопередающего тракта.Figure 1 presents a functional diagram of the proposed system, figure 2 is a scan of the resonators, figure 3 is a cross section of a zigzag resonator conductor, figure 4 is a cross-section of the resonator, and figure 5 is a structural diagram of a transceiver path.
На Фиг.1, 2, 3, 4 и 5 введены следующие обозначения: 1 - корпус, 2 - первый резонатор, 3 - второй резонатор, 4 - третий резонатор, 5 - первый ввод-вывод резонатора, 6 - второй ввод-вывод резонатора, 7 - диэлектрическая труба, 8 - центрирующий фиксатор, 9 - наружное уплотнительное кольцо, 10 - внутреннее уплотнительное кольцо, 11 - ограничительный виток, 12 - ограничительно-разделительный виток, 13 - диэлектрическая втулка, 14 - диэлектрическая подложка, 15 - вычислительно-управляющий блок, 16 - вычислитель, 17 - блок управления, 18 - управляемый высокочастотный генератор, 19 - управляемый коммутатор, 20 - контроллер режимов, 21 - блок задержки, 22 - входной усилитель, 23 - входной разделительный конденсатор, 24 - выходной разделительный конденсатор, 25 - выходной усилитель, 26 - амплитудный детектор, 27 - аналого-цифровой преобразователь, 28 - первый приемопередающий тракт первого резонатора, 29 - первый приемопередающий тракт второго резонатора, 30 - первый приемопередающий тракт третьего резонатора, 31 - второй приемопередающий тракт первого резонатора, 32 - второй приемопередающий тракт второго резонатора, 33 - второй приемопередающий тракт третьего резонатора, 34 - экранирующий кожух, 35 - общий экранирующий кожух, 36 - датчик давления, 37 - датчик температуры, 38 - внешние системы.In Figs. 1, 2, 3, 4, and 5, the following notation is introduced: 1 — housing, 2 — first resonator, 3 — second resonator, 4 — third resonator, 5 — first resonator input-output, 6 — resonator second input-output 7 - dielectric pipe, 8 - centering lock, 9 - outer seal ring, 10 - inner seal ring, 11 - restriction coil, 12 - restriction-separation coil, 13 - dielectric sleeve, 14 - dielectric substrate, 15 - computational control block, 16 - calculator, 17 - control unit, 18 - controlled high-frequency generator, 19 - managed switch, 20 - mode controller, 21 - delay unit, 22 - input amplifier, 23 - input isolation capacitor, 24 - output isolation capacitor, 25 - output amplifier, 26 - amplitude detector, 27 - analog-to-digital converter, 28 - first transceiver path of the first resonator, 29 - first transceiver path of the second resonator, 30 - first transceiver path of the third resonator, 31 - second transceiver path of the first resonator, 32 - second transceiver path of the second resonator, 33 - second transceiver the path of the third resonator, 34 - shielding casing, 35 - common shielding casing, 36 - pressure sensor, 37 - temperature sensor, 38 - external systems.
Система включает в себя корпус 1, представляющий собой отрезок металлической трубы с фланцами на ее концах, предназначенными для присоединения корпуса 1 к внешнему трубопроводу, и три последовательно, один за другим установленных внутри корпуса 1 открытых радиоволновых цилиндрических высокочастотных резонатора: первый резонатор 2, второй резонатор 3 и третий резонатор 4 (см. Фиг.1). Каждый из резонаторов 2, 3, 4 представляет собой короткозамкнутый зигзагообразный проводник, имеющий форму прямоугольного меандра, размещенного на цилиндрической поверхности (см. Фиг.2 и 4).The system includes a
К одной из точек зигзагообразного проводника каждого из резонаторов 2, 3, 4 присоединен первый ввод-вывод 5, а к другой точке упомянутого проводника каждого из резонаторов 2, 3, 4 присоединен второй ввод-вывод 6, причем точки присоединения каждого первого ввода-вывода 5 каждого из резонаторов 2, 3, 4 и точки присоединения каждого второго ввода-вывода каждого из этих резонаторов лежат во взаимно ортогональных плоскостях с углом 0,5 π между ними (см. Фиг.4). При этом указанные точки присоединения первого ввода-вывода 5 и второго ввода-вывода 6 к зигзагообразному проводнику могут располагаться либо на противоположных концах каждого из резонаторов 2, 3, 4, как это показано на Фиг.1 и 2, либо обе могут находиться на одном и том же конце соответствующего им резонатора 2, 3, 4.The first input-
Резонаторы 2, 3, 4 последовательно, один за другим, соосно расположены на наружной цилиндрической поверхности общей для всех них диэлектрической трубы 7, осесимметрично установленной внутри корпуса 1 с помощью двух металлических центрирующих фиксаторов 8, каждый из которых снабжен двумя уплотнительными кольцами: наружным уплотнительным кольцом 9 и внутренним уплотнительным кольцом 10.
Помимо резонаторов 2, 3, 4 на наружной поверхности диэлектрической трубы 7 также установлены две пары металлических короткозамкнутых витков: два ограничительные витка 11 и два ограничительно-разделительные витка 12, причем один из ограничительных витков 11 установлен у внешнего конца первого резонатора 2, другой - у внешнего конца третьего резонатора 4, один из ограничительно-разделительных витков 12 - между первым и вторым резонаторами 2 и 3 соответственно, а другой - между вторым и третьим резонаторами 3 и 4 соответственно.In addition to the
Каждый из первых вводов-выводов 5 и вторых вводов-выводов 6 каждого из резонаторов 2, 3, 4 проходит сквозь соответствующее ему отверстие в стенке корпуса 1 и изолирован от корпуса 1 с помощью диэлектрической втулки 13. Диэлектрические втулки 13 и уплотнительные кольца 9, 10 обеспечивают герметичность внутренней газонаполненной полости радиоволнового датчика покомпонентного расхода, ограниченной корпусом 1, диэлектрической трубой 7 и центрирующими фиксаторами 8.Each of the first I /
Поперечное сечение каждого из короткозамкнутых зигзагообразных проводников каждого из резонаторов 2, 3, 4 представляет собой прямоугольник, а развертка этого проводника имеет форму прямоугольного меандра (см. Фиг.2, 3); в качестве материала зигзагообразного проводника может быть выбрана электротехническая медь.The cross section of each of the short-circuited zigzag conductors of each of the
Выбор для зигзагообразного короткозамкнутого проводника прямоугольного сечения, ширина a которого значительно превосходит его толщину bThe choice for a zigzag short-circuited conductor of rectangular cross section, the width a of which significantly exceeds its thickness b
а/b≫1,a / b≫1,
дает возможность существенно снизить электроемкостные связи между соседними параллельными участками этого проводника по сравнению с межвитковыми электроемкостными связями обмотки резонатора известной системы, выполненной медным проводом, для которогоmakes it possible to significantly reduce the electrical capacitive coupling between adjacent parallel sections of this conductor in comparison with the inter-circuit electrical capacitive coupling of the resonator winding of a known system made of a copper wire, for which
а/b=1,a / b = 1,
и тем самым существенно повысить добротность резонатора.and thereby significantly increase the quality factor of the resonator.
Толщина b прямоугольного сечения зигзагообразного проводника выбрана с учетом глубины проникновения электромагнитной волны с частотой Fmax в материал этого проводника с удельной электропроводностью σ:The thickness b of the rectangular cross section of the zigzag conductor is selected taking into account the depth of penetration of an electromagnetic wave with a frequency F max into the material of this conductor with specific conductivity σ:
где - С - скорость света;where - C is the speed of light;
Fmax - верхний предел частоты сигнала на выходе управляемого высокочастотного генератора;F max - the upper limit of the frequency of the signal at the output of a controlled high-frequency generator;
K - размерный коэффициент пропорциональности:K - dimensional coefficient of proportionality:
причем удельная электропроводность σ принята равной σм - удельной электропроводности меди.moreover, the electrical conductivity σ is taken equal to σ m - the electrical conductivity of copper.
Ширина а прямоугольного сечения зигзагообразного проводника из условий зеркальной симметрии выбрана равной ширине d зазора между двумя соседними, направленными вдоль оси OO, параллельными участками этого проводника (см. Фиг.3) и ограничена эмпирически полученным двойным неравенствомThe width a of a rectangular cross section of a zigzag conductor from the conditions of mirror symmetry is chosen equal to the width d of the gap between two adjacent parallel sections of this conductor directed along the OO axis (see Figure 3) and is limited by the empirically obtained double inequality
10b≥a≥5b,10b≥a≥5b,
обеспечивающим в ВЧ-диапазоне от Fmin до Fmax компромиссное условие минимизации электроемкостных связей между продольными параллельными участками упомянутого проводника при максимальной плотности числа этих участков на длине окружности 2πR (здесь Fmin - нижний предел частоты возбуждения резонаторов 2, 3, 4, генерируемой управляемым высокочастотным генератором 18 в ВЧ-диапазоне, a R - наружный радиус диэлектрической трубы 7).providing in the RF range from F min to F max a compromise condition for minimizing electrical capacitive bonds between longitudinal parallel sections of the aforementioned conductor with a maximum density of the number of these sections on the circumference of 2πR (here F min is the lower limit of the excitation frequency of the
Ограничительные и ограничительно-разделительные витки 11, 12 соответственно применены в предложенной системе с целью четкой фиксации пространственных границ электромагнитного поля у торцевых концов каждого из резонаторов 2, 3, 4 и независимости положения этих границ от влияния близрасположенных металлических элементов конструкции радиоволнового датчика.Restrictive and restrictive-
Для четкой фиксации границ электромагнитного поля внутри каждого из резонаторов 2, 3, 4 размер a1 вдоль оси OO каждого из ограничительных витков 11 выбран не меньшим ширины а зигзагообразного проводника, а размер а2 вдоль оси OO каждого из ограничительно-разделительных витков, из условий симметрии, не менее чем в два раза превышает размер a1:For a clear fixation of the boundaries of the electromagnetic field inside each of the
а1≥а; а2≥2а1 (см. Фиг.2).a 1 ≥a; and 2 ≥2a 1 (see Figure 2).
С целью обеспечения идентичности и взаимной осевой и зеркальной симметрии рабочих элементов резонаторов 2, 3, 4 и ограничительных и ограничительно-разделительных витков 11, 12 все они, во-первых, расположены не на отдельных диэлектрических трубах, и не в отдельных корпусах, как в известной системе, а на одной, общей для всех резонаторов 2, 3, 4 и всех витков 11, 12, диэлектрической трубе 7, установленной в одном, общем для всех резонаторов 2, 3, 4 и витков 11, 12, корпусе 1 и отцентрированной относительно оси OO этого корпуса с помощью центрирующих фиксаторов 8.In order to ensure the identity and mutual axial and mirror symmetry of the working elements of the
Во-вторых, все упомянутые рабочие элементы и витки изготовлены методом, обеспечивающим их взаимную идентичность, например методом фотопечати рисунка развертки зигзагообразного проводника каждого из резонаторов 2, 3, 4 и каждого из витков 11, 12 на общей для всех резонаторов 2, 3, 4 и витков 11, 12 металлической поверхности металлофольгированной гибкой диэлектрической подложки 14 шириной 2πR (см. Фиг.2). После электрохимической обработки указанной металлической поверхности диэлектрическая подложка 14 с образованными на ней развертками меандроподобных проводников резонаторов 2, 3, 4 и витков 11, 12 устанавливается диэлектрическим слоем внутрь на наружную цилиндрическую поверхность диэлектрической трубы 7 и закрепляется на ней, причем взаимно соответствующие конечные точки ni каждого из меандроподобных проводников каждого резонатора 2, 3, 4 и взаимно соответствующие конечные точки mi каждого из витков 11, 12 гальванически соединяются между собой таким образом, чтобы каждая из точек соединения ni соответствовала точке соединения mi, где i=1, 2, ... 7 - порядковый номер точки соединения.Secondly, all of the mentioned working elements and turns are made by a method that ensures their mutual identity, for example, by photo-printing a scan pattern of a zigzag conductor of each of the
Следует указать, что расположение всех упомянутых резонаторов 2, 3, 4 и витков 11, 12 на общей для них диэлектрической трубе 7 внутри общего для них корпуса 1 обеспечивает не только осевую симметрию резонаторов 2, 3, 4, но и независимость указанных на Фиг.1 осевых расстояний L0 и L между геометрическими центрами первого и второго резонаторов 2, 3 и второго и третьего резонаторов 3, 4 соответственно от способа соединения между собой отдельных диэлектрических труб и отдельных корпусов, примененных в известной системе. Поскольку межцентровые расстояния L0 и L используются в алгоритмах вычисления покомпонентного расхода в качестве постоянных величин, данное обстоятельство позволяет устранить характерную для известной системы инструментальную погрешность измерения, вызванную изменением указанных межцентровых расстояний при различных условиях соединения между собой нескольких отдельных корпусов.It should be noted that the location of all the mentioned
Следует также указать, что предложенная в заявленной системе замена отдельного ввода и отдельного вывода резонатора известной системы на единый ввод-вывод резонатора дает возможность гальванически подсоединить каждый из первых вводов-выводов 5 и каждый из вторых вводов-выводов 6 к соответствующему резонатору 2, 3, 4 только в одной точке его зигзагообразного проводника, что обеспечивает полную взаимную идентичность входного и выходного импедансов каждого из упомянутых вводов-выводов, в то время как в известной системе указанные импедансы отличаются между собой, поскольку каждый ввод и каждый вывод каждого из резонаторов этой системы гальванически подсоединен к соответствующему зигзагообразному проводнику в его двух различных, неизбежно отличающихся между собой, точках.It should also be pointed out that the replacement of a separate input and a separate output of the known system resonator with a single resonator input-output proposed in the claimed system makes it possible to galvanically connect each of the first input-
Предложенная система имеет в своем составе также вычислительно-управляющий блок 15, в котором для удобства рассмотрения работы предлагаемой системы на Фиг.1 выделены вычислитель 16 и блок управления 17, управляемый высокочастотный генератор 18, управляемый коммутатор 19, контроллер режимов 20, блок задержки 21, два входных усилителя 22, шесть входных разделительных конденсаторов 23, шесть выходных разделительных конденсаторов 24, а также шесть передающих трактов, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные выходной усилитель 25, амплитудный детектор 26 и аналого-цифровой преобразователь 27.The proposed system also includes a computing and control unit 15, in which, for convenience, the operation of the proposed system in Fig. 1, a calculator 16 and a control unit 17, a controlled high-frequency generator 18, a controlled switch 19, a mode controller 20, a delay unit 21, two input amplifiers 22, six
Для исключения взаимного влияния каждый из шести вышеуказанных передающих трактов совместно с относящимися к нему входным и выходным разделительными конденсаторами 23 и 24 заэкранирован и образует приемопередающий тракт, а именно: первый приемопередающий тракт первого резонатора, первый приемопередающий тракт второго резонатора, первый приемопередающий тракт третьего резонатора, а также второй приемопередающий тракт первого резонатора, второй приемопередающий тракт второго резонатора и второй приемопередающий тракт третьего резонатора.To exclude mutual influence, each of the six above transmission paths together with its input and
Входные разделительные конденсаторы 23 и выходные разделительные конденсаторы 24 применены с целью одновременного подключения каждого из первых вводов-выводов 5 и вторых вводов-выводов 6 к двум различным электрическим цепям: через входной разделительный конденсатор 23 - к цепи возбуждения резонаторов 2, 3, 4, содержащей один из входных усилителей 22, управляемый коммутатор 19 и управляемый высокочастотный генератор 18, а через выходной разделительный конденсатор 24 - к измерительно-вычислительной цепи, содержащей передающий тракт одного из приемопередающих трактов 28, 29, 30, 31, 32, 33 и вычислительно-управляющий блок 15.
Каждый из первых приемопередающих трактов 28, 29, 30 и вторых приемопередающих трактов 31, 32, 33 содержит вход, выход и общую точку, причем в состав каждого из упомянутых приемопередающих трактов 28, 29, 30, 31, 32, 33 входят входной и выходной разделительные конденсаторы 23 и 24 соответственно, выходной усилитель 25, амплитудный детектор 26 и аналого-цифровой преобразователь 27, установленные внутри одного из экранирующих кожухов 34, гальванически соединенного с общим экранирующим кожухом 35, который, в свою очередь, заземлен на корпус 1.Each of the first transceiver paths 28, 29, 30 and the second transceiver paths 31, 32, 33 contains an input, an output, and a common point, wherein each of said transceiver paths 28, 29, 30, 31, 32, 33 includes an input and an
Общая точка каждого из первых приемопередающих трактов 28, 29 и 30 и общая точка каждого из вторых приемопередающих трактов 31, 32 и 33 через соответствующие ей выходной разделительный конденсатор 24, выходной усилитель 25, амплитудный детектор 26 и аналого-цифровой преобразователь 27 соединена с выходом данного тракта, а через соответствующий ей входной разделительный конденсатор 23 упомянутая общая точка соединена с входом данного тракта.The common point of each of the first transceiver paths 28, 29 and 30 and the common point of each of the second transceiver paths 31, 32 and 33 through its corresponding
Каждый из первых вводов-выводов 5 каждого из резонаторов 2, 3 и 4 соединен с общей точкой соответствующего ему первого приемопередающего тракта 28, 29 и 30: первый ввод-вывод 5 первого резонатора 2 - с общей точкой первого приемопередающего тракта 28, первый ввод-вывод 5 второго резонатора 3 - с общей точкой первого приемопередающего тракта 29 и первый ввод-вывод 5 третьего резонатора 4 - с общей точкой первого приемопередающего тракта 30, а каждый из вторых вводов-выводов 6 резонаторов 2, 3 и 4 аналогичным образом соединен с общей точкой соответственно второго приемопередающего тракта 31, второго приемопередающего тракта 32 и второго приемопередающего тракта 33.Each of the first I /
Каждый из выходов каждого из упомянутых приемопередающих трактов 28, 29, 30 и 31, 32, 33 подключен через соответствующий ему вход вычислительно-управляющего блока 15 к одному из входов вычислителя 16, а выход первого приемопередающего тракта 30 и выход второго приемопередающего тракта 33, кроме того, подключены каждый соответственно к первому и второму входу контроллера режимов 20.Each of the outputs of each of the aforementioned transceiver paths 28, 29, 30 and 31, 32, 33 is connected through a corresponding input of the computing and control unit 15 to one of the inputs of the transmitter 16, and the output of the first transceiver path 30 and the output of the second transceiver path 33, Moreover, each is connected respectively to the first and second input of the mode controller 20.
Выход контроллера режимов 20 соединен со входом блока задержки 21, выход которого через соответствующий ему вход вычислительно-управляющего блока 15 подключен к соответствующему входу вычислителя 16, а управляющий вход блока задержки 21 через один из выходов вычислительно-управляющего блока 15 соединен с соответствующим выходом вычислителя 16.The output of the mode controller 20 is connected to the input of the delay unit 21, the output of which through the corresponding input of the computing and control unit 15 is connected to the corresponding input of the calculator 16, and the control input of the delay unit 21 through one of the outputs of the computing and control unit 15 is connected to the corresponding output of the calculator 16 .
Один из выходов блока управления 17 через соответствующий ему выход вычислительно-управляющего блока 15 соединен с управляющим входом управляемого коммутатора 19, а другой выход блока управления 17 через соответствующий ему выход вычислительно-управляющего блока 15 соединен со входом управляемого высокочастотного генератора 18.One of the outputs of the control unit 17 through the corresponding output of the computer-control unit 15 is connected to the control input of the managed switch 19, and the other output of the control unit 17 through the corresponding output of the computer-control unit 15 is connected to the input of the controlled high-frequency generator 18.
Управляемый коммутатор 19 содержит два выхода: первый и второй, причем упомянутый первый выход через один из входных усилителей 22 подсоединен ко входам первых приемопередающих трактов 28, 29, 30, а упомянутый второй выход через другой входной усилитель 22 - ко входам вторых приемопередающих трактов 31, 32, 33.The managed switch 19 contains two outputs: the first and second, and the said first output through one of the input amplifiers 22 is connected to the inputs of the first transceiver paths 28, 29, 30, and the second output through another input amplifier 22 is connected to the inputs of the second transceiver paths 31, 32, 33.
Блок управления 17 соединен двусторонней информационной связью с вычислителем 16.The control unit 17 is connected by two-way information communication with the transmitter 16.
Система содержит также датчик давления 36 и датчик температуры 37, установленные в корпусе 1, выход каждого из этих датчиков подключен к одному из входов вычислителя 16 через соответствующие им входы вычислительно-управляющего блока 15, который при наличии внешних систем 38 подключается к этим системам с помощью магистрали обмена информацией.The system also contains a pressure sensor 36 and a temperature sensor 37 installed in the
Предложенная система измерения покомпонентного расхода трехкомпонентного газожидкостного потока нефтяных скважин работает следующим образом.The proposed system for measuring the component flow rate of a three-component gas-liquid flow of oil wells works as follows.
При наличии в диэлектрической трубе 7 контролируемой газожидкостной среды, движущейся со скоростью W, на вход вычислителя 16 подается команда запуска, поступающая в вычислитель 16, например из внешних систем 38, по магистрали обмена информацией.If there is a controlled gas-liquid medium in the dielectric tube 7 moving at a speed W, a start command is sent to the input of the calculator 16, which enters the calculator 16, for example, from external systems 38, via an information exchange line.
По двусторонней информационной связи данная команда передается из вычислителя 16 в блок управления 17 и с одного из выходов этого блока через соответствующий ему выход вычислительно-управляющего блока 15 поступает на вход управляемого высокочастотного генератора 18.By two-way information communication, this command is transmitted from the calculator 16 to the control unit 17 and from one of the outputs of this unit through the corresponding output of the computing and control unit 15 is fed to the input of a controlled high-frequency generator 18.
В соответствии с принятой командой упомянутый генератор вырабатывает высокочастотный сигнал с плавно изменяющейся во времени частотой, возрастающей от значения Fmin до значения Fmax. Указанный сигнал необходим для возбуждения высокочастотного электромагнитного поля в каждом из трех резонаторов 2, 3, 4 предложенной системы.In accordance with the accepted command, said generator generates a high-frequency signal with a frequency that gradually changes in time, increasing from the value of F min to the value of F max . The specified signal is necessary to excite a high-frequency electromagnetic field in each of the three
При работе предложенной системы третий резонатор 4 служит для получения информации об относительных объемных долях V1, V2, V3 каждого из трех компонентов контролируемого потока, а первый и второй резонаторы 2 и 3 соответственно - для получения информации о значении скорости W контролируемого потока.During the operation of the proposed system, the
С выхода управляемого высокочастотного генератора 18 сигнал возбуждения поступает на вход управляемого коммутатора 19 и, при наличии на управляющем входе последнего команды «первый выход», сформированной в блоке управления 17 и поступившей с одного из выходов этого блока через соответствующий ему выход вычислительно-управляющего блока 15, передается с первого выхода управляемого коммутатора 19 через соответствующий входной усилитель 22 на входы первых приемопередающих трактов 28, 29 и 30 и далее, через входной разделительный конденсатор 23 и общую точку каждого из указанных трактов поступает, соответственно, на каждый из первых вводов-выводов 5 первого, второго и третьего резонаторов (позиции 2, 3 и 4, соответственно), возбуждая в каждом из них высокочастотное электромагнитное поле с изменяющейся от Fmin до Fmax частотой.From the output of the controlled high-frequency generator 18, the excitation signal is fed to the input of the managed switch 19 and, if there is a last command "first output" at the control input, generated in the control unit 17 and received from one of the outputs of this unit through the corresponding output of the computing and control unit 15 is transmitted from the first output of the managed switch 19 through the corresponding input amplifier 22 to the inputs of the first transceiver paths 28, 29 and 30 and further through the
Так как в диэлектрической трубе 7 находится трехкомпонентная газожидкостная среда, каждый из трех компонентов которой характеризуется определенными значениями комплексной диэлектрической проницаемости εj * и комплексной электропроводности σj *, где j=1, 2, 3 - номер компонента среды, то при возбуждении высокочастотного электромагнитного поля в каждом из резонаторов 2, 3, 4 будет происходить резонансное поглощение контролируемой средой энергии возбужденного поля на нескольких резонансных частотах Fрез поглощения, гдеSince in the dielectric tube 7 there is a three-component gas-liquid medium, each of the three components of which is characterized by certain values of the complex dielectric constant ε j * and complex electrical conductivity σ j * , where j = 1, 2, 3 is the number of the medium component, then when high-frequency electromagnetic field in each of the
Fmin≤Fрез≤Fmax,F min ≤F rez ≤F max ,
например, на первой, второй и третьей резонансных частотах Fрез1, Fpeз2, Fрез3 соответственно.for example, at the first, second, and third resonant frequencies F res1 , F pe2 , F res3, respectively.
Поскольку информативные параметры сигналов, характеризующих резонансные поглощения, такие как, например,Since the informative parameters of signals characterizing resonant absorption, such as, for example,
- амплитуды выходных сигналов на первой, второй и третьей резонансных частотах Ipeз1, Ipeз2, Ipeз3 соответственно,- the amplitudes of the output signals at the first, second and third resonant frequencies I rez1 , I rez2 , I rez3, respectively,
- коэффициенты передачи сигналов на первой, второй и третьей резонансных частотах Dpeз1, Dpез2, Dpeз3 соответственно,- the transmission coefficients of the signals at the first, second and third resonant frequencies D rez1 , D rez2 , D rez3, respectively,
- резонансные частоты Fpeз1, Fрез2, Fрез3,- resonant frequencies F rez1 , F rez2 , F rez3 ,
а также другие информативные параметры, существенно зависят от комплексных характеристик контролируемой среды ε1 *, ε2 *, ε3 * и σ1 *, σ2 *, σ3 *, каждый из выходных сигналов первого, второго и третьего резонаторов (позиции 2, 3 и 4 соответственно) содержит в себе информацию о покомпонентном составе газожидкостного потока.as well as other informative parameters, significantly depend on the complex characteristics of the controlled medium ε 1 * , ε 2 * , ε 3 * and σ 1 * , σ 2 * , σ 3 * , each of the output signals of the first, second and third resonators (
Каждый из указанных сигналов поступает через один из входов вычислительно-управляющего блока 15 на соответствующий ему вход вычислителя 16 по следующим цепям: сигнал с первого входа-выхода 5 первого резонатора 2 поступает через последовательно соединенные выходной разделительный конденсатор 24, выходной усилитель 25, амплитудный детектор 26 и аналого-цифровой преобразователь 27 первого приемопередающего тракта 28, сигнал с первого входа-выхода 5 второго резонатора 3 поступает через аналогичные элементы 24, 25, 26, 27 первого приемопередающего тракта 29 и сигнал с первого ввода-вывода 5 третьего резонатора 4 поступает через элементы 24, 25, 26, 27 первого приемопередающего тракта 30. Кроме того, указанный сигнал с выхода первого приемопередающего тракта 30 поступает на первый вход контроллера режимов 20, в котором проводится предварительный классификационный анализ информативных параметров поступившего сигнала.Each of these signals is fed through one of the inputs of the computing and control unit 15 to the corresponding input of the calculator 16 through the following circuits: the signal from the first input-
Целью предварительного классификационного анализа является грубое отнесение режимов течения контролируемого потока к одному из режимов: «установившийся» и «неустановившийся», с последующим уточняющим выбором подрежима установленного режима, например одного из подрежимов: «установившийся - нефть», «установившийся - вода», «установившийся - газ», «установившийся - нефть-вода», «установившийся - нефть-газ», «установившийся - газ-вода», «установившийся - нефть-вода-газ», или «неустановившийся - нефть-вода», «неустановившийся - нефть-газ» и т.д. Кодовый сигнал, соответствующий выбранному подрежиму, поступает с выхода контроллера режимов 20 на вход блока задержки 21; при наличии на управляющем входе этого блока ненулевой команды задержки «Δt»≠0 сигнал задерживается в нем на время Δt, после чего транслируется через один из входов вычислительно-управляющего блока 15 на соответствующий ему вход вычислителя 16, в котором из группы алгоритмов контроля покомпонентного состава выбирается алгоритм, отвечающий поступившему коду подрежима.The purpose of the preliminary classification analysis is to roughly classify the flow patterns of the controlled flow to one of the modes: “steady” and “unsteady”, followed by a refinement of the choice of the sub-mode of the established mode, for example, one of the sub-modes: “steady - oil”, “steady - water”, “ steady-state - gas "," steady-state - oil-water "," steady-state - oil-gas "," steady-state - gas-water "," steady-state - oil-water-gas ", or" transient - oil-water "," transient - oil-gas "and t .d. The code signal corresponding to the selected submode is supplied from the output of the mode controller 20 to the input of the delay unit 21; if there is a non-zero delay command "Δt" на 0 at the control input of this unit, the signal is delayed in it for the time Δt, and then it is transmitted through one of the inputs of the computing and control unit 15 to the corresponding input of the calculator 16, in which from the group of control algorithms the component structure an algorithm is selected corresponding to the received submode code.
В соответствии с выбранным алгоритмом в вычислителе 16 анализируется информативный сигнал, поступивший в него с первого ввода-вывода 5 третьего резонатора 4 через первый приемопередающий тракт 30, и вычисляются мгновенные значения относительных объемных долей V1, V2 и V3 каждого из трех компонентов контролируемого потока.In accordance with the selected algorithm, the calculator 16 analyzes the informative signal received from the first input-
При этом вышеуказанное время задержки Δt=W·L, где L - расстояние между центрами второго и третьего резонаторов 3 и 4 соответственно, вычисляется в вычислителе 16 при ненулевом значении скорости W≠0 контролируемого потока и в форме команды «Δt» подается на управляющий вход блока задержки 21 с выхода вычислителя 16 через соответствующий выход вычислительно-управляющего блока 15.Moreover, the above delay time Δt = W · L, where L is the distance between the centers of the second and
После окончания описанной процедуры в блоке управления 17 формируется команда «второй выход», поступающая с одного из выходов этого блока через соответствующий ему выход вычислительно-управляющего блока 15 на управляющий вход управляемого коммутатора 19, в результате чего высокочастотный сигнал, генерируемый управляемым высокочастотным генератором 18 и передаваемый с его выхода на вход управляемого коммутатора 19, переключается на второй выход данного коммутатора, откуда поступает на каждый из входов вторых приемопередающих трактов 31, 32 и 33.After the described procedure is completed, a “second output” command is generated in the control unit 17, which arrives from one of the outputs of this unit through the corresponding output of the computing and control unit 15 to the control input of the managed switch 19, as a result of which the high-frequency signal generated by the controlled high-frequency generator 18 and transmitted from its output to the input of the managed switch 19, switches to the second output of this switch, from where it goes to each of the inputs of the second transceiver paths 31, 32 and 33.
С каждой из общих точек каждого из указанных приемопередающих трактов высокочастотный сигнал через соответствующий входной усилитель 22 передается на вторые вводы-выводы 6 каждого из резонаторов 2, 3, 4.From each of the common points of each of these transceiver paths, a high-frequency signal is transmitted through the corresponding input amplifier 22 to the second input-
При переключении высокочастотного сигнала с первых вводов-выводов 5 резонаторов 2, 3, 4 на их вторые вводы-выводы 6 направленность электромагнитного поля внутри каждого из указанных резонаторов ортогонально изменяется, что дает возможность произвести уточняющее электромагнитное зондирование контролируемой среды в направлении, ортогональном первоначальному направлению зондирования, и получить дополнительную информацию по отношению к первоначальной информации о покомпонентном составе неосесимметричного газожидкостного потока.When the high-frequency signal is switched from the first I /
Сигналы, несущие дополнительную уточняющую информацию, снимаются с каждого из вторых вводов-выводов 6 резонаторов 2, 3, 4; каждый из этих сигналов поступает на общую точку соответствующего ему второго приемопередающего тракта (позиции 31, 32, 33) и с выхода каждого из них передается на соответствующий каждому из них вход вычислителя 16 через один из входов вычислительно-управляющего блока 15.Signals that carry additional clarifying information are removed from each of the second inputs and outputs of 6
Кроме того, с выхода второго приемопередающего тракта 33 указанный сигнал поступает на второй вход контроллера режимов 20, в котором на основе анализа информативных параметров поступившего сигнала уточняется ранее установленный подрежим контролируемого потока, и кодовый сигнал, соответствующий уточненному подрежиму, передается через блок задержки 21 (с задержкой на время Δt) через один из входов вычислительно-управляющего блока 15 на соответствующий ему вход вычислителя 16, где на основе анализа сигнала, поступившего в вычислитель 16 с дополнительного ввода-вывода 6 третьего резонатора 4 через второй приемопередающий тракт 33, при необходимости, производится уточнение ранее выбранного алгоритма и коррекция ранее вычисленных мгновенных значений относительных объемных долей V1, V2 и V3 каждого из трех компонентов контролируемого потока.In addition, from the output of the second transceiver path 33, the specified signal is fed to the second input of the mode controller 20, in which, based on an analysis of the informative parameters of the incoming signal, the previously established sub-mode of the monitored stream is specified, and the code signal corresponding to the specified sub-mode is transmitted through the delay unit 21 (s time delay Δt) through one of the inputs of the computing and control unit 15 to the corresponding input of the calculator 16, where, based on the analysis of the signal received by the calculator 16 with an additional the relative input-
Для определения скорости W в предложенной системе выбран автокорреляционный метод. При этом в зависимости от режима контролируемого потока используется информация о движении естественной метки потока, либо информация о движении локальной неоднородности потока, либо информация о движении локальной особенности потока.To determine the speed W in the proposed system, the autocorrelation method is selected. In this case, depending on the mode of the controlled flow, information is used about the movement of the natural flow label, or information about the movement of the local inhomogeneity of the stream, or information about the movement of the local flow feature.
В первом случае, когда контроллером режимов 20 установлен режим существенно неустановившегося движения контролируемого потока, поступающие на вход вычислителя 16 с первых вводов-выводов 5 и вторых вводов-выводов 6 первого и второго резонаторов 2 и 3 соответственно, ранее описанные информативные сигналы непрерывно фиксируются в памяти вычислителя 16 в форме временных реализации каждого из этих сигналов.In the first case, when the mode controller 20 is set to a mode of essentially unsteady movement of the controlled flow, which are supplied to the input of the calculator 16 from the first I /
В качестве временных реализаций информативных сигналов резонаторов 2 и 3 могут быть использованы, например, зависимости от времени t амплитуд сигналов: Ipeз1(t), Iрез2(t), Ipeз3(t) вблизи ранее упомянутых первой, второй и третьей резонансных частот Fpeз1, Fpeз2, Fpeз3 соответственно.As temporary implementations of the informative signals of the
С учетом подрежима существенно неустановившегося движения, определенного контроллером режимов 20, в вычислителе 16 из группы алгоритмов «Вычисление скорости» выбирается алгоритм, отвечающий коду данного подрежима и, в соответствии с выбранным алгоритмом, производится обработка вышеуказанных временных реализации информативных сигналов, формируемых каждым из резонаторов 2 и 3.Taking into account the submode of the essentially unsteady movement determined by the mode controller 20, in the calculator 16 from the group of algorithms “Speed calculation” an algorithm is selected that corresponds to the code of this submode and, in accordance with the selected algorithm, the above-mentioned temporary implementations of the informative signals generated by each of the resonators are processed 2 and 3.
После обработки этих реализаций определяется их взаимная корреляционная функция и проводится смещение одной из реализации относительно другой во времени t, вплоть до получения максимума взаимной корреляционной функции.After processing these implementations, their mutual correlation function is determined and one of the implementation is offset from another in time t, until the maximum of the mutual correlation function is obtained.
При получении в процессе смещения реализации максимума взаимной корреляционной функции в вычислителе 16 определяется время смещения и, поскольку это время равно промежутку времени пробегания Δτ естественной меткой потока - его устойчивой флуктуацией - некоторой фиксированной длины радиоволнового датчика, принятой за базовую длину L0, вычисляется скорость W контролируемого потока в соответствии с выражениемWhen the maximum of the mutual correlation function is obtained during the bias process, the bias time is determined in the calculator 16 and, since this time is equal to the time interval Δτ running by the natural flow mark — its stable fluctuation — some fixed length of the radio wave sensor, taken as the base length L 0 , the speed W controlled flow in accordance with the expression
W=L0/Δτ,W = L 0 / Δτ,
где L0 - базовая длина, равная осевому расстоянию между геометрическими центрами первого и второго резонаторов 2 и 3 соответственно.where L 0 is the base length equal to the axial distance between the geometric centers of the first and
Полученное значение скорости W используется в вычислителе 16 для вычисления мгновенных значений покомпонентных объемных расходов Q1, Q2, Q3 каждого из трех компонентов газожидкостного потока, а также для вычисления времени задержки Δt и передачи соответствующей ему команды «Δt» на управляющий вход блока задержки 21. Команда «Δt» предназначена для синхронизации момента использования в вычислителе 16 алгоритма, соответствующего коду о режиме контролируемого потока, с моментом t2 попадания в центр второго резонатора 3 той области контролируемого потока, которая в момент t1 находилась в центре третьего резонатора 4 и подвергалась в нем радиоволновому зондированию, при этомThe obtained value of the velocity W is used in the calculator 16 to calculate the instantaneous values of the component-by-volume flow rates Q 1 , Q 2 , Q 3 of each of the three components of the gas-liquid flow, as well as to calculate the delay time Δt and transmit the corresponding Δt command to the control input of the delay unit 21. The command "Δt" is designed to synchronize the moment of use in the calculator 16 of the algorithm corresponding to the code on the mode of the controlled flow, with the time t 2 getting into the center of the
Δt=t2-t1=L/W,Δt = t 2 -t 1 = L / W,
где L - осевое расстояние между геометрическими центрами второго и третьего резонаторов 3, 4 соответственно (см. Фиг.1).where L is the axial distance between the geometric centers of the second and
Во втором случае, когда контроллером режимов 20 определено установившееся движение практически однородного контролируемого потока, при котором в контролируемой среде отсутствуют локальные, ярко выраженные флуктуации компонентного состава, определение скорости W по вышеописанному методу может оказаться недостоверным. В этом случае в качестве надежно контролируемой особенности потока в предложенной системе используется не локальная флуктуация компонентного состава потока, а локальная особенность потока, характеризуемая существенно отличающимся от среднего отношением информативных сигналов резонаторов 2 и 3, полученных при взаимно ортогональном радиоволновом зондировании контролируемой среды.In the second case, when the mode controller 20 determines the steady-state movement of an almost uniform controlled flow, in which there are no local, pronounced fluctuations in the component composition in the controlled medium, the determination of the velocity W by the above method may turn out to be unreliable. In this case, as a reliably controlled flow feature in the proposed system, not a local fluctuation of the component composition of the flow is used, but a local flow feature, characterized by a significantly different ratio of the informative signals of the
Метод взаимно ортогонального зондирования позволяет фиксировать такие локальные особенности практически однородного установившегося потока, как, например, местная осевая асимметрия потока, локальная винтовая закрученность потока, сосредоточенная геликоидная закрученность потока, местная турбулентность и другие локальные особенности, принципиально не выявляемые при однонаправленном зондировании.The mutually orthogonal sounding method allows fixing such local features of an almost uniform steady flow, as, for example, local axial flow asymmetry, local helical flow swirling, concentrated helicoidal swirling of the flow, local turbulence and other local features that are not detected in principle with unidirectional sounding.
В случае, когда контроллером режимов 20 установлено практически однородное течение контролируемого потока и уточнен соответствующий ему подрежим, в вычислитель 16 передается соответствующий уточненному подрежиму код, и в этом вычислителе из группы алгоритмов «Вычисление скорости» выбирается алгоритм, отвечающий полученному коду.In the case when the mode controller 20 has established an almost uniform flow of the monitored stream and the corresponding submode has been refined, a code corresponding to the refined submode is transmitted to the calculator 16, and in this calculator, the algorithm corresponding to the obtained code is selected from the group of algorithms “Speed calculation”.
В соответствии с выбранным алгоритмом производится обработка временных реализаций отношений каждого из сигналов, формируемых на первом вводе-выводе 5 первого резонатора 2 и на первом вводе-выводе 5 второго резонатора 3 соответственно, к сигналу, формируемому на втором вводе-выводе 6 первого резонатора 2, и к сигналу, формируемому на втором вводе-выводе 6 второго резонатора 3.In accordance with the selected algorithm, the processing of temporary realizations of the relations of each of the signals generated at the first input-
После обработки указанных, существенно отличающихся от среднего отношений сигналов в вычислителе 16 определяется, как и в предыдущем случае, взаимная корреляционная функция их временных реализации и находится время смещения реализации, при котором данная функция испытывает максимум. Как и при существенно неустановившемся течении потока, это время равно промежутку времени пробегания Δτ естественной меткой потока - его локальной особенностью, характеризуемой существенно отличающимся от среднего отношением сигналов, полученных при взаимно ортогональном зондировании контролируемой среды, базовой длины L0.After processing the indicated, significantly different from the average signal ratios in the calculator 16 is determined, as in the previous case, the mutual correlation function of their temporal implementations and the implementation bias time is found at which this function experiences a maximum. As with a substantially unsteady flow, this time is equal to the time interval Δτ running by the natural mark of the flow - its local feature, characterized by a significantly different ratio of the signals received during mutually orthogonal sounding of the controlled medium, the base length L 0 .
Скорость контролируемого потока в этом случае, как и ранее, составляетThe speed of the controlled flow in this case, as before, is
W=L0/Δτ.W = L 0 / Δτ.
Найденные значения скорости W и относительных объемных долей V1, V2 и V3 компонентов контролируемого потока позволяет вычислить покомпонентный объемный расход Q1, Q2, Q3 каждого из трех компонентов газожидкостной среды:The found values of the velocity W and the relative volume fractions V 1 , V 2 and V 3 of the components of the controlled flow allow us to calculate the component-by-volume flow rate Q 1 , Q 2 , Q 3 of each of the three components of the gas-liquid medium:
Q1=S·W·V1, Q2=S·W·V2, Q3=S·W·V3,Q 1 = S · W · V 1 , Q 2 = S · W · V 2 , Q 3 = S · W · V 3 ,
где S=πR2 - площадь проходного сечения диэлектрической трубы 7.where S = πR 2 is the area of the bore of the dielectric pipe 7.
При необходимости определения покомпонентного массового расхода Qm1, Qm2, Qm3 каждого из трех компонентов газожидкостной среды в вычислителе 16, дополнительно к описанной процедуре, учитываются сигналы о мгновенных значениях давления и температуры контролируемой среды, поступающие на соответствующие входы вычислителя 16 с выхода датчика давления 36 и выхода датчика температуры 37, а также хранящиеся в памяти вычислителя 16 данные о номинальных плотностях ρ1, ρ2, ρ3 каждого из трех указанных компонентов.If it is necessary to determine the component-wise mass flow rate Q m1 , Q m2 , Q m3 of each of the three components of the gas-liquid medium in the calculator 16, in addition to the described procedure, the signals about the instantaneous values of pressure and temperature of the controlled medium supplied to the corresponding inputs of the calculator 16 from the output of the pressure sensor are taken into account 36 and the output of the temperature sensor 37, as well as the data on the nominal densities ρ 1 , ρ 2 , ρ 3 of each of the three indicated components stored in the memory of the calculator 16.
Информация о покомпонентном объемном расходе и, при необходимости, - о покомпонентном массовом расходе контролируемого потока может быть передана из вычислителя 16 по магистрали обмена информацией во внешние системы 38.Information about the component-wise volumetric flow rate and, if necessary, about the component-wise mass flow rate of the controlled flow can be transmitted from the calculator 16 via the information exchange line to external systems 38.
Таким образом, задача, решаемая предложенным изобретением, состоящая в повышении достоверности и точности измерения покомпонентного расхода при двух крайних режимах течения контролируемой среды: существенно неустановившемся и полностью установившемся течениях, решена за счет использования в предложенной системе следующих новых технических решений: во-первых, за счет использования предварительного анализа режима течения в контроллере режимов 20 с использованием резонатора 3, во-вторых, благодаря использованию двух различных направлений радиоволнового зондирования с помощью двух взаимно ортогональных вводов-выводов 5 и 6 и управляемого коммутатора 19 и, в-третьих, за счет идентичности и взаимной симметрии резонаторов 2, 3, 4 и их рабочих элементов, таких как ограничительные и ограничительно-разделительные витки 11 и 12.Thus, the problem solved by the proposed invention, which consists in increasing the reliability and accuracy of measuring the component flow rate at two extreme flow regimes of a controlled environment: substantially unsteady and fully steady flow, is solved by using the following new technical solutions in the proposed system: firstly, for due to the use of preliminary analysis of the flow regime in the mode controller 20 using the
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006122461/28A RU2307328C1 (en) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | System for measuring component-wise flow of three-component gas-liquid flow of oil wells |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006122461/28A RU2307328C1 (en) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | System for measuring component-wise flow of three-component gas-liquid flow of oil wells |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2307328C1 true RU2307328C1 (en) | 2007-09-27 |
Family
ID=38954269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006122461/28A RU2307328C1 (en) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | System for measuring component-wise flow of three-component gas-liquid flow of oil wells |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2307328C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2466383C2 (en) * | 2008-05-06 | 2012-11-10 | Пинань ЛО | Method and system for determining constituent content in multiphase fluid |
| CN111505024A (en) * | 2020-06-08 | 2020-08-07 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | Moisture content composite detection device and detection method based on microwave technology |
-
2006
- 2006-06-23 RU RU2006122461/28A patent/RU2307328C1/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2466383C2 (en) * | 2008-05-06 | 2012-11-10 | Пинань ЛО | Method and system for determining constituent content in multiphase fluid |
| CN111505024A (en) * | 2020-06-08 | 2020-08-07 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | Moisture content composite detection device and detection method based on microwave technology |
| CN111505024B (en) * | 2020-06-08 | 2023-07-04 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | Composite detection device and detection method for water content based on microwave technology |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU59239U1 (en) | COMPONENT MEASUREMENT COMPLEX | |
| RU2307328C1 (en) | System for measuring component-wise flow of three-component gas-liquid flow of oil wells | |
| RU2310170C1 (en) | Device for measuring flow rate of three-component gas-liquid flow | |
| RU59814U1 (en) | COMPLEX OF MEASUREMENT OF THE COMPONENT EXPENDITURE OF THE THREE-COMPONENT GAS-LIQUID FLOW OF OIL WELLS | |
| RU58128U1 (en) | COMPLEX OF MEASUREMENT OF COMPONENT EXPENDITURE OF GAS-FLUID FLOW | |
| RU2336500C1 (en) | System of measurement of component-wise mass flow rate of three-component flow of oil wells | |
| RU2312309C1 (en) | System for measuring component flow of three-component gas-liquid stream | |
| RU2310168C1 (en) | Device for measuring component flow rate of gas-liquid flow | |
| RU2308686C1 (en) | Device for measuring rate of gas-liquid flow | |
| RU59815U1 (en) | COMPLEX OF MEASUREMENT OF CONSUMPTION OF COMPONENTS OF A THREE-COMPONENT GAS-LIQUID FLOW OF OIL WELLS | |
| RU2334951C1 (en) | System of measurement of mass flow of three-component gas-liquid flow components of oil wells | |
| RU2317527C1 (en) | System for measuring flow of components of three-component gas-liquid stream | |
| RU2312308C1 (en) | Device for measuring flow rate | |
| RU2317528C1 (en) | System for measuring component-wise flow of gas-liquid stream of oil wells | |
| RU2310171C1 (en) | Flow meter | |
| RU58697U1 (en) | COMPLEX OF MEASUREMENT OF THE COMPONENT FLOW OF THE THREE-COMPONENT GAS-LIQUID FLOW | |
| RU2317524C1 (en) | System for measuring three-component flow | |
| RU59811U1 (en) | COMPLEX OF MEASUREMENT OF CONSUMPTION OF GAS-LIQUID OIL WELL COMPONENTS | |
| RU59810U1 (en) | COMPLEX OF MEASUREMENT OF THE COMPONENT FLOW OF THE THREE-COMPONENT GAS-LIQUID FLOW | |
| RU64350U1 (en) | COMPLEX OF MEASUREMENT OF COMPONENT MASS FLOWS OF THE THREE COMPONENT FLOW OF OIL WELLS | |
| RU2317526C1 (en) | System for measuring flow rate of components in flow of oil wells | |
| RU59813U1 (en) | COMPLEX OF MEASUREMENT OF CONSUMPTION OF OIL WELL FLOW COMPONENTS | |
| RU59812U1 (en) | COMPLEX OF MEASUREMENT OF COMPONENT EXPENDITURE OF GAS-LIQUID FLOW OF OIL WELLS | |
| RU2334201C1 (en) | Flow rate measuring system of gas-liquid borehole flow agents | |
| RU2317525C1 (en) | System for measuring flow of gas-liquid flow components |