RU2336500C1 - System of measurement of component-wise mass flow rate of three-component flow of oil wells - Google Patents

System of measurement of component-wise mass flow rate of three-component flow of oil wells Download PDF

Info

Publication number
RU2336500C1
RU2336500C1 RU2007104873/28A RU2007104873A RU2336500C1 RU 2336500 C1 RU2336500 C1 RU 2336500C1 RU 2007104873/28 A RU2007104873/28 A RU 2007104873/28A RU 2007104873 A RU2007104873 A RU 2007104873A RU 2336500 C1 RU2336500 C1 RU 2336500C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
flow
frequency
control unit
Prior art date
Application number
RU2007104873/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Федорович Фурмаков (RU)
Евгений Федорович Фурмаков
Олег Федорович Петров (RU)
Олег Федорович Петров
Юрий Викторович Маслов (RU)
Юрий Викторович Маслов
Виктор Михайлович Петров (RU)
Виктор Михайлович Петров
Андрей Юрьевич Новиков (RU)
Андрей Юрьевич Новиков
Original Assignee
ОАО "Техприбор"
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 ОАО "Техприбор" filed Critical ОАО "Техприбор"
Priority to RU2007104873/28A priority Critical patent/RU2336500C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2336500C1 publication Critical patent/RU2336500C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics, measurement.
SUBSTANCE: invention may be used for control of oil wells debit. System contains two high frequency resonators installed on dielectric pipe, every of which represents short-circuited conductor in the form of meander with two mutually orthogonal inlets-outlets, short-circuited limiting and limiting-separating coils, Coriolis acceleration flow meter with electronic transducers of flow and density, pressure sensor and temperature detector, computer control unit, controlled high-frequency generator and switching device, controller of flow modes, the first and the second controllers of Coriolis acceleration flow meter, two input amplifiers, four transmitting tracks and eight dividing condensers. Relative volume content of flow components is measured on the basis of method of high-frequency probing of flow in two mutually orthogonal directions, method of autocorrelated measurement is used to measure flow rate, and Coriolis acceleration flow meter and calibration controllers are used for measurement of mass flow rate and density of controlled medium. Selection of valid calibration makes it possible to perform precise measurements of mass flow rate and medium density in unstable condition of non-uniform gas-liquid flow.
EFFECT: provision of accurate measurements of mass flow rate and density of medium.
5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности, например, для контроля дебита нефтяных скважин.The present invention relates to measuring technique and can be used in the oil industry, for example, 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, Е21В 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, ЕВВ 47/10).

Эта система содержит сепаратор, обеспечивающий разделение газового и жидкого компонентов контролируемого потока, а также приборы измерения массового расхода и других параметров компонентов, в том числе микроволновый влагомер, определяющий содержание воды в жидком компоненте методом радиоволнового зондирования.This system contains a separator that provides separation of the gas and liquid components of the controlled flow, as well as mass flow measurement devices and other component parameters, including 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 impossibility of determining the component composition of a multiphase flow without prior separation: mechanical separation into gas and liquid fractions.

Также известны системы измерения покомпонентного расхода трехкомпонентного газожидкостного потока, содержащие управляемый СВЧ-генератор, зондирующий блок с антеннами 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. Данный недостаток обусловлен затуханием микроволнового радиоизлучения зондирующего блока известных систем в существенно электропроводной соленой воде. Поскольку содержание растворенных в скважинной воде солей составляет десятки грамм на литр, скважинная вода обладает высокой электропроводностью, что делает ее фактически непрозрачной для СВЧ-излучения и не дает возможности осуществления достоверного радиоконтроля содержания воды.Also known are systems for measuring the component flow rate of a three-component gas-liquid stream, comprising a controlled microwave generator, a probe unit with antennas and a computer control unit (see RF patent No. 2063615, IPC G01F 1/56, RF patent No. 43068, IPC G01F 1/74 and RF patent No. 2275604, IPC G01F 1/74). These systems do not require separation of the gas-liquid stream, however, they have another drawback: the impossibility of reliable radio-wave sounding of the controlled stream in the presence of salt water in it. This disadvantage is due to the attenuation of microwave radio emission of the sounding unit of known systems in substantially conductive salt water. Since the content of salts dissolved in the well water is tens of grams per liter, the well water has high electrical conductivity, which makes it virtually opaque to microwave radiation and does not allow reliable monitoring of the water content.

От этого недостатка свободны известные устройство измерения покомпонентного расхода многокомпонентного газожидкостнотвердотельного потока (см. описание к заявке на изобретение РФ №2002100228, МПК G01F 1/00, G01F 5/00, второй вариант изделия, представленный на фиг.2), и комплекс измерения покомпонентного расхода трехкомпонентного газожидкостного потока нефтяных скважин (см. патент РФ на полезную модель №59814, МПК G01F 1/00, G01F 5/00, Е21В 47/10).The known device for measuring the component flow rate of a multicomponent gas-liquid-solid-solid flow (see the description of the application for invention of the Russian Federation No. 2002100228, IPC G01F 1/00, G01F 5/00, the second variant of the product shown in Fig. 2), and the complex measuring component the flow rate of a three-component gas-liquid flow of oil wells (see RF patent for utility model No. 599814, IPC G01F 1/00, G01F 5/00, ЕВВ 47/10).

В состав каждого из известных устройств входят два соосно расположенных высокочастотных резонатора, выполненных в виде короткозамкнутых зигзагообразных проводников, а также вычислительно-управляющий блок, датчик давления, датчик температуры, управляемый ВЧ-генератор и передающие тракты, каждый из которых содержит последовательно соединенные между собой усилитель, амплитудный детектор и аналого-цифровой преобразователь. В известных устройстве и комплексе измерение объемного покомпонентного расхода производится автокорреляционным методом путем зондирования контролируемого газожидкостного потока высокочастотными резонаторами с частотой излучения, задаваемой управляемым высокочастотным генератором.Each of the known devices includes two coaxially located high-frequency resonators made in the form of short-circuited zigzag conductors, as well as a computer-control unit, a pressure sensor, a temperature sensor, a controlled RF generator and transmission paths, each of which contains an amplifier connected in series , amplitude detector and analog-to-digital converter. In the known device and complex, the measurement of the volume component flow rate is carried out by the autocorrelation method by sensing a controlled gas-liquid flow by high-frequency resonators with a radiation frequency specified by a controlled high-frequency generator.

Вычисление массового покомпонентного расхода производится косвенным способом в вычислительно-управляющем блоке на основе информации об объемном расходе контролируемой среды с учетом сигналов о ее давлении и температуре, формируемых датчиками давления и температуры.The calculation of the mass component flow rate is carried out in an indirect way in the computing and control unit based on information about the volume flow rate of the controlled medium, taking into account the signals about its pressure and temperature generated by pressure and temperature sensors.

Поскольку по отношению к высокочастотному излучению поток скважиной жидкости оказывается практически радиопрозрачным, данные системы позволяют достаточно точно контролировать среднюю скорость и объемный расход скважинной жидкости даже при содержании в ней соленой воды.Since in relation to the high-frequency radiation, the flow of the well fluid is practically radiolucent, these systems make it possible to accurately control the average velocity and volumetric flow rate of the well fluid even when it contains salt water.

Однако обязательным условием работы известных систем является наличие в контролируемом потоке существенных флуктуаций его компонентного состава, например, наличие явно выраженных пузырей газа. При отсутствии подобных флуктуаций автокорреляционный метод оказывается неработоспособным и данные системы перестают функционировать.However, a prerequisite for the operation of known systems is the presence in the controlled flow of significant fluctuations in its component composition, for example, the presence of pronounced gas bubbles. In the absence of such fluctuations, the autocorrelation method is inoperative and these systems cease to function.

Указанный недостаток устранен в известной системе измерения покомпонентного массового расхода трехкомпонентного газожидкостного потока нефтяных скважин (см. описание к заявке на изобретение РФ №2002100228, МПК G01F 1/00, G01F 5/00, третий вариант изделия, представленный на фиг.3).This drawback is eliminated in the known system for measuring the component liquid mass flow of a three-component gas-liquid flow of oil wells (see the description of the application for invention of the Russian Federation No. 2002100228, IPC G01F 1/00, G01F 5/00, the third version of the product shown in figure 3).

Эта система является наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату и принята за ближайший аналог (прототип). В состав известной системы входят высокочастотный резонатор, выполненный в виде короткозамкнутого зигзагообразного проводника, имеющего форму прямоугольного меандра, расположенного на диэлектрической трубе, установленной в отрезке трубопровода, управляемый ВЧ-генератор, датчик температуры и датчик давления, расходомер общего потока, установленный последовательно с высокочастотным резонатором и снабженный электронным преобразователем расхода, а также вычислительно-управляющее устройство и передающий тракт, представляющий собою последовательно соединенные между собой усилитель, детектор и аналого-цифровой преобразователь (АЦП).This system is the closest to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved result and is taken as the closest analogue (prototype). The composition of the known system includes a high-frequency resonator made in the form of a short-circuited zigzag conductor having the shape of a rectangular meander located on a dielectric pipe installed in a pipe section, a controlled high-frequency generator, a temperature sensor and a pressure sensor, a common flow meter installed in series with a high-frequency resonator and equipped with an electronic flow transducer, as well as a computing and control device and a transmission path representing sequentially interconnected amplifier, detector and analog-to-digital converter (ADC).

В основу работы известной системы положены два метода измерения: метод измерения покомпонентного состава контролируемого потока в долях от общего объема с последующей коррекцией полученной информации по давлению и температуре и метод измерения общего объемного расхода контролируемого потока. Измерение покомпонентного состава потока в долях объема основано на использовании метода высокочастотного радиоволнового зондирования контролируемой среды с помощью высокочастотного резонатора; в этом методе информативными параметрами выходного сигнала о покомпонентном составе потока в долях объема являются параметры поглощения контролируемой средой энергии высокочастотного электромагнитного поля резонатора на резонансных частотах.The known system is based on two measurement methods: the method of measuring the component composition of the controlled flow in fractions of the total volume, followed by correction of the received information on pressure and temperature, and the method of measuring the total volume flow of the controlled flow. The measurement of the component composition of the flow in fractions of the volume is based on the use of the method of high-frequency radio wave sounding of a controlled medium using a high-frequency resonator; In this method, the informative parameters of the output signal about the component-wise composition of the flow in fractions of the volume are the absorption parameters of the high-frequency electromagnetic field of the resonator at the resonant frequencies, controlled by the medium.

Определение покомпонентного состава потока в долях массы основано на использовании информации от датчика давления и датчика температуры контролируемой среды, позволяющей косвенным способом, с привлечением справочных данных о номинальных значениях плотности каждого из трех компонентов газожидкостного потока: нефти, воды и газа преобразовать объемные доли в массовые.The determination of the component composition of the flow in mass fractions is based on the use of information from the pressure sensor and the temperature sensor of the controlled medium, which allows, in an indirect way, using reference data on the nominal density values of each of the three components of the gas-liquid flow: oil, water and gas, to convert volume fractions into mass ones.

Измерение общего объемного расхода контролируемого потока в известной системе выполняется с помощью механического расходомера «дозированного перемещения» или ультразвукового расходомера, снабженных электронным преобразователем, формирующим электрический выходной сигнал об общем объемном расходе контролируемого потока.The measurement of the total volumetric flow rate of the controlled flow in a known system is performed using a mechanical meter of "metered movement" or an ultrasonic flowmeter equipped with an electronic transducer that generates an electrical output signal about the total volumetric flow rate of the controlled flow.

Открытый цилиндрический высокочастотный резонатор данной системы представляет собой короткозамкнутый зигзагообразный проводник, снабженный отдельным вводом и отдельным выводом высокочастотных сигналов, причем вывод высокочастотного резонатора известной системы подключен к одному из входов вычислительно-управляющего блока через передающий тракт, а ввод этого высокочастотного резонатора соединен с выходом управляемого высокочастотного генератора через входной усилитель, при этом ввод и вывод высокочастотного резонатора подсоединены каждый к одной из двух различных, диаметрально противоположно расположенных точек короткозамкнутого зигзагообразного проводника, лежащих в одной поперечной плоскости.The open cylindrical high-frequency resonator of this system is a short-circuited zigzag conductor equipped with a separate input and a separate output of high-frequency signals, and the output of the high-frequency resonator of the known system is connected to one of the inputs of the computer-control unit through the transmission path, and the input of this high-frequency resonator is connected to the output of the controlled high-frequency generator through the input amplifier, while the input and output of the high-frequency resonator is connected Nena each to one of two distinct, diametrically oppositely arranged outlets shorted zigzag conductor lying in one transverse plane.

В связи с тем, что в известной системе в качестве зондирующего радиоволнового сигнала используется высокочастотный сигнал, она позволяет зондировать газожидкостный поток на относительно низкой, по сравнению с микроволновым излучением, частоте, что дает возможность достоверно контролировать объемное содержание компонентов газожидкостного потока даже при наличии в нем соленой воды.Due to the fact that the known system uses a high-frequency signal 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, which makes it possible to reliably control the volume content of gas-liquid stream components even if it contains salt water.

Однако недостатком данной системы является высокая погрешность измерения относительного содержания компонентов газожидкостного потока в долях массы, вызванная, во-первых, использованием косвенного метода измерения массового содержания этих компонентов, основанного на учете температуры и давления контролируемой среды и, во-вторых, наличием дополнительной погрешности радиоволновых измерений, возникающей при существенно неустановившемся течении контролируемого потока.However, the disadvantage of this system is the high error in measuring the relative content of gas-liquid flow components in fractions of the mass, caused, firstly, by using the indirect method of measuring the mass content of these components, based on the temperature and pressure of the controlled medium and, secondly, by the presence of an additional error of radio waves measurements arising from a substantially unsteady flow of a controlled flow.

Погрешность косвенного метода измерения массового содержания компонентов возникает в связи с отличием хранящихся в памяти вычислительно-управляющего устройства известной системы номинальных справочных значений плотности компонентов газожидкостного потока: нефти, воды и газа от фактических значений плотности каждого из этих компонентов. Фактические значения плотности могут существенно отличаться от номинальных значений. Так, например, плотность скважинной воды, в зависимости от ее солености, изменяется от 1 до 1,2 г/см3, что не может быть учтено в известной системе, поскольку выходные сигналы радиоволнового датчика и расходомера общего потока, входящих в состав известной системы, зависят не от массы и не от массового расхода компонентов, а от их объема и объемного расхода.The error of the indirect method for measuring the mass content of components arises in connection with the difference in the memory of the computer-control device of the known system of nominal reference values of the density of the components of the gas-liquid flow: oil, water and gas from the actual density values of each of these components. Actual density values may vary significantly from nominal values. So, for example, the density of well water, depending on its salinity, varies from 1 to 1.2 g / cm 3 , which cannot be taken into account in the known system, since the output signals of the radio wave sensor and the flow meter of the total flow included in the known system , depend not on the mass and not on the mass flow rate of the components, but on their volume and volumetric flow rate.

Компонентный состав и скорость газожидкостного потока нефтяных скважин при характерном для их работы неустановившемся течении быстро и хаотически изменяются во времени, в результате чего дополнительная погрешность радиоволновых измерений, вызванная «отставанием» скорости алгоритмической обработки результатов автокорреляционных данных в вычислительно-управляющем устройстве известной системы от скорости изменения информации о компонентном составе газожидкостного потока, может достигать существенных величин.The component composition and speed of the gas-liquid flow of oil wells at an unsteady flow characteristic of their work quickly and randomly change in time, as a result of which the additional error of radio wave measurements caused by the “lag” in the speed of the algorithmic processing of the results of autocorrelation data in the computing-control device of a known system from the rate of change information on the component composition of the gas-liquid flow can reach significant values.

Задачей предлагаемого изобретения является создание системы, способной измерять массовый расход отдельных компонентов (нефти, воды, газа) потока нефтяных скважин.The objective of the invention is to provide a system capable of measuring the mass flow rate of individual components (oil, water, gas) of an oil well stream.

Достигаемый технический результат - повышение достоверности и точности измерений покомпонентного массового расхода газожидкостного потока.The technical result achieved is an increase in the reliability and accuracy of the measurements of the component-wise mass flow rate of the gas-liquid stream.

Для решения поставленной задачи система измерения покомпонентного массового расхода трехкомпонентного потока нефтяных скважин, в состав которой входят первый высокочастотный резонатор, представляющий собой короткозамкнутый проводник, имеющий форму прямоугольного меандра, размещенный на наружной цилиндрической поверхности диэлектрической трубы, расположенной внутри трубчатого металлического корпуса соосно ему, расходомер, установленный последовательно с первым высокочастотным резонатором и снабженный электронным преобразователем расхода, датчик давления и датчик температуры, установленные в диэлектрической трубе, вычислительно-управляющий блок, управляемый высокочастотный генератор, первый входной усилитель, а также передающий тракт, состоящий из последовательно соединенных между собой усилителя, вход которого служит входом данного тракта, амплитудного детектора и аналогово-цифрового преобразователя, выход которого служит выходом данного тракта, причем выход датчика давления и выход датчика температуры соединены каждый с соответствующим входом вычислительно-управляющего блока, первый высокочастотный резонатор подключен через первый входной усилитель к выходу управляемого высокочастотного генератора, а через передающий тракт - к соответствующему входу вычислительно-управляющего блока, выход которого соединен со входом управляемого высокочастотного генератора, дополнена новыми элементами и связями.To solve this problem, a component-by-component mass flow measurement system for a three-component oil well flow, which includes the first high-frequency resonator, which is a short-circuited conductor having the shape of a rectangular square wave, located on the outer cylindrical surface of the dielectric pipe located inside the tubular metal body coaxially with it, the flowmeter, installed in series with the first high-frequency resonator and equipped with an electronic converter a flowmeter, a pressure sensor and a temperature sensor installed in the dielectric tube, a computing and control unit, a controlled high-frequency generator, a first input amplifier, as well as a transmitting path, consisting of an amplifier connected in series with each other, the input of which is the input of this path, an amplitude detector, and an analog-to-digital converter, the output of which serves as the output of this path, and the output of the pressure sensor and the output of the temperature sensor are each connected to the corresponding input of the calculation of the control and control unit, the first high-frequency resonator is connected through the first input amplifier to the output of the controlled high-frequency generator, and through the transmission path to the corresponding input of the computer-control unit, the output of which is connected to the input of the controlled high-frequency generator, supplemented with new elements and connections.

В соответствии с изобретением предложенная система дополнена вторым высокочастотным резонатором, установленным соосно с первым высокочастотным резонатором на упомянутой диэлектрической трубе внутри упомянутого корпуса, каждый из упомянутых высокочастотных резонаторов снабжен двумя вводами-выводами: первым вводом-выводом и вторым вводом-выводом, расположенными в диаметральных взаимно-перпендикулярных плоскостях.In accordance with the invention, the proposed system is supplemented by a second high-frequency resonator mounted coaxially with the first high-frequency resonator on said dielectric tube inside said housing, each of said high-frequency resonators is equipped with two I / O: a first input-output and a second input-output located in diametrical mutually perpendicular planes.

В качестве расходомера в предложенной системе применен массовый кориолисов расходомер, снабженный электронным преобразователем расхода и электронным преобразователем плотности.As the flowmeter in the proposed system, a mass Coriolis flowmeter is used, equipped with an electronic flow transducer and an electronic density transducer.

Кроме того, в предложенную систему дополнительно введены три контроллера: контроллер режимов, предназначенный для определения режима течения газожидкостного потока, первый контроллер калибровок, предназначенный для калибровки сигналов кориолисова расходомера о массовом расходе контролируемой среды, и второй контроллер калибровок, предназначенный для калибровки сигналов кориолисова расходомера о плотности контролируемой среды, а также три передающих тракта, идентичных упомянутому передающему тракту, четыре входных и четыре выходных разделительных конденсатора, второй входной усилитель и управляемый коммутатор, снабженный двумя выходами, один из которых подключен ко входу первого входного усилителя, а второй - ко входу второго входного усилителя, при этом вход управляемого коммутатора соединен с выходом управляемого высокочастотного генератора, а управляющий вход упомянутого коммутатора подключен к соответствующему выходу вычислительно-управляющего блока.In addition, three controllers are additionally introduced into the proposed system: a mode controller for determining the gas-liquid flow mode, a first calibration controller for calibrating the Coriolis flowmeter signals about the mass flow rate of the controlled medium, and a second calibration controller for calibrating the Coriolis flowmeter signals about the density of the controlled medium, as well as three transmission paths identical to the mentioned transmission path, four input and four output x isolation capacitors, a second input amplifier and a managed switch equipped with two outputs, one of which is connected to the input of the first input amplifier, and the second to the input of the second input amplifier, while the input of the managed switch is connected to the output of the controlled high-frequency generator, and the control input of the aforementioned the switch is connected to the corresponding output of the computing and control unit.

Каждый первый и каждый второй ввод-вывод каждого из высокочастотных резонаторов предложенной системы через один из выходных разделительных конденсаторов подключен ко входу одного из передающих трактов, выход которого соединен с соответствующим входом вычислительно-управляющего блока и с одним из входов контроллера режимов, выход которого подключен к одному из входов первого контроллера калибровок, к одному из входов второго контроллера калибровок и к соответствующему входу вычислительно-управляющего блока.Each first and every second input-output of each of the high-frequency resonators of the proposed system is connected through one of the output isolation capacitors to the input of one of the transmission paths, the output of which is connected to the corresponding input of the computer-control unit and to one of the inputs of the mode controller, the output of which is connected to one of the inputs of the first calibration controller, to one of the inputs of the second calibration controller and to the corresponding input of the computing-control unit.

Другой вход каждого из упомянутых контроллеров калибровок соединен с выходом одного из электронных преобразователей: вход первого контроллера калибровок соединен с выходом электронного преобразователя расхода, а вход второго контроллера калибровок соединен с выходом электронного преобразователя плотности, при этом выход датчика давления и выход датчика температуры дополнительно подключены каждый к одному из соответствующих входов контроллера режимов.Another input of each of these calibration controllers is connected to the output of one of the electronic transducers: the input of the first calibration controller is connected to the output of the electronic flow transducer, and the input of the second calibration controller is connected to the output of the electronic density transducer, while the output of the pressure sensor and the output of the temperature sensor are additionally connected each to one of the corresponding inputs of the mode controller.

Кроме того, каждый из первых вводов-выводов каждого из высокочастотных резонаторов подключен через соответствующий ему входной разделительный конденсатор к выходу первого входного усилителя, а каждый из вторых вводов-выводов каждого из высокочастотных резонаторов подключен через соответствующий ему входной разделительный конденсатор к выходу второго входного усилителя.In addition, each of the first I / O of each of the high-frequency resonators is connected through the input dividing capacitor to its output to the output of the first input amplifier, and each of the second I / O of each of the high-frequency resonators is connected through the corresponding input dividing capacitor to the output of the second input amplifier.

На концевых участках диэлектрической трубы установлено по короткозамкнутому ограничительному витку (далее по тексту - ограничительный виток), а между высокочастотными резонаторами установлен короткозамкнутый ограничительно-разделительный виток (далее по тексту - ограничительно-разделительный виток).At the end sections of the dielectric tube, a short-circuited limiting coil (hereinafter referred to as a limiting coil) is installed, and a short-circuited limiting-separation coil (hereinafter referred to as a limiting-separation coil) is installed between high-frequency resonators.

Предложенная система включает в себя следующие основные блоки: высокочастотный зонд, расходомер, в качестве которого применен кориолисов расходомер массового расхода, и электронное измерительно-вычислительное устройство.The proposed system includes the following main blocks: a high-frequency probe, a flowmeter, which is used as a Coriolis mass flowmeter, and an electronic measuring and computing device.

Более подробно сущность изобретения поясняется в приведенном ниже примере и иллюстрируется чертежами, на которых представлены:In more detail the essence of the invention is illustrated in the following example and is illustrated by drawings, which show:

На фиг.1 - функциональная схема предложенной системы, на фиг.2 - развертка высокочастотных резонаторов, на фиг.3 - сечение короткозамкнутого проводника, на фиг.4 - поперечный разрез высокочастотного резонатора, а на фиг.5 - структурная схема передающего тракта.Figure 1 is a functional diagram of the proposed system, figure 2 is a scan of high-frequency resonators, figure 3 is a cross section of a short-circuited conductor, figure 4 is a cross section of a high-frequency resonator, and figure 5 is a structural diagram of a transmitting path.

На чертежах введены следующие обозначения:The following notation is introduced in the drawings:

1 - корпус, 2 - первый резонатор, 3 - второй резонатор, 4 - первый ввод - вывод резонатора, 5 - второй ввод - вывод резонатора, 6 - диэлектрическая труба, 7 - центрирующий фиксатор, 8 - наружное уплотнительное кольцо, 9 - внутреннее уплотнительное кольцо, 10 - ограничительный виток, 11 - ограничительно-разделительный виток, 12 - диэлектрическая втулка, 13 - диэлектрическая подложка, надетая на трубу 6 (далее по тексту - диэлектрическая подложка), 14 - датчик давления, 15 - датчик температуры, 16 - кориолисов расходомер, 17 - электронный преобразователь сигнала массового расхода контролируемой среды (далее по тексту - преобразователь расхода), 18 - электронный преобразователь сигнала плотности контролируемой среды (далее по тексту - преобразователь плотности), 19 - крепежный элемент, 20 - прокладка, 21 - вычислительно-управляющий блок, 22 - управляемый высокочастотный генератор, 23 - управляемый коммутатор, 24 - контроллер режимов, 25 - первый контроллер калибровок, 26 - второй контроллер калибровок, 27 - первый входной усилитель, 28 - второй входной усилитель, 29 - первый передающий тракт, 30 - второй передающий тракт, 31 - выходной усилитель, 32 - амплитудный детектор, 33 - аналого-цифровой преобразователь, 34 - входной разделительный конденсатор, 35 - выходной разделительный конденсатор, 36 - внешние системы.1 - case, 2 - first resonator, 3 - second resonator, 4 - first input - resonator output, 5 - second input - resonator output, 6 - dielectric tube, 7 - centering lock, 8 - outer o-ring, 9 - inner o-ring ring, 10 - restrictive coil, 11 - restrictive-separation coil, 12 - dielectric sleeve, 13 - dielectric substrate worn on the pipe 6 (hereinafter - dielectric substrate), 14 - pressure sensor, 15 - temperature sensor, 16 - Coriolis flowmeter, 17 - electronic mass signal converter flow rate of a controlled medium (hereinafter referred to as a flow transducer), 18 is an electronic signal converter of a density of a controlled environment (hereinafter referred to as a density transducer), 19 is a fastener, 20 is a gasket, 21 is a computer-control unit, 22 is a controlled high-frequency generator , 23 - managed switch, 24 - mode controller, 25 - first calibration controller, 26 - second calibration controller, 27 - first input amplifier, 28 - second input amplifier, 29 - first transmitting path, 30 - second transmitting path, 31 - output second amplifier 32 - amplitude detector, 33 - analog-to-digital converter, 34 - the input decoupling capacitor, 35 - output decoupling capacitor, 36 - external systems.

Высокочастотный зонд содержит корпус 1, представляющий собой отрезок металлической трубы с фланцами на ее торцах, один из которых предназначен для присоединения корпуса 1 к внешнему нефтепроводу, а другой - к фланцу кориолисова расходомера 16, и два открытых цилиндрических высокочастотных резонатора: первый резонатор 2 и второй резонатор 3, установленных внутри корпуса 1 соосно ему. Каждый из этих резонаторов представляет собой короткозамкнутый зигзагообразный проводник, имеющий форму прямоугольного меандра, размещенного на цилиндрической поверхности диэлектрической трубы 6.The high-frequency probe contains a housing 1, which is a segment of a metal pipe with flanges at its ends, one of which is designed to connect the housing 1 to the external oil pipeline, and the other to the flange of the Coriolis flowmeter 16, and two open cylindrical high-frequency resonators: the first resonator 2 and the second the resonator 3 mounted inside the housing 1 is aligned with it. Each of these resonators is a short-circuited zigzag conductor having the shape of a rectangular meander placed on the cylindrical surface of the dielectric tube 6.

К одной из точек короткозамкнутого проводника каждого из резонаторов 2, 3 присоединен первый ввод-вывод 4, а к другой точке этого же проводника присоединен второй ввод-вывод 5. Причем для каждого резонатора точки присоединения первого ввода-вывода 4 и точки присоединения второго ввода-вывода 5 лежат в диаметральных взаимно-перпендикулярных плоскостях. При этом указанные точки 4, 5 могут располагаться либо на противоположных торцах каждого из резонаторов 2, 3, как это показано на фиг.1 и 2, либо могут находиться на одном и том же торце соответствующего им резонатора 2, 3.The first input-output 4 is connected to one of the points of the short-circuited conductor of each of the resonators 2, 3, and the second input-output 5 is connected to the other point of the same conductor. Moreover, for each resonator the connection points of the first input-output 4 and the connection point of the second input- pin 5 lie in diametrical mutually perpendicular planes. Moreover, these points 4, 5 can be located either on opposite ends of each of the resonators 2, 3, as shown in Figs. 1 and 2, or can be on the same end of the corresponding resonator 2, 3.

Резонаторы 2, 3 расположены на наружной цилиндрической поверхности общей для них диэлектрической трубы 6, осесимметрично установленной внутри корпуса 1 с помощью двух торцевых центрирующих фиксаторов 7, каждый из которых снабжен двумя уплотнительными кольцами: наружным уплотнительным кольцом 8 и внутренним уплотнительным кольцом 9.Resonators 2, 3 are located on the outer cylindrical surface of a common dielectric pipe 6, axisymmetrically mounted inside the housing 1 using two end-centering clamps 7, each of which is equipped with two o-rings: an outer o-ring 8 and an inner o-ring 9.

Помимо резонаторов 2, 3 на наружной поверхности диэлектрической трубы 6 установлены металлические короткозамкнутые витки: ограничительно-разделительный виток 11 и два ограничительных витка 10, причем один из ограничительных витков 10 установлен со стороны внешнего торца первого резонатора 2, другой - со стороны внешнего торца второго резонатора 3, а ограничительно-разделительный виток 11 установлен между резонаторами.In addition to the resonators 2, 3, metal short-circuited coils are installed on the outer surface of the dielectric tube 6: a restrictive-separation coil 11 and two restrictive coils 10, one of the limiting coils 10 mounted on the side of the outer end of the first resonator 2, the other on the side of the outer end of the second resonator 3, and the restrictive-separation coil 11 is installed between the resonators.

Каждый из первых вводов-выводов 4 и вторых вводов-выводов 5 каждого из резонаторов 2, 3 проходит сквозь соответствующее ему отверстие в стенке корпуса 1 и изолирован от корпуса 1 с помощью диэлектрической втулки 12. Диэлектрические втулки 12 и уплотнительные кольца 8, 9 обеспечивают герметичность внутренней газонаполненной полости высокочастотного зонда, ограниченной корпусом 1, диэлектрической трубой 6 и центрирующими фиксаторами 7. Герметизация внутренней полости дает возможность избежать воздействия влажного наружного воздуха на рабочие элементы резонаторов 2, 3, приводящего к уменьшению их добротности.Each of the first I / O 4 and the second I / O 5 of each of the resonators 2, 3 passes through its corresponding hole in the wall of the housing 1 and is isolated from the housing 1 by means of a dielectric sleeve 12. Dielectric bushings 12 and O-rings 8, 9 ensure tightness the internal gas-filled cavity of the high-frequency probe, limited by the housing 1, the dielectric tube 6 and the centering clips 7. Sealing the internal cavity makes it possible to avoid the effects of moist outside air on workers lementy resonators 2, 3, leading to a reduction in the Q factor.

Развертка каждого из короткозамкнутых проводников каждого из резонаторов 2, 3 имеет форму прямоугольного меандра (см. фиг.2 и фиг.3); в качестве материала зигзагообразного проводника может быть выбрана электротехническая медь.The scan of each of the short-circuited conductors of each of the resonators 2, 3 has the shape of a rectangular meander (see figure 2 and figure 3); Electrotechnical copper may be selected as the material of the zigzag conductor.

Ограничительные и ограничительно-разделительные витки 10 и 11, соответственно, применены в предложенной системе с целью экранирования электромагнитного поля резонаторов.Restrictive and restrictive-separation coils 10 and 11, respectively, are used in the proposed system with the aim of shielding the electromagnetic field of the resonators.

Короткозамкнутые витки резонаторов, ограничительные и ограничительно-разделительные витки изготовлены методом, обеспечивающим их взаимную идентичность, например, методом фотопечати рисунка развертки зигзагообразного проводника каждого из резонаторов 2, 3 и каждого из витков 10, 11 на общей для всех резонаторов 2, 3 и витков 10, 11 металлической поверхности металлофольгированной гибкой диэлектрической подложки 13 шириной 2πR (см. фиг.2). После электрохимической обработки указанной металлической поверхности диэлектрическая подложка 13 с образованными на ней развертками зигзагообразных проводников резонаторов 2, 3 и витков 10, 11 устанавливается диэлектрическим слоем внутрь на наружную цилиндрическую поверхность диэлектрической трубы 6 и закрепляется на ней, причем точки соединения ni каждого из зигзагообразных проводников каждого резонатора 2, 3 и каждого из витков 10, 11 гальванически соединяются с соответствующими им точками соединения mi таким образом, чтобы каждая из точек соединения ni соответствовала только одной точке соединения mi, где i=1,2,...5 - порядковый номер точки соединения.Short-circuited coils of resonators, restrictive and restrictive-dividing coils 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 resonators 2, 3 and each of the turns 10, 11 on a common resonator for all 2, 3 and 10 turns 11 of the metal surface of a metal-foiled flexible dielectric substrate 13 of width 2πR (see FIG. 2). After the electrochemical treatment of the indicated metal surface, the dielectric substrate 13 with the sweeps of the zigzag conductors of the resonators 2, 3 and the turns 10, 11 formed on it is installed with the dielectric layer inward on the outer cylindrical surface of the dielectric pipe 6 and fixed to it, and the connection points n i of each of the zigzag conductors each resonator 2, 3 and each of the turns 10, 11 are galvanically connected to their respective connection points m i so that each of the points the connection thread n i corresponded to only one connection point m i , where i = 1,2, ... 5 is the serial number of the connection point.

Следует указать, что расположение зигзагообразных проводников резонаторов 2, 3 и витков 10, 11 на общей для них диэлектрической трубе 6 внутри общего для них корпуса 1 обеспечивает не только осевую симметрию резонаторов 2, 3, но и строгую фиксацию расстояния Lo между геометрическими центрами первого и второго резонаторов 2, 3, что важно, поскольку значение межцентрового расстояния Lo используется в алгоритмах вычисления скорости W контролируемого потока в качестве хранящейся в памяти вычислительно-управляющего блока 21 постоянной базовой величины, и постоянство значения Lo является необходимым условием обеспечения точности измерений.It should be noted that the location of the zigzag conductors of the resonators 2, 3 and turns 10, 11 on the common dielectric tube 6 inside the common housing 1 provides not only the axial symmetry of the resonators 2, 3, but also strict fixation of the distance L o between the geometric centers of the first and the second resonators 2, 3, which is important, since the value of the center-to-center distance L o is used in the algorithms for calculating the speed W of the controlled flow as a constant base value stored in the memory of the computing and control unit 21 values, and the constancy of the value of L o is a necessary condition for ensuring the accuracy of measurements.

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 4 и каждый из вторых вводов-выводов 5 к соответствующему резонатору 2, 3 только в одной точке его короткозамкнутого проводника, что обеспечивает полную взаимную идентичность входного и выходного импедансов каждого из упомянутых вводов-выводов.It should also be noted that the replacement of a separate input and a separate output of a 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-output 4 and each of the second input-output 5 to the corresponding resonator 2, 3 only at one point of its short-circuited conductor, which ensures complete mutual identity of the input and output impedances of each of the mentioned inputs / outputs.

Для сравнения в известной системе входной импеданс неизбежно отличается от выходного, поскольку каждый ввод и каждый вывод каждого из резонаторов этой системы гальванически подсоединены к соответствующему короткозамкнутому проводнику в его двух геометрически отличных точках, что вызывает дополнительную погрешность измерения.For comparison, in the known system, the input impedance is inevitably different from the output, since each input and each output of each of the resonators of this system is galvanically connected to the corresponding short-circuited conductor at its two geometrically distinct points, which causes an additional measurement error.

В диэлектрической трубе 6 установлены датчик давления 14 и датчик температуры 15 контролируемой среды.A pressure sensor 14 and a temperature sensor 15 of the controlled medium are installed in the dielectric tube 6.

Расходомер представляет собой массовый кориолисов расходомер 16, содержащий кожух с фланцами на его торцах, один из которых предназначен для присоединения кожуха к внешнему нефтепроводу, а другой - к фланцу корпуса 1. Кориолисов расходомер снабжен двумя электронными преобразователями: электронным преобразователем расхода 17 и электронным преобразователем плотности 18. Корпус 1 и кориолисов расходомер 16 соединены между собой с помощью крепежных элементов 19 через уплотняющую прокладку 20.The flowmeter is a mass Coriolis flowmeter 16 containing a casing with flanges at its ends, one of which is designed to connect the casing to an external oil pipeline, and the other to the flange of the housing 1. The Coriolis flowmeter is equipped with two electronic transducers: an electronic flow transducer 17 and an electronic density transducer 18. The housing 1 and the Coriolis flowmeter 16 are interconnected by means of fasteners 19 through the sealing gasket 20.

Электронное измерительно-вычислительное устройство содержит в своем составе вычислительно-управляющий блок 21, управляемый высокочастотный генератор 22, управляемый коммутатор 23, контроллер режимов 24, первый и второй контроллеры калибровок 25 и 26, соответственно, первый и второй входные усилители 27 и 28, соответственно, четыре входных 34 и четыре выходных разделительных конденсатора 35, а также два первых передающих тракта 29 и два вторых передающих тракта 30, причем в состав каждого их упомянутых передающих трактов входят последовательно соединенные между собой выходной усилитель 31, вход которого служит входом данного тракта, амплитудный детектор 32 и аналого-цифровой преобразователь 33, выход которого служит выходом данного тракта. При необходимости предложенная система может взаимодействовать с внешними системами 36.The electronic measuring and computing device comprises a computing and control unit 21, a controlled high-frequency generator 22, a controlled switch 23, a mode controller 24, the first and second calibration controllers 25 and 26, respectively, the first and second input amplifiers 27 and 28, respectively, four input 34 and four output isolation capacitors 35, as well as two first transmission paths 29 and two second transmission paths 30, and each of these transmission paths includes sequentially connected interconnected output amplifier 31, the input of which serves as the input of this path, an amplitude detector 32 and analog-to-digital converter 33, the output of which serves as the output of this path. If necessary, the proposed system can interact with external systems 36.

Входные разделительные конденсаторы 34 и выходные разделительные конденсаторы 35 необходимы для подключения каждого из первых вводов-выводов 4 и каждого из вторых вводов-выводов 5 резонаторов 2 и 3 к двум функционально различным цепям:Input isolation capacitors 34 and output isolation capacitors 35 are required to connect each of the first I / O 4 and each of the second I / O 5 of the resonators 2 and 3 to two functionally different circuits:

- через входной разделительный конденсатор 34 - к цепям возбуждения резонаторов 2 или 3, каждая их которых содержит первый или второй входной усилитель 27 или 28, управляемый коммутатор 23 и управляемый высокочастотный генератор 22,- through the input isolation capacitor 34 - to the excitation circuits of the resonators 2 or 3, each of which contains the first or second input amplifier 27 or 28, a controlled switch 23 and a controlled high-frequency generator 22,

- через выходной разделительный конденсатор 35 - к измерительно-вычислительным цепям, каждая из которых содержит один из первых или вторых передающих трактов 29 или 30 и вычислительно-управляющий блок 21.- through the output isolation capacitor 35 - to the measuring and computing circuits, each of which contains one of the first or second transmission paths 29 or 30 and the computing and control unit 21.

Кроме того, каждый из выходов каждого из передающих трактов 29, 30 подключен к одному из соответствующих входов контроллера режимов 24.In addition, each of the outputs of each of the transmission paths 29, 30 is connected to one of the corresponding inputs of the mode controller 24.

Выход контроллера режимов 24 соединен с соответствующим ему входом вычислительно-управляющего блока 21 и, кроме того, - с одним из входов первого контроллера калибровок 25, другой вход которого подключен к выходу электронного преобразователя расхода 17. Выход контроллера режимов 24 соединен также с одним из входов второго контроллера калибровок 26, другой вход которого подключен к выходу электронного преобразователя плотности 18.The output of the mode controller 24 is connected to the corresponding input of the computing and control unit 21 and, in addition, to one of the inputs of the first calibration controller 25, the other input of which is connected to the output of the electronic flow transducer 17. The output of the mode controller 24 is also connected to one of the inputs the second calibration controller 26, the other input of which is connected to the output of the electronic density transducer 18.

Один из выходов вычислительно-управляющего блока 21 соединен со входом управляемого высокочастотного генератора 22, а другой выход этого блока - с управляющим входом управляемого коммутатора 23.One of the outputs of the computing-control unit 21 is connected to the input of the controlled high-frequency generator 22, and the other output of this block is connected to the control input of the managed switch 23.

Управляемый коммутатор 23 содержит два выхода, первый из которых через первый входной усилитель 27 подключен к каждому из первых вводов-выводов 4 резонаторов 2 и 3 через один из соответствующих данному первому вводу-выводу входных разделительных конденсаторов 34, а второй выход через второй входной усилитель 28 подключен к каждому из вторых вводов-выводов 5 резонаторов 2 и 3 через один из входных разделительных конденсаторов 34, соответствующих данному второму вводу-выводу.The managed switch 23 contains two outputs, the first of which is connected through the first input amplifier 27 to each of the first I / O 4 of the resonators 2 and 3 through one of the input isolation capacitors 34 corresponding to this first I / O, and the second output through the second input amplifier 28 connected to each of the second input-output 5 of the resonators 2 and 3 through one of the input isolation capacitors 34 corresponding to this second input-output.

Выход каждого из датчиков давления 14 и температуры 15 подключен к одному из входов контроллера режимов 24, а также к одному из входов вычислительно-управляющего блока 21, который при необходимости обмена информацией с внешними системами 36, взаимодействует с ними через магистраль обмена информацией.The output of each of the pressure sensors 14 and temperature 15 is connected to one of the inputs of the mode controller 24, as well as to one of the inputs of the computing and control unit 21, which, if necessary, exchange information with external systems 36, interacts with them through the information exchange line.

Предложенная система измерения покомпонентного массового расхода трехкомпонентного потока нефтяных скважин работает следующим образом.The proposed system for measuring component-wise mass flow rate of a three-component oil well flow works as follows.

При наличии в диэлектрической трубе 6 и кориолисовом расходомере 16 контролируемой газожидкостной среды, движущейся со скоростью W, в вычислительно-управляющий блок 21 подается команда запуска, поступающая в этот блок, например, из внешних систем 36 по магистрали обмена информацией.If there is a controlled gas-liquid medium moving at a speed W in the dielectric tube 6 and the Coriolis flowmeter 16, a start command is sent to the computing-control unit 21, which arrives at this unit, for example, from external systems 36 via an information exchange highway.

Работа вычислительно-управляющего блока складывается из трех последовательно выполняемых стадий: первой стадии - стадии определения относительных объемных долей V1, V2, V3 каждого из трех компонентов контролируемой среды, второй стадии - стадии определения скорости W и покомпонентного объемного расхода Q1, Q2, Q3 контролируемой среды, а также третьей стадии - стадии определения покомпонентного массового расхода Qm1, Qm2, Qm3.The work of the computing-control unit consists of three sequentially performed stages: the first stage - the stage of determining the relative volume fractions V 1 , V 2 , V 3 of each of the three components of the controlled medium, the second stage - the stage of determining the speed W and component-wise volume flow Q 1 , Q 2 , Q 3 of the controlled environment, as well as the third stage - the stage of determining the component-wise mass flow rate Q m1 , Q m2 , Q m3 .

В начале первой стадии вычислительно-управляющий блок 21 формирует команду запуска, поступающую на вход управляемого высокочастотного генератора 22.At the beginning of the first stage, the computing-control unit 21 generates a start command received at the input of a controlled high-frequency generator 22.

В соответствии с принятой командой упомянутый генератор вырабатывает высокочастотный сигнал с плавно изменяющейся во времени частотой, возрастающей в ВЧ-диапазоне от минимального значения Fmin до максимального значения Fmax. Указанный сигнал необходим для возбуждения высокочастотного электромагнитного поля в каждом из резонаторов 2, 3 предложенной системы, предназначенных, во-первых, для получения информации об относительных объемных долях V1, V2 и V3 каждого из трех компонентов контролируемой среды и, во-вторых, - для получения информации о значении скорости W контролируемого потока.In accordance with the adopted command, said generator generates a high-frequency signal with a frequency that varies smoothly over time, increasing in the RF range from the minimum value F min to the maximum value F max . The specified signal is necessary for the excitation of a high-frequency electromagnetic field in each of the resonators 2, 3 of the proposed system, designed, firstly, to obtain information about the relative volume fractions V 1 , V 2 and V 3 of each of the three components of the controlled medium and, secondly , - to obtain information about the value of the speed W of the controlled flow.

В первом такте первой стадии сигнал, вырабатываемый управляемым высокочастотным генератором 22, поступает на вход управляемого коммутатора 23 и передается с одного из выходов этого коммутатора через первый входной усилитель 27 на первый ввод-вывод 4 первого резонатора 2 через соответствующий этому вводу-выводу входной разделительный конденсатор 34 и на первый ввод-вывод 4 второго резонатора 3 через соответствующий этому вводу-выводу входной разделительный конденсатор 34, возбуждая в каждом из резонаторов 2, 3 высокочастотное электромагнитное поле с изменяющейся от Fmin до Fmax частотой.In the first step of the first stage, the signal generated by the controlled high-frequency generator 22 is fed to the input of the managed switch 23 and transmitted from one of the outputs of this switch through the first input amplifier 27 to the first input-output 4 of the first resonator 2 through the input isolation capacitor corresponding to this input-output 34 and to the first input / output 4 of the second resonator 3 through the input isolation capacitor 34 corresponding to this input / output, exciting in each of the resonators 2, 3 a high-frequency electromagnetic field ranging from F min to F max frequency.

Так как в диэлектрической трубе 6 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 будет происходить поглощение контролируемой средой энергии электромагнитного поля на нескольких резонансных частотах Fpeз1, Fрез2 и Fрез3, соответственно.Since in the dielectric tube 6 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 the complex electrical conductivity σ j * , where j = 1, 2, 3 is the number of the medium component, when high-frequency electromagnetic field in each of the resonators 2, 3 will be absorbed by the medium controlled energy of the electromagnetic field at several resonant frequencies F pe1 , F res2 and 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 Iрез1, Iрез2 и Iрез3, соответственно,- the amplitudes of the output signals at the first, second and third resonant frequencies I res1 , I res2 and I res3 , respectively,

- коэффициенты передачи сигналов на первой, второй и третьей резонансных частотах Dрез1, Dpeз2 и Dрез3, соответственно, а также- the transmission coefficients of the signals at the first, second and third resonant frequencies D res1 , D res2 and D res3 , respectively, and

- резонансные частоты Fрез1, Fрез2, Fрез3,- resonant frequencies F res1 , F res2 , F res3 ,

существенно зависят от комплексных характеристик контролируемой среды ε1 *, ε2 *, ε3 * и σ1 *, σ2 *, σ3 *, каждый из выходных сигналов первого и второго резонаторов 2 и 3, соответственно, содержит в себе информацию о покомпонентном составе газожидкостного потока.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 and second resonators 2 and 3, respectively, contains information about component composition of a gas-liquid stream.

Указанные сигналы поступают с каждого из первых вводов-выводов 4 резонаторов 2, 3 через соответствующий данному первому вводу-выводу 4 выходной разделительный конденсатор 35 и соответствующий данному первому вводу-выводу 4 первый передающий тракт 29 на соответствующие данному первому вводу-выводу 4 и первому передающему тракту 29 вход вычислительно-управляющего блока 21 и вход контроллера режимов 24.These signals come from each of the first I / O 4 of the resonators 2, 3 through the output isolation capacitor 35 corresponding to this first I / O 4 and the first transmitting path 29 corresponding to this first I / O 4 to the first transmitting I / O 4 and the first transmitting path 29 input of the computing control unit 21 and the input of the mode controller 24.

Во втором такте первой стадии вычислительно-управляющий блок 21 формирует сигнал, поступающий на управляющий вход управляемого коммутатора 23 и вызывающий переключение высокочастотного сигнала управляемого высокочастотного генератора 22 с первого выхода управляемого коммутатора 23 на его второй выход, после чего вышеописанная процедура повторяется при изменении направления высокочастотного зондирования на 90°.In the second step of the first stage, the computing-control unit 21 generates a signal supplied to the control input of the managed switch 23 and causes the high-frequency signal of the controlled high-frequency generator 22 to switch from the first output of the managed switch 23 to its second output, after which the above procedure is repeated when the direction of high-frequency sounding is changed 90 °.

Для изменения направления зондирования высокочастотный сигнал со второго выхода управляемого коммутатора 23 подается на каждый из вторых вводов-выводов 5 каждого из резонаторов 2, 3 через второй входной усилитель 28 и соответствующий данному второму вводу-выводу входной разделительный конденсатор 34, возбуждая в резонаторах 2 и 3 высокочастотное электромагнитное поле, направленность вектора напряженности которого перпендикулярна первоначальной.To change the direction of sensing, a high-frequency signal from the second output of the controlled switch 23 is supplied to each of the second input-output 5 of each of the resonators 2, 3 through the second input amplifier 28 and the input isolation capacitor 34 corresponding to this second input-output, exciting in the resonators 2 and 3 high-frequency electromagnetic field, the direction of the intensity vector of which is perpendicular to the original.

Это дает возможность произвести уточняющее высокочастотное зондирование контролируемой среды в направлении, ортогональном первоначальному, и получить существенную дополнительную информацию по отношению к первоначальной информации о компонентном составе неосесимметричного газожидкостного потока.This makes it possible to refine the high-frequency sounding of the controlled medium in the direction orthogonal to the initial one and obtain significant additional information with respect to the initial information on the component composition of the non-axisymmetric gas-liquid flow.

Выходные сигналы, содержащие в себе информативные параметры, зависящие от компонентного состава потока, поступают с каждого из вторых вводов-выводов 5 каждого из резонаторов 2, 3 через соответствующий данному второму вводу-выводу 5 выходной разделительный конденсатор 35 и соответствующий второй передающий тракт 30 на вход вычислительно-управляющего блока 21 и вход контроллера режимов 24. В контроллере режимов 24 с учетом сигналов о значениях давления Р и температуры Т контролируемой среды, поступающих с выходов датчиков давления и температуры 14 и 15, соответственно, проводится предварительный классификационный анализ информативных параметров сигналов, полученных с первых и вторых вводов-выводов 4 и 5 обоих резонаторов для двух взаимно-ортогональных направлений зондирования контролируемого потока.The output signals, containing informative parameters depending on the component composition of the stream, are supplied from each of the second inputs / outputs 5 of each of the resonators 2, 3 through the output isolation capacitor 35 and the corresponding second transmission path 30 to the input, corresponding to this second input / output 5 the computing and control unit 21 and the input of the mode controller 24. In the mode controller 24, taking into account the signals about the values of pressure P and temperature T of the controlled medium coming from the outputs of the pressure and temperature sensors 14 and 15, respectively, is carried out a preliminary classification analysis informative parameters of the signals received from the first and second input-output 4 and 5 both resonators for two mutually orthogonal directions controlled flow sensing.

Целью такого анализа является предварительное отнесение режимов течения контролируемого потока к одному из режимов «установившийся» и «неустановившийся», с последующим окончательным выбором одного из подрежимов, например, подрежима: «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. и формированием кодового сигнала, соответствующего выбранному подрежиму. Сформированный кодовый сигнал поступает с выхода контроллера режимов 24 на соответствующий ему вход вычислительно-управляющего блока 21, в памяти которого из группы алгоритмов «Контроль компонентов» выбирается алгоритм, отвечающий поступившему коду подрежима.The purpose of this analysis is to prioritize the flow regimes of the controlled flow to one of the “steady” and “unsteady” modes, followed by the final selection of one of the sub-modes, for example, the sub-mode: “steady - oil”, “steady - water”, “steady - gas "," Steady-state - oil-water "," steady-state - oil-gas "," steady-state - gas-water "," steady-state - oil-water-gas ", or" transient - oil-water "," transient - oil-water " gas "etc. and generating a code signal corresponding to the selected sub mode. The generated code signal is sent from the output of the mode controller 24 to the corresponding input of the computing and control unit 21, in the memory of which from the group of algorithms "Component Control" an algorithm is selected that corresponds to the received submode code.

Обработка в вычислительно-управляющем блоке 21 информации об относительном объемном содержании компонентов контролируемой среды выполняется в соответствии с конкретным алгоритмом, соответствующим фактически установленному режиму контролируемого потока, и поэтому может быть выполнена с высокой производительностью и минимальными затратами рабочего времени блока 21 при скорости вычислений, позволяющей отслеживать в натуральном масштабе времени быстрые изменения поступающей информации, соответствующей существенно неустановившемуся течению, и тем самым исключить погрешность, вызванную запаздыванием алгоритмической обработки результатов измерений при быстрых изменениях характера течения.The processing in the computing-control unit 21 of information on the relative volume content of the components of the controlled environment is carried out in accordance with a specific algorithm corresponding to the actually established mode of the controlled flow, and therefore can be performed with high performance and minimal operating time of the block 21 at a computational speed that allows tracking in real time, rapid changes in incoming information corresponding to a substantially unsteady flow, and thereby eliminate the error caused by the delay in the algorithmic processing of measurement results with rapid changes in the nature of the flow.

В соответствии с выбранным конкретным алгоритмом в вычислительно-управляющем блоке 21 сравниваются и анализируются информативные сигналы, поступившие с каждого из первых и с каждого из вторых вводов-выводов 4 и 5 резонаторов 2, 3, и вычисляются значения относительных объемных долей V1, V2 и V3 каждого из трех компонентов контролируемой среды.In accordance with the selected specific algorithm, the informative signals coming from each of the first and from each of the second inputs and outputs 4 and 5 of the resonators 2, 3 are compared and analyzed in the computing and control unit 21, and the values of the relative volume fractions V 1 , V 2 are calculated and V 3 of each of the three components of the controlled environment.

Во второй стадии работы вычислительно-управляющего блока 21 производится определение скорости W контролируемого потока.In the second stage of operation of the computing and control unit 21, the speed W of the controlled flow is determined.

Для определения скорости W контролируемой среды в предложенной системе выбран автокорреляционный метод. При этом, в зависимости от выявленного контроллером 24 режима контролируемого потока, для определения скорости может быть использована информация либо о движении локальной неоднородности потока, либо о движении локальной особенности потока.To determine the speed W of the controlled medium in the proposed system, the autocorrelation method is selected. Moreover, depending on the mode of the controlled flow detected by the controller 24, information on either the motion of the local heterogeneity of the flow or the motion of the local feature of the flow can be used to determine the speed.

Под локальной особенностью потока понимается местное изменение свойств практически однородного установившегося потока, такое как, например, местная осевая асимметрия потока, локальная винтовая закрученность потока, сосредоточенная геликоидная закрученность потока, местная турбулентность и т.п. изменения.A local flow feature is understood to mean a local change in the properties of an almost uniform steady flow, such as, for example, local axial asymmetry of a flow, local helical swirl of a flow, concentrated helicoid swirl of a flow, local turbulence, etc. changes.

В первом случае, когда контроллером режимов 24 определен режим существенно неустановившегося течения, для определения скорости используется информация о движении локальной неоднородности потока. При этом ранее описанные информативные сигналы, поступающие на вход вычислительно-управляющего блока 21 с первых вводов-выводов 4 и вторых вводов-выводов 5 первого и второго резонаторов 2 и 3, непрерывно фиксируются в памяти указанного блока в форме временных реализаций каждого из этих сигналов.In the first case, when the mode unsteady flow mode is determined by the mode controller 24, information on the motion of the local flow inhomogeneity is used to determine the speed. Moreover, the previously described informative signals arriving at the input of the computing and control unit 21 from the first inputs / outputs 4 and second inputs / outputs 5 of the first and second resonators 2 and 3 are continuously recorded in the memory of the indicated block in the form of temporary realizations of each of these signals.

В качестве временных реализаций информативных сигналов резонаторов 2 и 3 могут быть использованы, например, зависимости от времени t амплитуд сигналов: Ipeз1(t), Iрез2(t), Iрез3(t)As temporary implementations of the informative signals of the resonators 2 and 3, for example, the dependences of the signal amplitudes on time t can be used: I re1 (t), Ires2 (t), Ires3 (t)

вблизи ранее упомянутых первой, второй и третьей резонансных частот Fрез1, Fрез2, Fрез3, соответственно.near the previously mentioned first, second and third resonant frequencies F res1 , F res2 , F res3 , respectively.

С учетом конкретного подрежима существенно неустановившегося течения, определенного контроллером режимов 24, в вычислительно-управляющем блоке 21 из группы алгоритмов «Контроль скорости» выбирается алгоритм, отвечающий коду данного подрежима и, в соответствии с выбранным алгоритмом, производится обработка вышеуказанных временных реализаций информативных сигналов, сформированных в каждом из резонаторов 2 и 3 и поступивших на их вводы-выводы 4, 5.Taking into account the specific sub-mode of the essentially unsteady flow defined by the mode controller 24, in the computing-control unit 21 from the group of algorithms “Speed control” an algorithm is selected that corresponds to the code of this sub-mode and, in accordance with the selected algorithm, the above-mentioned temporary realizations of informative signals generated in each of the resonators 2 and 3 and received on their inputs and outputs 4, 5.

После обработки временных реализаций определяется их взаимная корреляционная функция и проводится смещение во времени t одной из реализаций относительно другой, вплоть до получения максимума взаимной корреляционной функции.After processing the temporary realizations, their mutual correlation function is determined and a time offset t of one of the implementations relative to the other is carried out, until the maximum of the mutual correlation function is obtained.

При получении в процессе смещения указанных реализаций максимума взаимной корреляционной функции в вычислительно-управляющем блоке 21 определяется время Δτ пробега устойчивой флуктуацией компонентного состава контролируемого потока вышеуказанного межцентрового расстояния Lo, принятого за базовую длину.When the maximum of the cross-correlation function is obtained in the process of bias of the indicated realizations in the computing and control unit 21, the travel time Δτ is determined by the stable fluctuation of the component composition of the controlled flow of the above center-to-center distance L o , taken as the base length.

Скорость W контролируемой среды вычисляется в соответствии с выражениемThe speed W of the controlled medium is calculated in accordance with the expression

W=L0/Δτ,W = L 0 / Δτ,

где Lo - базовая длина, равная осевому расстоянию между геометрическими центрами первого и второго резонаторов 2 и 3, соответственно.where L o is the base length equal to the axial distance between the geometric centers of the first and second resonators 2 and 3, respectively.

Полученное значение скорости W используется в вычислительно-управляющем блоке 21 для вычисления покомпонентных объемных расходов Q1, Q2, Q3 каждого из трех компонентов газожидкостного потока.The obtained value of the velocity W is used in the computing and control unit 21 to calculate the component-wise volumetric flows Q 1 , Q 2 , Q 3 of each of the three components of the gas-liquid flow.

Во втором случае, когда контроллером режимов 24 выявлено установившееся движение однородного потока, при котором в контролируемой среде отсутствуют локальные, ярко выраженные флуктуации компонентного состава, определение скорости W по вышеописанному методу оказывается недостоверным. В этом режиме в качестве надежно выявляемой особенности потока в предложенной системе используется не локальная флуктуация компонентного состава потока, а локальная особенность потока, характеризуемая существенно отличающимся от среднего значения отношением информативных сигналов резонаторов 2 и 3, полученных при взаимно ортогональном радиоволновом зондировании контролируемой среды.In the second case, when the steady state homogeneous flow motion is detected by the mode controller 24, in which there are no local, pronounced fluctuations in the component composition in the controlled medium, the determination of the velocity W by the method described above is unreliable. In this mode, as a reliably detected 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 resonators 2 and 3 obtained from mutually orthogonal radio wave sounding of the controlled medium.

Метод взаимно ортогонального зондирования позволяет фиксировать не только движение локальных неоднородностей, но и движение локальных особенностей контролируемого потока, принципиально не выявляемых при однороднонаправленном зондировании.The method of mutually orthogonal sounding allows us to record not only the motion of local inhomogeneities, but also the motion of the local features of the controlled flow, which are not fundamentally detected during uniformly directed sounding.

При определении контроллером режимов 24 практически установившегося течения однородного контролируемого потока в этом контроллере формируется и передается в вычислительно-управляющий блок 21 соответствующий уточненному подрежиму кодовый сигнал, и из группы алгоритмов «Контроль скорости», хранящихся в памяти блока 21, выбирается алгоритм, отвечающий полученному коду.When the controller 24 determines the steady state flow of a homogeneous controlled flow in this controller, a code signal corresponding to the specified submode is generated and transmitted to the computing and control unit 21, and from the group of "Speed control" algorithms stored in the memory of block 21, an algorithm is selected that corresponds to the received code .

В соответствии с выбранным алгоритмом производится обработка временных реализаций отношения величины сигнала, формируемого на первом вводе-выводе 4 первого резонатора 2, к величине сигнала, формируемого на втором вводе-выводе 5 этого же резонатора, а также отношения величины сигнала, формируемого на первом вводе-выводе 4 второго резонатора 3, к величине сигнала, формируемого на втором вводе-выводе 5 этого резонатора.In accordance with the selected algorithm, time realizations are processed of the ratio of the value of the signal generated at the first input-output 4 of the first resonator 2 to the value of the signal generated at the second input-output 5 of the same resonator, as well as the ratio of the value of the signal generated at the first input- output 4 of the second resonator 3, to the magnitude of the signal generated at the second input-output 5 of this resonator.

После обработки указанных, существенно отличающихся от среднего значения, отношений величин сигналов в вычислительно-управляющем блоке определяется, как и в предыдущем случае, взаимная корреляционная функция их временных реализаций и находится промежуток времени Δτ смещения реализаций, при котором данная функция испытывает максимум. Как и при существенно неустановившемся течении, этот промежуток равен времени, в течение которого локальная особенность потока, характеризуемая существенно отличающимся от среднего значения отношением сигналов, полученных при взаимно ортогональном зондировании контролируемой среды, пробегает базовую длину Lo.After processing the indicated, significantly different from the average value, ratios of the signal values in the computing-control unit, the mutual correlation function of their time realizations is determined, as in the previous case, and the time interval Δτ of the implementation biases is found at which this function experiences a maximum. As with a substantially unsteady flow, this period is equal to the time during which the local flow feature, characterized by a significantly different ratio of the signals received during mutually orthogonal sounding of the controlled medium, runs through the base length L o .

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 контролируемой среды позволяют вычислить покомпонентный объемный расход Q1, Q2, Q3 каждого из трех компонентов газожидкостного потока: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 medium 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 flow:

Q1=SWV1, Q2=SWV2, Q3=SWV3,Q 1 = SWV 1 , Q 2 = SWV 2 , Q 3 = SWV 3 ,

где S=πR2 - площадь проходного сечения диэлектрической трубы 6.where S = πR 2 is the area of the bore of the dielectric pipe 6.

В течение третьей стадии работы вычислительно-управляющего блока 21 определяется покомпонентный массовый расход Qm1, Qm2, Qm3 каждого из трех компонентов газожидкостного потока. На этой стадии, дополнительно к вышеописанным процедурам, проводятся вычисления, учитывающие данные о номинальных значениях плотности ρ1, ρ2, ρ3 каждого из трех компонентов контролируемой среды, хранящиеся в памяти вычислительно-управляющего блока 21, сигналы о значениях давления Р и температуры Т контролируемой среды, поступившие на соответствующие входы вычислительно-управляющего блока 21 с выхода датчика давления 14 и с выхода датчика температуры 15, а также сигналы о фактических значениях массового расхода Qm и плотности ρ контролируемой среды, непосредственно измеренных кориолисовым расходомером 16 и поступивших на соответствующие входы этого блока с выхода электронного преобразователя расхода 17 через первый контроллер калибровок 25 и с выхода электронного преобразователя плотности 18 через второй контроллер калибровок 26.During the third stage of operation of the computing and control unit 21, the component-by-mass flow rate Q m1 , Q m2 , Q m3 of each of the three components of the gas-liquid flow is determined. At this stage, in addition to the above procedures, calculations are carried out that take into account data on the nominal density values ρ 1 , ρ 2 , ρ 3 of each of the three components of the controlled medium stored in the memory of the computing and control unit 21, signals on the values of pressure P and temperature T controlled environment, received at the corresponding inputs of the computing and control unit 21 from the output of the pressure sensor 14 and from the output of the temperature sensor 15, as well as signals about the actual values of the mass flow rate Q m and density ρ my environment, directly measured by the Coriolis flow meter 16 and received at the corresponding inputs of this unit from the output of the electronic flow transducer 17 through the first calibration controller 25 and from the output of the electronic density transducer 18 through the second calibration controller 26.

Данные о значениях давления Р и температуры Т контролируемой среды, а также о номинальных значениях плотности ρ1, ρ2, ρ3 каждого из ее компонентов необходимы для грубой оценки покомпонентного массового расхода, выполняемой в вычислительно-управляющем блоке 21 с погрешностями косвенного вычисления плотности и массового расхода компонентов.Data on the values of pressure P and temperature T of the controlled medium, as well as on the nominal values of the density ρ 1 , ρ 2 , ρ 3 of each of its components, are necessary for a rough estimation of the component mass flow rate performed in the computing and control unit 21 with errors in the indirect calculation of the density and mass flow rate of components.

Для точного определения покомпонентного массового расхода косвенные данные о плотности компонентов оказываются недостаточными, для уточнения этих данных необходимы результаты прямого измерения фактических значений плотности ρ и массового расхода Qm контролируемой среды с помощью кориолисова расходомера, выходная информация которого откорректирована в контроллерах калибровок 25, 26 в зависимости от режима течения газожидкостного потока.To accurately determine the component-by-mass flow rate, indirect data on the density of the components are insufficient; to refine these data, the results of direct measurement of the actual values of the density ρ and the mass flow rate Q m of the controlled medium using a Coriolis flow meter, the output information of which is adjusted in calibration controllers 25, 26 depending on from the flow regime of gas-liquid flow.

Коррекция показаний кориолисова расходомера необходима в связи с тем, что особенностью его работы является наличие погрешностей измерения массового расхода Qm и плотности ρ, возникающих при неоднородности контролируемого потока.Correction of the readings of the Coriolis flowmeter is necessary due to the fact that the peculiarity of its operation is the presence of errors in the measurement of mass flow rate Q m and density ρ arising from the heterogeneity of the controlled flow.

Номинальная градуировочная характеристика (или номинальная калибровка) кориолисова расходомера соответствует однородному потоку контролируемой среды, плотность которой одинакова во всех точках поперечного сечения потока.The nominal calibration characteristic (or nominal calibration) of the Coriolis flowmeter corresponds to a homogeneous flow of the controlled medium, the density of which is the same at all points of the cross section of the flow.

В случае, когда распределение плотности по сечению потока неоднородно, характерном для большинства нефтяных скважин, фактическая калибровка кориолисова расходомера не соответствует номинальной калибровке, что вызывает существенные дополнительные погрешности измерения массового расхода Qm и плотности δ контролируемой среды.In the case where the density distribution over the flow cross section is not uniform, typical for most oil wells, the actual calibration of the Coriolis flowmeter does not correspond to the nominal calibration, which causes significant additional errors in measuring the mass flow rate Q m and density δ of the controlled medium.

Для исключения этой погрешности в предложенной системе введены первый и второй контроллеры калибровок 25 и 26, соответственно, в памяти каждого из которых хранятся данные, полученные в процессе калибровок кориолисова расходомера на испытательном калибровочном стенде при нескольких различных режимах течения контролируемого потока.To eliminate this error, the first and second calibration controllers 25 and 26 were introduced in the proposed system, respectively, each of which stores data obtained during the calibration of the Coriolis flowmeter on a test calibration bench for several different flow regimes of the controlled flow.

В ходе калибровочных испытаний кориолисова расходомера для каждого из заданных режимов течения получают соответствующие этому режиму семейства калибровок: семейство калибровок по массовому расходу и семейство калибровок по плотности, данные о которых заносят в память соответствующих им контроллеров: данные о калибровках по расходу - в память первого контроллера калибровок 25, а данные о калибровках по плотности - в память второго контроллера калибровок 26.During calibration tests of the Coriolis flowmeter, for each of the specified flow regimes, calibration families corresponding to this mode are obtained: a family of mass flow calibrations and a family of density calibrations, the data of which are stored in the memory of their respective controllers: flow calibration data are stored in the memory of the first controller calibrations 25, and data on calibrations by density in the memory of the second calibration controller 26.

При наличии на одном из входов соответствующего контроллера калибровок 25 и 26 информации о массовом расходе Qm, поступающей с выхода электронного преобразователя расхода 17, и информации о плотности ρ, поступающей с выхода электронного преобразователя плотности 18, в каждом из этих контроллеров происходит обработка принятой информации о значениях Qm и ρ с учетом кодового сигнала о фактическом режиме течения, поступившего на другой вход соответствующего контроллера калибровок 25, 26 с выхода контроллера режимов 24. В соответствии с поступившим кодовым сигналом в данном контроллере калибровок из хранящегося в его памяти семейства калибровок выбирается та, которая отвечает фактическому режиму течения. Согласно выбранной калибровке в каждом из контроллеров 25, 26 производится коррекция принятой данным контроллером информации. Скорректированная точная информация о массовом расходе Qm и плотности ρ контролируемой среды передается с выхода каждого из контроллеров калибровок 25, 26 на соответствующий этому выходу вход вычислительно-управляющего блока 21, где с учетом данных, полученных на первой и второй стадиях работы этого блока, производится окончательное вычисление точных и достоверных значений покомпонентного массового расхода Qm1, Qm2, Qm3 каждого из трех компонентов газожидкостной среды.If at one of the inputs of the corresponding calibration controller 25 and 26 there is information about the mass flow rate Q m coming from the output of the electronic flow transducer 17 and information about the density ρ coming from the output of the electronic density transducer 18, the received information is processed in each of these controllers values of Q m and ρ code signal based on the actual flow conditions, was admitted to the other input of the corresponding calibration controller 25, the controller 26 outputs mode 24. In accordance with the received code signal in the calibration of the controller is stored in the memory of calibrations family selects one that corresponds to the actual flow regime. According to the selected calibration in each of the controllers 25, 26, the information received by this controller is corrected. The corrected accurate information on the mass flow rate Q m and density ρ of the controlled medium is transmitted from the output of each of the calibration controllers 25, 26 to the input of the computing and control unit 21 corresponding to this output, where, taking into account the data obtained in the first and second stages of operation of this unit, the final calculation of the exact and reliable values of the component mass flow rate Q m1 , Q m2 , Q m3 of each of the three components of the gas-liquid medium.

Таким образом, задача предложенного изобретения, состоящая в повышении точности и достоверности измерения покомпонентного массового расхода, решена за счет использования в предложенной системе следующих новых технических решений: во-первых, - за счет определения фактического режима течения потока в контроллере режимов 24 и учета этого режима при определении достоверных значений Qm1, Qm2 и Qm3 в вычислительно-управляющем блоке 21, во-вторых, - благодаря применению двух различных направлений радиоволнового зондирования контролируемой среды с помощью двух взаимно-ортогональных вводов-выводов 4, 5, подсоединенных к различным выходам управляемого коммутатора 23, и использованию результатов этого зондирования в вычислительно-управляющем блоке 21 и в контроллере режимов 24 с целью определения точных значений Qm1, Qm2 и Qm3 и, в-третьих, - за счет калибровки показаний кориолисова расходомера 16 по расходу и плотности в первом и втором контроллерах калибровок 25 и 26, соответственно, с целью определения точных и достоверных значений Qm и ρ в вычислительно-управляющем блоке 21.Thus, the objective of the proposed invention, which consists in increasing the accuracy and reliability of measuring the component mass flow rate, is solved by using the following new technical solutions in the proposed system: firstly, by determining the actual flow pattern in the mode controller 24 and taking into account this mode when determining reliable values of Q m1 , Q m2 and Q m3 in the computing and control unit 21, and secondly, due to the use of two different directions of radio wave sensing of the controlled environment using two mutually orthogonal I / O 4, 5 connected to the various outputs of the managed switch 23, and using the results of this sensing in the computing and control unit 21 and in the mode controller 24 to determine the exact values of Q m1 , Q m2 and Q m3 and thirdly, by calibrating the readings of the Coriolis flowmeter 16 in terms of flow and density in the first and second controllers of calibrations 25 and 26, respectively, in order to determine the accurate and reliable values of Q m and ρ in the computing and control unit 21.

Claims (1)

Система измерения покомпонентного массового расхода трехкомпонентного потока нефтяных скважин, в состав которой входят вычислительно-управляющий блок, первый высокочастотный резонатор в виде короткозамкнутого проводника, имеющего форму прямоугольного меандра, размещенного на наружной цилиндрической поверхности диэлектрической трубы, расположенной внутри трубчатого корпуса соосно ему, расходомер, снабженный электронным преобразователем расхода и расположенный последовательно с первым высокочастотным резонатором, установленные в диэлектрической трубе датчик давления и датчик температуры, выход каждого из которых соединен с одним из соответствующих входов вычислительно-управляющего блока, управляемый высокочастотный генератор, первый входной усилитель, передающий тракт, представляющий собой последовательно соединенные выходной усилитель, вход которого является входом данного передающего тракта, амплитудный детектор и аналого-цифровой преобразователь, выход которого служит выходом этого тракта, причем первый высокочастотный резонатор через передающий тракт подключен к соответствующему входу вычислительно-управляющего блока, выход которого соединен со входом управляемого высокочастотного генератора, а через первый входной усилитель этот высокочастотный резонатор подключен к управляемому высокочастотному генератору, отличающаяся тем, что согласно изобретению в нее дополнительно введен второй высокочастотный резонатор, идентичный первому и размещенный соосно ему на упомянутой диэлектрической трубе внутри упомянутого корпуса, каждый из высокочастотных резонаторов снабжен первым вводом-выводом и вторым вводом-выводом, причем первый ввод-вывод и второй ввод-вывод каждого высокочастотного резонатора лежат в диаметральных взаимно-перпендикулярных плоскостях, в качестве расходомера применен кориолисов расходомер, дополнительно снабженный электронным преобразователем плотности, система дополнительно содержит второй входной усилитель, контроллер режимов и подключенный к выходу управляемого высокочастотного генератора управляемый коммутатор, снабженный входом, управляющим входом и двумя выходами, один из которых соединен с первым входным усилителем, другой - со вторым входным усилителем, а управляющий вход - с соответствующим выходом вычислительно-управляющего блока, выход передающего тракта дополнительно подключен к соответствующему входу контроллера режимов, кроме того, система дополнительно содержит четыре входных разделительных конденсатора и четыре выходных разделительных конденсатора, три передающих тракта, идентичных упомянутому передающему тракту, причем выход каждого из этих трех передающих трактов подключен к одному из соответствующих входов вычислительно-управляющего блока и, кроме того, - к одному из соответствующих входов контроллера режимов, система дополнительно содержит первый контроллер калибровок, один из входов которого соединен с выходом электронного преобразователя расхода, и второй контроллер калибровок, один из входов которого соединен с выходом электронного преобразователя плотности, а выход каждого из этих контроллеров соединен с одним из соответствующих входов вычислительно-управляющего блока, первый и второй ввод-вывод каждого высокочастотного резонатора подключен ко входу только одного из передающих трактов через один из выходных разделительных конденсаторов, помимо этого, каждый из первых вводов-выводов каждого высокочастотного резонатора подключен к выходу первого входного усилителя через один из входных разделительных конденсаторов, а каждый из вторых вводов-выводов каждого высокочастотного резонатора через один из входных разделительных конденсаторов подключен к выходу второго входного усилителя, выход датчика давления и выход датчика температуры дополнительно подключены каждый к одному из соответствующих входов контроллера режимов, при этом выход контроллера режимов соединен с соответствующим входом вычислительно-управляющего блока и, помимо этого, - с соответствующим входом первого и с соответствующим входом второго контроллеров калибровок, кроме того, на концевых участках диэлектрической трубы установлено по короткозамкнутому ограничительному витку, а между первым и вторым высокочастотными резонаторами установлен короткозамкнутый ограничительно разделительный виток.A component-based mass flow measurement system for a three-component oil well flow, which includes a computer-control unit, a first high-frequency resonator in the form of a short-circuited conductor, having the shape of a rectangular meander placed on the outer cylindrical surface of a dielectric pipe located inside the tubular body coaxially with it, a flow meter equipped with an electronic flow transducer and located in series with the first high-frequency resonator, installed in a dielectric tube, a pressure sensor and a temperature sensor, the output of each of which is connected to one of the corresponding inputs of the computing and control unit, a controlled high-frequency generator, a first input amplifier transmitting a path, which is a series-connected output amplifier, the input of which is the input of this transmitting path, an amplitude detector and an analog-to-digital converter, the output of which serves as the output of this path, the first high-frequency resonator through a transmitting the act is connected to the corresponding input of the computing and control unit, the output of which is connected to the input of the controlled high-frequency generator, and through the first input amplifier this high-frequency resonator is connected to a controlled high-frequency generator, characterized in that according to the invention, a second high-frequency resonator identical to the first and placed coaxially with it on said dielectric tube inside said housing, each of the high-frequency resonators is provided with a first a water-output and a second input-output, the first input-output and the second input-output of each high-frequency resonator lying in diametrically mutually perpendicular planes, a Coriolis flow meter, additionally equipped with an electronic density transducer, is used as a flow meter, the system further comprises a second input amplifier, mode controller and a managed switch connected to the output of the controlled high-frequency generator, equipped with an input, a control input and two outputs, one of which x is connected to the first input amplifier, the other to the second input amplifier, and the control input to the corresponding output of the computer-control unit, the output of the transmitting path is additionally connected to the corresponding input of the mode controller, in addition, the system additionally contains four input isolation capacitors and four output separation capacitors, three transmission paths identical to said transmission path, wherein the output of each of these three transmission paths is connected to one of the respective the input inputs of the computing and control unit and, in addition, to one of the corresponding inputs of the mode controller, the system further comprises a first calibration controller, one of the inputs of which is connected to the output of the electronic flow transducer, and a second calibration controller, one of the inputs of which is connected to the output electronic density transducer, and the output of each of these controllers is connected to one of the corresponding inputs of the computing and control unit, the first and second input-output of each high-frequency a resonator is connected to the input of only one of the transmission paths through one of the output isolation capacitors, in addition, each of the first inputs and outputs of each high-frequency resonator is connected to the output of the first input amplifier through one of the input isolation capacitors, and each of the second inputs and outputs of each a high-frequency resonator through one of the input isolation capacitors connected to the output of the second input amplifier, the output of the pressure sensor and the output of the temperature sensor о each connected to one of the corresponding inputs of the mode controller, while the output of the mode controller is connected to the corresponding input of the computing and control unit and, in addition, to the corresponding input of the first and the corresponding input of the second calibration controller, in addition, on the end sections of the dielectric pipe installed on a short-circuited limiting coil, and between the first and second high-frequency resonators installed a short-circuited limiting dividing coil.
RU2007104873/28A 2007-02-08 2007-02-08 System of measurement of component-wise mass flow rate of three-component flow of oil wells RU2336500C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007104873/28A RU2336500C1 (en) 2007-02-08 2007-02-08 System of measurement of component-wise mass flow rate of three-component flow of oil wells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007104873/28A RU2336500C1 (en) 2007-02-08 2007-02-08 System of measurement of component-wise mass flow rate of three-component flow of oil wells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2336500C1 true RU2336500C1 (en) 2008-10-20

Family

ID=40041319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007104873/28A RU2336500C1 (en) 2007-02-08 2007-02-08 System of measurement of component-wise mass flow rate of three-component flow of oil wells

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2336500C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10197546B2 (en) 2016-12-09 2019-02-05 Sergei Piltsov Method and system for continuous monitoring of the water fraction in an oil well stream
CN112739992A (en) * 2018-06-20 2021-04-30 恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司 Method for operating a coriolis measuring device and coriolis measuring device
RU2757861C1 (en) * 2021-01-11 2021-10-21 Акционерное общество "Ижевский мотозавод "Аксион-холдинг" Device for measuring volume flow of gas in operation products of gas condensate wells by correlation method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10197546B2 (en) 2016-12-09 2019-02-05 Sergei Piltsov Method and system for continuous monitoring of the water fraction in an oil well stream
CN112739992A (en) * 2018-06-20 2021-04-30 恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司 Method for operating a coriolis measuring device and coriolis measuring device
RU2757861C1 (en) * 2021-01-11 2021-10-21 Акционерное общество "Ижевский мотозавод "Аксион-холдинг" Device for measuring volume flow of gas in operation products of gas condensate wells by correlation method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2336500C1 (en) System of measurement of component-wise mass flow rate of three-component flow of oil wells
RU59239U1 (en) COMPONENT MEASUREMENT COMPLEX
RU64350U1 (en) COMPLEX OF MEASUREMENT OF COMPONENT MASS FLOWS OF THE THREE COMPONENT FLOW OF OIL WELLS
RU2334951C1 (en) System of measurement of mass flow of three-component gas-liquid flow components of oil wells
Koturbash et al. New instrument for measuring the velocity of sound in gases and quantitative characterization of binary gas mixtures
RU2334200C1 (en) Flow rate measuring system of ternary gas-liquid flow agents
RU2329471C1 (en) Measuring system for component-wise flow rate of three-component gas-liquid flow in oil wells
RU2334201C1 (en) Flow rate measuring system of gas-liquid borehole flow agents
RU2337325C1 (en) System of component mass flow rate measurement in three-component flow
RU2339913C1 (en) System of measuring flow rate of components of gas-liquid stream
RU2337324C1 (en) System of component-wise mass flow rate measurement for gas and liquid flow
RU64355U1 (en) COMPLEX OF MEASURING MASS CONSUMPTION OF COMPONENTS OF A THREE-COMPONENT GAS-LIQUID FLOW
RU2334950C1 (en) System of measurement of three-component gas-liquid flow component-specific mass flow
RU64349U1 (en) COMPLEX OF MEASURING MASS CONSUMPTION OF COMPONENTS OF A THREE-COMPONENT FLOW OF OIL WELLS
RU64348U1 (en) COMPLEX OF MEASURING MASS CONSUMPTION OF GAS-LIQUID FLOW COMPONENTS
RU64764U1 (en) COMPLEX OF MEASUREMENT OF THE COMPONENT MASS FLOW OF THE THREE-COMPONENT GAS-LIQUID FLOW
RU2333464C1 (en) System for measuring component-specific mass flow of three-component flow
RU2334202C1 (en) Flow rate measuring system of ternary borehole gas-liquid flow agents
RU64352U1 (en) COMPLEX OF MEASUREMENT OF COMPONENTIAL MASS CONSUMPTION OF THREE-COMPONENT GAS-LIQUID FLOW OF OIL WELLS
RU64354U1 (en) COMPLEX OF MEASUREMENT OF COMPONENT MASS FLOW OF GAS-FLOW FLOW
RU2334203C1 (en) Agent-specific flow rate measuring system of gas-liquid borehole flow agents
RU64351U1 (en) COMPLEX OF MEASURING MASS CONSUMPTION OF COMPONENTS OF A THREE-COMPONENT GAS-LIQUID FLOW OF OIL WELLS
RU64353U1 (en) COMPLEX OF MEASURING MASS CONSUMPTION OF COMPONENTS OF A THREE-COMPONENT FLOW
RU64763U1 (en) COMPLEX OF MEASUREMENT OF COMPONENT MASS CONSUMPTION OF THREE COMPONENT FLOW
RU64356U1 (en) COMPLEX OF MEASUREMENT OF MASS CONSUMPTION OF COMPONENTS OF GAS-LIQUID FLOW OF OIL WELLS