RU2379632C1 - Method for measurement of liquid medium characteristics, namely volumetrical flow and viscosity, and device for its realisation - Google Patents
Method for measurement of liquid medium characteristics, namely volumetrical flow and viscosity, and device for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2379632C1 RU2379632C1 RU2008115829/28A RU2008115829A RU2379632C1 RU 2379632 C1 RU2379632 C1 RU 2379632C1 RU 2008115829/28 A RU2008115829/28 A RU 2008115829/28A RU 2008115829 A RU2008115829 A RU 2008115829A RU 2379632 C1 RU2379632 C1 RU 2379632C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow
- viscosity
- channel
- measuring
- spherical
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерения физико-химических характеристик жидких сред и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в том числе в автоматизированных системах управления технологическими процессами в нефтяной, строительной, химической и пищевой промышленности, а также в нефтепромысловой геофизике при гидродинамических исследованиях скважин.The invention relates to the field of measuring the physicochemical characteristics of liquid media and can be used in various industries, including automated process control systems in the oil, construction, chemical and food industries, as well as in oilfield geophysics during hydrodynamic studies of wells.
В нефтепромысловой геофизике весьма актуальными являются исследования скважин с помощью комплексной скважинной аппаратуры [1, 2], реализующей самые различные способы измерения физико-химических характеристик исследуемых жидкостей в скважине, в нефтяных пластах. Несомненно, скорость (объемный расход) и вязкость, являющиеся основными параметрами, с помощью которых описываются гидромеханические явления в движущихся жидкостях (в том числе и в скважинных условиях).In oilfield geophysics, well research using integrated well equipment [1, 2], which implements a variety of methods for measuring the physicochemical characteristics of the studied fluids in a well, in oil reservoirs, is very relevant. Undoubtedly, the speed (volumetric flow rate) and viscosity, which are the main parameters that describe hydromechanical phenomena in moving fluids (including well conditions).
Известны многочисленные способы измерения вязкости жидкости, а также целый ряд устройств, реализующих эти способы [3-7].There are many known methods for measuring the viscosity of a liquid, as well as a number of devices that implement these methods [3-7].
Недостатком этих способов и реализующих их устройств [3-7] является тот факт, что они могут быть использованы только в лабораторных (стационарных) условиях и не могут быть применены, например, скважинных исследованиях, или других производственных сферах.The disadvantage of these methods and devices that implement them [3-7] is the fact that they can only be used in laboratory (stationary) conditions and cannot be applied, for example, downhole research, or other production areas.
Известны также тахометрические расходомеры [8], одним из недостатков которых является возникновение дополнительной погрешности измерения расхода за счет влияния вязкости измеряемой жидкости. Принимаются специальные конструкторские решения [9, 10], позволяющие в какой-то мере скомпенсировать влияние вязкости, проявляющееся в действии пограничного слоя на наружную радиальную поверхность турбины, на процесс измерения расхода жидкости.Also known are tachometric flow meters [8], one of the disadvantages of which is the occurrence of an additional error in the measurement of flow due to the influence of the viscosity of the measured liquid. Special design decisions are made [9, 10], which make it possible to compensate to some extent the effect of viscosity, which manifests itself in the action of the boundary layer on the outer radial surface of the turbine, on the process of measuring fluid flow.
Вместе с тем известно, что, несмотря на общепромышленное применение турбинных расходомеров (в том числе и в скважинных условиях), они имеют существенные недостатки: сложность в эксплуатации, подверженность засорению, ненадежность, особенно при наличии гидравлических ударов в линии.However, it is known that, despite the general industrial use of turbine flow meters (including in borehole conditions), they have significant drawbacks: difficulty in operation, susceptibility to clogging, unreliability, especially in the presence of hydraulic shocks in the line.
Известны также шариковые расходомеры, в том числе и скважинные [8], относящиеся к классу тахометрических расходомеров, во многом превосходящие по своим техническим характеристикам турбинные расходомеры. В шариковых расходомерах основным узлом формирования информационного сигнала о расходе текучей среды в закрытых каналах, то есть в трубопроводах, является шарообразное тело качения из того или иного материала, расположенное в кольцевой канавке канала, движущееся по круговой траектории под воздействием предварительно закрученного (вращающегося) потока текучей среды. Частота вращения шарообразного тела функционально связана с величиной скорости (расхода) текучей среды, которая регистрируется с помощью достаточно простых технических решений узла съема информационного сигнала.Also known are ball flow meters, including borehole flowmeters [8], which belong to the class of tachometric flowmeters, which in many respects surpass turbine flowmeters in their technical characteristics. In ball flow meters, the main unit for generating an information signal about the flow of fluid in closed channels, that is, in pipelines, is a spherical rolling body of one or another material located in the annular channel groove, moving along a circular path under the influence of a pre-swirling (rotating) fluid flow Wednesday. The frequency of rotation of the spherical body is functionally related to the velocity (flow rate) of the fluid, which is recorded using fairly simple technical solutions of the information signal pick-up unit.
Вместе с тем в этих расходомерах на погрешность измерения расхода также влияет вязкость измеряемой среды. Тем не менее, это проявление вязкости косвенное (как и в турбинных расходомерах) и без специальных конструкторских проработок функцию измерения вязкости в расходомерах получить невозможно.However, in these flow meters, the viscosity of the medium being measured also influences the measurement error of the flow. Nevertheless, this manifestation of viscosity is indirect (as in turbine flow meters), and without special design studies, it is impossible to obtain the function of measuring viscosity in flow meters.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) к заявляемому способу является способ [11] измерения вязкости, сущность которого состоит в том, что струе жидкости придают вращательное движение, воздействуют на струю магнитным полем вдоль ее оси, измеряют ЭДС (E1 и Е2) между радиально разнесенными точками в двух разнесенных по длине струи сечениях, причем вращательное движение придают всему потоку жидкости, обе ЭДС измеряют в зоне затухания вращательного возмущения, а по их отношению судят о вязкости.The closest technical solution (prototype) to the claimed method is a method [11] for measuring viscosity, the essence of which is that the liquid is imparted by a rotational motion, the magnetic field is applied to the jet along its axis, the emf is measured (E 1 and E 2 ) between radially spaced points in two sections spaced apart along the length of the jet, and the rotational motion is imparted to the entire fluid flow, both EMFs are measured in the decay zone of the rotational perturbation, and viscosity is judged by their ratio.
Устройство, реализующее способ [11], содержит цилиндрический корпус-электрод, завихритель потока жидкости (струи), коаксиально расположенные электроды, изолятор, магнитную систему (соленоид) и вычислитель, причем завихритель потока расположен в корпусе электрода со стороны набегающего потока жидкости, электроды (первый и второй) являются внутренними и разнесены по оси корпуса, а первый электрод установлен в зоне завихрителя потока.A device that implements the method [11] contains a cylindrical body-electrode, a fluid flow swirl (jets), coaxially arranged electrodes, an insulator, a magnetic system (solenoid) and a computer, the flow swirl located in the electrode body on the side of the incoming liquid flow, electrodes ( the first and second) are internal and spaced along the axis of the housing, and the first electrode is installed in the zone of the flow swirl.
Недостатком этого способа и реализующего его устройства является ограниченность перечня объектов измерения, а именно: возможность их использования для измерения вязкости только электропроводящих жидкостей, что резко ограничивает сферы их применения, в том числе и в нефтяной промышленности, не говоря об их использовании в нефтепромысловой геофизике при проведении скважинных исследований. Кроме того, представляет собой достаточно непростую задачу выделение полезного информационного сигнала в электромагнитных приборах (в частности, в электромагнитных расходомерах) на фоне различного ряда помех (трансформаторные, квадратурные, электрохимические) [8].The disadvantage of this method and its implementing device is the limited list of measurement objects, namely: the possibility of their use for measuring the viscosity of only electrically conductive liquids, which severely limits the scope of their application, including in the oil industry, not to mention their use in oilfield geophysics at conducting downhole research. In addition, it is a rather difficult task to isolate a useful information signal in electromagnetic devices (in particular, in electromagnetic flowmeters) against the background of a variety of interference (transformer, quadrature, electrochemical) [8].
Требуемый технический результат (иначе - цель создания заявляемых объектов) заключается в обеспечении известным техническим решениям более высоких потребительских свойств с учетом расширения сфер применения.The required technical result (otherwise, the purpose of the creation of the claimed objects) is to provide well-known technical solutions with higher consumer properties, taking into account the expansion of applications.
Требуемый технический результат в заявляемом способе измерениях характеристик жидких сред, а именно объемного расхода и вязкости, при котором струе жидкости в кольцевом канале придают вращательное движение, вращающейся жидкостью придают вращение двум шарообразным телам качения, движущимся по кольцевым траекториям кольцевых канавок, размещенных в зоне затухания вращательного возмущения, сформированных внутри трубопровода и разнесенных по его длине, по частоте F1 вращения первого шарообразного тела качения судят о расходе протекающей жидкости, а по отношению частоты F1 к частоте F2 вращения второго шарообразного тела качения судят о величине измеряемой вязкости.The required technical result in the claimed method for measuring the characteristics of liquid media, namely, volumetric flow rate and viscosity, in which a liquid stream is imparted to a rotary motion in a ring channel, two spherical rolling bodies rotate along circular paths of the annular grooves located in the decay zone of the rotational fluid perturbation formed inside the pipe and spaced along its length, the frequency F 1 of the first rotation spherical rolling bodies judged flow flowing liquid and with respect to the frequency F 1, F 2 frequency of rotation of the second ball-shaped rolling body is judged on the magnitude of the measured viscosity.
Требуемый технический результат в части устройства для реализации заявляемого способа, как показывают стендовые и промышленные испытания заявляемого устройства и опыт эксплуатации прототипа-устройства, обеспечивается тем, что известное устройство, содержащее, проточный цилиндрический корпус с измерительным, коаксиальным корпусу, кольцевым каналом, на входе которого установлен вращатель потока кольцеобразной формы с радиальными, относительно измерительного канала, лопатками криволинейного профиля в сечении, шарообразное тело качения из магнитного материала, размещенное в измерительном канале корпуса, канавку во внешней стенке измерительного канала корпуса для обеспечения возможности движения размещенного в ней шарообразного тела по штатной кольцевой траектории под воздействием вращающегося потока измеряемой среды, причем, канавка в измерительном канале корпуса выполнена с поверхностью S, для качения шарообразного тела, образованной дугой окружности с диаметром большим, чем диаметр шарообразного тела, узел формирования и съема электрического сигнала, наземный блок для обеспечения электропитания и индикации, объемного расхода, а также кабельную связь наземного блока с узлом формирования и съема информационного электрического сигнала, а на определенном расстоянии, метрологически обоснованном (с точки зрения максимальной чувствительности измерения), от имеющейся канавки с размещенным в ней шарообразным телом качения установлены вторые канавка с шарообразным телом качения и узел формирования и съема информационного электрического сигнала, конструктивно выполненные аналогично первым.The required technical result in terms of a device for implementing the inventive method, as shown by bench and industrial tests of the inventive device and operating experience of the prototype device, is ensured by the fact that the known device comprising a flowing cylindrical body with a measuring, coaxial body, an annular channel at the input of which a ring-shaped flow rotator with radial, relative to the measuring channel, curved profile vanes in cross section, a spherical body of quality a magnetic material located in the measuring channel of the housing, a groove in the outer wall of the measuring channel of the housing to allow the spherical body placed in it along a regular annular path under the influence of a rotating flow of the medium to be measured, and the groove in the measuring channel of the housing is made with surface S, for rolling a spherical body formed by an arc of a circle with a diameter greater than the diameter of the spherical body, the site of formation and removal of the electrical signal, ground the first block for providing power supply and indication, volumetric flow rate, as well as cable connection of the ground block with the node for generating and removing the information electric signal, and at a certain distance, metrologically justified (from the point of view of maximum measurement sensitivity), from the existing groove with a spherical a second groove with a spherical rolling body and a node for generating and removing an information electric signal, structurally made similar to the first, are installed by the rolling body.
Дополнительным отличием заявляемого объекта является наличие в нем второго вращателя потока, позволяющего осуществлять измерение объемного расхода и вязкости при реверсивном течении измеряемой среды.An additional difference of the claimed object is the presence in it of a second flow rotator, which allows the measurement of volumetric flow rate and viscosity in the reverse flow of the measured medium.
Требуемый технический результат обеспечен наличием в совокупности существенных признаков (характеризующих предлагаемый способ и реализующее его устройство для измерения характеристик жидких сред, а именно объемного расхода и вязкости) при несомненной применимости в промышленности, что предполагает соответствие заявляемых объектов критериям изобретения.The required technical result is ensured by the presence of a combination of essential features (characterizing the proposed method and the device implementing it for measuring the characteristics of liquid media, namely, volumetric flow rate and viscosity) with undoubted applicability in industry, which suggests compliance of the claimed objects with the criteria of the invention.
На чертежах (см. фиг.1 и 2) изображено устройство для реализации способа измерения характеристик жидких сред, а именно объемного расхода и вязкости (в варианте скважинного исполнения), которое содержит: проточный цилиндрический корпус 1 с измерительным, коаксиальным корпусу, кольцевым каналом 2, на входе которого установлен вращатель 3 потока кольцеобразной формы с радиальными, относительно измерительного канала, лопатками криволинейного профиля в сечении, шарообразное тело 4 качения из магнитного материала, размещенное в измерительном канале корпуса, канавку 5 во внешней стенке измерительного канала корпуса для обеспечения возможности движения размещенного в ней шарообразного тела 4 по штатной кольцевой траектории под воздействием вращающегося потока измеряемой среды, причем канавка 5 в измерительном канале корпуса выполнена с поверхностью S, для качения шарообразного тела 4, образованной дугой окружности с диаметром большим, чем диаметр шарообразного тела, узел 6 формирования и съема электрического сигнала, наземный блок (на рисунке не показан) для обеспечения электропитания и за работой и учета объемного расхода и вязкости, кабельную связь 7 наземного блока с узлом 6 формирования и съема информационного электрического сигнала. На определенном расстоянии, метрологически обоснованном (с точки зрения максимальной чувствительности измерения) от имеющейся канавки 5 с размещенным в ней шарообразным телом 4 качения, имеющей форму, образованную двумя конусными поверхностями S1 и S2, установлены вторые канавка 8 с шарообразным телом 9 качения и узел 10 формирования и съема информационного электрического сигнала, конструктивно выполненные аналогично первым. В нижней части скважинного прибора установлен дополнительный вращатель 11 потока (см. фиг.2).The drawings (see Figs. 1 and 2) show a device for implementing a method for measuring the characteristics of liquid media, namely, volumetric flow rate and viscosity (in a borehole embodiment), which comprises: a flowing cylindrical body 1 with a measuring, coaxial body, annular channel 2 at the input of which a rotator 3 of a ring-shaped flow with radial, relative to the measuring channel, blades of curved profile in cross section is installed, a spherical rolling body 4 of magnetic material placed in the measuring chamber a housing aperture, a groove 5 in the outer wall of the measuring channel of the housing to allow the spherical body 4 located therein to move along a regular annular path under the influence of a rotating flow of the measured medium, and the groove 5 in the measuring channel of the housing is made with surface S, for rolling the spherical body 4, formed by an arc of a circle with a diameter larger than the diameter of the spherical body, the node 6 for the formation and removal of the electric signal, the ground block (not shown) to provide electric Tanya and the work and recording the volumetric flow rate and viscosity, the cable connection block land 7 to node 6 formation and removal information of the electric signal. At a certain distance, metrologically justified (from the point of view of maximum measurement sensitivity) from the existing groove 5 with a spherical rolling body 4 located in it, having a shape formed by two conical surfaces S 1 and S 2 , a second groove 8 with a spherical rolling body 9 is installed and node 10 of the formation and removal of the information electric signal, structurally made similar to the first. In the lower part of the downhole tool, an
Устройство для измерения объемного расхода и вязкости (на примере его применения в скважине) работает следующим образом. При установке прибора в скважину его резьбовые концы (на рисунке изображены, но отдельными позициями не показаны) соединяются (свинчиваются) с насосно-компрессорными трубами (НКТ) или каким-либо другим внутрискважинным оборудованием, при этом кабель связи 7 между наземным блоком и узлами (6 и 10) съема информационного электрического сигнала, крепится общеизвестными техническими средствами к НКТ.A device for measuring volumetric flow rate and viscosity (for example, its use in the well) works as follows. When the device is installed in the well, its threaded ends (shown, but not shown in separate positions) are connected (screwed) with tubing or some other downhole equipment, while the communication cable 7 is between the ground unit and the nodes ( 6 and 10) the removal of the information electrical signal, is attached by well-known technical means to the tubing.
Работа устройства (в качестве скважинного прибора) может происходить в следующих режимах:The operation of the device (as a downhole tool) can occur in the following modes:
1) режим измерения объемного расхода жидкости (при прямом и обратном направлении потока измеряемой среды);1) the mode of measuring the volumetric flow rate of the liquid (with forward and reverse flow direction of the measured medium);
2) режим измерения вязкости жидкости (при прямом и обратном направлении потока измеряемой среды);2) the mode of measuring the viscosity of the liquid (with forward and reverse flow direction of the measured medium);
3) комплексный режим измерения объемного расхода и вязкости жидкости (при прямом и обратном направлении потока измеряемой среды).3) a comprehensive mode of measuring the volumetric flow rate and fluid viscosity (with the forward and reverse flow direction of the measured medium).
Естественно, наиболее предпочтительным является комплексный режим измерения, а классификация здесь приведена для удобства рассмотрения принципа действия устройства в скважинном исполнении.Naturally, the most preferable is a comprehensive measurement mode, and the classification is given here for the convenience of considering the principle of operation of the device in a borehole design.
1. Режим измерения объемного расхода жидкой среды1. The measurement mode of the volumetric flow rate of the liquid medium
В данном режиме измерения производятся, например, в насосно-компрессорных трубах для измерения объемного расхода жидкости (например, воды), закачиваемой в скважину.In this mode, measurements are made, for example, in tubing to measure the volumetric flow rate of a liquid (e.g. water) pumped into a well.
Принцип действия устройства заключается в следующем. Измеряемая среда поступает в НКТ и далее часть потока проходит через центральную цилиндрическую полость корпуса 1, а другая часть потока закручивается вращателем потока 3, идет по измерительному кольцевому каналу 2, увлекая шарообразное тело качения (шар) 4 в круговое движение по кольцевой траектории канавки 5, выполненной во внешней стенке измерительного канала корпуса с поверхностью S и имеющей форму, образованную двумя конусными поверхностями S1 и S2. Угловая скорость (частота вращения) шара является мерой расхода измеряемой жидкости. Частота вращения шара F1, прямо пропорциональная скорости потока и, следовательно, объемному расходу проходящей жидкости, преобразуется в электрический частотный сигнал или индукционным, или индуктивным, или магнитоуправляемым контактом узла 6 формирования и съема электрического сигнала. Далее, электрический сигнал с частотой F1 преобразуется микроконтроллером (на фигуре 1 не показан), входящим в состав узла 6 формирования и съема электрического канала, в расход, а информация о расходе передается по кабельной связи 7 в наземный блок (на рисунке не показан), который осуществляет функции электроснабжения и индикации объемного расхода.The principle of operation of the device is as follows. The measured medium enters the tubing and then part of the flow passes through the central cylindrical cavity of the housing 1, and the other part of the flow is twisted by the flow rotator 3, goes along the measuring annular channel 2, entraining the spherical rolling body (ball) 4 in a circular motion along the annular path of the groove 5, made in the outer wall of the measuring channel of the housing with a surface S and having a shape formed by two conical surfaces S 1 and S 2 . The angular velocity (speed) of the ball is a measure of the flow rate of the measured fluid. The rotation frequency of the ball F 1 , which is directly proportional to the flow rate and, therefore, the volumetric flow rate of the passing fluid, is converted into an electric frequency signal either by an induction, or inductive, or magnetically controlled contact of the unit 6 for generating and removing an electric signal. Further, an electrical signal with a frequency of F 1 is converted by a microcontroller (not shown in FIG. 1), which is part of the unit 6 for forming and removing an electric channel, into a flow, and the flow information is transmitted via cable connection 7 to a ground unit (not shown) , which performs the functions of power supply and volume flow indication.
При изменении направления течения измеряемой среды (см. фиг.2) поток закручивается вторым вращателем 11 потока, соответственно приходит во вращение второе шарообразное тело 9 качения, частота вращения которого воспринимается вторым узлом 10 формирования и съема электрического сигнала, и далее информация о расходе передается по кабельной связи 7 в наземный блок.When the flow direction of the measured medium changes (see FIG. 2), the flow is twisted by the
2. Режим измерения вязкости жидкости.2. The mode of measuring the viscosity of the liquid.
Пусть поток измеряемой среды поступает (см. фиг 2) сверху вниз, при этом под действием вращающегося потока приходят во вращение по своим канавкам 5 и 8 шарообразные тела качения, соответственно 4 и 9, имеющие соответственно частоты вращения F1 и F2, причем всегда должно соблюдаться неравенство F1>F2. Обоснуем это утверждение следующими рассуждениями.Let the flow of the medium to be measured flow (see FIG. 2) from top to bottom, while under the action of the rotating flow, spherical rolling bodies 4 and 9, respectively, having rotational speeds F 1 and F 2 , respectively, come into rotation through their grooves the inequality F 1 > F 2 must be observed. We substantiate this statement by the following reasoning.
В связи с условием сплошности потока (или неразрывности течения) [12] для несжимаемой жидкости можно записать:In connection with the condition of continuity of flow (or continuity of flow) [12] for an incompressible fluid, we can write:
где Q - расход потока жидкости;where Q is the flow rate of the fluid;
ϑ - средняя (линейная) скорость потока;ϑ - average (linear) flow rate;
s - площадь сечения трубопровода.s is the cross-sectional area of the pipeline.
Исходя из этого, для нашего случая, будет справедливо следующее равенство:Based on this, for our case, the following equality will be true:
где Q1 и Q2 - расход жидкости соответственно в сечениях S1 и S2 расположения первой 5 и второй 8 канавок. Следовательно, можно записать:where Q 1 and Q 2 are the fluid flow rates respectively in sections S 1 and S 2 of the location of the first 5 and second 8 grooves. Therefore, you can write:
но, поскольку s1=s2, a Q1=Q2, можно записать:but, since s 1 = s 2 , a Q 1 = Q 2 , we can write:
где K1 и K2 - соответственно коэффициенты масштабирования.where K 1 and K 2 - respectively, the scaling factors.
Докажем, что в нашем случае, когда кольцеобразные канавки 5 и 8, по которым под действием вращающегося потока перемещаются шарообразные тела 4 и 9, линейно, по ходу потока, разнесены друг от друга на определенном расстоянии, в общем случаеWe prove that in our case, when the ring-shaped grooves 5 and 8, along which the spherical bodies 4 and 9 move under the action of a rotating flow, are linearly, along the flow, spaced from each other at a certain distance, in the general case
а в частном случаеand in a particular case
Неравенство это справедливо как для ламинарного, так и для турбулентного режимов течения жидкости в замкнутых трубопроводах.This inequality is true for both laminar and turbulent modes of fluid flow in closed pipelines.
При движении жидкости по трубопроводу возникают, благодаря вязкости, силы гидравлического сопротивления (трения), вследствие чего частицы жидкости тормозятся, причем скорость движения частиц по мере их удаления от оси трубы уменьшается. Для преодоления сопротивления трения и поддержания равномерного поступательного движения жидкости необходимо затратить энергию, называемую потерянной энергией или потерянным напором hтp.When fluid moves through the pipeline, due to viscosity, forces of hydraulic resistance (friction) arise, as a result of which the fluid particles are inhibited, and the speed of the particles decreases as they move away from the pipe axis. To overcome the frictional resistance and maintain a uniform translational motion of the fluid, it is necessary to expend energy, called the lost energy or the lost pressure h tp .
Потери напора на трение при ламинарном режиме пропорциональны средней скорости движения потока и вязкости движущейся жидкости и не зависят от состояния внутренней поверхности стенок трубы. Объясняется это тем, что жидкость прилипает к стенкам трубопровода, в результате чего происходит трение жидкости о жидкость, а не жидкости о стенку. В работе [12, стр.160] приведены следующие формулы:Losses of friction pressure in the laminar regime are proportional to the average flow velocity and viscosity of the moving fluid and do not depend on the state of the inner surface of the pipe walls. This is explained by the fact that the liquid adheres to the walls of the pipeline, as a result of which the friction of the liquid against the liquid, and not the liquid against the wall, occurs. The following formulas are given in [12, p. 160]:
где λ - коэффициент гидравлического трения;where λ is the coefficient of hydraulic friction;
l - линейная длина по потоку;l is the linear flow length;
d - диаметр трубопровода;d is the diameter of the pipeline;
Re - число Рейнольдса;R e is the Reynolds number;
υ - кинематическая вязкость жидкости;υ is the kinematic viscosity of the liquid;
ϑ - средняя линейная скорость движения жидкости.ϑ is the average linear fluid velocity.
q - ускорение свободного падения.q is the acceleration of gravity.
Для турбулентного течения жидкости справедлива следующая функциональная зависимость:For turbulent fluid flow, the following functional relationship is valid:
где k/d - отношение абсолютной шероховатости к диаметру трубопровода (относительная шероховатость).where k / d is the ratio of the absolute roughness to the diameter of the pipeline (relative roughness).
Анализируя выражения (8, 9 и 10), можно сделать следующие выводы. Коэффициент гидравлического трения в трубопроводах пропорционален вязкости движущейся жидкости для ламинарного режима течения (формула 9) при малых числах Рейнольдса (до 2000), а для турбулентного режима течения пропорционален вязкости и относительной шероховатости (формула 10). Причем во втором случае (турбулентный режим), влияние шероховатости на изменение коэффициента гидравлического трения тем меньше, чем меньше отношение k/d, или чем больше отношение r/k, где r - радиус трубопровода. Из работы [12, рис.XII.4, стр.169] следует, что для гидравлически гладких труб с относительной шероховатостью r/k>500 коэффициент гидравлического трения изменяется линейно в диапазоне чисел Рейнольдса от 2,6 до 5,3 (логарифмический масштаб) и зависит только от вязкости жидкости.Analyzing expressions (8, 9, and 10), we can draw the following conclusions. The hydraulic friction coefficient in pipelines is proportional to the viscosity of the moving fluid for the laminar flow regime (formula 9) at low Reynolds numbers (up to 2000), and for the turbulent flow regime it is proportional to viscosity and relative roughness (formula 10). Moreover, in the second case (turbulent mode), the influence of roughness on a change in the coefficient of hydraulic friction is the smaller, the smaller the ratio k / d, or the greater the ratio r / k, where r is the radius of the pipeline. It follows from [12, Fig. XII.4, p. 169] that for hydraulically smooth pipes with a relative roughness r / k> 500, the coefficient of hydraulic friction varies linearly in the range of Reynolds numbers from 2.6 to 5.3 (logarithmic scale ) and depends only on the viscosity of the liquid.
Таким образом, учитывая вышесказанное, следует ожидать падение частоты F2 вращения второго шарообразного тела качения 9 по причине затухания вращательного движения в силу действия вязкостного трения и в общем случае можно записать:Thus, taking into account the above, we should expect a decrease in the frequency of rotation F 2 of the second spherical rolling body 9 due to the attenuation of the rotational motion due to the action of viscous friction, and in the general case we can write:
и окончательно будем иметьand finally we will have
где υ - кинематическая вязкость жидкости;where υ is the kinematic viscosity of the liquid;
K - коэффициент масштабирования;K is the scaling factor;
L - расстояние между центрами канавок 5 и 8.L is the distance between the centers of the grooves 5 and 8.
Результаты испытания экспериментального образца показали, что для надежного измерения вязкости необходимо соблюдать следующие условия:The test results of the experimental sample showed that for reliable measurement of viscosity, the following conditions must be observed:
- плотность шарообразного тела качения должна быть близка к плотности измеряемой жидкости. В этом случае [13, стр.30, 31] исчезает систематическая ошибка метода измерения скорости;- the density of the spherical rolling body should be close to the density of the measured fluid. In this case [13, p.30, 31], the systematic error of the velocity measurement method disappears;
- расстояние L между центрами канавок находится экспериментально с учетом чистоты обработки поверхностей канавок, измерительного коаксиального кольцевого канала и наибольшей чувствительности выявленного градиента частоты;- the distance L between the centers of the grooves is found experimentally, taking into account the cleanliness of the surface treatment of the grooves, the measuring coaxial annular channel and the greatest sensitivity of the detected frequency gradient;
- для уменьшения погрешности измерения необходимо пользоваться не мгновенными измерениями частот F1 и F2, а их средними оценками.- to reduce the measurement error it is necessary to use not instantaneous measurements of the frequencies F 1 and F 2 , but their average estimates.
При изменении направления потока измерение вязкости происходит аналогично вышеописанному, а формула (13) трансформируется к виду:When the flow direction changes, the viscosity is measured in the same way as described above, and formula (13) is transformed to:
3. Комплексный режим измерения расхода и вязкости происходит в последовательности, данной при описании режимов 1 и 2, с учетом условий измерения режима 2.3. The complex mode of flow and viscosity measurement occurs in the sequence given in the description of modes 1 and 2, taking into account the conditions of measurement of mode 2.
Таким образом, с учетом вышеизложенного, заявляемый объект подлежит охране как объект промышленной собственности с выдачей заявителю соответствующего охранного документа.Thus, in view of the foregoing, the claimed object is subject to protection as an industrial property object with the issuance of the relevant security document to the applicant.
Источники информацииInformation sources
1. Габдуллин Т.Г. Разработка комплексной скважинной аппаратуры на одножильном кабеле, применительно к станции для исследования действующих скважин. Отчет по теме №134-76. Фонды ВНИИНПГ. Уфа, 1977.1. Gabdullin T.G. Development of integrated downhole equipment on a single-core cable, as applied to the station for the study of existing wells. Report on the topic No. 134-76. Funds VNIINPG. Ufa, 1977.
2. СССР, а.с. №1051247, М кл3. Е21В 47/10, 1982.2. USSR, A.S. No. 1051247, M class 3 . ЕВВ 47/10, 1982.
3. СССР, а.с. №1746254, М.кл4. G01N 11/10, 1992.3. USSR, A.S. No. 1746254, M. Cl 4 .
4. СССР, а.с. №1081473, М.кл3. G01N 11/10, 1984.4. USSR, A.S. No. 1081473, M. Cl 3 .
5. СССР, а.с. №1837208, М.кл4. G01N 11/10, 1993.5. USSR, A.S. No. 1837208, M. Cl 4 .
6. СССР, а.с. №1300333, М.кл4. G01N 11/10, 9/10, 1987.6. USSR, A.S. No. 1300333, M. Cl 4 .
7. Томус Ю.Б. Разработка и исследование ИИС для определения основных реологических параметров промывочных жидкостей в бурении. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата наук. Куйбышев, 1976. - 14 с.7. Tomus Yu.B. Development and research of IMS to determine the main rheological parameters of drilling fluids in drilling. Abstract of dissertation for the degree of candidate of sciences. Kuibyshev, 1976 .-- 14 p.
8. Абрамов Г.С., Барычев А.В., Зимин М.И. Практическая расходометрия в промышленности. М., ОАО «ВНИИОЭНГ», 2000. - с.104-109.8. Abramov G.S., Barychev A.V., Zimin M.I. Practical flow measurement in industry. M., JSC "VNIIOENG", 2000. - p.104-109.
9. СССР, а.с. №322623, М.Кл. G01f 1/06, 1970.9. USSR, A.S. No. 322623, M.C. G01f 1/06, 1970.
10. СССР, а.с. №301540, МПК G01f 1/12, 1969.10. USSR, A.S. No. 301540, IPC G01f 1/12, 1969.
11. СССР, а.с. №868473, М.кл3. G01N 11/16, 1980 (прототип).11. USSR, A.S. No. 868473, M.cl 3 .
12. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика (Основы механики жидкости). Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1975. 323 с.(стр.67).12. Altshul A.D., Kiselev P.G. Hydraulics and aerodynamics (Fundamentals of fluid mechanics). Textbook for universities. Ed. 2nd, rev. and add. M., Stroyizdat, 1975.332 s. (P. 67).
13. Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебное пособие, Ч.1. Основы механики жидкости и газа. 4-е изд., стереотипное. - М.: МГИУ, 2005. - 192 с.13. Sheypak A.A. Hydraulics and hydropneumatic actuator: Textbook, Part 1. Fundamentals of fluid and gas mechanics. 4th ed., Stereotyped. - M.: MGIU, 2005 .-- 192 p.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008115829/28A RU2379632C1 (en) | 2008-04-21 | 2008-04-21 | Method for measurement of liquid medium characteristics, namely volumetrical flow and viscosity, and device for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008115829/28A RU2379632C1 (en) | 2008-04-21 | 2008-04-21 | Method for measurement of liquid medium characteristics, namely volumetrical flow and viscosity, and device for its realisation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008115829A RU2008115829A (en) | 2009-10-27 |
RU2379632C1 true RU2379632C1 (en) | 2010-01-20 |
Family
ID=41352652
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008115829/28A RU2379632C1 (en) | 2008-04-21 | 2008-04-21 | Method for measurement of liquid medium characteristics, namely volumetrical flow and viscosity, and device for its realisation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2379632C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2518253C1 (en) * | 2012-11-28 | 2014-06-10 | Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" | Method of fluid flow rate measurement |
-
2008
- 2008-04-21 RU RU2008115829/28A patent/RU2379632C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КРЕМЛЕВСКИЙ П.П. Расходомеры-счетчики количества веществ. СПб.: 2002, стр.335-338. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2518253C1 (en) * | 2012-11-28 | 2014-06-10 | Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" | Method of fluid flow rate measurement |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008115829A (en) | 2009-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2243510C2 (en) | Multiphase flow measurements in pipeline | |
Du et al. | A high throughput inductive pulse sensor for online oil debris monitoring | |
Dong et al. | Oil–water two-phase flow velocity measurement with continuous wave ultrasound Doppler | |
CN107976223A (en) | A kind of high accuracy leakage amount detector | |
US9885235B2 (en) | Multi-phase fluid flow profile measurement | |
Ghendour et al. | Review of measurement techniques for void fraction of two-phase flow through annulus | |
US8156801B2 (en) | Flow metering device | |
RU2379632C1 (en) | Method for measurement of liquid medium characteristics, namely volumetrical flow and viscosity, and device for its realisation | |
Lucas et al. | Flow rate measurement by kinematic wave detection in vertically upward, bubbly two-phase flows | |
CN103015969A (en) | Multiphase flow metering system | |
RU2471154C1 (en) | Ball-type primary transducer of flow of electroconductive liquid | |
CN107024603B (en) | Gas-liquid two-phase bubbly flow flow velocity acoustic-electric bimodal measurement method | |
CN104748908B (en) | Micro-differential-pressure metering device for high-pressure experiment | |
RU76681U1 (en) | WELL INSTRUMENT FOR MEASURING FLOW AND VISCOSITY | |
Brain et al. | Survey of pipeline flowmeters | |
Yadav et al. | Analysis of two non‐miscible electrically conducting micropolar fluid flow through an inclined porous channel: Influence of magnetic field | |
CN107632167B (en) | two-phase flow velocity measurement method based on ultrasonic pulse Doppler and electric multi-sensor | |
Wang et al. | Methodology for production logging in oil-in-water flows under low flow rate and high water-cut conditions | |
CN202421207U (en) | Seven-electrode array correlated conductive sensor for measuring flow speed | |
Polanský | Experimental investigation of slurry flow | |
RU2346154C1 (en) | Down-hole flow meter | |
CN114324408A (en) | Moisture content measuring device and method based on microwave electrode sensor | |
RU71426U1 (en) | ELECTROMAGNETIC FLOW METER | |
Bizhani et al. | Effect of Sand Bed Deposits on the Characteristics of Turbulent Flow of Water in Horizontal Annuli | |
Musumeci et al. | Ferrofluid measurements of bottom velocities and shear stresses |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140422 |