RU2399882C1 - Multi-sensor analyser of flow and composition of components of gas-liquid stream from oil wells - Google Patents

Multi-sensor analyser of flow and composition of components of gas-liquid stream from oil wells Download PDF

Info

Publication number
RU2399882C1
RU2399882C1 RU2009111428/28A RU2009111428A RU2399882C1 RU 2399882 C1 RU2399882 C1 RU 2399882C1 RU 2009111428/28 A RU2009111428/28 A RU 2009111428/28A RU 2009111428 A RU2009111428 A RU 2009111428A RU 2399882 C1 RU2399882 C1 RU 2399882C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ray
input
output
detectors
channel
Prior art date
Application number
RU2009111428/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Федорович Фурмаков (RU)
Евгений Федорович Фурмаков
Олег Федорович Петров (RU)
Олег Федорович Петров
Юрий Иванович Новиков (RU)
Юрий Иванович Новиков
Виктор Михайлович Петров (RU)
Виктор Михайлович Петров
Геннадий Дмитриевич Сеитов (RU)
Геннадий Дмитриевич Сеитов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "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 Открытое акционерное общество "Техприбор" filed Critical Открытое акционерное общество "Техприбор"
Priority to RU2009111428/28A priority Critical patent/RU2399882C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2399882C1 publication Critical patent/RU2399882C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: device has high-frequency resonators, each fitted with an input-output; limiting or limiting-dividing short-circuited turns which are coaxially placed inside a tubular metal housing on outer surfaces of dielectric pipes; computers, receiving/transmitting channels, each connecting the input-output of one of the resonators with one input of the corresponding computer; a high-frequency generator, a mode controller, X-ray tubes with a power supply, roentgenolucent housing inserts, each fitted in the emission plane of the corresponding X-ray tube; X-ray screens with roentgenolucent inserts in between; primary and secondary collimators, an orthogonal collimator, secondary radiators, scintillation detectors, multi-channel photomultipliers, multi-channel light guides, as well as straightening vane fitted at the input of the metal housing; processing and control modules.
EFFECT: more reliable measurement results.
6 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.

Известны анализаторы покомпонентного расхода трехкомпонентного газожидкостного потока нефтяных скважин, содержащие радиоволновой датчик покомпонентного состава потока, СВЧ-генератор и вычислительно-управляющий блок (см. патент РФ №2063615, МПК G01F 1/56, патент РФ №43068, МПК G01F 1/74 и патент РФ №2275604, МПК G01F 1/74). Указанные анализаторы позволяют контролировать покомпонентный расход газожидкостного потока, содержащего нефть, газ и воду. Однако в случаях, когда вода, входящая в состав контролируемого потока, содержит растворенные соли, известные анализаторы оказываются неработоспособными.Known analyzers of the component flow rate of a three-component gas-liquid flow of oil wells containing a radio wave sensor of the component composition of the stream, a microwave generator and a computing and 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 analyzers allow you to control the component flow rate of a gas-liquid stream containing oil, gas and water. However, in cases where the water included in the controlled stream contains dissolved salts, known analyzers are inoperative.

Этот недостаток обусловлен затуханием микроволнового радиоизлучения СВЧ-генератора известных анализаторов в существенно электропроводной соленой воде. Поскольку содержание растворенных в скважинной воде солей, как правило, составляет десятки граммов на литр, такая вода обладает высокой электропроводностью, что делает ее фактически нерадиопрозрачной для микроволнового излучения и не дает возможности достоверного радиоконтроля водосодержания на сверхвысоких частотах.This disadvantage is due to the attenuation of microwave radiation of a microwave generator of known analyzers in substantially conductive salt water. Since the content of salts dissolved in well water, as a rule, amounts to tens of grams per liter, such water has a high electrical conductivity, which makes it virtually non-transparent for microwave radiation and does not allow reliable radio monitoring of water content at ultrahigh frequencies.

От указанного недостатка свободен анализатор покомпонентного расхода трехкомпонентного газожидкостного потока нефтяных скважин, в состав которого входят радиоволновой датчик, содержащий высокочастотные резонаторы, каждый из которых представляет собой зигзагообразный проводник, коаксиально расположенный внутри трубчатого металлического корпуса на наружной поверхности трубчатого диэлектрического корпуса, а также вычислительно-управляющий блок и управляемый высокочастотный генератор, в качестве которого использован управляемый синтезатор частоты (см. заявку на изобретение РФ №2002100228/28, МПК G01F 1/00, G01F 5/00).The component-free analyzer of the three-component gas-liquid flow of oil wells is free from this drawback, which includes a radio wave sensor containing high-frequency resonators, each of which is a zigzag conductor, coaxially located inside the tubular metal casing on the outer surface of the tubular dielectric casing, as well as a control computer block and controlled high-frequency generator, which is used as a controlled frequency synthesizer (see application for invention of the Russian Federation No. 2002100228/28, IPC G01F 1/00, G01F 5/00).

В этом анализаторе в качестве информативных параметров сигнала о компонентном составе контролируемой среды используются параметры резонансного поглощения средой высокочастотного электромагнитного поля на нескольких резонансных частотах, лежащих в ВЧ-диапазоне.In this analyzer, as the informative parameters of the signal about the component composition of the controlled medium, the parameters of the resonant absorption of the high-frequency electromagnetic field by the medium at several resonant frequencies lying in the high-frequency range are used.

Для измерения скорости контролируемого потока в этом анализаторе выбран автокорреляционный метод, основанный на измерении времени прохождения некоторой базовой длины радиоволнового датчика локальной неоднородностью потока; указанное время определяется по максимуму взаимной корреляционной функции двух временных реализаций радиоволновых ВЧ-сигналов, характеризующих данную неоднородность.To measure the speed of the controlled flow in this analyzer, an autocorrelation method was selected based on measuring the transit time of a certain base length of the radio wave sensor by local inhomogeneity of the flow; the indicated time is determined by the maximum of the mutual correlation function of two time realizations of radio wave RF signals characterizing this heterogeneity.

В связи с тем, что в известном анализаторе в качестве зондирующего радиоволнового сигнала используется высокочастотное электромагнитное поле, он позволяет зондировать газожидкостный поток на относительно низкой, по сравнению с микроволновым излучением, частоте и тем самым дает возможность достоверно контролировать параметры газожидкостного потока даже при наличии в нем соленой воды.Due to the fact that the known analyzer uses a high-frequency electromagnetic field as a probing radio wave signal, it makes it possible to probe a gas-liquid stream at a relatively low frequency compared to microwave radiation and thereby makes it possible to reliably control the parameters of a gas-liquid stream even if it contains salt water.

Однако к недостаткам данного анализатора относятся, во-первых, недостаточная достоверность информации о массовом покомпонентном расходе и, во-вторых, - высокая погрешность измерения объемного покомпонентного расхода, возникающая в каждом из двух крайних режимов течения контролируемого потока: при вихревом неустановившемся течении и, наоборот, при ламинарном установившемся течении.However, the disadvantages of this analyzer include, firstly, the insufficient reliability of information about the mass component flow rate and, secondly, the high measurement error of the volume component flow rate that occurs in each of the two extreme flow regimes of the controlled flow: in a vortex unsteady flow and vice versa , with laminar steady flow.

Первый из указанных недостатков вызван тем, что радиоволновой метод измерения покомпонентного расхода позволяет непосредственно контролировать лишь объемные расходы компонентов. Вследствие этого для получения массовых расходов компонентов необходимо дополнительно использовать недостаточно достоверную косвенную информацию о плотности каждого из компонентов, позволяющую вычислить массовый покомпонентный расход нефти, воды и газа.The first of these drawbacks is due to the fact that the radio wave method of measuring component flow rate allows you to directly control only the volumetric flows of the components. As a result, to obtain the mass flow rates of the components, it is necessary to additionally use insufficiently reliable indirect information on the density of each of the components, which makes it possible to calculate the mass component consumption of oil, water and gas.

Два других недостатка объясняются тем, что при существенно неустановившемся течении газожидкостной среды, характерном для большинства отечественных нефтяных скважин, компонентный состав и скорость потока быстро и хаотически изменяются во времени, в результате чего погрешность усреднения хаотических изменений режима течения может достигать существенных величин. В противоположном случае, при установившемся течении контролируемой среды, использование известного анализатора также затруднительно, поскольку положенный в основу его работы автокорреляционный радиоволновой метод измерения скорости потока может использоваться только при наличии в контролируемой среде ярко выраженных локальных неоднородностей, которые отсутствуют при установившемся течении.Two other drawbacks are explained by the fact that, with a substantially unsteady flow of a gas-liquid medium, typical of most domestic oil wells, the component composition and flow rate quickly and randomly change over time, as a result of which the error in averaging chaotic changes in the flow regime can reach significant values. In the opposite case, with a steady flow of a controlled environment, the use of a known analyzer is also difficult, since the autocorrelation radio wave method of measuring the flow velocity, which is the basis of its work, can be used only if there are clearly defined local inhomogeneities in the controlled medium that are absent in a steady flow.

Также известен рентгеновский анализатор компонентного состава и скорости газожидкостного потока, в состав которого входят металлический корпус с установленными в его стенке рентгенопрозрачными вставками, рентгеновская трубка с источником ее питания, первый и второй первичные и первый и второй вторичные коллиматоры рентгеновского излучения с несколькими коллимирующими отверстиями в каждом из них, первые и вторые сцинтилляционные детекторы, первые и вторые многоканальные фотоэлектронные умножители, а также вычислитель, первый и второй модули обработки и модуль управления, причем каждый из сцинтилляционных детекторов соединен с соответствующим входом соответствующего фотоэлектронного умножителя с помощью соответствующего многоканального световода, а выход вычислителя соединен со входом модуля управления, управляющего источником питания рентгеновской трубки (см. патент на полезную модель 76454, МПК 7 G01F №1/00, G01F №9/24, G01F №23/00).An X-ray analyzer of the component composition and velocity of the gas-liquid flow is also known, which includes a metal case with X-ray transparent inserts installed in its wall, an X-ray tube with a power source, the first and second primary and first and second secondary X-ray collimators with several collimating holes in each of them, the first and second scintillation detectors, the first and second multichannel photoelectronic multipliers, as well as a computer, the first and second processing modules and a control module, each of the scintillation detectors being connected to the corresponding input of the corresponding photoelectronic multiplier using a corresponding multi-channel fiber, and the output of the computer is connected to the input of the control module controlling the power supply of the x-ray tube (see utility model patent 76454, IPC 7 G01F No. 1/00, G01F No. 9/24, G01F No. 23/00).

Недостатки этого анализатора заключаются в относительно малом сроке его службы и в существенной погрешности измерений скорости вихревых неосесимметричных потоков.The disadvantages of this analyzer are the relatively short life of the analyzer and the significant error in measuring the velocity of vortex non-axisymmetric flows.

Первый из указанных недостатков объясняется относительно низким сроком службы одного из основных элементов известного анализатора - рентгеновской трубки, не позволяющим длительно и непрерывно эксплуатировать известный анализатор.The first of these drawbacks is explained by the relatively low service life of one of the main elements of the known analyzer - an x-ray tube, which does not allow for a long and continuous operation of the known analyzer.

Второй недостаток связан с особенностью кросскорелляционного измерения скорости газожидкостного потока рентгенофлуоресцентным методом. Рентгенофлуоресцентный контроль скорости потока производится в моменты последовательного пересечения движущейся локальной неоднородностью потока двух рентгеновских пучков: вначале - первого рентгеновского пучка, сформированного первым первичным коллиматором рентгеновского излучения, а затем - второго пучка, сформированного вторым первичным коллиматором. При отклонении траектории движущейся неоднородности от прямолинейного соосного направления неоднородность может не пересечь второй рентгеновский пучок, что не позволит измерить время прохождения неоднородностью базового расстояния между двумя упомянутыми пучками и, соответственно, не дает возможности вычислить скорость ее перемещения.The second drawback is associated with the feature of cross-correlation measurement of the gas-liquid flow rate by the X-ray fluorescence method. X-ray fluorescence control of the flow rate is performed at the moments of successive intersection of two x-ray beams by a moving local inhomogeneity of the flow: first, the first x-ray beam formed by the first primary x-ray collimator, and then the second beam formed by the second primary collimator. If the trajectory of the moving inhomogeneity deviates from the rectilinear coaxial direction, the heterogeneity may not intersect the second X-ray beam, which will not allow measuring the inhomogeneity transit time of the base distance between the two mentioned beams and, accordingly, will not make it possible to calculate its velocity.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известный мультисенсорный анализатор расхода и состава компонентов газожидкостного потока нефтяных скважин (см. патент РФ №2307328, МПК G01F 1/74, G01F 1/66, G01N 22/00, Е21В 47/10). В состав известного анализатора входят вычислитель, соосно расположенные первый, второй и третий высокочастотные резонаторы, каждый из которых представляет собой короткозамкнутый зигзагообразный проводник, снабженный вводом-выводом, ограничительные короткозамкнутые витки и ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток, причем все упомянутые высокочастотные резонаторы и все короткозамкнутые витки расположены на наружной поверхности трубчатого диэлектрического корпуса, коаксиально установленного внутри трубчатого металлического корпуса. Известный анализатор также содержит первый, второй и третий приемо-передающие тракты, каждый из которых соединяет ввод-вывод соответствующего резонатора с соответствующим входом вычислителя, высокочастотный генератор и управляющий блок, вход которого подключен к выходу вычислителя, а выход - к высокочастотному генератору. Кроме того, в состав анализатора входят первый и второй усилители, вход каждого из которых подсоединен к одному из выходов высокочастотного генератора, причем выход первого усилителя подключен ко входу первого приемопередающего тракта, а выход второго - ко входам второго и третьего приемопередающих трактов, а также контроллер режимов и установленный в стенке металлического корпуса датчик давления, при этом ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток расположен между вторым и третьим высокочастотными резонаторами. Данный анализатор принят за ближайший аналог (прототип) предложенного изобретения.Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is a well-known multisensor analyzer of the flow rate and composition of the components of the gas-liquid flow of oil wells (see RF patent No. 2307328, IPC G01F 1/74, G01F 1/66, G01N 22/00, Е21В 47 / 10). The composition of the known analyzer includes a computer, coaxially located first, second and third high-frequency resonators, each of which is a short-circuited zigzag conductor equipped with input-output, limiting short-circuited coils and limiting-dividing short-circuited coils, all mentioned high-frequency resonators and all short-circuited located on the outer surface of the tubular dielectric housing coaxially mounted inside the tubular metal physical housing. The known analyzer also contains the first, second and third transceiver paths, each of which connects the input-output of the corresponding resonator with the corresponding input of the computer, a high-frequency generator and a control unit, the input of which is connected to the output of the computer, and the output to the high-frequency generator. In addition, the analyzer includes the first and second amplifiers, the input of each of which is connected to one of the outputs of the high-frequency generator, the output of the first amplifier being connected to the input of the first transceiver path, and the output of the second to the inputs of the second and third transceiver paths, as well as a controller modes and a pressure sensor installed in the wall of the metal casing, while the restrictive-dividing short-circuited coil is located between the second and third high-frequency resonators. This analyzer is taken as the closest analogue (prototype) of the proposed invention.

При работе известного анализатора высокочастотный генератор, управляемый вычислителем через управляющий блок, вырабатывает высокочастотный сигнал, который подается в каждый из резонаторов и возбуждает в них высокочастотное электромагнитное поле. При этом первый резонатор служит для получения информации об относительных объемных долях каждого из трех компонентов контролируемой среды, а второй и третий резонаторы служат для получения данных о скорости контролируемого потока.During operation of the known analyzer, a high-frequency generator controlled by a computer through a control unit generates a high-frequency signal, which is supplied to each of the resonators and excites a high-frequency electromagnetic field in them. In this case, the first resonator serves to obtain information on the relative volume fractions of each of the three components of the controlled medium, and the second and third resonators serve to obtain data on the speed of the controlled flow.

Поскольку при заполнении каждого из резонаторов контролируемой средой происходит поглощение ею энергии высокочастотного электромагнитного поля, выходные сигналы резонаторов содержат в себе информацию о компонентном составе контролируемой среды.Since when each resonator is filled with a controlled medium, it absorbs the energy of a high-frequency electromagnetic field, the output signals of the resonators contain information about the component composition of the controlled medium.

Указанные выходные сигналы поступают в вычислитель, где вычисляются, во-первых, относительные объемные доли каждого из компонентов газожидкостного потока на основе сигналов первого резонатора и, во-вторых, на основе сигналов второго и третьего резонаторов, определяются временные реализации выходных сигналов, причем в качестве временных реализаций используются зависимости от времени амплитуд этих сигналов.These output signals are sent to a computer, where, firstly, the relative volume fractions of each of the components of the gas-liquid flow are calculated based on the signals of the first resonator and, secondly, on the basis of the signals of the second and third resonators, the temporal implementations of the output signals are determined, moreover, as temporal implementations are used depending on the time of the amplitudes of these signals.

После обработки временных реализаций определяется их взаимная корреляционная функция, производится смещение одной из реализаций относительно другой, определяется время смещения, равное времени пробегания устойчивой локальной неоднородностью потока базовой длины между центрами второго и третьего резонаторов и вычисляется скорость контролируемого потока.After processing the temporary realizations, their mutual correlation function is determined, one of the realizations is shifted relative to the other, the offset time is determined equal to the travel time of the stable local inhomogeneity of the base length stream between the centers of the second and third resonators, and the speed of the controlled stream is calculated.

Полученное значение скорости используется в вычислителе для определения мгновенных значений покомпонентных объемных расходов каждого из трех компонентов газожидкостного потока: нефти, воды и газа.The obtained velocity value is used in the calculator to determine the instantaneous values of the component-wise volumetric flow rates of each of the three components of the gas-liquid flow: oil, water, and gas.

Для определения покомпонентных массовых расходов в вычислителе учитываются сигналы о мгновенных значениях давления контролируемой среды, полученные с помощью датчика давления, а также хранящиеся в памяти вычислителя данные о номинальных плотностях каждого из трех компонентов этой среды.To determine the component-wise mass flow rates, the calculator takes into account the signals about the instantaneous pressure values of the controlled medium obtained using the pressure sensor, as well as the data on the nominal densities of each of the three components of this medium stored in the memory of the calculator.

Таким образом, известный анализатор позволяет непосредственно определить покомпонентный объемный расход газожидкостного потока, а также, на основе косвенных данных, вычислить покомпонентный массовый расход каждого из трех компонентов потока в процессе непрерывной долговременной эксплуатации анализатора.Thus, the known analyzer allows you to directly determine the component-wise volumetric flow rate of a gas-liquid stream, and also, based on indirect data, calculate the component-wise mass flow rate of each of the three components of the stream during continuous long-term operation of the analyzer.

К недостаткам известного анализатора относятся невозможность прямого измерения покомпонентного массового расхода и существенная погрешность измерения покомпонентного расхода турбулентных потоков.The disadvantages of the known analyzer include the impossibility of direct measurement of component-wise mass flow rate and a significant error in measuring component-wise flow rate of turbulent flows.

Первый из отмеченных недостатков приводит к необходимости использовать косвенные усредненные данные о номинальной плотности каждого из трех компонентов потока, что существенно снижает достоверность и точность измерения массового расхода.The first of the noted drawbacks leads to the need to use indirect averaged data on the nominal density of each of the three flow components, which significantly reduces the reliability and accuracy of the mass flow measurement.

Второй недостаток вызван тем, что локальная неоднородность потока, зафиксированная в центре второго резонатора, неизбежно «размывается» вихревым потоком при ее перемещении до центра третьего резонатора, поскольку расстояние между центрами второго и третьего резонаторов относительно велико. Размывание локальной неоднородности турбулентным потоком резко увеличивает погрешность измерения скорости контролируемого потока.The second drawback is due to the fact that the local inhomogeneity of the flow, fixed in the center of the second resonator, inevitably “erodes” by the vortex flow when it moves to the center of the third resonator, since the distance between the centers of the second and third resonators is relatively large. The erosion of local inhomogeneity by a turbulent flow sharply increases the error in measuring the speed of the controlled flow.

Задачей предложенного изобретения и его техническим результатом является повышение точности и достоверности измерений расхода компонентов газожидкостного потока, в том числе - массового расхода компонентов при турбулентном режиме течения в процессе непрерывной долговременной эксплуатации анализатора.The objective of the proposed invention and its technical result is to increase the accuracy and reliability of measurements of the flow rate of the components of the gas-liquid flow, including the mass flow rate of the components in a turbulent flow mode during continuous long-term operation of the analyzer.

Для решения поставленной задачи изменены конструкция и состав элементов мультисенсорного анализатора расхода и состава компонентов газожидкостного потока нефтяных скважин.To solve this problem, the design and composition of the elements of the multisensor flow analyzer and the composition of the components of the gas-liquid flow of oil wells have been changed.

В состав предложенного анализатора входят трубчатый металлический корпус и коаксиально установленный внутри него трубчатый диэлектрический корпус, соосно расположенные первый, второй и третий высокочастотные резонаторы, каждый из которых представляет собой зигзагообразный короткозамкнутый проводник, снабженный вводом-выводом, а также ограничительные короткозамкнутые витки и ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток, причем все упомянутые резонаторы и витки установлены внутри металлического корпуса соосно ему на наружной поверхности диэлектрического корпуса, а ограничительно разделительный короткозамкнутый виток расположен между вторым и третьим резонаторами.The composition of the proposed analyzer includes a tubular metal case and a tubular dielectric body coaxially installed inside it, coaxially located first, second and third high-frequency resonators, each of which is a zigzag short-circuited conductor equipped with input-output, as well as limiting short-circuited turns and a limiting-dividing a short-circuited coil, and all of the aforementioned resonators and coils are installed inside the metal casing coaxially to its bunk the surface of the dielectric housing, and a delimiting short-circuited coil is located between the second and third resonators.

В состав известного анализатора также входят первый вычислитель и первый, второй и третий приемо-передающие тракты, каждый из которых соединяет ввод-вывод соответствующего резонатора с соответствующим входом первого вычислителя. Анализатор также содержит высокочастотный генератор и управляющий блок, многоканальный вход которого подключен к выходу первого вычислителя, а выход - к высокочастотному генератору, первый и второй усилители, вход каждого из которых связан с одним из выходов высокочастотного генератора, причем выход первого усилителя подключен ко входу первого приемопередающего тракта, а выход второго - ко входам второго и третьего приемопередающих трактов.The composition of the known analyzer also includes the first calculator and the first, second and third transceiver paths, each of which connects the input-output of the corresponding resonator with the corresponding input of the first calculator. The analyzer also contains a high-frequency generator and a control unit, the multi-channel input of which is connected to the output of the first computer, and the output is connected to the high-frequency generator, the first and second amplifiers, the input of each of which is connected to one of the outputs of the high-frequency generator, the output of the first amplifier connected to the input of the first transceiver path, and the output of the second to the inputs of the second and third transceiver paths.

В состав анализатора входит также контроллер режимов.The analyzer also includes a mode controller.

В заявленном устройстве новым по отношению к прототипу является то, что, согласно изобретению, диэлектрический корпус состоит из двух диэлектрических труб: первой (по потоку) диэлектрической трубы и второй (по потоку) диэлектрической трубы, причем первый резонатор и установленный у каждого из его торцов ограничительный короткозамкнутый виток расположены на первой диэлектрической трубе, а на второй диэлектрической трубе установлены второй и третий резонаторы, у обоих торцов каждого из которых размещено по ограничительному короткозамкнутому витку, между которыми расположен ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток.In the claimed device, new in relation to the prototype is that, according to the invention, the dielectric casing consists of two dielectric pipes: the first (downstream) dielectric pipe and the second (downstream) dielectric pipe, the first resonator and mounted at each of its ends a short-circuited limiting coil is located on the first dielectric pipe, and a second and third resonators are installed on the second dielectric pipe, both of which have a short-circuited short-circuit to coil, which is located between a restrictive-separating closed loop.

В состав анализатора дополнительно введены первая и вторая рентгеновские трубки, каждой из которых соответствует рентгенопрозрачная вставка, установленная в стенке металлического корпуса между первой и второй диэлектрическими трубами. Рентгенопрозрачные вставки отделены одна от другой и от первой и второй диэлектрических труб трубчатыми рентгеновскими экранами, расположенными внутри металлического корпуса соосно ему.The analyzer additionally introduced the first and second X-ray tubes, each of which corresponds to an X-ray transparent insert installed in the wall of the metal casing between the first and second dielectric tubes. X-ray transparent inserts are separated from one another and from the first and second dielectric tubes by tubular X-ray screens located inside the metal body aligned with it.

Кроме того, в состав анализатора дополнительно включены следующие, соответствующие первой рентгеновской трубке, элементы: первый первичный коллиматор, первый вторичный коллиматор и ортогональный коллиматор с несколькими коллимирующими отверстиями в каждом из них, а также первые детекторы, ортогональные детекторы и первые контрольные детекторы. Помимо этого в состав заявленного устройства введены соответствующие второй рентгеновской трубке элементы: второй первичный коллиматор и второй вторичный коллиматор с несколькими коллимирующими отверстиями в каждом из них, а также вторые детекторы, вторые контрольные детекторы и вторичные излучатели. При этом контрольные детекторы расположены таким образом, чтобы прямая линия, проходящая через центр излучения соответствующей рентгеновской трубки и центр соответствующего контрольного детектора, не пересекала металлический корпус.In addition, the analyzer additionally includes the following elements corresponding to the first x-ray tube: the first primary collimator, the first secondary collimator and the orthogonal collimator with several collimating holes in each of them, as well as the first detectors, orthogonal detectors and first control detectors. In addition, the composition of the claimed device introduced elements corresponding to the second x-ray tube: a second primary collimator and a second secondary collimator with several collimating holes in each of them, as well as second detectors, second control detectors and secondary emitters. In this case, the control detectors are arranged so that a straight line passing through the center of radiation of the corresponding x-ray tube and the center of the corresponding control detector does not intersect the metal case.

В состав анализатора также введены второй вычислитель, измерительный преобразователь и датчик перепада давления, подключенный к соответствующему входу второго вычислителя через измерительный преобразователь.The analyzer also includes a second calculator, a measuring transducer and a differential pressure sensor connected to the corresponding input of the second calculator through a measuring transducer.

Кроме перечисленного, в заявленный анализатор дополнительно включены первый и второй модули обработки, модуль управления, выход которого подключен к источнику питания, а вход - к выходу второго вычислителя, и струевыпрямитель, установленный на входе в металлический корпус.In addition to the above, the claimed analyzer additionally includes the first and second processing modules, a control module, the output of which is connected to a power source, and the input to the output of the second computer, and a jet rectifier installed at the entrance to the metal case.

В анализатор также введены первый и второй многоканальные фотоэлектронные умножители и первый многоканальный световод, соединяющий каждый из первых детекторов, каждый из первых контрольных детекторов и каждый из ортогональных детекторов с соответствующим входом первого фотоэлектронного умножителя.The first and second multichannel photoelectronic multipliers and the first multichannel optical fiber connecting each of the first detectors, each of the first control detectors and each of the orthogonal detectors with the corresponding input of the first photoelectric multiplier are also introduced into the analyzer.

Кроме того, анализатор содержит второй многоканальный световод, соединяющий каждый из вторых детекторов и каждый из вторых контрольных детекторов с соответствующим входом второго фотоэлектронного умножителя. При этом первый многоканальный фотоэлектронный умножитель с помощью многоканальной информационной связи соединен с первым модулем обработки, один из выходов которого подключен к соответствующему входу второго вычислителя, а другой выход - ко входу контроллера режимов.In addition, the analyzer contains a second multichannel fiber connecting each of the second detectors and each of the second control detectors with the corresponding input of the second photoelectronic multiplier. In this case, the first multichannel photoelectronic multiplier is connected to the first processing module using multichannel information communication, one of the outputs of which is connected to the corresponding input of the second calculator, and the other output to the input of the mode controller.

Второй многоканальный фотоэлектронный умножитель с помощью многоканальной информационной связи соединен со вторым модулем обработки, выход которого подключен к соответствующему входу второго вычислителя.The second multi-channel photoelectronic multiplier is connected via a multi-channel information connection to the second processing module, the output of which is connected to the corresponding input of the second computer.

Контроллер режимов заявленного анализатора соединен своим многоканальным выходом со вторым вычислителем, соединенным с первым вычислителем с помощью двунаправленной многоканальной информационной связи и снабженным многоканальным входом-выходом для подключения к внешним системам.The mode controller of the claimed analyzer is connected by its multi-channel output to a second computer connected to the first computer using bi-directional multi-channel information communication and equipped with a multi-channel input-output for connecting to external systems.

Датчик давления предложенного анализатора подсоединен к соответствующему входу первого вычислителя, каждый из вторичных излучателей выполнен ввиде изготовленной из тяжелого металла, например, гадолиния, трубки, установленной в одном из отверстий второго вторичного коллиматора. При этом глубина каждого из коллимирующих отверстий ортогонального коллиматора существенно больше его диаметра, а оси коллимирующих отверстий параллельны между собой и ортогональны оси излучения первой рентгеновской трубки.The pressure sensor of the proposed analyzer is connected to the corresponding input of the first calculator, each of the secondary emitters is made in the form of a heavy metal, for example, gadolinium, a tube installed in one of the holes of the second secondary collimator. In this case, the depth of each of the collimating holes of the orthogonal collimator is substantially larger than its diameter, and the axes of the collimating holes are parallel to each other and orthogonal to the radiation axis of the first x-ray tube.

В металлическом корпусе последовательно по потоку установлены следующие элементы: струевыпрямитель, первая диэлектрическая труба, первый рентгеновский экран, первая рентгенопрозрачная вставка, второй рентгеновский экран, вторая рентгенопрозрачная вставка, третий рентгеновский экран и вторая диэлектрическая труба.In the metal casing, the following elements are installed in series with the flow: a straightener, a first dielectric tube, a first X-ray screen, a first X-ray transparent insert, a second X-ray screen, a second X-ray transparent insert, a third X-ray screen and a second dielectric pipe.

Устройство и работа предложенного анализатора поясняются Фиг.1 - Фиг.6.The device and operation of the proposed analyzer are illustrated in Fig.1 - Fig.6.

На Фиг.1 представлена функциональная схема анализатора, на Фиг.2 - участок корпуса, содержащий диэлектрические трубы, рентгенопрозрачные вставки и рентгеновские экраны, на Фиг.3 - поперечное сечение корпуса плоскостью, содержащей ось излучения первой рентгеновской трубки, на Фиг.4 - поперечное сечение корпуса плоскостью, содержащей ось излучения второй рентгеновской трубки, на Фиг.5 - зависимость плотности потока рентгеновских фотонов от их энергии, а на Фиг.6 - временная последовательность оптических импульсов, соответствующих рентгеновским фотонам с различной энергией.Figure 1 presents the functional diagram of the analyzer, Figure 2 is a section of the housing containing dielectric tubes, X-ray transparent inserts and X-ray screens, Figure 3 is a cross section of the housing by a plane containing the radiation axis of the first x-ray tube, Figure 4 is a transverse section of the housing by a plane containing the radiation axis of the second x-ray tube, Fig. 5 shows the dependence of the flux density of X-ray photons on their energy, and Fig. 6 shows the time sequence of optical pulses corresponding to X-ray m photons with different energies.

На Фиг.1, 2 и 3 введены следующие обозначения: 1 - корпус, 2 - первая диэлектрическая труба, 3 и 4 - первая и вторая рентгенопрозрачные вставки, соответственно, 5 - вторая диэлектрическая труба, 6, 7, 8 - первый, второй и третий высокочастотные резонаторы, соответственно, 9 - ограничительный короткозамкнутый виток, 10 - ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток, 11 - ввод-вывод резонатора, 12 - диэлектрическая втулка, 13, 14 и 15 - первый, второй и третий приемо-передающие тракты, соответственно, 16 - первый вычислитель, 17 - первый усилитель, 18 - высокочастотный генератор, 19 - второй усилитель, 20 - управляющий блок, 21 и 22 - первая и вторая рентгеновские трубки, соответственно, 23 - первый первичный коллиматор, 24 - второй первичный коллиматор, 25 - первые сцинтилляционные детекторы, 26 - первые контрольные сцинтилляционные детекторы, 27 - ортогональные коллиматоры, 28 - ортогональные сцинтилляционные детекторы, 29 - первый вторичный коллиматор, 30 - второй вторичный коллиматор, 31 - вторые сцинтилляционные детекторы, 32 - вторые контрольные сцинтилляционные детекторы, 33 - вторичные излучатели, 34 - первый многоканальный световод, 35 - первый многоканальный фотоэлектронный умножитель, 36 - второй многоканальный световод, 37 - второй многоканальный фотоэлектронный умножитель, 38 и 39 - первый и второй модули обработки, соответственно, 40 - второй вычислитель, 41 - контроллер режимов, 42 - модуль управления, 43 - источник питания, 44, 45 и 46 - первый, второй и третий рентгеновские экраны, соответственно, 47 - струевыпрямитель, 48 - внешние системы.In Figs. 1, 2 and 3, the following designations are introduced: 1 — casing, 2 — first dielectric tube, 3 and 4 — first and second radiolucent inserts, respectively, 5 — second dielectric tube, 6, 7, 8 — first, second, and the third high-frequency resonators, respectively, 9 is a limiting short-circuited coil, 10 is a limiting-dividing short-circuited coil, 11 is a resonator input-output, 12 is a dielectric sleeve, 13, 14 and 15 are the first, second and third transceiver paths, respectively, 16 - the first computer, 17 - the first amplifier, 18 - high hour a generator, 19 — a second amplifier, 20 — a control unit, 21 and 22 — first and second x-ray tubes, respectively, 23 — first primary collimator, 24 — second primary collimator, 25 — first scintillation detectors, 26 — first control scintillation detectors, 27 - orthogonal collimators, 28 - orthogonal scintillation detectors, 29 - first secondary collimator, 30 - second secondary collimator, 31 - second scintillation detectors, 32 - second control scintillation detectors, 33 - secondary emitters, 34 - the first many channel fiber, 35 - the first multi-channel photoelectric multiplier, 36 - the second multi-channel fiber, 37 - the second multi-channel photo multiplier, 38 and 39 - the first and second processing modules, respectively, 40 - the second computer, 41 - mode controller, 42 - control module, 43 - power supply, 44, 45 and 46 - the first, second and third x-ray screens, respectively, 47 - a straightener, 48 - external systems.

Предложенный анализатор содержит металлический корпус 1, представляющий собой отрезок трубопровода с фланцами на его концах, предназначенными для подсоединения корпуса 1 к внешней магистрали. Внутри корпуса 1 коаксиально ему последовательно по потоку расположены первая диэлектрическая труба 2, первая и вторая рентгенопрозрачные вставки 3 и 4, соответственно, и вторая диэлектрическая труба 5. На наружной стенке первой диэлектрической трубы 2 расположен первый резонатор 6, представляющий собой зигзагообразный короткозамкнутый проводник, а на наружной стенке второй диэлектрической трубы 5 последовательно по потоку расположены второй и третий резонаторы 7 и 8, соответственно, также представляющие собой зигзагообразные короткозамкнутые проводники. У каждого из торцов каждого из резонаторов 6, 7 и 8 на наружной поверхности диэлектрических труб 2 и 5 установлен ограничительный короткозамкнутый виток 9, а между ограничительными витками 9, расположенными между вторым и третьим резонаторами 7 и 8, соответственно, на наружной поверхности диэлектрической трубы 5 установлен ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток 10.The proposed analyzer contains a metal casing 1, which is a segment of the pipeline with flanges at its ends, designed to connect the casing 1 to an external highway. Inside the housing 1, the first dielectric pipe 2, the first and second radiolucent inserts 3 and 4, respectively, and the second dielectric pipe 5 are arranged coaxially with it in a stream. On the outer wall of the first dielectric pipe 2 there is a first resonator 6, which is a zigzag short-circuited conductor, and on the outer wall of the second dielectric pipe 5, the second and third resonators 7 and 8 are arranged successively downstream, respectively, which are also zigzag short-circuited mentioned guides. At each of the ends of each of the resonators 6, 7 and 8 on the outer surface of the dielectric tubes 2 and 5, there is a short-circuited bounding coil 9, and between the bounding coils 9 located between the second and third resonators 7 and 8, respectively, on the outer surface of the dielectric pipe 5 installed restrictive separation short-circuited coil 10.

Каждый из резонаторов 6, 7 и 8 снабжен собственным вводом-выводом 11, проходящим через стенку корпуса 1 сквозь диэлектрическую втулку 12. Посредством соответствующего ввода-вывода 11 каждый из резонаторов 6, 7 и 8 соединен со входом-выходом соответствующего приемо-передающего тракта 13, 14, 15: первый резонатор 6 соединен с первым приемо-передающим трактом 13, второй резонатор 7 соединен со вторым приемо-передающим трактом 14, а третий резонатор 8 соединен с третьим приемо-передающим трактом 15. Каждый из упомянутых трактов 13, 14 и 15 подключен своим выходом к одному из соответствующих входов первого вычислителя 16.Each of the resonators 6, 7 and 8 is equipped with its own input-output 11 passing through the wall of the housing 1 through the dielectric sleeve 12. By means of a corresponding input-output 11, each of the resonators 6, 7 and 8 is connected to the input-output of the corresponding transceiver path 13 14, 15: the first resonator 6 is connected to the first transceiver path 13, the second resonator 7 is connected to the second transceiver path 14, and the third resonator 8 is connected to the third transceiver path 15. Each of these paths 13, 14 and 15 is connected by its output to one of the corresponding inputs of the first calculator 16.

Вход первого приемо-передающего тракта 13 соединен с выходом первого усилителя 17, вход которого подключен к одному из выходов высокочастотного генератора 18, а вход второго и вход третьего приемо-передающего тракта 14 и 15, соответственно, соединен с выходом второго усилителя 19, вход которого подключен к другому выходу высокочастотного генератора 18. Вход высокочастотного генератора 18 соединен с выходом управляющего блока 20, подключенного своим входом к многоканальному выходу первого вычислителя 16. У наружной поверхности корпуса 1 напротив рентгенопрозрачных вставок 3 и 4 установлены рентгеновские трубки 21 и 22 таким образом, чтобы ось излучения каждой из них проходила через соответствующую рентгенопрозрачную вставку 3 и 4. В плоскости расположения первой рентгенопрозрачной вставки 3 установлен первый первичный коллиматор 23, а в плоскости расположения второй рентгенопрозрачной вставки 4 установлен второй первичный коллиматор 24. В плоскости расположения первой рентгенопрозрачной вставки 3 также установлены (см. Фиг.3) первые детекторы 25, первые контрольные детекторы 26, ортогональные коллиматоры 27, ортогональные детекторы 28 и первые вторичные коллиматоры 29, а в плоскости расположения второй рентгенопрозрачной вставки 4 установлены (см. Фиг.4) второй вторичный коллиматор 30, вторые детекторы 31 и вторые контрольные детекторы 32. При этом контрольные детекторы 26 и 32 расположены таким образом, чтобы прямая линия, проходящая через центр излучения соответствующей рентгеновской трубки и центр соответствующего контрольного детектора, не пересекала корпус 1.The input of the first transceiver path 13 is connected to the output of the first amplifier 17, the input of which is connected to one of the outputs of the high-frequency generator 18, and the input of the second and input of the third transceiver path 14 and 15, respectively, is connected to the output of the second amplifier 19, the input of which connected to another output of the high-frequency generator 18. The input of the high-frequency generator 18 is connected to the output of the control unit 20, connected by its input to the multi-channel output of the first calculator 16. At the outer surface of the housing 1 opposite p X-ray inserts 3 and 4 are installed x-ray tubes 21 and 22 so that the radiation axis of each of them passed through the corresponding radiolucent insert 3 and 4. In the plane of the first radiolucent insert 3 is installed the first primary collimator 23, and in the plane of the second radiolucent insert 4 a second primary collimator is installed 24. In the plane of the location of the first X-ray transparent insert 3 are also installed (see Figure 3) the first detectors 25, the first control detectors 26, orthogonal collimators 27, orthogonal detectors 28 and the first secondary collimators 29, and in the plane of the second X-ray transparent insert 4 are installed (see Figure 4) the second secondary collimator 30, the second detectors 31 and second control detectors 32. In this case, the control detectors 26 and 32 are arranged so that a straight line passing through the center of radiation of the corresponding x-ray tube and the center of the corresponding control detector does not intersect the housing 1.

В отверстиях второго вторичного коллиматора 30 расположены вторичные излучатели 33, а оси коллимирующих отверстий каждого из ортогональных коллиматоров 27 перпендикулярны оси излучения первой рентгеновской трубки 21.Secondary emitters 33 are located in the holes of the second secondary collimator 30, and the axis of the collimating holes of each of the orthogonal collimators 27 are perpendicular to the radiation axis of the first x-ray tube 21.

Каждый из первых детекторов 25, каждый из первых контрольных детекторов 26 и каждый из ортогональных детекторов 28 оптически соединен с помощью первого многоканального световода 34 с многоканальным оптическим входом первого фотоэлектронного умножителя 35, а каждый из вторых детекторов 31 и каждый из вторых контрольных детекторов 32 оптически соединен с помощью второго многоканального световода 36 с многоканальным оптическим входом второго фотоэлектронного умножителя 37.Each of the first detectors 25, each of the first control detectors 26, and each of the orthogonal detectors 28 are optically connected using the first multi-channel fiber 34 to the multi-channel optical input of the first photoelectronic multiplier 35, and each of the second detectors 31 and each of the second control detectors 32 are optically connected using the second multi-channel fiber 36 with a multi-channel optical input of the second photoelectronic multiplier 37.

Первый фотоэлектронный умножитель 35 подключен ко входу первого модуля обработки 38 с помощью многоканальной информационной связи, а второй фотоэлектронный умножитель 37 с помощью многоканальной информационной связи подключен ко входу второго модуля обработки 39. Один из выходов первого модуля обработки 38 соединен с соответствующим входом второго вычислителя 40, а другой выход этого модуля соединен со входом контроллера режимов 41, подключенного ко второму вычислителю 40 с помощью многоканальной информационной связи.The first photoelectronic multiplier 35 is connected to the input of the first processing module 38 using multi-channel information communication, and the second photoelectronic multiplier 37 using multi-channel information communication is connected to the input of the second processing module 39. One of the outputs of the first processing module 38 is connected to the corresponding input of the second calculator 40, and the other output of this module is connected to the input of the mode controller 41, connected to the second computer 40 using multi-channel information communication.

Выход второго вычислителя 40 соединен с модулем управления 42, подключенного к источнику питания 43 рентгеновских трубок 21 и 22.The output of the second computer 40 is connected to a control module 42 connected to a power source 43 of the x-ray tubes 21 and 22.

Внутри корпуса 1 последовательно по потоку установлены коаксиальные корпусу 1 первый, второй и третий трубчатые рентгеновские экраны 44, 45 и 46, соответственно, таким образом, чтобы первая рентгенопрозрачная вставка 3 находилась между первым экраном 44 и вторым экраном 45, а вторая рентгенопрозрачная вставка 4 находилась между вторым экраном 45 и третьим экраном 46. Кроме того, внутри корпуса 1 также установлен струевыпрямитель 47, расположенный на входе контролируемого потока в этот корпус.Inside the housing 1, the first, second, and third tubular x-ray screens 44, 45, and 46 are coaxial to the housing 1 in series, respectively, so that the first radiolucent insert 3 is between the first screen 44 and the second screen 45, and the second radiolucent insert 4 is between the second screen 45 and the third screen 46. In addition, a jet straightener 47 located at the inlet of the controlled flow into this body is also installed inside the housing 1.

Первый и второй вычислители 16 и 40, соответственно, соединены между собой двусторонней многоканальной информационной связью, при этом второй вычислитель 40 снабжен многоканальным входом-выходом для связи с внешними системами 48.The first and second computers 16 and 40, respectively, are interconnected two-way multi-channel information communication, while the second computer 40 is equipped with a multi-channel input-output for communication with external systems 48.

При подготовке к эксплуатации предложенный мультисенсорный анализатор расхода и состава компонентов газожидкостного потока нефтяных скважин работает следующим образом.In preparation for operation, the proposed multisensor analyzer of the flow rate and composition of the components of the gas-liquid flow of oil wells works as follows.

Поток контролируемой среды, движущейся со скоростью W, предварительно обрабатывается в струевыпрямителе 47 (см. Фиг.1). В процессе обработки газожидкостный поток перемешивается в упомянутом струевыпрямителе с целью повышения структурной однородности и, прежде всего, - с целью устранения локальных вихрей и крупных одиночных пузырей сопутствующего газа.The flow of the controlled medium moving at a speed W is pre-processed in the jet straightener 47 (see Figure 1). During processing, the gas-liquid flow is mixed in the said straightener in order to increase structural homogeneity and, above all, in order to eliminate local vortices and large single bubbles of associated gas.

После подачи во второй вычислитель 40 сигнала запуска, например, из внешних систем 48 по двусторонней информационной связи, с выхода второго вычислителя 40 на вход модуля управления 42 поступает команда включения источника питания 43, который включается и запитывает рентгеновские трубки 21 и 22 напряжением, соответствующим номинальному режиму питания, заданному модулем управления 42. В результате на выходе первой и второй рентгеновских трубок 21 и 22 возбуждается и пересекает каждую из рентгенопрозрачных вставок 3, 4 и контролируемую среду, находящуюся внутри корпуса 1, низкоэнергетическое рентгеновское излучение, пучки которого формируются в каждом из коллимирующих отверстий первого первичного и второго первичного коллиматоров 23 и 24, соответственно.After a start signal is supplied to the second calculator 40, for example, from external systems 48 via two-way information communication, the output of the second control unit 40 receives a command to turn on the power source 43, which turns on and energizes the x-ray tubes 21 and 22 with a voltage corresponding to the nominal the power mode specified by the control module 42. As a result, at the output of the first and second x-ray tubes 21 and 22, each of the x-ray transparent inserts 3, 4 and the controlled medium are excited and crosses, finding inside the case 1, low-energy x-ray radiation, the beams of which are formed in each of the collimating holes of the first primary and second primary collimators 23 and 24, respectively.

Одновременно с этим второй вычислитель 40 транслирует полученный сигнал запуска по двусторонней информационной связи в первый вычислитель 16, формирующий пусковую команду, поступающую с выхода последнего на вход управляющего блока 20 и с его выхода - на вход высокочастотного генератора 18.At the same time, the second computer 40 transmits the received start signal via two-way information communication to the first computer 16, which generates a start command from the last output to the input of the control unit 20 and from its output to the input of the high-frequency generator 18.

В соответствии с принятой командой упомянутый генератор вырабатывает высокочастотный сигнал с плавно изменяющейся во времени частотой. Указанный сигнал необходим для возбуждения высокочастотного электромагнитного поля в контролируемой среде, находящейся внутри первой диэлектрической трубы 2, охваченной первым резонатором 6, и внутри второй диэлектрической трубы 5, охваченной вторым и третьим резонаторами 7 и 8, соответственно. Для четкой фиксации границ электромагнитного поля внутри каждого из резонаторов 6, 7 и 8 применены ограничительные короткозамкнутые витки 9, а для исключения взаимного влияния друг на друга резонаторов 7 и 8 - ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток 10.In accordance with the adopted command, said generator generates a high-frequency signal with a frequency that varies smoothly over time. The specified signal is necessary to excite a high-frequency electromagnetic field in a controlled medium located inside the first dielectric pipe 2 covered by the first resonator 6 and inside the second dielectric pipe 5 covered by the second and third resonators 7 and 8, respectively. To clearly fix the boundaries of the electromagnetic field inside each of the resonators 6, 7 and 8, restrictive short-circuited coils 9 are used, and to exclude the mutual influence of the resonators 7 and 8 on each other, a limit-dividing short-circuited round 10 is used.

После возбуждения в контролируемой среде рентгеновского излучения и высокочастотного электромагнитного поля предложенный мультисенсорный анализатор подготовлен к анализу состава и скорости трехкомпонентного газожидкостного потока нефтяных скважин.After excitation of x-ray radiation and a high-frequency electromagnetic field in a controlled medium, the proposed multisensor analyzer is prepared for analysis of the composition and velocity of a three-component gas-liquid flow of oil wells.

Анализ параметров контролируемого потока выполняется в предложенном анализаторе с использованием двух взаимодополняющих методов: рентгенофлуоресцентного и радиоволнового. При этом рентгенофлуоресцентный метод используется в повторно-кратковременном режиме эксплуатации, а радиоволновой метод - в непрерывном режиме.The analysis of the parameters of the controlled flow is performed in the proposed analyzer using two complementary methods: X-ray fluorescence and radio wave. In this case, the X-ray fluorescence method is used in intermittent operation, and the radio wave method is used in continuous mode.

В процессе рентгенофлуоресцентного анализа параметров газожидкостного потока в предложенном анализаторе используется свойство контролируемой среды поглощать и рассеивать взаимодействующее с ней рентгеновское излучение. При этом каждый из первичных коллиматоров 23 и 24 формирует две группы взаимодействующих с контролируемой средой рентгеновских пучков, веерообразно расходящихся от центра излучения каждой из рентгеновских трубок 21, 22 по направлениям к соответствующим коллимирующим отверстиям соответствующих вторичных коллиматоров 29 и 30.In the process of x-ray fluorescence analysis of the parameters of the gas-liquid flow in the proposed analyzer, the property of the controlled medium is used to absorb and scatter the x-ray radiation interacting with it. In this case, each of the primary collimators 23 and 24 forms two groups of x-ray beams interacting with the controlled medium, fan-shaped diverging from the radiation center of each of the x-ray tubes 21, 22 in the directions to the corresponding collimating holes of the corresponding secondary collimators 29 and 30.

Первая группа веерообразно расходящихся пучков формируется первым первичным коллиматором 23 и лежит в плоскости поперечного сечения А-А корпуса 1, содержащей первую рентгенопрозрачную вставку 3 и ось излучения первой рентгеновской трубки 21 (см. Фиг.2). Основная часть пучков этой группы, за исключением двух крайних пучков, пересекает корпус 1 через первую рентгенопрозрачную вставку 3, а крайние пучки не пересекают корпус 1 и проходят у его противоположных сторон по воздуху (см. Фиг.3).The first group of fan-shaped diverging beams is formed by the first primary collimator 23 and lies in the plane of the cross-section AA of the housing 1 containing the first X-ray transparent insert 3 and the radiation axis of the first x-ray tube 21 (see Figure 2). The main part of the bundles of this group, with the exception of the two extreme bundles, crosses the housing 1 through the first radiolucent insert 3, and the extreme bundles do not cross the housing 1 and pass through its opposite sides through the air (see Figure 3).

Вторая группа веерообразно расходящихся пучков формируется вторым первичным коллиматором 24 и лежит в плоскости поперечного сечения В-В корпуса 1, содержащей вторую рентгенопрозрачную вставку 4 и ось излучения второй рентгеновской трубки 22 (см. Фиг.2). Основная часть пучков этой группы, за исключением двух крайних, пересекает корпус 1 через вторую рентгенопрозрачную вставку 4, а крайние пучки не пересекают корпус 1 и проходят у его противоположных сторон по воздуху (см. Фиг.4).The second group of fan-shaped diverging beams is formed by the second primary collimator 24 and lies in the plane of the cross-section BB of the housing 1 containing the second x-ray transparent insert 4 and the radiation axis of the second x-ray tube 22 (see Figure 2). The main part of the beams of this group, with the exception of the two extreme ones, crosses the body 1 through the second radiolucent insert 4, and the extreme beams do not cross the body 1 and pass through its opposite sides through the air (see Figure 4).

Рентгеновские пучки первой группы, за исключением двух крайних пучков, последовательно пересекают переднюю (по ходу рентгеновских лучей) стенку рентгенопрозрачной вставки 3, контролируемою среду, находящуюся в корпусе 1, заднюю стенку рентгенопрозрачной вставки 3 и затем попадают в первый вторичный коллиматор 29, в каждом из отверстий которого происходит повторное формирование соответствующего рентгеновского пучка, после чего каждый из этих пучков падает на один из первых сцинтилляционных детекторов 25, в каждом из которых рентгеновские фотоны преобразуются в фотоны света.The x-ray beams of the first group, with the exception of the two outermost beams, sequentially intersect the front (along the x-rays) wall of the X-ray transparent insert 3, the controlled medium located in the housing 1, the rear wall of the X-ray transparent insert 3 and then fall into the first secondary collimator 29, in each of of the holes of which the corresponding X-ray beam is re-formed, after which each of these beams falls on one of the first scintillation detectors 25, in each of which X-ray photons are converted to photons of light.

Рентгеновские пучки второй группы, за исключением двух крайних пучков, таким же образом последовательно пересекают рентгенопрозрачную вставку 4 и контролируемую среду, повторно формируются в отверстиях второго вторичного коллиматора 30 и попадают на соответствующие вторые сцинтилляционные детекторы 31, где преобразуются в оптические сигналы. В каждом из этих рентгеновских пучков присутствуют вторичные рентгеновские фотоны с реперным значением энергии, необходимые для калибровки рентгенофлуоресцентных измерительных каналов. Вторичные рентгеновские фотоны генерируются вторичными излучателями 33, установленными в отверстиях второго вторичного коллиматора 30, за исключением двух крайних отверстий.The x-ray beams of the second group, with the exception of the two outermost beams, intersect the x-ray transparent insert 4 and the controlled medium in the same way, are re-formed in the holes of the second secondary collimator 30, and fall onto the corresponding second scintillation detectors 31, where they are converted into optical signals. Each of these X-ray beams contains secondary X-ray photons with a reference energy value necessary for calibrating the X-ray fluorescence measuring channels. Secondary x-ray photons are generated by secondary emitters 33 mounted in the holes of the second secondary collimator 30, with the exception of the two extreme holes.

Крайние пучки первой и второй групп проходят по воздуху, минуя корпус 1, повторно формируются в крайних отверстиях первого и второго вторичных коллиматоров 29, 30, соответственно, и попадают на соответствующие первые и вторые контрольные детекторы 26 и 32, соответственно, где преобразуются в оптические сигналы.The extreme beams of the first and second groups pass through the air, bypassing the housing 1, are re-formed in the extreme holes of the first and second secondary collimators 29, 30, respectively, and fall on the corresponding first and second control detectors 26 and 32, respectively, where they are converted into optical signals .

Помимо двух рассмотренных групп рентгеновских пучков в предложенном анализаторе используется также группа ортогональных пучков рассеянного рентгеновского излучения, которые формируются ортогональными коллиматорами 27.In addition to the two considered groups of x-ray beams, the proposed analyzer also uses a group of orthogonal beams of scattered x-ray radiation, which are formed by orthogonal collimators 27.

Рассеянное рентгеновское излучение возникает в результате упругого рассеяния первичного рентгеновского излучения, генерируемого первой рентгеновской трубкой 21, на атомах контролируемой среды.Scattered X-ray radiation arises as a result of elastic scattering of the primary X-ray radiation generated by the first X-ray tube 21 from the atoms of a controlled medium.

Рассеянное рентгеновское излучение направлено, в основном, под большими углами к направлению первичного излучения, близкими к прямым углам. Поэтому на каждый из ортогональных детекторов 28, установленных в плоскости расположения второй рентгенопрозрачной вставки 4 на линии, нормальной оси излучения первой рентгеновской трубки 21, падает, в основном, рассеянное излучение. Для полного исключения попадания на вход ортогональных детекторов 28 первичного излучения первой рентгеновской трубки 21 перед каждым из них установлен ортогональный коллиматор 27, содержащий несколько коллимирующих отверстий, оси которых параллельны между собой и направлены под прямым углом к оси излучения первой рентгеновской трубки 21, а глубина каждого отверстия существенно превышает его диаметр. В ортогональных детекторах 28 рассеяное рентгеновское излучение преобразуется в оптические сигналы.Scattered x-ray radiation is directed mainly at large angles to the direction of the primary radiation, close to right angles. Therefore, mainly scattered radiation is incident on each of the orthogonal detectors 28 installed in the plane of the location of the second X-ray transparent insert 4 on a line normal to the radiation axis of the first X-ray tube 21. To completely exclude the input of the orthogonal detectors 28 of the primary radiation of the first X-ray tube 21, an orthogonal collimator 27 is installed in front of each of them, containing several collimating holes whose axes are parallel to each other and directed at right angles to the radiation axis of the first X-ray tube 21, and the depth of each holes significantly exceeds its diameter. In orthogonal detectors 28, scattered X-ray radiation is converted into optical signals.

Для исключения попадания рентгеновского излучения в области внутри корпуса 1, непосредственно примыкающие к рентгенопрозрачным вставкам 3 и 4, предусмотрены трубчатые рентгеновские экраны 44, 45 и 46, изготовленные из тяжелого металла, например свинца.To prevent the ingress of x-ray radiation in the region inside the housing 1, directly adjacent to the x-ray transparent inserts 3 and 4, tubular x-ray screens 44, 45 and 46 are made of heavy metal, such as lead.

Так как параметры рентгеновского излучения, прошедшего через газожидкостную среду, зависят от свойств этой среды, в том числе от ее компонентного состава, они содержат информацию об относительном содержании компонентов контролируемого потока. Поэтому интенсивность светового потока на выходе каждого из сцинтилляционных детекторов, преобразующих взаимодействующее с контролируемой средой рентгеновское излучение в оптические сигналы, зависит от компонентного состава газожидкостной среды. Оптические сигналы, снимаемые с выходов первых, первых контрольных и ортогональных детекторов 25, 26, и 28, соответственно, передаются по оптическим каналам первого многоканального световода 34 на вход первого фотоэлектронного умножителя 35, где преобразуются в электрические сигналы, а оптические сигналы, выработанные вторыми детекторами и вторыми контрольными детекторами 31 и 32, соответственно, передаются по оптическим каналам второго многоканального световода 36 на вход второго фотоэлектронного умножителя 37, где преобразуются в электрические сигналы. При этом сигналы вторых детекторов 31 содержат в себе, помимо информации о составе среды, также информацию о реперном значении энергии рентгеновских квантов, сформированную вторичными излучателями 33. Электрические сигналы с выходов первого и второго фотоэлектронных умножителей 35 и 37, соответственно, передаются по соответствующим многоканальным информационным связям в первый и второй модули обработки 38 и 39, соответственно: сигналы с выхода первого фотоэлектронного умножителя 35 - в первый модуль обработки 38, а сигналы с выхода второго фотоэлектронного умножителя 37 - во второй модуль обработки 39.Since the parameters of the x-ray radiation transmitted through the gas-liquid medium depend on the properties of this medium, including its component composition, they contain information on the relative content of the components of the controlled flow. Therefore, the intensity of the light flux at the output of each of the scintillation detectors, converting the x-ray radiation interacting with the controlled medium into optical signals, depends on the component composition of the gas-liquid medium. Optical signals taken from the outputs of the first, first control and orthogonal detectors 25, 26, and 28, respectively, are transmitted through the optical channels of the first multichannel fiber 34 to the input of the first photoelectronic multiplier 35, where they are converted into electrical signals, and the optical signals generated by the second detectors and second control detectors 31 and 32, respectively, are transmitted through the optical channels of the second multi-channel fiber 36 to the input of the second photoelectric multiplier 37, where they are converted into electrical some signals. In this case, the signals of the second detectors 31 contain, in addition to information on the composition of the medium, also information on the reference value of the energy of X-ray quanta generated by the secondary emitters 33. The electrical signals from the outputs of the first and second photoelectronic multipliers 35 and 37, respectively, are transmitted via the corresponding multichannel information connections to the first and second processing modules 38 and 39, respectively: the signals from the output of the first photomultiplier tube 35 to the first processing module 38, and the signals from the output of the second phot electron multiplier 37 - in the second processing unit 39.

После обработки в каждом из упомянутых модулей 38 и 39 поступивших сигналов информация с выходов модулей поступает на соответствующие входы второго вычислителя 40, в котором вычисляется и передается по соответствующим двунаправленным многоканальным информационным связям в первый вычислитель 16 и во внешние системы 48 информация об относительном объемном содержании каждого из компонентов контролируемой среды.After processing in each of the mentioned modules 38 and 39 of the received signals, information from the outputs of the modules goes to the corresponding inputs of the second calculator 40, in which information on the relative volume content of each is calculated and transmitted via the corresponding bi-directional multi-channel information links to the first calculator 16 and to external systems 48 from components of a controlled environment.

Для вычисления относительного массового содержания каждого из компонентов необходимо использовать дополнительную информацию о плотности контролируемой среды, которая формируется ортогональными детекторами 28. Дополнительная информация в форме оптических сигналов поступает с выхода каждого из ортогональных детекторов 28 по соответствующим оптическим каналам первого световода 34 в первый фотоэлектронный умножитель 35 и, далее, с его выхода по многоканальной информационной связи передается в первый модуль обработки 38, откуда поступает на соответствующий вход второго вычислителя 40.To calculate the relative mass content of each of the components, it is necessary to use additional information about the density of the controlled medium, which is generated by orthogonal detectors 28. Additional information in the form of optical signals comes from the output of each of the orthogonal detectors 28 through the corresponding optical channels of the first fiber 34 to the first photomultiplier tube 35 and , then, from its output via multi-channel information communication, it is transmitted to the first processing module 38, from where it comes and the corresponding input of the second calculator 40.

При вычислении параметров контролируемого потока, помимо информативных сигналов, поступающих во второй вычислитель 40 из модулей обработки 38 и 39, также используются данные о режиме течения, выработанные контроллером режимов 41 на основе информации, поступившей на его вход с выхода первого модуля обработки 38, и переданные с выхода упомянутого контроллера во второй вычислитель 40 по многоканальной информационной связи.When calculating the parameters of the controlled flow, in addition to informative signals entering the second computer 40 from the processing modules 38 and 39, the data on the flow mode generated by the mode controller 41 based on the information received at its input from the output of the first processing module 38 are also used from the output of said controller to the second computer 40 via multi-channel information communication.

В процессе работы второй вычислитель 40 непрерывно обменивается текущей информацией с первым вычислителем 16 по двунаправленной информационной связи.In the process, the second calculator 40 continuously exchanges current information with the first calculator 16 via bi-directional information communication.

При вычислении объемных и массовых покомпонентных расходов газожидкостного потока во втором вычислителе 40, помимо вышеописанной информации об относительном содержании компонентов, также используются данные автокорелляционного анализа контролируемого потока, позволяющие вычислить время перемещения локальной неоднородности потока на некоторое базовое расстояние и, таким образом, определить скорость контролируемой среды.When calculating the volumetric and mass component flows of the gas-liquid flow in the second calculator 40, in addition to the above information on the relative content of the components, the data of the autocorrelation analysis of the controlled flow are also used, which allows calculating the time of movement of the local inhomogeneity of the flow to a certain base distance and, thus, determining the speed of the controlled medium .

Вычисление покомпонентного расхода трехкомпонентного газожидкостного потока с использованием ренгенофлуоресцентного анализа основано на следующих теоретических предпосылках.The calculation of the component flow rate of a three-component gas-liquid flow using X-ray fluorescence analysis is based on the following theoretical assumptions.

Поглощение и рассеяние рентгеновского излучения атомами контролируемой среды приводит к уменьшению плотности потока рентгеновских фотонов, падающих на каждый из первых и вторых сцинтилляционных детекторов 25 и 31, соответственно, по сравнению с исходной плотностью. Это дает возможность оценивать компонентный состав поглощающей среды вдоль каждого из рентгеновских пучков, генерируемых рентгеновскими трубками 21, 22 и формируемых первичными коллиматорами 23, 24 и вторичными коллиматорами 29, 30, по степени уменьшения плотности потока рентгеновских фотонов на входах упомянутых сцинтилляционных детекторов в сравнении с исходной плотностью этого потока.The absorption and scattering of x-ray radiation by atoms of a controlled medium leads to a decrease in the flux density of x-ray photons incident on each of the first and second scintillation detectors 25 and 31, respectively, compared with the initial density. This makes it possible to estimate the component composition of the absorbing medium along each of the x-ray beams generated by the x-ray tubes 21, 22 and formed by the primary collimators 23, 24 and secondary collimators 29, 30, by the degree of decrease in the flux density of the x-ray photons at the inputs of the mentioned scintillation detectors in comparison with the initial the density of this stream.

Для получения более точных данных о компонентном составе необходимо облучать контролируемую среду пучками рентгеновского излучения, различающимися между собой уровнями энергии, при этом каждый уровень энергии рентгеновского излучения задается напряжением питания рентгеновских трубок 21, 22. Если, например, используются три уровня энергии рентгеновского излучения, то им должны соответствовать три значения напряжения питания U1, U2 и U3, обеспечивающие уровни энергии E1(Imaxl), E2(Imax2) и E3(Imax3), соответственно, которые отвечают максимальным значениям плотностей потоков фотонов I mах1, I mах2 и I mах3 на выходе рентгеновских трубок 21 и 22. С этой целью рентгеновские трубки 21, 22 последовательно запитываются напряжениями U1, U2 и U3 от источника питания 43 в соответствии с переключающими сигналами, поступающими на вход этого источника из модуля управления 42 на основании команд второго вычислителя 40.To obtain more accurate data on the component composition, it is necessary to irradiate the controlled medium with X-ray beams that differ in energy levels, with each X-ray energy level being specified by the supply voltage of the X-ray tubes 21, 22. If, for example, three levels of X-ray energy are used, then they must correspond to three values of the supply voltage U 1 , U 2 and U 3 , providing energy levels E 1 (I maxl ), E 2 (I max2 ) and E 3 (I max3 ), respectively, which correspond to the maximum m values of the photon flux densities I max 1 , I max 2 and I max 3 at the output of the x-ray tubes 21 and 22. For this purpose, the x-ray tubes 21, 22 are successively energized by voltages U 1 , U 2 and U 3 from the power source 43 in accordance with switching signals supplied to the input of this source from the control module 42 based on the commands of the second calculator 40.

При облучении контролируемой среды рентгеновским излучением различной энергии в жестком рентгеновском диапазоне 30-100 КэВ изменяется характер поглощения рентгеновских фотонов каждым из компонентов контролируемой среды.When a controlled medium is irradiated with X-rays of various energies in the hard X-ray range of 30-100 KeV, the nature of the absorption of X-ray photons by each of the components of the controlled medium changes.

Это объясняется тем, что степень ослабления рентгеновского излучения конкретным компонентом контролируемой среды зависит от энергии излучения, то есть является функцией энергии рентгеновских фотонов, генерируемых рентгеновскими трубками 21, 22:This is because the degree of attenuation of x-rays by a specific component of the controlled medium depends on the radiation energy, that is, it is a function of the energy of x-ray photons generated by x-ray tubes 21, 22:

Figure 00000001
Figure 00000001

где µ - линейный коэффициент ослабления одним из компонентов контролируемой среды рентгеновского излучения с энергией Е;where µ is the linear attenuation coefficient of one of the components of the controlled X-ray medium with energy E;

Е - энергия рентгеновского излучения.E is the energy of x-ray radiation.

Таким образом, зависимость степени ослабления плотности потока фотонов заданной энергии конкретным компонентом контролируемой среды определяется химическим составом этого компонента и его эффективным линейным размером вдоль направления соответствующего рентгеновского пучка (далее по тексту - эффективной толщиной компонента):Thus, the dependence of the degree of attenuation of the photon flux density of a given energy by a specific component of the controlled medium is determined by the chemical composition of this component and its effective linear size along the direction of the corresponding x-ray beam (hereinafter, the effective thickness of the component):

Figure 00000002
Figure 00000002

где Y(x) - плотность потока фотонов на входе соответствующего сцинтилляционного детектора при заполнении корпуса 1 однокомпонентной контролируемой средой;where Y (x) is the photon flux density at the input of the corresponding scintillation detector when the housing 1 is filled with a one-component controlled medium;

I - плотность потока фотонов на входе соответствующего сцинтилляционного детектора при отсутствии в корпусе 1 контролируемой среды;I is the photon flux density at the input of the corresponding scintillation detector in the absence of a controlled medium in the housing 1;

е - основание натуральных логарифмов;e - the basis of natural logarithms;

µ - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения контролируемой средой;µ is the linear attenuation coefficient of x-ray radiation controlled environment;

х - эффективная толщина компонента.x is the effective thickness of the component.

Если обозначить компоненты Kj контролируемой среды следующим образом: К1 - нефть, К2 - вода и К3 - газ (здесь j=1, 2, 3 - номер компонента среды), то, при наличии на пути рентгеновского пучка всех трех компонентов, выражение (2) принимает вид функционального уравнения:If we designate the components K j of the controlled medium as follows: K 1 is oil, K 2 is water and K 3 is gas (here j = 1, 2, 3 is the number of the medium component), then, if all three components are in the x-ray path , expression (2) takes the form of a functional equation:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Y1(t) - текущее значение плотности потока фотонов на входе соответствующего сцинтилляционного детектора при напряжении U1 питания рентгеновских трубок 21, 22 и при наличии в корпусе 1 трехкомпонентной контролируемой среды; х1 х2 и х3 - эффективные толщины компонентов К1, К2 и К3 контролируемой среды, соответственно;where Y 1 (t) is the current value of the photon flux density at the input of the corresponding scintillation detector at voltage U 1 of the X-ray tubes 21, 22 and in the presence of a three-component controlled medium in the housing 1; x 1 x 2 and x 3 are the effective thicknesses of the components K 1 , K 2 and K 3 of the controlled medium, respectively;

µ1(Eq), µ2(Eq) и µ3(Eq) - линейные коэффициенты ослабления рентгеновских излучений с фиксированной энергией Eq каждым из компонентов К1, К2 и К3;µ 1 (E q ), µ 2 (E q ) and µ 3 (E q ) are the linear attenuation coefficients of x-rays with a fixed energy E q by each of the components K 1 , K 2 and K 3 ;

I1(t) - текущее значение плотности потока фотонов на входе соответствующего сцинтилляционного детектора при напряжении U1 питания рентгеновских трубок 21, 22 и при отсутствии в корпусе 1 контролируемой среды;I 1 (t) is the current value of the photon flux density at the input of the corresponding scintillation detector at a voltage U 1 of the X-ray tubes 21, 22 and in the absence of a controlled medium in the housing 1;

t - текущее время.t is the current time.

Последовательно подставляя в функциональное уравнение (3) значения линейных коэффициентов ослабления, соответствующие трем уровням энергии излучения Eq1 Eq2, Eq3, а именно, значения µj(E1), µj2) и µj3), где j=1, 2, 3, получим для каждого рентгеновского пучка три системы функциональных уравнений вида (3) с тремя численными неизвестными х1, х2, х3 и тремя функциональными неизвестными µ1(Eq), µ2(Eq), µ3(Eq).Subsequently, substituting into the functional equation (3) the values of linear attenuation coefficients corresponding to three levels of radiation energy E q = E 1 E q = E 2 , E q = E 3 , namely, the values of μ j (E 1 ), μ j (E 2 ) and μ j (E 3 ), where j = 1, 2, 3, for each X-ray beam we obtain three systems of functional equations of the form (3) with three numerical unknowns x 1 , x 2 , x 3 and three functional unknowns μ 1 (E q ), μ 2 (E q ), μ 3 (E q ).

В случае, когда текущее значение параметра I1(t) непрерывно измеряется, когда конкретное значение энергии излучения Eq зафиксировано, а также когда определены и занесены в память первого модуля обработки 38 экспериментальные зависимости линейных коэффициентов ослабления от энергии излучения µ1(Eq), µ2(Eq) и µ3(Eq), решение систем функциональных уравнений вида (3) во втором вычислителе 40 позволяет получить значения эффективных толщин х1, х2 и х3 каждого из компонентов К1, К2 и К3 вдоль линии пересечения контролируемой среды каждым из рентгеновских пучков и тем самым определить объемную долю каждого из этих компонентов в поперечном сечении контролируемого потока вдоль направления упомянутых пучков. После определения эффективных толщин х1, х2 и х3 нефти, воды и газа, соответственно, вдоль каждого из рентгеновских пучков, падающих на соответствующий сцинтилляционный детектор, во втором вычислителе 40 производится контроль достоверности полученных значений найденных эффективных толщин, для чего используется контрольное условие:In the case when the current value of the parameter I 1 (t) is continuously measured, when a specific value of the radiation energy E q is fixed, as well as when the experimental dependences of the linear attenuation coefficients on the radiation energy μ 1 (E q ) are determined and stored in the memory of the first processing module 38 , μ 2 (E q ) and μ 3 (E q ), solving systems of functional equations of the form (3) in the second calculator 40 allows us to obtain the effective thicknesses x 1 , x 2 and x 3 of each of the components K 1 , K 2 and K 3 along the line of intersection of the controlled environment by each of the rents novo beams and thereby determine the volume fraction of each of these components in the cross section of the controlled flow along the direction of the mentioned beams. After determining the effective thicknesses x 1 , x 2 and x 3 of oil, water and gas, respectively, along each of the x-ray beams incident on the corresponding scintillation detector, the second calculator 40 checks the reliability of the obtained values of the found effective thicknesses, for which the control condition is used :

Figure 00000004
Figure 00000004

где l - длина хорды, стягивающей дугу окружности радиуса R вдоль соответствующего рентгеновского пучка;where l is the length of the chord, tightening the arc of a circle of radius R along the corresponding x-ray beam;

R - внутренний радиус корпуса 1.R is the inner radius of the housing 1.

Для центрального рентгеновского пучка, направленного вдоль оси излучения соответствующей рентгеновской трубки 21, 22, длина l упомянутой хорды составляетFor a central x-ray beam directed along the radiation axis of the corresponding x-ray tube 21, 22, the length l of said chord is

l=2R, для всех других пучков она меньше указанного значения: l<2R.l = 2R, for all other beams it is less than the specified value: l <2R.

Операции решения системы функциональных уравнений вида (3) относительно искомых величин х1, х2 и х3 выполняются во втором вычислителе 40.The operations of solving the system of functional equations of the form (3) with respect to the desired quantities x 1 , x 2 and x 3 are performed in the second computer 40.

Параметр I1(t) упомянутых функциональных уравнений характеризует текущее значение плотности потока фотонов на входе соответствующего второго детектора 31 при отсутствии в корпусе 1 контролируемой среды при питании рентгеновских трубок 21, 22 напряжением U1.The parameter I 1 (t) of the mentioned functional equations characterizes the current value of the photon flux density at the input of the corresponding second detector 31 in the absence of a controlled medium in the housing 1 when the x-ray tubes 21, 22 are supplied with voltage U 1 .

Поскольку при эксплуатации предложенного анализатора контролируемая среда всегда заполняет корпус 1, обеспечить состояние «при отсутствии контролируемой среды» весьма затруднительно. В то же время, в процессе эксплуатации предложенного анализатора текущее значение параметра I1(t) может существенно изменяться по величине относительно своего номинального значения, измеренного и введенного в память первого модуля обработки 38 при юстировке предложенного анализатора.Since during the operation of the proposed analyzer the controlled environment always fills the housing 1, it is very difficult to ensure the state “in the absence of a controlled environment”. At the same time, during operation of the proposed analyzer, the current value of the parameter I 1 (t) can significantly change in magnitude relative to its nominal value, measured and entered into the memory of the first processing unit 38 when adjusting the proposed analyzer.

Изменение текущего значения параметра I1(t) может происходить, например, в связи с изменением напряжения источника питания 43, смещением пространственного положения рентгеновских трубок 21, 22 относительно начального положения, износом анодов этих трубок и т.п. Для того чтобы уменьшить влияние указанных факторов на точность измерения компонентного состава, определение текущего значения параметра I1(t) в процессе эксплуатации производится косвенным способом - по информации, вырабатываемой первыми и вторыми контрольными детекторами 26 и 32, соответственно.A change in the current value of the parameter I 1 (t) can occur, for example, due to a change in the voltage of the power source 43, a displacement of the spatial position of the x-ray tubes 21, 22 relative to the initial position, wear of the anodes of these tubes, etc. In order to reduce the influence of these factors on the accuracy of measuring the component composition, the current value of the parameter I 1 (t) is determined during operation in an indirect way - according to the information generated by the first and second control detectors 26 and 32, respectively.

Параметр I1(t) вычисляется на основе следующего соотношения:The parameter I 1 (t) is calculated based on the following relationship:

Figure 00000005
Figure 00000005

где I1(t) - текущее значение сигнала, сформированного первыми и вторыми детекторами 25, 31, соответственно, при напряжении U1 питания рентгеновских трубок 21, 22 и отсутствии в корпусе 1 контролируемой среды;where I 1 (t) is the current value of the signal generated by the first and second detectors 25, 31, respectively, with a voltage U 1 of the power of the x-ray tubes 21, 22 and the absence of a controlled medium in the housing 1;

I1 - начальное значение упомянутого сигнала;I 1 is the initial value of said signal;

Iк1(t) - текущее значение сигнала, сформированного первыми и вторыми контрольными детекторами 26, 32, соответственно, при напряжении U1 питания рентгеновских трубок 21, 22 и наличии в корпусе 1 контролируемой среды;I k1 (t) is the current value of the signal generated by the first and second control detectors 26, 32, respectively, at a voltage U 1 of the supply of x-ray tubes 21, 22 and the presence of a controlled medium in the housing 1;

Iк1 - начальное значение упомянутого сигнала;I k1 - the initial value of the aforementioned signal;

t - текущее время.t is the current time.

Численное значение каждого из сигналов Iк1(t) и Iк1 в выражении (5) определяется в первом модуле обработки 38 как среднеарифметическое значение оптических сигналов, каждый из которых вырабатывается одним из контрольных детекторов 26, 32.The numerical value of each of the signals I k1 (t) and I k1 in expression (5) is determined in the first processing unit 38 as the arithmetic mean value of the optical signals, each of which is generated by one of the control detectors 26, 32.

Поскольку рентгеновское излучение, падающее на каждый из контрольных детекторов 26, 32, пересекает только воздушную среду, поглощением и рассеянием в которой при энергиях излучения более 30 КэВ можно пренебречь, оптические сигналы, формируемые этими детекторами, не зависят от состава пропускающей среды, определяются только характеристиками излучения рентгеновских трубок 21, 22 и могут использоваться в качестве контрольных сигналов Iк1 и Iк1(t). Начальные значения сигналов I1 и Iк1 измеряются в процессе юстировки предложенного анализатора и вносятся в память первого модуля обработки 38. При работе анализатора в первый модуль обработки 38 непрерывно поступает информация о текущем значении Iк1(t) контрольного сигнала на выходе каждого из контрольных детекторов 26, 32.Since the x-ray radiation incident on each of the control detectors 26, 32 crosses only the air medium, in which absorption and scattering can be neglected at radiation energies of more than 30 keV, the optical signals generated by these detectors do not depend on the composition of the transmission medium and are determined only by the characteristics radiation of the x-ray tubes 21, 22 and can be used as control signals I k1 and I k1 (t). The initial values of the signals I 1 and I k1 are measured during the adjustment of the proposed analyzer and stored in the memory of the first processing module 38. When the analyzer is in operation, the first processing module 38 continuously receives information about the current value I k1 (t) of the control signal at the output of each of the control detectors 26, 32.

На основе этой информации, с использованием хранящихся в памяти первого модуля обработки 38 данных об упомянутых начальных значениях сигналов, вычисляется, в соответствии с выражением (5), и передается во второй вычислитель 40 текущее значение параметра I1(t).Based on this information, using the data on the mentioned initial signal values stored in the memory of the first processing module 38, it is calculated in accordance with expression (5), and the current value of the parameter I 1 (t) is transmitted to the second calculator 40.

Из (3) и (5) имеем:From (3) and (5) we have:

Figure 00000006
Figure 00000006

где каждое из обозначений соответствует обозначениям, принятым в выражениях (3) и (5).where each of the designations corresponds to the designations adopted in expressions (3) and (5).

Параметры µ1(Eq), µ2(Eq) и µ3(Eq) уравнения (6) представляют собой функциональные неизвестные, значения которых определяются в первом модуле обработки 38 на основе введенных в его память экспериментальных данных о взаимосвязи значения линейного коэффициента ослабления µ рентгеновского излучения с энергией Eq, отмасштабированной по реперным значениям энергии, которые формируются вторичными излучателями 33.The parameters μ 1 (E q ), μ 2 (E q ) and μ 3 (E q ) of equation (6) are functional unknowns whose values are determined in the first processing unit 38 based on the experimental data on the relationship between the linear attenuation coefficient µ of X-ray radiation with an energy E q scaled by reference energy values that are generated by the secondary emitters 33.

Каждый вторичный излучатель 33 представляет собой установленную в одном из отверстий второго вторичного коллиматора 30 коллимирующую трубку, изготовленную из тяжелого металла с ярко выраженной характеристической линией спектра излучения, лежащей в диапазоне энергий 30-100 кэВ, например из гадолиния или платины.Each secondary emitter 33 is a collimating tube installed in one of the holes of the second secondary collimator 30, made of heavy metal with a pronounced characteristic line of the emission spectrum lying in the energy range 30-100 keV, for example, gadolinium or platinum.

При прохождении рентгеновского пучка сквозь упомянутую трубку фотоны пучка могут возбуждать флуоресценцию атомов гадолиния, расположенных в приповерхностном слое коллимирующего отверстия трубки, что сопровождается возникновением вторичного характеристического излучения. Возбуждение флуоресценции происходит только в том случае, когда энергии ħω возбуждающих фотонов совпадают с энергией характеристического излучения или превышают ее:When an x-ray beam passes through the aforementioned tube, the photons of the beam can excite the fluorescence of gadolinium atoms located in the surface layer of the collimating hole of the tube, which is accompanied by the appearance of secondary characteristic radiation. Fluorescence excitation occurs only when the energies ħω of the exciting photons coincide with or exceed the energy of characteristic radiation:

Figure 00000007
Figure 00000007

где ħ - постоянная Планка;where ħ is Planck's constant;

ω - круговая частота возбуждающих фотонов;ω is the circular frequency of exciting photons;

Ео - энергия характеристического излучения.E o is the energy of characteristic radiation.

Спектр характеристического излучения является линейчатым; характеристической линии гадолиния в этом спектре соответствует энергия излученияThe spectrum of characteristic radiation is ruled; the gadolinium characteristic line in this spectrum corresponds to the radiation energy

EGd=42,996 кэВE Gd = 42.996 keV

Если энергия возбуждающих фотонов существенно превосходит энергию характеристического возбуждения атомов гадолиния:If the energy of exciting photons significantly exceeds the energy of characteristic excitation of gadolinium atoms:

Figure 00000008
Figure 00000008

то плотность потока характеристических фотонов с уровнем энергии Ео существенно превосходит плотности потока фотонов с другими значениями энергии. Поэтому при наложении на излучение второй рентгеновской трубки 22, характеризуемое непрерывным спектром, характеристического излучения, имеющего линейчатый спектр, в распределении I(E) плотности потока рентгеновских фотонов по энергиям возникает локальный максимум IGd плотности потока фотонов. Уровень этого максимума существенно превосходит наибольший уровень плотности потока фотонов Imax при всех других значениях энергии, отличающихся от значения Ео:then the flux density of characteristic photons with an energy level E о significantly exceeds the flux density of photons with other energy values. Therefore, when a second x-ray tube 22, characterized by a continuous spectrum, is superimposed on the radiation, the characteristic radiation having a linear spectrum in the energy distribution I (E) of the X-ray photon flux density arises a local maximum I Gd of the photon flux density. The level of this maximum significantly exceeds the highest level of photon flux density I max for all other energy values that differ from the value of E about :

IGd>Imax (см. Фиг.5).I Gd > I max (see Figure 5).

Возникновение локального максимума плотности потока фотонов IGd при характеристическом значении Ео энергии объясняется тем, что значительное число первичных рентгеновских фотонов, распределенных в широком диапазоне энергии от Ео до Emax, поглощается атомами гадолиния, порождающими поток такого же числа вторичных флуоресцентных фотонов, сосредоточенных в весьма узкой энергетической области вблизи характеристического значения энергии Ео=EGd. Поскольку вторичные фотоны пересекают только воздушную среду, поглощением и рассеянием в которой можно пренебречь, наибольшее число этих фотонов достигает вторых детекторов 31. При этом число оптических импульсов с амплитудой JGd, формируемых вторыми детекторами 31 под воздействием вторичных рентгеновских фотонов, порожденных атомами гадолиния, существенно превосходит число первичных рентгеновских фотонов с другими амплитудами в диапазоне от наименьшего значения амплитуды Jmin до наибольшего значения Jmax, что поясняется временной диаграммой на Фиг.6, где оптические импульсы с амплитудой JGd заштрихованы.The occurrence of a local maximum of the photon flux density I Gd at a characteristic value of E о energy is explained by the fact that a significant number of primary X-ray photons distributed over a wide energy range from E о to E max are absorbed by gadolinium atoms, which generate a flux of the same number of secondary fluorescent photons concentrated in a very narrow energy region near the characteristic energy value E о = E Gd . Since secondary photons cross only the air medium, in which absorption and scattering can be neglected, the largest number of these photons reaches the second detectors 31. Moreover, the number of optical pulses with an amplitude J Gd generated by the second detectors 31 under the influence of secondary x-ray photons generated by gadolinium atoms is significantly exceeds the number of primary x-ray photons with other amplitudes in the range from the smallest amplitude value J min to the largest value J max , which is explained by the time diag 6, where the optical pulses with amplitude J Gd are shaded.

Наличие локального максимума позволяет объективно выделить из общего числа фотонов различной энергии группу фотонов с энергией EGd и тем самым сформировать точную масштабную отметку EGd=42,996 кэВ, позволяющую достоверно отмасштабировать по значениям энергий сигналы, сформированные первыми и вторыми сцинтилляционными детекторами 25, 31.The presence of a local maximum makes it possible to objectively distinguish a group of photons with an energy E Gd from the total number of photons of different energies and thereby form an accurate scale mark E Gd = 42.996 keV, which allows one to reliably scale the signals generated by the first and second scintillation detectors 25, 31.

Решение функционального уравнения (6) для каждого из трех значений U1, U2, U3 напряжения питания рентгеновских трубок 21, 22 производится во втором вычислителе 40.The solution of functional equation (6) for each of the three values U 1 , U 2 , U 3 of the supply voltage of the x-ray tubes 21, 22 is performed in the second calculator 40.

Совокупность решений функциональных уравнений (6) при различных значениях напряжения U=U1, U2, U3 питания рентгеновских трубок 21, 22 позволяет получить во втором вычислителе 40 и передать по соответствующим двусторонним многоканальным информационным связям в первый вычислитель 16 и во внешние системы 48 информацию об относительном содержании в единицах объема каждого из трех компонентов контролируемой среды: нефти, воды и газа:The set of solutions of functional equations (6) for various voltage values U = U 1 , U 2 , U 3 power supply of the x-ray tubes 21, 22 allows you to receive in the second computer 40 and transmit through the corresponding two-way multi-channel information links to the first computer 16 and to external systems 48 information on the relative content in volume units of each of the three components of the controlled environment: oil, water and gas:

Figure 00000009
Figure 00000009

где V1(t) - текущее значение объемной доли компонента K1 (нефти);where V 1 (t) is the current value of the volume fraction of the component K 1 (oil);

V2(t) - текущее значение объемной доли компонента K2 (воды);V 2 (t) is the current value of the volume fraction of the component K 2 (water);

V3(t) - текущее значение объемной доли компонента K3 (газа);V 3 (t) is the current value of the volume fraction of the component K 3 (gas);

t - текущее время.t is the current time.

Для получения данных о компонентном составе контролируемой среды в единицах массы необходимо использовать дополнительную информацию, выработанную ортогональными детекторами 28, которые воспринимают вторичное рассеянное рентгеновское излучение, сформированное ортогональными коллиматорами 27.To obtain data on the component composition of the controlled medium in mass units, it is necessary to use additional information generated by orthogonal detectors 28, which receive secondary scattered x-ray radiation generated by orthogonal collimators 27.

Поскольку интенсивность рассеянного излучения в жестком рентгеновском диапазоне энергий до 100 кэВ определяется, в основном, плотностью рассеивающей среды и слабо зависит от интенсивности первичного излучения первой рентгеновской трубки 21, оптический сигнал, формируемый каждым из ортогональных детекторов 28, пропорционален текущему значению средней плотности ρ(t) контролируемой среды.Since the intensity of the scattered radiation in the hard X-ray energy range up to 100 keV is determined mainly by the density of the scattering medium and weakly depends on the intensity of the primary radiation of the first X-ray tube 21, the optical signal generated by each of the orthogonal detectors 28 is proportional to the current value of the average density ρ (t ) controlled environment.

После преобразования в первом фотоэлектронном умножителе 35 в электрическую форму упомянутый сигнал поступает в первый модуль обработки 38 и, с его выхода, - во второй вычислитель 40, где, на основании принятой информации о текущем значении средней плотности ρ(t) контролируемой среды и ранее вычисленных данных (9) о текущих значениях объемных долей каждого из ее компонентов, определяются текущие значения относительного содержания каждого из компонентов газожидкостного потока в единицах массы:After the conversion in the first photoelectronic multiplier 35 into electrical form, the signal is fed to the first processing module 38 and, from its output, to the second calculator 40, where, based on the received information about the current average density ρ (t) of the controlled medium and previously calculated data (9) on the current values of the volume fractions of each of its components, the current values of the relative content of each of the components of the gas-liquid flow in mass units are determined:

Figure 00000010
Figure 00000010

где М1(t) - текущее значение массовой доли компонента K1 (нефти);where M 1 (t) is the current value of the mass fraction of the component K 1 (oil);

M2(t) - текущее значение массовой доли компонента K2 (воды);M 2 (t) is the current value of the mass fraction of the component K 2 (water);

M3(t) - текущее значение массовой доли компонента K3 (газа);M 3 (t) is the current value of the mass fraction of the component K 3 (gas);

t - текущее время.t is the current time.

Текущие значения (10) массового содержания компонентов необходимы для определения во втором вычислителе 40 текущих значений покомпонентного массового расхода QM1(t), QM2(t) и QM3(t) каждого из трех компонентов газожидкостного потока - нефти, воды и газа, соответственно. Для вычисления покомпонентного расхода кроме текущих значений (10) необходимо использовать также данные о скорости W2 газожидкостного потока.The current values (10) of the mass content of the components are necessary for determining in the second calculator 40 the current values of the component-by-mass flow rate Q M1 (t), Q M2 (t) and Q M3 (t) of each of the three components of the gas-liquid flow - oil, water and gas, respectively. To calculate the component flow rate, in addition to the current values (10), it is also necessary to use data on the gas-liquid flow velocity W 2 .

Для измерения скорости W2 с использованием рентгенофлуоресцентного анализа в предложенном анализаторе выбран автокорреляционный метод, в котором измерение скорости производится на основе информации о движении естественных локальных неоднородностей газожидкостной среды.To measure the speed W 2 using X-ray fluorescence analysis, the autocorrelation method is selected in the proposed analyzer, in which the speed is measured based on information about the movement of natural local inhomogeneities of a gas-liquid medium.

При наличии естественных неоднородностей потока их выявление рентгенофлуоресцентным методом выполняется во втором вычислителе 40 путем обработки электрических сигналов, поступающих на его соответствующие входы с выходов первого и второго модулей обработки 38 и 39, соответственно. Данные сигналы формируются в первом и втором фотоэлектронных умножителях 35 и 37, соответственно, путем преобразования оптических сигналов, выработанных первыми и вторыми детекторами 25 и 31, соответственно. Оптические сигналы детекторов 25 и 31 формируются в результате воздействия на них излучения рентгеновских трубок 21, 22, прошедшего сквозь находящуюся в корпусе 1 контролируемую среду в плоскостях расположения первой и второй рентгенопрозрачных вставок 3 и 4, соответственно.If there are natural flow inhomogeneities, their detection by the X-ray fluorescence method is performed in the second computer 40 by processing the electrical signals supplied to its respective inputs from the outputs of the first and second processing modules 38 and 39, respectively. These signals are generated in the first and second photoelectronic multipliers 35 and 37, respectively, by converting the optical signals generated by the first and second detectors 25 and 31, respectively. The optical signals of the detectors 25 and 31 are formed as a result of exposure to the radiation of x-ray tubes 21, 22, which passed through a controlled medium located in the housing 1 in the planes of the first and second x-ray transparent inserts 3 and 4, respectively.

Так как при прохождении сквозь контролируемую среду рентгеновское излучение частично поглощается и рассеивается, оно несет в себе информацию о наличии или отсутствии локальных неоднородностей контролируемой среды.Since when passing through a controlled medium, X-ray radiation is partially absorbed and scattered, it carries information about the presence or absence of local inhomogeneities of the controlled medium.

В качестве информативных параметров, характеризующих наличие локальной неоднородности, условно формируемой компонентом К1, в предложенном анализаторе используются плотности потока фотонов заданной энергии на входах первых и вторых детекторов 25 и 31, соответственно:As informative parameters characterizing the presence of a local inhomogeneity conditionally formed by component K 1 , the proposed analyzer uses photon flux densities of a given energy at the inputs of the first and second detectors 25 and 31, respectively:

Figure 00000011
Figure 00000011

где Y11(t), Y21(t) - текущие значения плотности потока фотонов на входах первых и вторых детекторов 25 и 31, соответственно, при наличии в корпусе 1 однокомпонентной контролируемой среды;where Y 11 (t), Y 21 (t) are the current values of the photon flux density at the inputs of the first and second detectors 25 and 31, respectively, in the presence of a one-component controlled medium in case 1;

I1, I2 - плотности потока фотонов на входах первых и вторых детекторов 25 и 31, соответственно, при отсутствии в корпусе 1 контролируемой среды;I 1 , I 2 - photon flux density at the inputs of the first and second detectors 25 and 31, respectively, in the absence of a controlled environment in the housing 1;

е - основание натуральных логарифмов;e - the basis of natural logarithms;

µ1 - линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения компонентомµ 1 - linear attenuation coefficient of x-ray radiation component

К1 контролируемой среды при фиксированном значении энергии излучения;To 1 controlled environment with a fixed value of radiation energy;

х1 - эффективная толщина компонента К1 контролируемой среды;x 1 is the effective thickness of the component K 1 of the controlled environment;

t - текущее время.t is the current time.

При пересечении сечения А-А корпуса 1 (см. Фиг.2) движущейся локальной неоднородностью каждый из первых детекторов 25 фиксирует наличие существенных изменений значения параметра Y11(t) во времени и формирует первую временную последовательность изменений этого значения.When crossing section AA of the housing 1 (see FIG. 2) with a moving local heterogeneity, each of the first detectors 25 detects the presence of significant changes in the value of the parameter Y 11 (t) in time and forms the first time sequence of changes in this value.

При дальнейшем перемещении неоднородности на расстояние L2 между центрами первой и второй вставок 3 и 4, соответственно, она достигает сечения В-В корпуса 1 (см. Фиг.2) и инициирует в каждом из вторых детекторов 31 существенные изменения текущего значения плотности потока принимаемых им рентгеновских фотонов Y21(t), формируя вторую временную последовательность этих изменений, коррелирующую с вышеупомянутой первой временной последовательностью.With further displacement of the inhomogeneity by a distance L 2 between the centers of the first and second inserts 3 and 4, respectively, it reaches the BB section of the housing 1 (see FIG. 2) and initiates in each of the second detectors 31 significant changes in the current value of the received flux density X-ray photons Y 21 (t), forming a second time sequence of these changes, correlating with the aforementioned first time sequence.

При течении трехкомпонентной контролируемой среды первые и вторые детекторы 25 и 31, соответственно, непрерывно вырабатывают первые и вторые временные последовательности информативных сигналов Y11(t), Y12(t), Y13(t) и Y21(t), Y22(t), Y23(t), соответственно, текущие значения амплитуд которых зависят от эффективных толщин х1, х2 и х3 нефти, воды и газа, соответственно. Информативные сигналы преобразуются в первом и втором фотоэлектронных умножителях 35 и 37, соответственно, из оптической формы в электрическую и передаются по соответствующим многоканальным информационным связям в первый и второй модули обработки 38 и 39, соответственно, а с их выходов - на соответствующие входы второго вычислителя 40. Алгоритм преобразования сигналов, принятых вторым вычислителем 40, зависит от режима контролируемого потока. Режим потока определяется в контроллере режимов 41 на основании измерительной информации, поступающей на его вход с соответствующего выхода первого модуля обработки 38, в котором она формируется на основе анализа оптических сигналов, выработанных первыми детекторами 25, переданных с их выходов по каналам первого световода 34 в первый фотоэлектронный умножитель 35, а с его многоканального выхода - в первый модуль обработки 38.During the flow of a three-component controlled medium, the first and second detectors 25 and 31, respectively, continuously generate the first and second time sequences of informative signals Y 11 (t), Y 12 (t), Y 13 (t) and Y 21 (t), Y 22 (t), Y 23 (t), respectively, the current values of the amplitudes of which depend on the effective thicknesses x 1 , x 2 and x 3 of oil, water and gas, respectively. Informative signals are converted in the first and second photoelectronic multipliers 35 and 37, respectively, from an optical form to an electric form and transmitted via corresponding multichannel information links to the first and second processing modules 38 and 39, respectively, and from their outputs to the corresponding inputs of the second calculator 40 The algorithm for converting the signals received by the second calculator 40 depends on the mode of the monitored stream. The flow mode is determined in the mode controller 41 based on the measurement information received at its input from the corresponding output of the first processing module 38, in which it is generated based on the analysis of optical signals generated by the first detectors 25 transmitted from their outputs through the channels of the first fiber 34 to the first photoelectronic multiplier 35, and from its multi-channel output into the first processing module 38.

В первом модуле обработки 38 поступившие значения плотностей потока фотонов сравниваются с ранее принятыми значениями этих плотностей и, при отсутствии существенных расхождений между сравниваемыми значениями, вырабатывается информация о практически однородном режиме течения, а при наличии существенных расхождений - сигнал о существенно неустановившемся режиме течения газожидкостного потока. Выработанная в первом модуле обработки 38 информация поступает с соответствующего выхода последнего в контроллер режимов 41, который формирует сигнал о режиме потока и передает его по многоканальной информационной связи во второй вычислитель 40, где выбирается отвечающий принятому сигналу алгоритм преобразования.In the first processing module 38, the received values of the photon flux densities are compared with the previously accepted values of these densities and, in the absence of significant discrepancies between the compared values, information is generated on a practically uniform flow regime, and in the presence of significant discrepancies, a signal on a substantially unsteady gas-liquid flow flow regime is generated. The information generated in the first processing module 38 comes from the corresponding output of the latter to the mode controller 41, which generates a signal about the flow mode and transmits it via multichannel information communication to the second computer 40, where the conversion algorithm corresponding to the received signal is selected.

Когда контроллером режимов 41 определен режим существенно неустановившегося течения, а во втором вычислителе 40 выбран отвечающий этому режиму алгоритм преобразования измерительной информации, поступающие на вход этого вычислителя ранее описанные первые и вторые временные последовательности информативных сигналов непрерывно фиксируются в памяти второго вычислителя 40 в форме первых и вторых временных реализаций, причем первые временные реализации соответствуют сечению А-А корпуса 1, а вторые временные реализации - сечению В-В (см. Фиг.2).When a substantially unsteady flow mode is determined by the mode controller 41, and a measurement information conversion algorithm corresponding to this mode is selected in the second computer 40, the first and second time sequences of informative signals previously input to this computer are continuously recorded in the memory of the second computer 40 in the form of the first and second temporary implementations, and the first temporary implementations correspond to the section AA of the housing 1, and the second temporary implementations correspond to the section BB (see Figure 2) .

С учетом режима существенно неустановившегося течения, определенного контроллером режимов 41, во втором вычислителе 40 из группы алгоритмов «Вычисление скорости» выбирается алгоритм, отвечающий коду данного режима и, в соответствии с этим алгоритмом, производится обработка вышеуказанных первых и вторых временных реализаций за промежуток времени Δτmin, минимально необходимый для определения наличия корреляции. Численное значение промежутка времени Δτmin вводится в память второго вычислителя 40 из внешних систем 48. Промежуток времени Δτmin должен быть достаточным для приема первыми детекторами 25 и вторыми детекторами 31 экспериментально установленного числа рентгеновских фотоновTaking into account the essentially unsteady flow defined by the mode controller 41, in the second calculator 40 from the group of algorithms “Speed calculation” an algorithm is selected that corresponds to the code of this mode and, in accordance with this algorithm, the aforementioned first and second time realizations are processed for a period of time Δτ min , the minimum required to determine the presence of correlation. The numerical value of the time interval Δτ min is entered into the memory of the second computer 40 from external systems 48. The time interval Δτ min should be sufficient for the first detectors 25 and second detectors 31 to receive the experimentally determined number of x-ray photons

S≥104,S≥10 4 ,

где S - число фотонов, неооходимое для корректного определения наличия локальной неоднородности состава контролируемой среды в сечениях А-А и В-В корпуса 1. Промежуток времени Δτmin не должен превосходить ранее упомянутого минимально возможного времени экспозиции Δtmin:where S is the number of photons necessary for the correct determination of the presence of a local heterogeneity of the composition of the controlled medium in sections AA and BB of building 1. The time interval Δτ min should not exceed the previously mentioned minimum exposure time Δt min :

Δτmin<Δtmin.Δτ min <Δt min.

После обработки за промежуток времени Δτmin первых и вторых временных реализаций во втором вычислителе 40 определяется их взаимная корреляционная функция и производится смещение второй реализации относительно первой во времени t вплоть до получения максимума взаимной корреляционной функции.After processing for the time interval Δτ min of the first and second time realizations in the second calculator 40, their mutual correlation function is determined and the second implementation is offset from the first in time t until the maximum of the mutual correlation function is obtained.

При получении этого максимума во втором вычислителе 40 определяется промежуток времени корреляционного смещения и, поскольку этот промежуток равен времени пробегания Δτ2 устойчивой флуктуацией потока длины L2 корпуса 1, принятой за вторую базовую длину (см. Фиг.2), вычисляется скорость W2 контролируемого потока в соответствии с выражениемWhen this maximum is obtained, the correlation bias time interval is determined in the second calculator 40 and, since this period is equal to the travel time Δτ 2 by the stable fluctuation of the stream length L 2 of the housing 1, taken as the second base length (see Figure 2), the speed W 2 of the controlled flow in accordance with the expression

Figure 00000012
Figure 00000012

где W2 - скорость потока вдоль продольной оси корпуса 1, измеренная ренгенофлуоресцентным методом;where W 2 is the flow velocity along the longitudinal axis of the housing 1, measured by X-ray fluorescence method;

L2 - вторая базовая длина, равная осевому расстоянию между геометрическими центрами первой и второй рентгенопрозрачных вставок 3 и 4, соответственно;L 2 is the second base length equal to the axial distance between the geometric centers of the first and second radiolucent inserts 3 and 4, respectively;

Δτ2 - время пробегания устойчивой флуктуацией потока второй базовой длины L2.Δτ 2 is the running time of a stable fluctuation of the flow of the second base length L 2 .

Следует подчеркнуть, что осевой размер каждой из рентгенопрозрачных вставок 3 и 4, измеренный вдоль продольной оси корпуса 1, всегда может быть выбран существенно меньшим осевого размера каждого из резонаторов 7 и 8 вместе с его ограничительными витками 9 (см. Фиг.2).It should be emphasized that the axial size of each of the x-ray transparent inserts 3 and 4, measured along the longitudinal axis of the housing 1, can always be chosen significantly smaller than the axial size of each of the resonators 7 and 8 together with its restrictive turns 9 (see Figure 2).

Это дает возможность выбрать вторую базовую длину L2 существенно меньшей первой базовой длины L1:This makes it possible to choose a second base length L 2 substantially less than the first base length L 1 :

Figure 00000013
Figure 00000013

где L2 - вторая базовая длина, равная расстоянию между центрами рентгенопрозрачных вставок 3 и 4;where L 2 is the second base length equal to the distance between the centers of the radiolucent inserts 3 and 4;

L1 - первая базовая длина, равная расстоянию между центрами резонаторов 7 и 8.L 1 is the first base length equal to the distance between the centers of the resonators 7 and 8.

Неравенство (13) дает возможность достоверно контролировать автокорелляционным методом даже те вихревые газожидкостные потоки, в которых локальные неоднородности достаточно быстро размываются вихрями жидкости. Возможность достоверного контроля возникает в связи с относительно малым значением второй базовой длины L2 по сравнению с первой L1 (см. Фиг.2), поскольку локальная неоднородность, обычно размываемая при перемещении на относительно большое расстояние L1, не успевает размыться вихрями потока при перемещении на относительно малое расстояние L2 между первой и второй рентгенопрозрачными вставками 3 и 4, соответственно.Inequality (13) makes it possible to reliably control by the autocorrelation method even those vortex gas-liquid flows in which local inhomogeneities are quickly washed out by liquid vortices. The possibility of reliable control arises in connection with the relatively small value of the second base length L 2 in comparison with the first L 1 (see Figure 2), since the local inhomogeneity, usually eroded when moving over a relatively large distance L 1 , does not have time to erode by vortices of the flow at moving a relatively small distance L 2 between the first and second radiolucent inserts 3 and 4, respectively.

Во втором вычислителе 40 с использованием вычисленного значения скорости W2 и учетом ранее полученных значений V1(t), V2(t) и V3(t) объемных долей каждого из компонентов контролируемой среды, соответствующих выражению (9), вычисляются мгновенные значения покомпонентных объемных расходов Q1(t), Q2(t) и Q3(t) каждого из трех компонентов газожидкостного потока: нефти, воды и газа, соответственно. Кроме того, во втором вычислителе 40 с использованием ранее найденных значений M1(t), M2(t) и M3(t) массовых долей каждого из компонентов контролируемой среды, соответствующих выражению (10), вычисляются мгновенные значения покомпонентных массовых расходов QM1(t), QM2(t) и QM3(t) каждого из трех компонентов газожидкостного потока: нефти, воды и газа, соответственно.In the second calculator 40, using the calculated values of the velocity W 2 and taking into account the previously obtained values of V 1 (t), V 2 (t) and V 3 (t) volume fractions of each of the components of the controlled medium corresponding to the expression (9), instant values are calculated component-wise volumetric flows Q 1 (t), Q 2 (t) and Q 3 (t) of each of the three components of the gas-liquid flow: oil, water and gas, respectively. In addition, in the second calculator 40, using the previously found values of M 1 (t), M 2 (t) and M 3 (t) mass fractions of each of the components of the controlled medium corresponding to expression (10), instantaneous values of component-wise mass flows Q are calculated M1 (t), Q M2 (t) and Q M3 (t) of each of the three components of the gas-liquid flow: oil, water and gas, respectively.

Следует отметить, что при работе предложенного анализатора весьма вероятны непредусмотренные изменения начального положения осей излучения рентгеновских трубок 21 и 22, например, вследствие несимметричного износа их анодов или отклонения упомянутых трубок от начального положения, что вызывает существенную погрешность измерений. Для исключения этой погрешности необходимо контролировать неизменность начального положения оси излучения каждой из рентгеновских трубок 21, 22 в процессе эксплуатации предложенного анализатора. Контроль неизменности производится с помощью первых и вторых контрольных детекторов 26 и 32, соответственно. На каждый из контрольных детекторов 26 и 32 падает один из крайних пучков рентгеновского излучения, сформированный в одном из крайних коллимирующих отверстий первого и второго первичных коллиматоров 23 и 29, соответственно, установленных в плоскости расположения первой и второй рентгенопрозрачных вставок 3 и 4, соответственно. После дополнительного формирования каждого такого пучка в одном из крайних отверстий первого и второго вторичных коллиматоров 29 и 30, соответственно, и преобразования рентгеновских фотонов этого пучка соответствующими контрольными детекторами 26 и 32 в оптические сигналы, эти сигналы поступают по соответствующему каналу первого и второго световодов 34 и 36, соответственно, в соответствующие фотоэлектронные умножители 35, 37 и, после преобразования в них в электрическую форму, передаются через соответствующие модули обработки 38, 39 во второй вычислитель 40.It should be noted that during the operation of the proposed analyzer, unforeseen changes in the initial position of the radiation axes of the X-ray tubes 21 and 22 are very likely, for example, due to asymmetric wear of their anodes or deviation of the mentioned tubes from the initial position, which causes a significant measurement error. To eliminate this error, it is necessary to control the immutability of the initial position of the radiation axis of each of the x-ray tubes 21, 22 during operation of the proposed analyzer. The immutability control is performed using the first and second control detectors 26 and 32, respectively. One of the extreme X-ray beams incident on one of the extreme collimating holes of the first and second primary collimators 23 and 29, respectively, installed in the plane of the first and second X-ray transparent inserts 3 and 4, respectively, falls onto each of the control detectors 26 and 32, respectively. After the additional formation of each such beam in one of the extreme openings of the first and second secondary collimators 29 and 30, respectively, and the conversion of x-ray photons of this beam by the corresponding control detectors 26 and 32 into optical signals, these signals are transmitted through the corresponding channel of the first and second optical fibers 34 and 36, respectively, to the corresponding photoelectronic multipliers 35, 37 and, after converting them into electrical form, are transmitted through the corresponding processing modules 38, 39 to the second numerator 40.

Поскольку каждый из крайних рентгеновских пучков не пересекает корпус 1 и проходит через воздух практически без поглощения, плотности потока фотонов на входе каждого из контрольных детекторов 26, 32 не зависят от состава пропускающей среды и определяются исключительно характеристиками излучения рентгеновских трубок 21, 22, а также их пространственным расположением относительно контрольных детекторов 26, 32.Since each of the extreme x-ray beams does not cross the housing 1 and passes through the air practically without absorption, the photon flux densities at the input of each of the control detectors 26, 32 are independent of the composition of the transmission medium and are determined solely by the radiation characteristics of the x-ray tubes 21, 22, as well as their spatial location relative to the control detectors 26, 32.

При изменении ориентации осей излучения рентгеновских трубок 26, 32 в процессе эксплуатации плотности потока фотонов на входе каждого из контрольных детекторов 26, 32 также изменяются, что дает возможность контролировать любое отклонение оси излучения каждой рентгеновской трубки 21, 22 от начального положения по изменению номинального значения отношения упомянутых плотностей.When the orientation of the radiation axes of the x-ray tubes 26, 32 changes during operation, the photon flux density at the input of each of the control detectors 26, 32 also changes, which makes it possible to control any deviation of the radiation axis of each x-ray tube 21, 22 from the initial position by changing the nominal value of the ratio mentioned densities.

С этой целью в процессе юстировки начального положения каждой рентгеновской трубки 21, 22 измеряется и фиксируется в памяти второго вычислителя 40 номинальное значение упомянутого отношения плотностей потоков фотонов на входах контрольных детекторов 26 и 32.To this end, in the process of adjusting the initial position of each x-ray tube 21, 22, the nominal value of the mentioned ratio of the photon flux densities at the inputs of the control detectors 26 and 32 is measured and recorded in the memory of the second calculator 40.

При работе предложенного анализатора текущее значение отношения плотностей потока фотонов периодически сравнивается во втором вычислителе 40 с номинальным значением этого отношения, хранящимся в памяти упомянутого вычислителя. При существенном расхождении текущего и номинального значений во втором вычислителе 40 вырабатывается и передается по многоканальной информационной связи во внешние системы 48 сигнал о существенном несоответствии параметров излучения и положения рентгеновских трубок 21, 22, требующий юстировки или замены этих трубок.When the proposed analyzer is operating, the current value of the ratio of the photon flux densities is periodically compared in the second calculator 40 with the nominal value of this ratio stored in the memory of the said calculator. With a significant discrepancy between the current and nominal values in the second calculator 40, a signal is generated and transmitted via multichannel information communication to external systems 48 about a significant discrepancy between the radiation parameters and the position of the x-ray tubes 21, 22, requiring alignment or replacement of these tubes.

Рентгенофлуоресцентный метод анализа параметров газожидкостного потока дает возможность с высокой точностью определять объемные и массовые расходы каждого из компонентов потока при различных режимах его течения за исключением неосесимметричных течений.The X-ray fluorescence method for analyzing the parameters of a gas-liquid flow makes it possible to determine with high accuracy the volume and mass flow rates of each of the components of the flow under different flow regimes with the exception of non-axisymmetric flows.

При неосесимметричном режиме течения в потоке контролируемой среды возникают азимутальные составляющие скорости, под действием которых локальные неоднородности потока могут отклоняться от прямолинейных траекторий и перемещаться по винтовым, спиральным и т.п. линиям.In the non-axisymmetric flow regime, azimuthal velocity components arise in the flow of the controlled medium, under the influence of which the local inhomogeneities of the flow can deviate from straight-line trajectories and move along helical, spiral, etc. lines.

В подобных случаях локальная неоднородность, пересекающая в плоскости А-А расположения первой рентгенопрозрачной вставки 3 (см. Фиг.2) один из рентгеновских пучков трубки 21, например центральный пучок, при дальнейшем движении частично смещается в азимутальном направлении. Поэтому, при достижении плоскости В-В расположения второй рентгенопрозрачной вставки 4, данная неоднородность не может пересечь центральный рентгеновский пучок трубки 22, а проходит через один из соседних с ним рентгеновских пучков этой трубки.In such cases, a local inhomogeneity crossing in the plane AA of the location of the first X-ray transparent insert 3 (see FIG. 2) one of the x-ray beams of the tube 21, for example, the central beam, partially moves in the azimuthal direction with further movement. Therefore, when reaching the plane BB, the location of the second X-ray transparent insert 4, this heterogeneity cannot cross the central x-ray beam of the tube 22, but passes through one of the adjacent x-ray beams of this tube.

Из изложенного следует, что при неосесимметричном течении контролируемой среды второй вычислитель 40 не может достоверно зафиксировать время Δτ2 пробегания указанной неоднородностью второй базовой длины L2 между двумя центральными рентгеновскими лучами трубок 21 и 22 и вычислить скорость W2 контролируемого потока. То же самое относится не только к центральному, но и к другим лучам рентгеновских трубок 21 и 22.It follows from the foregoing that, in the non-axisymmetric flow of the controlled medium, the second calculator 40 cannot reliably fix the time Δτ 2 of running the indicated inhomogeneity of the second base length L 2 between the two central x-rays of the tubes 21 and 22 and calculate the speed W 2 of the controlled flow. The same applies not only to the central, but also to the other rays of the x-ray tubes 21 and 22.

В связи с этим, в случаях, когда контроллером режимов 41 установлен режим неосесимметричного течения, скорость контролируемого потока не может определяться рентгенофлуоресцентным методом. В подобных случаях скорость потока определяется в предложенном анализаторе радиоволновым методом на основе сигналов, формируемых вторым и третьим высокочастотными резонаторами 7 и 8, соответственно.In this regard, in cases when the mode controller 41 is set to the axisymmetric flow mode, the speed of the controlled flow cannot be determined by the X-ray fluorescence method. In such cases, the flow rate is determined in the proposed analyzer by the radio wave method based on the signals generated by the second and third high-frequency resonators 7 and 8, respectively.

Кроме того, радиоволновой метод используется в предложенном анализаторе для обеспечения непрерывной долговременной эксплуатации, так как непрерывная долговременная эксплуатация генерирующих элементов рентгенофлуоресцентного метода - трубок 21, 22 весьма затруднительна из-за низкого срока службы последних (около 500-1000 часов). Так как срок службы генерирующих элементов радиоволнового метода - резонаторов 6, 7, 8 практически неограничен, для обеспечения непрерывной долговременной эксплуатации предложенного анализатора используется кратковременно-повторный режим работы рентгеновских трубок 21, 22 и режим непрерывной долговременной работы резонаторов 6, 7, 8. При этом время переключения рентгеновских трубок 21, 22 устанавливается вторым вычислителем 40 в зависимости от режима потока, определенного контроллером режимов 41.In addition, the radio wave method is used in the proposed analyzer to ensure continuous long-term operation, since the continuous long-term operation of the generating elements of the X-ray fluorescence method - tubes 21, 22 is very difficult due to the low service life of the latter (about 500-1000 hours). Since the service life of the generating elements of the radio wave method - resonators 6, 7, 8 is practically unlimited, to ensure continuous long-term operation of the proposed analyzer, a short-repetitive mode of operation of x-ray tubes 21, 22 and a mode of continuous long-term operation of the resonators 6, 7, 8. are used. the switching time of the x-ray tubes 21, 22 is set by the second calculator 40 depending on the flow regime determined by the mode controller 41.

В процессе радиоволнового анализа параметров газожидкостного потока в предложенном анализаторе используется свойство контролируемой среды поглощать энергию взаимодействующего с ней высокочастотного электромагнитного поля.In the process of radio wave analysis of gas-liquid flow parameters in the proposed analyzer, the property of the controlled medium is used to absorb the energy of the high-frequency electromagnetic field interacting with it.

При возбуждении резонаторами 6, 7 и 8 в контролируемой среде, заполняющей диэлектрические трубы 2 и 5, высокочастотного электромагнитного поля, оно частично поглощается этой средой. Параметры поглощения зависят от электрических свойств каждого из компонентов контролируемой среды, а именно от комплексной диэлектрической проницаемости εj* и комплексной электропроводности σj*, где j=1, 2, 3 - номер компонента среды.When resonators 6, 7 and 8 are excited in a controlled medium filling dielectric tubes 2 and 5 of a high-frequency electromagnetic field, it is partially absorbed by this medium. The absorption parameters depend on the electrical properties of each component of the controlled medium, namely, 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.

Частота возбуждаемого резонаторами 6, 7 и 8 высокочастотного электромагнитного поля периодически изменяется в пределах от минимальной частоты Fmin до максимальной Fmax; при этом в каждом из упомянутых резонаторов происходит резонансное поглощение контролируемой средой энергии возбужденного поля на нескольких резонансных частотах Fpeз поглощения, гдеThe frequency of the high-frequency electromagnetic field excited by the resonators 6, 7 and 8 periodically varies from the minimum frequency F min to the maximum F max ; at the same time, in each of the aforementioned resonators there occurs a resonant absorption of the excited field energy by a medium at several resonant absorption frequencies F pez , where

Fmin≤Fpез≤Fmax,F min ≤F rez ≤F max ,

например, на первой, второй и третьей резонансных частотах Fpeз1, Fpeз2, Fpeз3, соответственно.for example, at the first, second and third resonant frequencies F pez1 , F pez2 , F pez3 , respectively.

Поскольку информативные параметры сигналов, характеризующих резонансные поглощения, такие какBecause the informative parameters of signals characterizing resonant absorption, such as

- амплитуды сигналов на первой, второй и третьей резонансных частотах Iрез1, Iрез2, Iрез3, соответственно,- the amplitudes of the signals at the first, second and third resonant frequencies I res1 , I res2 , I res3, respectively,

- коэффициенты передачи сигналов на первой, второй и третьей резонансных частотах Dpезl, Dpeз2, Dpeз3, соответственно,- the transmission coefficients of the signals at the first, second and third resonant frequencies D rez , D rez2 , D rez3 , respectively,

- резонансные частоты Fpeзl, Fpeз2, Fpез3,- resonant frequencies F pez , F pez2 , F pez3 ,

существенно зависят от комплексных характеристик контролируемой среды ε1*, ε2*, ε3* и σ1*, σ2*, σ3*, выходной сигнал первого, второго и третьего резонаторов 6, 7 и 8, соответственно, содержит в себе информацию о компонентном 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 * , the output signal of the first, second and third resonators 6, 7 and 8, respectively, contains information on the component composition of the gas-liquid flow.

Каждый из указанных выходных сигналов поступает на соответствующий ему вход первого вычислителя 16 следующим образом: сигнал с ввода-вывода 11 первого резонатора 6 поступает в первый усилитель 16 через первый приемопередающий тракт 13, сигнал с ввода-вывода 11 второго резонатора 7 поступает через второй приемо-передающий тракт 14 и сигнал с ввода-вывода 11 третьего резонатора 8 поступает через третий приемо-передающий тракт 15.Each of these output signals is supplied to the corresponding input of the first calculator 16 as follows: the signal from the input-output 11 of the first resonator 6 enters the first amplifier 16 through the first transceiver path 13, the signal from the input-output 11 of the second resonator 7 enters through the second the transmission path 14 and the signal from the input-output 11 of the third resonator 8 enters through the third transmit-receive path 15.

Кроме того, в первый вычислитель 16 по двусторонней информационной связи поступает из второго вычислителя 40 информация о режиме газожидкостного потока, сформированная и переданная во второй вычислитель 40 контроллером режимов 41.In addition, information on the gas-liquid flow mode generated and transmitted to the second computer 40 by the mode controller 41 is received from the second computer 40 from the second computer 40 through the two-way information communication to the first computer 16.

В соответствии с информацией о режиме газожидкостного потока в первом вычислителе 16 выбирается алгоритм обработки информативного сигнала, поступившего с ввода-вывода 11 первого резонатора 6 через первый приемо-передающий тракт 13, и вычисляются мгновенные значения V1(t), V2(t) и V3(t) объемных долей каждого из трех компонентов контролируемого потока.In accordance with the information on the gas-liquid flow regime in the first calculator 16, an algorithm for processing the informative signal received from the input-output 11 of the first resonator 6 through the first transceiver path 13 is selected, and the instantaneous values V 1 (t), V 2 (t) are calculated and V 3 (t) volume fractions of each of the three components of the controlled flow.

Два других информативных сигнала, сформированных вторым и третьим резонаторами 7 и 8, соответственно, используются в первом вычислителе 16 для определения скорости потока автокорреляционным методом.Two other informative signals generated by the second and third resonators 7 and 8, respectively, are used in the first calculator 16 to determine the flow rate by the autocorrelation method.

С этой целью указанные информативные сигналы непрерывно фиксируются в памяти первого вычислителя 16 в форме временных реализаций каждого из этих сигналов.To this end, these informative signals are continuously recorded in the memory of the first calculator 16 in the form of temporary implementations of each of these signals.

В качестве временных реализаций информативных сигналов резонаторов 7 и 8 в предложенном анализаторе использованы зависимости от времени t амплитуд этих сигналов: Ipез1(t), Iрез2(t), Iрез3(t) вблизи ранее упомянутых первой, второй и третьей резонансных частот Fpeз1, Fpeз2, Fpез3, соответственно.As the time realizations of the informative signals of the resonators 7 and 8, the proposed analyzer used the time dependences of the amplitudes of these signals: I res1 (t), I res2 (t), I res3 (t) near the previously mentioned first, second, and third resonant frequencies F rez1 , F rez2 , F rez3 , respectively.

С учетом режима течения потока, определенного контроллером режимов 41, в первом вычислителе 16 из группы алгоритмов «Вычисление скорости» выбирается алгоритм, отвечающий установленному режиму, и в соответствии с этим алгоритмом производится обработка вышеуказанных временных реализаций информативных сигналов, формируемых каждым из резонаторов 7 и 8.Taking into account the flow mode determined by the mode controller 41, in the first calculator 16 from the group of algorithms "Speed calculation" the algorithm corresponding to the established mode is selected, and in accordance with this algorithm, the above-mentioned temporary realizations of informative signals generated by each of the resonators 7 and 8 are processed .

После обработки временных реализаций определяется их взаимная корреляционная функция и производится смещение одной из реализаций относительно другой во времени t вплоть до получения максимума упомянутой функции.After processing the temporary realizations, their mutual correlation function is determined and one of the realizations is shifted relative to the other in time t until the maximum of the mentioned function is obtained.

При получении максимума в первом вычислителе 16 определяется время смещения, и поскольку это время равно промежутку времени пробегания Δτ1 устойчивой неоднородностью потока базовой длины L1 между вторым и третим резонаторами 7 и 8, соответственно, (см. Фиг.2), вычисляется скорость W1 контролируемого потока в соответствии с выражениемWhen a maximum is obtained in the first calculator 16, the bias time is determined, and since this time is equal to the period of travel Δτ 1 by the stable heterogeneity of the flow of the base length L 1 between the second and third resonators 7 and 8, respectively (see Figure 2), the speed W 1 controlled flow in accordance with the expression

W1=L1/Δτ1 W 1 = L 1 / Δτ 1

где W1 - скорость потока вдоль продольной оси корпуса 1, измеренная радиоволновым методом;where W 1 is the flow velocity along the longitudinal axis of the housing 1, measured by the radio wave method;

L1 - первая базовая длина, равная расстоянию между центрами второго и третьего резонаторов 7 и 8, соответственно;L 1 is the first base length equal to the distance between the centers of the second and third resonators 7 and 8, respectively;

Δτ1 - время пробегания первой базовой длины L1 устойчивой неоднородностью потока.Δτ 1 is the travel time of the first base length L 1 stable flow heterogeneity.

Полученное значение скорости с учетом ранее назначенных текущих значений V1(t), V2(t) и V3(t) объемных долей каждого из компонентов контролируемой среды используется в первом вычислителе 16 для вычисления текущих значений покомпонентных объемных расходов Q(t), Q2(t) и Q3(t) каждого из трех компонентов газожидкостного потока.The obtained speed value, taking into account the previously assigned current values of V 1 (t), V 2 (t) and V 3 (t) volume fractions of each of the components of the controlled environment, is used in the first calculator 16 to calculate the current values of component-wise volume flows Q (t), Q 2 (t) and Q 3 (t) of each of the three components of the gas-liquid stream.

При необходимости определения текущих значений покомпонентных массовых расходов Qm1(t), Qm2(t) и Qm3(t) контролируемой среды в первом вычислителе 16, дополнительно к описанной процедуре, учитываются хранящиеся в памяти первого вычислителя 16 данные о номинальных значениях плотностей ρ1, ρ2, ρ3 каждого из трех компонентов контролируемой среды.If it is necessary to determine the current values of the component-wise mass flow rates Q m1 (t), Q m2 (t) and Q m3 (t) of the controlled medium in the first calculator 16, in addition to the described procedure, data on the nominal densities ρ stored in the memory of the first calculator 16 are taken into account 1 , ρ 2 , ρ 3 of each of the three components of the controlled environment.

Информация о покомпонентном объемном расходе и, при необходимости, о покомпонентном массовом расходе газожидкостного потока передается из первого вычислителя 16 во второй вычислитель 40 по двунаправленной многоканальной информационной связи.Information about the component-wise volumetric flow rate and, if necessary, about the component-wise mass flow rate of the gas-liquid stream is transmitted from the first computer 16 to the second computer 40 via bi-directional multichannel information communication.

Во втором вычислителе 40 принятая информация при необходимости корректируется и передается по двунаправленной информационной связи во внешние системы 48.In the second calculator 40, the received information, if necessary, is adjusted and transmitted via bi-directional information communication to external systems 48.

Необходимость корректировки принятой информации возникает при существенном расхождении данных о компонентном составе и скорости контролируемого потока, полученных во втором вычислителе 40 на основе рентгенофлуоресцентного метода и в первом вычислителе 16 на основе радиоволнового метода.The need to adjust the received information arises when there is a significant discrepancy in the data on the component composition and speed of the controlled flow obtained in the second computer 40 based on the X-ray fluorescence method and in the first computer 16 based on the radio wave method.

Поскольку рентгенофлуоресцентный метод определения компонентного расхода является для большинства режимов потока более точным, чем радиоволновой метод, он принят в предложенном анализаторе за опорный метод. Поэтому при работе рентгеновских трубок 21, 22 во внешние системы 48 передается информация о покомпонентном расходе, полученная на основе опорного рентгенофлуоресцентного метода. В паузах между периодами работы рентгеновских трубок 21, 22 для обеспечения непрерывности выдачи информации во внешние системы 48 передается информация о покомпонентном расходе, полученная на основе радиоволнового метода.Since the X-ray fluorescence method for determining the component flow rate is more accurate than the radio wave method for most flow regimes, it is accepted as the reference method in the proposed analyzer. Therefore, during operation of the x-ray tubes 21, 22, information on the component-wise flow rate obtained on the basis of the reference x-ray fluorescence method is transmitted to external systems 48. In the pauses between the periods of operation of the x-ray tubes 21, 22, to ensure the continuity of the information output to the external systems 48, component-wise information obtained based on the radio wave method is transmitted.

Для обеспечения точности «радиоволновой» информации на уровне «рентге-нофлуоресцентной» во втором вычислителе 40 в конце каждого периода работы рентгеновских трубок 21, 22 выполняется сравнение двух упомянутых информаций и, при существенном расхождении значений скоростей W1 и W2, а также при расхождении значений параметров, характеризующих компонентный состав контролируемой среды, вычисленных с использованием радиоволнового и рентгенофлуоресцентного методов, производится коррекция менее точной информации, полученной радиоволновым методом по более точной информации, полученной рентгенофлуоресцентным методом, с целью обеспечения сходимости этих информаций. В течение паузы между периодами работы рентгеновских трубок 21, 22 во внешние системы 48 из второго вычислителя 40 поступают данные о покомпонентном расходе, полученные на основе радиоволнового метода с учетом упомянутой коррекции.To ensure the accuracy of the "radio wave" information at the level of "X-ray fluorescence" in the second calculator 40 at the end of each period of operation of the X-ray tubes 21, 22, the two mentioned information is compared and, with a significant discrepancy between the values of the speeds W 1 and W 2 , as well as with a discrepancy values of the parameters characterizing the component composition of the controlled medium, calculated using the radio wave and X-ray fluorescence methods, the less accurate information received by the radio wave m is corrected Tod on more accurate information obtained by X-ray fluorescence, in order to ensure the convergence of these informations. During the pause between the periods of operation of the x-ray tubes 21, 22, data on the component flow rate obtained on the basis of the radio wave method taking into account the mentioned correction are received from the second computer 40 to the external systems 48.

Экспериментально установленный минимальный период работы рентгеновских трубок 21, 22 предложенного анализатора, необходимый для достоверного определения покомпонентного расхода газожидкостного потока, составляет, в зависимости от режима потока, от 30 до 90 с, а пауза между двумя последовательными периодами - от 400 до 1000 с. Это дает возможность увеличить срок непрерывной эксплуатации предложенного анализатора не менее чем в 10 раз по сравнению с номинальным сроком непрерывной эксплуатации рентгеновских трубок 21, 22.The experimentally established minimum period of operation of the x-ray tubes 21, 22 of the proposed analyzer, necessary for reliable determination of the component-wise flow rate of a gas-liquid stream, is, depending on the flow regime, from 30 to 90 s, and the pause between two consecutive periods is from 400 to 1000 s. This makes it possible to increase the period of continuous operation of the proposed analyzer by at least 10 times in comparison with the nominal period of continuous operation of x-ray tubes 21, 22.

Таким образом, предложенный анализатор позволяет обеспечить прямые точные измерения массового и объемного покомпонентных расходов газожидкостной среды как при ламинарном, так и при турбулентном режимах течения в процессе непрерывной долговременной эксплуатации.Thus, the proposed analyzer makes it possible to provide direct accurate measurements of the mass and volume component-wise flow rates of a gas-liquid medium both under laminar and turbulent flow regimes during continuous long-term operation.

Claims (1)

Мультисенсорный анализатор расхода и состава компонентов газожидкостного потока нефтяных скважин, содержащий трубчатый металлический корпус и коаксиально установленный внутри него трубчатый диэлектрический корпус, соосно расположенные первый, второй и третий высокочастотные резонаторы, каждый из которых представляет собой зигзагообразный короткозамкнутый проводник, снабженный вводом-выводом, а также ограничительные короткозамкнутые витки и ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток, расположенный между вторым и третьим резонаторами, причем все упомянутые резонаторы и витки установлены внутри металлического корпуса соосно ему на наружной поверхности диэлектрического корпуса, анализатор также содержит первый вычислитель, первый, второй и третий приемопередающие тракты, каждый из которых соединяет ввод-вывод соответствующего резонатора с соответствующим входом первого вычислителя, высокочастотный генератор и управляющий блок, многоканальный вход которого подключен к многоканальному выходу первого вычислителя, а выход - к высокочастотному генератору, первый и второй усилители, вход каждого из которых связан с одним из выходов высокочастотного генератора, причем выход первого усилителя подключен ко входу первого приемопередающего тракта, а выход второго - ко входам второго и третьего приемопередающих трактов, а также контроллер режимов, отличающийся тем, что диэлектрический корпус состоит из двух диэлектрических труб: первой (по потоку) диэлектрической трубы и второй (по потоку) диэлектрической трубы, причем первый резонатор и установленный у каждого из его торцов ограничительный короткозамкнутый виток расположены на первой диэлектрической трубе, а на второй диэлектрической трубе расположены второй и третий резонаторы, у обоих торцов каждого из которых размещено по ограничительному короткозамкнутому витку, между которыми установлен ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток, в состав анализатора дополнительно введены первая и вторая рентгеновские трубки, каждой из которых соответствует первая и вторая рентгенопрозрачные вставки, установленные в стенке металлического корпуса между первой и второй диэлектрическими трубами, причем упомянутые вставки отделены одна от другой и от первой и второй диэлектрических труб трубчатыми рентгеновскими экранами, расположенными внутри металлического корпуса соосно ему, кроме того, в состав анализатора включены соответствующие первой рентгеновской трубке первый первичный коллиматор, первый вторичный коллиматор и ортогональный коллиматор с несколькими коллимирующими отверстиями в каждом из них, а также первые детекторы, ортогональные детекторы и первые контрольные детекторы, помимо этого, в состав анализатора включены соответствующие второй рентгеновской трубке второй первичный коллиматор и второй вторичный коллиматор с несколькими коллимирующими отверстиями в каждом из них, а также вторые детекторы, вторые контрольные детекторы и вторичные излучатели, при этом каждый контрольный детектор расположен таким образом, чтобы прямая линия, проходящая через его центр и центр излучения соответствующей рентгеновской трубки, не пересекала металлический корпус, в состав анализатора также введены второй вычислитель, измерительный преобразователь, первый и второй модули обработки, модуль управления, выход которого подключен к источнику питания, а вход - к соответствующему выходу второго вычислителя, струевыпрямитель, установленный на входе в металлический корпус, первый и второй многоканальные фотоэлектронные умножители, первый и второй многоканальные световоды, причем первый многоканальный световод соединяет каждый из первых детекторов, каждый из первых контрольных детекторов и каждый из ортогональных детекторов с первым многоканальным фотоэлектронным умножителем, а второй многоканальный световод соединяет каждый из вторых детекторов и каждый из вторых контрольных детекторов со вторым многоканальным фотоэлектронным умножителем, при этом первый многоканальный фотоэлектронный умножитель с помощью многоканальной информационной связи соединен с первым модулем обработки, который подключен одним из своих выходов к соответствующему входу второго вычислителя и другим выходом - ко входу контроллера режимов, а второй многоканальный фотоэлектронный умножитель с помощью многоканальной информационной связи соединен со вторым модулем обработки, выход которого подключен к соответствующему входу второго вычислителя, многоканальный выход контроллера режимов соединен с многоканальным входом второго вычислителя, соединенного с первым вычислителем с помощью двунаправленной многоканальной информационной связи и снабженного многоканальным входом-выходом для подключения к внешним системам, каждый из вторичных излучателей выполнен в виде изготовленной из тяжелого металла, например гадолиния, трубки, установленной в одном из отверстий второго вторичного коллиматора, причем глубина каждого из коллимирующих отверстий ортогонального коллиматора существенно больше его диаметра, а оси коллимирующих отверстий параллельны между собой и ортогональны оси излучения первой рентгеновской трубки. A multisensor analyzer of the flow rate and composition of components of a gas-liquid flow of oil wells, comprising a tubular metal housing and a tubular dielectric housing coaxially mounted inside it, coaxially arranged first, second and third high-frequency resonators, each of which is a zigzag short-circuit conductor equipped with input-output, as well as restrictive short-circuited turns and a restrictive-dividing short-circuited coil located between the second and third resonators, and all of the aforementioned resonators and coils are mounted inside the metal housing coaxially with it on the outer surface of the dielectric housing, the analyzer also contains a first computer, first, second and third transceiver paths, each of which connects the input-output of the corresponding resonator with the corresponding input of the first computer, a high-frequency generator and a control unit, the multi-channel input of which is connected to the multi-channel output of the first computer, and the output to the high-frequency generator torus, the first and second amplifiers, the input of each of which is connected to one of the outputs of the high-frequency generator, and the output of the first amplifier is connected to the input of the first transceiver path, and the output of the second to the inputs of the second and third transceiver paths, and also a mode controller, characterized in that the dielectric casing consists of two dielectric pipes: the first (downstream) dielectric pipe and the second (downstream) dielectric pipe, and the first resonator and installed at each of its ends are restrictive the short-circuited coil are located on the first dielectric tube, and the second and third resonators are located on the second dielectric tube, at both ends of each of which there is a restrictive short-circuited coil, between which a limit-separation short-circuited coil is installed, the first and second x-ray are additionally introduced into the analyzer tubes, each of which corresponds to the first and second radiolucent inserts installed in the wall of the metal casing between the first and second with dielectric tubes, said inserts being separated from one another and from the first and second dielectric tubes by x-ray tubes located coaxially inside the metal case, in addition, the analyzer includes a first primary collimator, a first secondary collimator and an orthogonal collimator corresponding to the first x-ray tube with several collimating holes in each of them, as well as the first detectors, orthogonal detectors and the first control detectors, in addition to this oh, the analyzer includes a second primary collimator and a second secondary collimator corresponding to the second x-ray tube with several collimating holes in each of them, as well as second detectors, second control detectors and secondary emitters, with each control detector located so that a straight line passing through its center and the center of radiation of the corresponding x-ray tube did not cross the metal case, a second computer was also introduced into the analyzer, measure the first converter, the first and second processing modules, the control module, the output of which is connected to the power source, and the input to the corresponding output of the second calculator, a rectifier installed at the entrance to the metal case, the first and second multichannel photoelectronic multipliers, the first and second multichannel optical fibers, moreover, the first multichannel fiber connects each of the first detectors, each of the first control detectors and each of the orthogonal detectors with the first multichannel photoelectronic a multiplier, and a second multi-channel light guide connects each of the second detectors and each of the second control detectors to the second multi-channel photoelectronic multiplier, while the first multi-channel photoelectronic multiplier is connected via a multi-channel information connection to the first processing module, which is connected by one of its outputs to the corresponding input of the second the computer and another output - to the input of the mode controller, and the second multi-channel photoelectronic multiplier using multi-channel Formation communication is connected to the second processing module, the output of which is connected to the corresponding input of the second computer, the multi-channel output of the mode controller is connected to the multi-channel input of the second computer, connected to the first computer using bi-directional multi-channel information communication and equipped with a multi-channel input-output for connecting to external systems, each of the secondary emitters is made in the form of a heavy metal, for example gadolinium, a tube installed in one of the holes of the second secondary collimator, the depth of each of the collimating holes of the orthogonal collimator is substantially larger than its diameter, and the axis of the collimating holes are parallel to each other and orthogonal to the radiation axis of the first x-ray tube.
RU2009111428/28A 2009-03-27 2009-03-27 Multi-sensor analyser of flow and composition of components of gas-liquid stream from oil wells RU2399882C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009111428/28A RU2399882C1 (en) 2009-03-27 2009-03-27 Multi-sensor analyser of flow and composition of components of gas-liquid stream from oil wells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009111428/28A RU2399882C1 (en) 2009-03-27 2009-03-27 Multi-sensor analyser of flow and composition of components of gas-liquid stream from oil wells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2399882C1 true RU2399882C1 (en) 2010-09-20

Family

ID=42939287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009111428/28A RU2399882C1 (en) 2009-03-27 2009-03-27 Multi-sensor analyser of flow and composition of components of gas-liquid stream from oil wells

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2399882C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU222296U1 (en) * 2023-01-30 2023-12-19 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственная Компания Лаплас" X-ray transparent tube for multiphase flow analysis

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU222296U1 (en) * 2023-01-30 2023-12-19 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственная Компания Лаплас" X-ray transparent tube for multiphase flow analysis

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2406975C1 (en) Multi-sensor analyser of composition and rate parametres of gas-liquid flow of oil wells
RU2399882C1 (en) Multi-sensor analyser of flow and composition of components of gas-liquid stream from oil wells
RU88134U1 (en) MULTI-TOUCH ANALYZER OF FLOW AND COMPOSITION OF GAS-LIQUID FLOW COMPONENTS
RU88431U1 (en) MULTI-TOUCH ANALYZER OF COMPONENT COMPOSITION AND CONSUMPTION OF THREE COMPONENT FLOW
RU2399876C1 (en) Multi-sensor analyser of component-wise composition and flow of gas-liquid stream from oil wells
RU88435U1 (en) MULTI-TOUCH ANALYZER OF COMPOSITION OF COMPONENTS AND CONSUMPTION OF THREE COMPONENT FLOW
RU88138U1 (en) MULTISENSOR ANALYZER OF COMPOSITION AND SPEED PARAMETERS OF GAS-FLUID FLOW
RU2399879C1 (en) Multi-sensor analyser of component-wise flow of three-component gas-liquid stream from oil wells
RU2399877C1 (en) Multi-sensor analyser of component-wise composition and speed of gas-liquid stream from oil wells
RU2399878C1 (en) Multi-sensor analyser of component-wise composition and speed of three-component stream from oil wells
RU2399883C1 (en) Multi-sensor analyser of composition of components and flow of three-component stream from oil wells
RU88135U1 (en) MULTI-TOUCH ANALYZER OF COMPONENT COMPOSITION AND COMPONENT EXPENDITURE OF THREE COMPONENT FLOW
RU88436U1 (en) MULTISENSOR ANALYZER OF COMPONENT COMPOSITION AND THREE-COMPONENT FLOW SPEED
RU2399885C1 (en) Multi-sensor analyser of component composition and speed parametres of three-component stream from oil wells
RU88432U1 (en) MULTI-TOUCH ANALYZER OF COMPONENT COMPOSITION AND FLOW OF GAS-FLUID FLOW
RU88140U1 (en) MULTI-TOUCH ANALYZER OF COMPONENT COMPOSITION AND COMPONENT EXPENDITURE OF GAS-FLUID FLOW
RU2406974C1 (en) Multi-sensor analyser of component-wise composition and flow rate of 3-component flow of oil wells
RU2399884C1 (en) Multi-sensor analyser of flow of components of gas-liquid stream from oil wells
RU88137U1 (en) MULTISENSOR ANALYZER OF COMPOSITION OF COMPONENTS AND EXPENDITURES OF GAS-LIQUID FLOW
RU88434U1 (en) MULTI-TOUCH ANALYZER OF THE COMPONENT FLOW OF A GAS-LIQUID THREE COMPONENT FLOW
RU88438U1 (en) MULTI-TOUCH ANALYZER OF CONSUMPTION AND COMPOSITION OF THREE COMPONENT FLOW COMPONENTS
RU88437U1 (en) MULTISENSOR ANALYZER OF COMPONENT COMPOSITION AND SPEED PARAMETERS OF THREE COMPONENT FLOW
RU2399880C1 (en) Multi-sensor analyser of composition of components and flow of gas-liquid stream from oil wells
RU2399881C1 (en) Multi-sensor analyser of component composition and component-wise flow of gas-liquid stream from oil wells
RU88430U1 (en) MULTI-TOUCH ANALYZER OF COMPONENT COMPOSITION AND GAS-FLUID FLOW SPEED