RU2408868C2 - Method of detecting solid fraction inclusions in gas stream - Google Patents

Method of detecting solid fraction inclusions in gas stream Download PDF

Info

Publication number
RU2408868C2
RU2408868C2 RU2009106129/28A RU2009106129A RU2408868C2 RU 2408868 C2 RU2408868 C2 RU 2408868C2 RU 2009106129/28 A RU2009106129/28 A RU 2009106129/28A RU 2009106129 A RU2009106129 A RU 2009106129A RU 2408868 C2 RU2408868 C2 RU 2408868C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pipe
inclusions
sensors
gas stream
collision
Prior art date
Application number
RU2009106129/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009106129A (en
Inventor
Виктор Гаврилович Диденко (RU)
Виктор Гаврилович Диденко
Сергей Григорьевич Лазарев (RU)
Сергей Григорьевич Лазарев
Алексей Юрьевич Виноградов (RU)
Алексей Юрьевич Виноградов
Владимир Михайлович Кирюк (RU)
Владимир Михайлович Кирюк
Сергей Иванович Назаров (RU)
Сергей Иванович Назаров
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Очаг"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Очаг" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Очаг"
Priority to RU2009106129/28A priority Critical patent/RU2408868C2/en
Publication of RU2009106129A publication Critical patent/RU2009106129A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2408868C2 publication Critical patent/RU2408868C2/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method of detecting solid fraction inclusions in a gas stream is based on recording the number of collisions of solid fraction inclusions with the inner surface of a pipe. Recording is carried out by receiving acoustic signals generated during collision using sensors on the outer surface of the pipe. An acoustic signal arising upon collision of an inclusion with the inner surface of the pipe is received in at least two points spaced apart on the surface of the pipe. A collision is recorded if the difference in arrival time of the acoustic signal at these points corresponds to given ratios, i.e. the ratio of distances between sensors to time difference for arrival of waves at the sensors.
EFFECT: high accuracy, broader functionalities and field of use of the sensor for detecting solid fraction inclusions in a gas stream.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к способу обеспечения хранения и транспортировки природного газа и может использоваться в газовой промышленности.The invention relates to a method for providing storage and transportation of natural gas and can be used in the gas industry.

При анализе выноса песка из газовых скважин основным вопросом является оценка допустимости выноса, при этом под допустимым понимается вынос песка, не превышающий аварийные нормы эксплуатации скважин.When analyzing the removal of sand from gas wells, the main issue is the assessment of the tolerance of the removal, while the admissible refers to the removal of sand that does not exceed the emergency operating standards of the wells.

Контроль выноса как твердых, так и жидких примесей из газовых скважин должен быть уровневым, с разбивкой всего диапазона регистрации на уровни, а численные значения границ концентраций примесей на каждом уровне должны соответствовать потребностям технологических служб газодобычи.The control of the removal of both solid and liquid impurities from gas wells should be level, with a breakdown of the entire recording range into levels, and the numerical values of the impurity concentration boundaries at each level should correspond to the needs of gas production technological services.

Анализ известных технических решений показывает, что измерение массы диспергированных твердых примесей в газовом потоке может быть произведено инвазивными детекторами.An analysis of the known technical solutions shows that the measurement of the mass of dispersed solid impurities in the gas stream can be performed by invasive detectors.

Известен способ контроля выноса песка из газовой скважины (патент РФ № 2285909, опубликован 20.10.2006), согласно которому в поток газа вводят стержень, покрытый клееобразным веществом. Выдерживают стержень в потоке некоторое время и затем извлекают. Растворителем обильно смывают клееобразное вещество с застрявшими в нем песчинками и полученный раствор фильтруют. По наличию и количеству осадка судят о факте и интенсивности выноса песка.A known method of controlling the removal of sand from a gas well (RF patent No. 2285909, published October 20, 2006), according to which a rod coated with a gummy substance is introduced into the gas stream. Maintain the rod in the stream for a while and then remove. The gummy substance with grains of sand stuck in it is abundantly washed with a solvent and the resulting solution is filtered. The presence and amount of sediment is used to judge the fact and intensity of sand removal.

Также известен способ и устройство для контроля массового расхода транспортируемого по пневмопроводу измельченного твердого материала (патент РФ № 2280843, опубликован 27.07.2006), согласно которым из потока газа-носителя с помощью сопла, расположенного во входном патрубке измерительной камеры, формируют плотную струю газа со взвешенными в нем частицами. Сформированную струю направляют на переднюю поверхность головки акустического датчика (отражателя) в виде стержня, расположенного в измерительной камере на оси входного патрубка. Акустический датчик, воспринимающий ударное воздействие частиц твердого материала, связан с акустическим преобразователем, измеряющим частоту и амплитуду акустических волн, генерируемых в стержне, по которым определяют массовый расход.Also known is a method and device for controlling the mass flow rate of crushed solid material transported through a pneumatic pipeline (RF patent No. 2280843, published July 27, 2006), according to which a dense gas stream is formed from the carrier gas stream by means of a nozzle located in the inlet pipe of the measuring chamber particles suspended in it. The formed jet is directed to the front surface of the head of the acoustic sensor (reflector) in the form of a rod located in the measuring chamber on the axis of the inlet pipe. An acoustic sensor that perceives the impact of particles of solid material is connected to an acoustic transducer that measures the frequency and amplitude of the acoustic waves generated in the rod, which determine the mass flow rate.

Недостатком вышеуказанных способов является необходимость вмешательства в конструкцию газопровода, сложность установки и обслуживания, недолговечность элементов, погруженных в поток газа с песком, вследствие абразивного износа. В связи с этим становится актуальной разработка неинвазивных детекторов твердых примесей. Они должны определять наличие и концентрацию твердых примесей (песка) в газовом потоке, при этом - устанавливаться на наружной поверхности трубы газопровода.The disadvantage of the above methods is the need for intervention in the design of the gas pipeline, the complexity of installation and maintenance, the fragility of the elements immersed in the gas stream with sand, due to abrasive wear. In this regard, the development of non-invasive solids detectors becomes relevant. They must determine the presence and concentration of solid impurities (sand) in the gas stream, while installing them on the outer surface of the gas pipe.

Существующие неинвазивные акустические устройства (датчики) регистрации выноса песка из газовых скважин обладают общим принципиальным недостатком - отсутствием локализованной на трубе зоны контроля с известной формой и площадью, исключительно в пределах которой должны регистрироваться акты соударений отдельных песчинок с внутренней поверхностью трубы. Как следствие, подобные неинвазивные детекторы реагируют на посторонние шумы, в том числе и от песка, воздействующего на внутреннюю поверхность трубы на неконтролируемых расстояниях от места их установки. Такие шумы, в реальных условиях эксплуатации газовых хранилищ (скважин), могут быть одного уровня с регистрируемыми полезными сигналами.Existing non-invasive acoustic devices (sensors) for recording sand removal from gas wells have a common fundamental drawback - the absence of a control zone localized on the pipe with a known shape and area, exclusively within which the acts of collisions of individual grains of sand with the inner surface of the pipe should be recorded. As a result, such non-invasive detectors respond to extraneous noise, including from sand, acting on the inner surface of the pipe at uncontrolled distances from their installation site. Such noises, in actual operating conditions of gas storages (wells), can be at the same level with the recorded useful signals.

Известен способ регистрации песка в потоке газа - Монитор частиц с цифровой обработкой сигналов DSP-06 компании ClampOn (www.clampon.com.).A known method of recording sand in a gas stream is a Particle Monitor with digital signal processing DSP-06 company ClampOn (www.clampon.com.).

Способ заключается в том, что на газопровод устанавливается блок, содержащий один пьезоэлектрический датчик и процессорный блок обработки сигнала датчика. Проблема селекции шумов и выделение полезных сигналов от ударов твердых частиц о внутреннюю поверхность трубы решается с помощью компьютерной техники и применения различных математических методов обработки сигнала.The method consists in the fact that a block containing one piezoelectric sensor and a processor unit for processing the sensor signal is installed on the gas pipeline. The problem of noise selection and the selection of useful signals from impacts of solid particles on the inner surface of the pipe is solved using computer technology and the application of various mathematical methods for signal processing.

Способ, реализованный в Мониторе частиц DSP-06, является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и поэтому выбран в качестве прототипа.The method implemented in the Particle Monitor DSP-06 is the closest in technical essence to the claimed method and is therefore selected as a prototype.

Недостатки прототипа:The disadvantages of the prototype:

- отсутствие локализованной зоны контроля с известными геометрическими характеристиками;- lack of a localized control zone with known geometric characteristics;

- необходимость использования достаточно мощной вычислительной техники (минимальное требование - процессор Pentium III, или его эквивалент с 512 Мб RAM) и, соответственно, высокое энергопотребление (на уровне единиц ватт). Высокое энергопотребление не позволяет применять устройства, основанные на данном способе, в условиях отсутствия стационарного электропитания, то есть непосредственно на устье газовых скважин, где уровень посторонних шумов является минимальным;- the need to use sufficiently powerful computing equipment (the minimum requirement is a Pentium III processor, or its equivalent with 512 MB RAM) and, accordingly, high power consumption (at the level of units of watts). High energy consumption does not allow the use of devices based on this method in the absence of stationary power supply, that is, directly at the mouth of gas wells, where the level of extraneous noise is minimal;

- необходимость использования кабельных линий связи.- the need to use cable lines.

Задача заявляемого способа состоит в повышении точности, расширении функциональных возможностей и области применения регистратора включений твердых фракций в газовом потоке.The objective of the proposed method is to increase accuracy, expand the functionality and scope of the registrar of inclusions of solid fractions in the gas stream.

Для достижения технического результата в способе регистрации включений твердых фракций в газовом потоке, заключающемся в том, что регистрацию числа соударений включений твердых фракций с внутренней поверхностью трубы путем приема акустических сигналов, формирующихся при соударении, датчиками, расположенными на внешней поверхности трубы, осуществляют путем приема акустических сигналов по крайней мере, в двух пространственно разнесенных по поверхности трубы точках, и регистрируют соударение, если разность времен прихода акустического сигнала в эти точки удовлетворяет заданным соотношениям. В качестве исходных данных для заданных соотношений можно принять расстояние между датчиками и разновременность прихода волны к датчикам.To achieve a technical result in the method for recording inclusions of solid fractions in a gas stream, which consists in registering the number of collisions of inclusions of solid fractions with the inner surface of the pipe by receiving acoustic signals generated by the collision, sensors located on the outer surface of the pipe are carried out by receiving acoustic signals at least at two points spatially spaced along the pipe surface, and a collision is recorded if the difference in the arrival times of the acoustic about the signal at these points satisfies the given relationships. As initial data for given ratios, one can take the distance between the sensors and the difference in the arrival of the wave to the sensors.

Таким образом, в основу способа положен принцип локации источника акустического сигнала, который состоит из аналоговой обработки последнего, с выделением частот толщинных колебаний стенки трубы, и простейшего алгоритма цифровой обработки с последующим счетом числа событий.Thus, the method is based on the principle of locating the source of the acoustic signal, which consists of analog processing of the latter, with the separation of the frequencies of thickness vibrations of the pipe wall, and the simplest digital processing algorithm, followed by counting the number of events.

На чертеже представлены экспериментальные кривые зон чувствительности устройства, содержащего два акустических датчика. Кривая а) соответствует заданному допустимому времени разновременности срабатывания каналов τ=18.9 мкс, кривая б) соответствует τ=9.45 мкс.The drawing shows the experimental curves of the sensitivity zones of a device containing two acoustic sensors. Curve a) corresponds to the specified permissible time of the channel response time τ = 18.9 μs, curve b) corresponds to τ = 9.45 μs.

Разработаны пилотные образцы устройств, на которых была продемонстрирована осуществимость заявляемого способа.Developed pilot samples of devices on which the feasibility of the proposed method was demonstrated.

Возможность использования принципа локации при детектировании твердых включений теоретически исследовалась для случая плоской локации, учитывая, что анализ соударений песчинок с внутренней поверхностью трубы вполне корректно проводить на ее плоской развертке, поскольку толщина стенки трубы много меньше диаметра (например, труба с внутренним диаметром 100 мм имеет толщину стенки, равную 7 мм).The possibility of using the principle of location in the detection of solid inclusions was theoretically studied for the case of a flat location, given that the analysis of collisions of sand grains with the inner surface of the pipe is quite correct to conduct on its flat scan, since the wall thickness of the pipe is much less than the diameter (for example, a pipe with an inner diameter of 100 mm has wall thickness equal to 7 mm).

Пусть на указанной развертке, декартовой координатной плоскости (X0Y), ось 0Y совпадает с осью трубы, ось 0Х лежит в боковой цилиндрической поверхности, а система из двух акустических датчиков D1 и D2 расположена так, что координаты первого из них равны (0, -с), второго - (0, с). Пусть, далее, соударение песчинки с плоскостью происходит в произвольной точке с координатами (x, y).Let on the indicated scan, the Cartesian coordinate plane (X0Y), the axis 0Y coincide with the axis of the pipe, the axis 0X lies in the lateral cylindrical surface, and the system of two acoustic sensors D1 and D2 is located so that the coordinates of the first of them are equal (0, -с ), the second - (0, s). Suppose further that the collision of a grain of sand with a plane occurs at an arbitrary point with coordinates (x, y).

Зоной чувствительности акустической системы будем считать часть координатной плоскости, попадание песчинки на которую является событием регистрируемым, попадание же песчинки на плоскость вне зоны должно системой игнорироваться. Критерий, задающий зону чувствительности рассматриваемых двух датчиков, определим следующим образом: разновременность прихода акустической волны к ним не должна превышать некоторого заданного значения τ. Тогда границы зоны чувствительности определяются равенством параметра τ и регистрируемой разновременности. Это эквивалентно следующему условию: на границе зоны чувствительности разность расстояний от точки соударения песчинки с координатной плоскостью до точек, в которых расположены датчики, является величиной постоянной.The sensitivity zone of the acoustic system will be considered the part of the coordinate plane, the hit of a grain of sand on which is an event recorded, the hit of a grain of sand on a plane outside the zone should be ignored by the system. The criterion defining the sensitivity zone of the two sensors under consideration is defined as follows: the time difference in the arrival of an acoustic wave to them should not exceed a certain specified value τ. Then the boundaries of the sensitivity zone are determined by the equality of the parameter τ and the detected time difference. This is equivalent to the following condition: at the boundary of the sensitivity zone, the difference in the distances from the point of impact of the sand with the coordinate plane to the points at which the sensors are located is a constant value.

Таким образом, границы зоны чувствительности системы двух датчиков представляют собой гиперболу, в фокусах которой располагаются датчики, самой же зоной является часть координатной плоскости, ограниченная ветвями гиперболы и содержащая ее мнимую ось.Thus, the boundaries of the sensitivity zone of the system of two sensors are a hyperbola, in the foci of which the sensors are located, the zone itself is a part of the coordinate plane bounded by the branches of the hyperbola and containing its imaginary axis.

Следовательно, для однозначного определения зоны чувствительности системы двух датчиков, расположенных на плоскости из материала с известной скоростью распространения акустической волны, необходимо задать две величины:Therefore, to uniquely determine the sensitivity zone of the system of two sensors located on a plane of material with a known acoustic wave propagation velocity, it is necessary to specify two quantities:

- расстояние между датчиками с,- the distance between the sensors,

- разновременность прихода волны к датчикам τ.- the time difference between the arrival of the wave to the sensors τ.

Поскольку задание разновременности τ, при фиксированном расстоянии между датчиками с, однозначно определяет границы и, соответственно, площадь зоны чувствительности, то измерение количества соударений песчинок с зоной в единицу времени позволяет решать задачу об определении количественных характеристик выноса песка. Кроме того, изменяя параметр τ (например, командой по радио или кабельному каналу), можно управлять площадью зоны чувствительности, то есть разрешением устройства.Since setting the time difference τ, at a fixed distance between the sensors c, uniquely determines the boundaries and, accordingly, the area of the sensitivity zone, measuring the number of collisions of sand grains with the zone per unit time allows us to solve the problem of determining the quantitative characteristics of sand removal. In addition, by changing the parameter τ (for example, by a command via radio or cable channel), it is possible to control the area of the sensitivity zone, that is, the resolution of the device.

Зона чувствительности системы из 3 датчиков - D0, D1, D2 может быть определена как пересечение зон чувствительности двух подсистем D0-D1 и D0-D2.The sensitivity zone of a system of 3 sensors - D0, D1, D2 can be defined as the intersection of the sensitivity zones of two subsystems D0-D1 and D0-D2.

Было проведено тестирование пилотного экземпляра устройства с двумя датчиками с целью экспериментального определения границ зоны чувствительности. Испытания проводились при разных значениях величины разновременности τ прихода на датчики акустических импульсов, генерируемых ударами частиц. Полученные результаты (см. чертеж) показали хорошее совпадение с теорией, что доказывает возможность осуществления изобретений.A pilot instance of the device with two sensors was tested to experimentally determine the boundaries of the sensitivity zone. The tests were carried out at different values of the difference in time τ of arrival of acoustic pulses to the sensors generated by particle impacts. The results obtained (see the drawing) showed good agreement with the theory, which proves the possibility of the invention.

Преимуществами данной разработки являются:The advantages of this development are:

- возможность формирования замкнутой зоны контроля с регулируемой в процессе измерений площадью, что позволяет, с одной стороны, существенно понизить влияние посторонних шумов на точность измерений, с другой - получать количественные характеристики выноса песка;- the possibility of forming a closed control zone with an adjustable area during the measurement, which allows, on the one hand, to significantly reduce the influence of extraneous noise on the measurement accuracy, and on the other, to obtain quantitative characteristics of sand removal;

- неинвазивный способ измерения, легкость наружного монтажа, целесообразного на "колене" или в местах сужения потока, где соударения песчинок с внутренней поверхностью трубы наиболее вероятны;- non-invasive method of measurement, ease of external installation, appropriate on the "knee" or in places of narrowing of the flow, where collisions of grains of sand with the inner surface of the pipe are most likely;

- низкое энергопотребление, возможность автономной работы в течение года непосредственно на устьях газовых скважин;- low power consumption, the possibility of autonomous operation during the year directly on the mouths of gas wells;

- невысокая стоимость;- low cost;

- простота, а следовательно, надежность;- simplicity, and therefore reliability;

- возможность быстрой и массовой реализации.- the ability to quickly and mass implementation.

Claims (2)

1. Способ регистрации включений твердых фракций в газовом потоке, основанный на регистрации числа соударений включений твердых фракций с внутренней поверхностью трубы путем приема акустических сигналов, формирующихся при соударении, датчиками, расположенными на внешней поверхности трубы, характеризующийся тем, что акустический сигнал, возникающий при соударении включения с внутренней поверхностью трубы, принимают, по крайней мере, в двух пространственно разнесенных по поверхности трубы точках, и регистрируют соударение, если разность времен прихода акустического сигнала в эти точки соответствует заданным соотношениям.1. The method of recording inclusions of solid fractions in the gas stream, based on recording the number of collisions of inclusions of solid fractions with the inner surface of the pipe by receiving acoustic signals generated by the collision by sensors located on the outer surface of the pipe, characterized in that the acoustic signal arising from the collision inclusions with the inner surface of the pipe, take at least two points spatially spaced along the surface of the pipe, and the collision is recorded if the difference acoustic signal arrival times at these points corresponds to a predetermined ratio. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве заданных принимают соотношения между расстояниями между датчиками и разновременностями прихода волны к датчикам. 2. The method according to claim 1, characterized in that as given take the ratio between the distances between the sensors and the time difference between the arrival of the wave to the sensors.
RU2009106129/28A 2009-02-20 2009-02-20 Method of detecting solid fraction inclusions in gas stream RU2408868C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009106129/28A RU2408868C2 (en) 2009-02-20 2009-02-20 Method of detecting solid fraction inclusions in gas stream

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009106129/28A RU2408868C2 (en) 2009-02-20 2009-02-20 Method of detecting solid fraction inclusions in gas stream

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009106129A RU2009106129A (en) 2010-08-27
RU2408868C2 true RU2408868C2 (en) 2011-01-10

Family

ID=42798434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009106129/28A RU2408868C2 (en) 2009-02-20 2009-02-20 Method of detecting solid fraction inclusions in gas stream

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2408868C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2724179C1 (en) * 2019-07-22 2020-06-22 Станислав Александрович Ежов Method of detecting solid fractions in a gas stream
RU2783082C1 (en) * 2021-08-02 2022-11-08 Общество с ограниченной ответственностью "Объединение БИНАР" Method for registering the removal of solid fractions in a gas stream

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2724179C1 (en) * 2019-07-22 2020-06-22 Станислав Александрович Ежов Method of detecting solid fractions in a gas stream
RU2783082C1 (en) * 2021-08-02 2022-11-08 Общество с ограниченной ответственностью "Объединение БИНАР" Method for registering the removal of solid fractions in a gas stream

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009106129A (en) 2010-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10473624B2 (en) Shear wave sensors for acoustic emission and hybrid guided wave testing
CN102853870B (en) The detection method and device of pulverized coal mass flow in a kind of coal dust transmission process
RU2280843C2 (en) Method and device for inspection of mass discharge of grinded hard material transported along pneumatic line
US5549000A (en) Passive acoustic detection of pipeline pigs
CA2045716A1 (en) Method for monitoring acoustic emissions
CN103591975B (en) A kind of ultrasonic sensor index detection method and device
RU2014102670A (en) UNDERWATER DETECTION DEVICE
US20170356882A1 (en) Device and method for bubble size classification in liquids
Doroudian et al. Improving the accuracy of four‐receiver acoustic Doppler velocimeter (ADV) measurements in turbulent boundary layer flows
Hu et al. On-line sizing of pneumatically conveyed particles through acoustic emission detection and signal analysis
Swindlehurst Acoustic emission-1 introduction
Hu et al. Online particle size measurement through acoustic emission detection and signal analysis
Addali Monitoring gas void fraction in two-phase flow with acoustic emission
CN112154324B (en) Using multimode acoustic signals to detect, monitor and determine the location of changes in metal structures
GB2383413A (en) Detecting rail defects using acoustic surface waves
WO2019099489A1 (en) Estimating flow velocity in pipes by correlating multi-frequency signals
Kim et al. Initial freeze–thaw damage detection in concrete using two-dimensional non-contact ultrasonic sensors
Mohd et al. Continuous wavelet transform analysis and modal location analysis acoustic emission source location for nuclear piping crack growth monitoring
RU2408868C2 (en) Method of detecting solid fraction inclusions in gas stream
JP5507279B2 (en) Ultrasonic inspection method and apparatus
RU2480741C1 (en) Method of nondestructive check of units in railway car trolleys and device for its realisation
JP2011141211A (en) Apparatus, method, and program for evaluating defect of underground structure
WO2005085902A1 (en) Apparatus and method for detecting a buried objetc using solitary wave.
RU2783082C1 (en) Method for registering the removal of solid fractions in a gas stream
JP2008070388A (en) Liquid level detection method by means of sound and its device

Legal Events

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

Effective date: 20110221

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20120227

TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 1-2011 FOR TAG: (72)

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140221