RU2503929C1 - Method of simultaneous detection of flow rates of liquid and gas phases of flow of gas liquid mixture - Google Patents
Method of simultaneous detection of flow rates of liquid and gas phases of flow of gas liquid mixture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2503929C1 RU2503929C1 RU2012124282/28A RU2012124282A RU2503929C1 RU 2503929 C1 RU2503929 C1 RU 2503929C1 RU 2012124282/28 A RU2012124282/28 A RU 2012124282/28A RU 2012124282 A RU2012124282 A RU 2012124282A RU 2503929 C1 RU2503929 C1 RU 2503929C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- signal
- liquid
- gas
- flow
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения величин расходов многофазного потока без предварительной сепарации, например для измерения дебита нефтяных скважин.The invention relates to a control and measuring technique and can be used to determine the multiphase flow rate without preliminary separation, for example, to measure the flow rate of oil wells.
Известен способ определения расхода компонентов двухфазного потока (RU, патент №2339915С1, G01F 1/74, 27.11.2008 г.), включающий измерительный участок трубопровода с установленными на его внешней поверхности двумя диаметрально расположенными и смещенными вдоль оси трубопровода электроакустическими преобразователями; и электронный блок возбуждения ультразвуковых волн в трубопроводе. Для излучения и приема используются выполненные в виде многоэлементных фазированных решеток накладные преобразователи, представляющие собой наборы пьезоэлектрических элементов. Электроакустические преобразователи и датчики температуры и давления среды в измерительном участке через дифференциальные усилители подключены к микропроцессору электронного блока.A known method for determining the flow rate of components of a two-phase flow (RU, patent No. 2339915C1, G01F 1/74, 11/27/2008), comprising a measuring section of the pipeline with two electro-acoustic transducers installed on its outer surface diametrically located and offset along the axis of the pipeline; and an electronic unit for exciting ultrasonic waves in the pipeline. For radiation and reception, overhead transducers made in the form of multi-element phased arrays are used, which are sets of piezoelectric elements. Electro-acoustic transducers and temperature and pressure sensors of the medium in the measuring section are connected through differential amplifiers to the microprocessor of the electronic unit.
С помощью скользящего спектрального анализа последовательностей отсчетов сигнала текущее доплеровское смещение частоты (ДСЧ) определяют отношение длительностей участков реализации ДСЧ с различными знаками.Using a moving spectral analysis of the sequences of samples of the signal, the current Doppler frequency shift (DSC) determines the ratio of the durations of the sections of the implementation of the DSC with different signs.
Используя реализации доплеровского смещения частоты из двух различных стробов сигнала, принятого первым электроакустическим преобразователем, для определения корреляционным методом скорости движения газовых полостей определяют сдвиг максимума корреляционной функции временных реализаций ДСЧ, полученных из стробов, сдвинутых относительно друг друга на время.Using the implementation of the Doppler frequency shift from two different strobe signals received by the first electro-acoustic transducer, to determine the velocity of the gas cavities by the correlation method, the shift of the maximum of the correlation function of the temporal realizations of the MPS obtained from the strobes shifted relative to each other by time is determined.
После чего, используя отношения длительностей участков ДСЧ с различными знаками и сдвиг максимума корреляционной функции определяют расходы газа и жидкости решая систему уравнений.Then, using the ratio of the durations of the sections of the differential frequency spectrum with different signs and the shift of the maximum of the correlation function, the gas and liquid flows are determined by solving the system of equations.
Недостатками данной системы измерения компонентов двухфазного потока являются сложность конструкции, а также тот факт, что ультразвуковой сигнал практически не распространяется через газожидкостную смесь на большое расстояние.The disadvantages of this system for measuring the components of a two-phase flow are the design complexity, as well as the fact that the ultrasonic signal practically does not propagate through the gas-liquid mixture over a long distance.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ одновременного определения расхода жидкости и газа (RU, заявка на изобретение №2009116975, G01F 1/00, 04.05.2009 г., опубликовано 10.11.2010 г.) включающий зондирование восходящего потока несепарированной смеси жидкости и газа непрерывным ультразвуковым сигналом, приеме отраженного от неоднородностей сигнала, для выделения разностной частоты применяют комплексное детектирование, выделяющее синфазную с зондирующим сигналом и квадратурную составляющие, определяют разностную частоту принятого и зондирующего сигнала, производят спектральный анализ с определением знака преобладающей частоты, подсчет доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение, во время калибровки определяют зависимости частоты и доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение от расходов жидкой и газообразной фаз, и по полученным во время калибровки зависимостям, частоты и доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение определяют расходы жидкой и газовой фаз.Closest to the proposed method is a method for simultaneously determining the flow rate of liquid and gas (RU, application for the invention No. 2009116975, G01F 1/00, 05/04/2009, published 10.11.2010) including sensing the upward flow of an unseparated mixture of liquid and gas continuous using an ultrasonic signal, receiving a signal reflected from inhomogeneities, complex detection is used to extract the difference frequency, which isolates the common-mode signal with the probing signal and the quadrature components, the difference frequency of the received and radiation signal, spectral analysis is performed to determine the sign of the prevailing frequency, counting the fraction of time when the prevailing frequency takes a negative value, during calibration, the dependences of the frequency and the fraction of time when the prevailing frequency takes a negative value on the flow rates of the liquid and gaseous phases are determined, and calibration time of dependencies, frequency and fraction of time when the prevailing frequency takes a negative value determines the flow rate of the liquid and gas phases.
Недостатком данного способа, принятого за прототип, является то, что при снарядном режиме течения потока газожидкостной смеси зонд периодически попадает в газовый пузырь. При этом отсутствует доплеровская частота. Однако присутствуют шумы, обусловленные шумами электроники и малыми движениями пленок жидкости на поверхности зонда. После спектрального анализа шумового сигнала появляются интервалы времени, когда меняется знак преобладающей частоты и эти изменения не отражают движение жидкости.The disadvantage of this method, adopted as a prototype, is that when the projectile mode of flow of the gas-liquid mixture, the probe periodically enters the gas bubble. There is no Doppler frequency. However, there are noises due to the noise of the electronics and small movements of the liquid films on the surface of the probe. After spectral analysis of the noise signal, time intervals appear when the sign of the prevailing frequency changes and these changes do not reflect the movement of the liquid.
Данное явление приводит к увеличению погрешности определения газосодержания и как следствие расходов.This phenomenon leads to an increase in the error in determining the gas content and, as a consequence, of costs.
Задачей изобретения является упрощение способа определения расхода жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси при одновременном повышение точности измерения и расширении диапазона измеряемых величин.The objective of the invention is to simplify the method of determining the flow rate of the liquid and gas phases of the flow of a gas-liquid mixture while increasing the accuracy of measurement and expanding the range of measured values.
Это достигается тем, что в предлагаемом способе одновременного определения расходов жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси, включающем зондирование восходящего потока несепарированной газожидкостной смеси непрерывным ультразвуковым сигналом, прием отраженного от неоднородностей сигнала, комплексное детектирование, выделяющее синфазную с зондирующим сигналом и квадратурную составляющие, проведение спектрального анализа с определением знака преобладающей частоты, определение частоты сигнала и доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение, определяют мощность принятого сигнала, сравнивают мощность с пороговой величиной и исключают из определения частоты сигнала и доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение, те участки сигнала, где мощность менее пороговой, во время калибровки определяют зависимости частоты и доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение, от расходов жидкой и газообразной фаз, и по полученным во время калибровки зависимостям частоты и доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение, определяют расходы жидкой и газовой фаз.This is achieved by the fact that in the proposed method for simultaneously determining the flow rates of the liquid and gas phases of the gas-liquid mixture flow, including sensing the upward flow of the unseparated gas-liquid mixture by a continuous ultrasonic signal, receiving a signal reflected from the inhomogeneities, complex detection, isolating in-phase with the probing signal and quadrature components, conducting spectral analysis with the determination of the sign of the prevailing frequency, the determination of the signal frequency and the fraction of time when the prevailing the giving frequency takes a negative value, the power of the received signal is determined, the power is compared with a threshold value and excluded from the determination of the signal frequency and the fraction of time when the predominant frequency takes a negative value, those signal sections where the power is less than the threshold determine the dependence of the frequency and fraction during calibration the time when the prevailing frequency takes a negative value, from the flow rates of the liquid and gaseous phases, and from the dependences of the frequency and fraction of time obtained during calibration nor when the predominant frequency takes a negative value, determine the cost of the liquid and gas phases.
Рассмотрим пример восходящего потока жидкости. Ультразвук отражается от неоднородностей потока, приходит на детектор, который выделяет разностную частоту.Consider an example of an upward fluid flow. Ultrasound is reflected from the inhomogeneities of the flow, arrives at the detector, which selects the difference frequency.
При наличии небольшого количества газа в потоке жидкости реализуется так называемый «пузырьковый» режим течения, при котором газ содержится в небольших пузырьках, всплывающих в жидкости. В таком случае сигнал будет содержать как составляющую, полученную при отражении от неоднородностей в жидкости, так и от поверхности пузырьков газа. Кроме того, пузырьки имеют различный размер и соответственно всплывают с различной скоростью. Обтекание жидкости вокруг пузырьков приводит к увеличению степени турбулентности потока.In the presence of a small amount of gas in the liquid stream, the so-called "bubble" flow regime is realized, in which the gas is contained in small bubbles floating up in the liquid. In this case, the signal will contain both a component obtained by reflection from inhomogeneities in the liquid, and from the surface of gas bubbles. In addition, the bubbles have different sizes and, accordingly, float at different speeds. The flow of fluid around the bubbles leads to an increase in the degree of turbulence of the flow.
В результате всех этих эффектов в некоторые моменты времени локальная часть жидкости движется в обратном направлении, обтекая газовые пузырьки.As a result of all these effects, at some points in time, the local part of the liquid moves in the opposite direction, flowing around gas bubbles.
При дальнейшем увеличении количества газа формируется так называемый «снарядный» режим течения, при котором отдельные пузырьки газа сливаются в снаряды. При этом газовые снаряды концентрируются к центру измерительного гидроканала, а жидкость по стенкам. Значительные доли времени жидкость движется в обратную сторону, обтекая газовый снаряд. Чем большее количество газа, тем в большей степени будет выражен этот эффект (см. Полянин Л.Н. Дробков В.П. Прикладная гидромеханика восходящих газожидкостных потоков. М. Энергоатомиздат, 2004, рис.1.3, стр.9).With a further increase in the amount of gas, a so-called “shell” flow regime is formed, in which individual gas bubbles merge into shells. In this case, gas shells are concentrated towards the center of the measuring hydrochannel, and the liquid along the walls. A significant fraction of the time the fluid moves in the opposite direction, flowing around the gas shell. The larger the amount of gas, the more pronounced this effect will be (see Polyanin L.N. Drobkov V.P. Applied hydromechanics of ascending gas-liquid flows. M. Energoatomizdat, 2004, Fig. 1.3, p. 9).
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.The proposed method is as follows.
Газожидкостный поток пропускают через измерительный гидроканал в вертикальном восходящем направлении. При этом при малой доле газа формируется пузырьковый режим течения, а при большой - снарядный.A gas-liquid stream is passed through a measuring hydrochannel in a vertical upward direction. In this case, with a small fraction of gas, a bubbly flow mode is formed, and with a large fraction - slug flow.
Производят локальное зондирование газожидкостного потока ультразвуком и приеме отраженного от неоднородностей сигнала. Для осуществления предлагаемого способа необходимо различать направление движения вверх к зонду или вниз от зонда.Local sounding of the gas-liquid flow by ultrasound is carried out and the signal reflected from the inhomogeneities is received. To implement the proposed method, it is necessary to distinguish the direction of movement up to the probe or down from the probe.
Для этой цели применяют комплексное детектирование, выделяющее синфазную с зондирующим сигналом и квадратурную составляющие.For this purpose, complex detection is used, which isolates in-phase with a probing signal and quadrature components.
Одну из этих составляющих рассматривают как действительную компоненту, другую как мнимую составляющие единый комплексный сигнал. После комплексного преобразования Фурье получаем спектр сигнала.One of these components is considered as a real component, the other as imaginary components of a single complex signal. After the complex Fourier transform, we obtain the signal spectrum.
В случае, если отражатель движется вверх к зонду, то частота сигнала до комплексного детектирования будет выше, чем частота зондирующего ультразвука. Соответственно после комплексного детектирования и преобразования Фурье в спектре частота будем иметь положительную величину.If the reflector moves up to the probe, then the frequency of the signal before complex detection will be higher than the frequency of the probing ultrasound. Accordingly, after complex detection and Fourier transform in the spectrum, the frequency will have a positive value.
В случае движения вниз - наоборот, отрицательную.In the case of moving down - on the contrary, negative.
Таким образом, знак преобладающей частоты в спектре указывает на направления движения неоднородностей, что позволяет различить направление движения вверх навстречу к датчику или вниз от него.Thus, the sign of the prevailing frequency in the spectrum indicates the direction of motion of the inhomogeneities, which makes it possible to distinguish the direction of movement up towards the sensor or down from it.
Доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение (доли отрицательных частот) несет информацию о количестве газа.Fractions of time when the prevailing frequency takes a negative value (fractions of negative frequencies) carries information about the amount of gas.
При снарядном режиме зонд периодически попадает в газовый пузырь. Доплеровская частота при этом отсутствует. Однако присутствуют шумы, обусловленные шумами электроники и малыми движениями пленок жидкости на поверхности зонда. В шумовом сигнале появляются интервалы времени, когда случайным образом меняется знак преобладающей частоты и эти изменения не отражают движение жидкости.In projectile mode, the probe periodically enters the gas bubble. Doppler frequency is absent. However, there are noises due to the noise of the electronics and small movements of the liquid films on the surface of the probe. Intervals appear in the noise signal when the sign of the prevailing frequency randomly changes and these changes do not reflect the movement of the liquid.
Одновременно с этим во время нахождения зонда в газовом пузыре резко падает мощность сигнала. Это падение мощности позволяет определить интервалы времени, когда данные о знаке недостоверны и исключить их из рассмотрения.At the same time, while the probe is in the gas bubble, the signal power drops sharply. This power drop allows you to determine the time intervals when the sign data is false and exclude them from consideration.
Информация о частоте сигнала во время нахождения зонда в газовом пузыре также недостоверна.Information about the frequency of the signal while the probe is in the gas bubble is also unreliable.
Отбраковка сигнала по мощности позволяет исключить недостоверные данные.Power rejection eliminates inaccurate data.
Во время калибровки определяют зависимости частоты и доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение (доли отрицательных частот) от расходов жидкой и газообразной фаз.During calibration, the dependences of the frequency and the fraction of time are determined when the predominant frequency takes a negative value (fractions of negative frequencies) on the flow rates of the liquid and gaseous phases.
По полученным во время калибровки зависимостям, частоты и доли отрицательных частот определяют расходы жидкой и газообразной фаз. Необходимым условием для возможности определения расходов жидкости и газа является то, что зависимость доли отрицательных частот от расходов жидкости и газа отличалась от зависимости частоты.According to the dependences obtained during calibration, the frequencies and fractions of negative frequencies determine the flow rates of the liquid and gaseous phases. A necessary condition for the possibility of determining the flow rates of liquid and gas is that the dependence of the proportion of negative frequencies on the flow rates of liquid and gas was different from the dependence of the frequency.
На предприятии заявителе был изготовлен многофазный расходомер, в котором были реализованы предлагаемые способы одновременного определения расхода жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси и были получены положительные результаты.At the applicant enterprise, a multiphase flow meter was manufactured in which the proposed methods for simultaneously determining the flow rate of the liquid and gas phases of the gas-liquid mixture flow were realized and positive results were obtained.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012124282/28A RU2503929C1 (en) | 2012-06-13 | 2012-06-13 | Method of simultaneous detection of flow rates of liquid and gas phases of flow of gas liquid mixture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012124282/28A RU2503929C1 (en) | 2012-06-13 | 2012-06-13 | Method of simultaneous detection of flow rates of liquid and gas phases of flow of gas liquid mixture |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012124282A RU2012124282A (en) | 2013-12-20 |
RU2503929C1 true RU2503929C1 (en) | 2014-01-10 |
Family
ID=49784507
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012124282/28A RU2503929C1 (en) | 2012-06-13 | 2012-06-13 | Method of simultaneous detection of flow rates of liquid and gas phases of flow of gas liquid mixture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2503929C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001023845A1 (en) * | 1999-09-27 | 2001-04-05 | Ohio University | Determining gas and liquid flow rates in a multi-phase flow |
US20030051558A1 (en) * | 2000-03-09 | 2003-03-20 | Vladimir Melnikov | Simultaneous determination of multiphase flowrates and concentrations |
RU2009116975A (en) * | 2009-05-04 | 2010-11-10 | Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод"-ОАО "АПЗ" (RU) | METHOD FOR SIMULTANEOUS DETERMINATION OF LIQUID AND GAS CONSUMPTION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
-
2012
- 2012-06-13 RU RU2012124282/28A patent/RU2503929C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001023845A1 (en) * | 1999-09-27 | 2001-04-05 | Ohio University | Determining gas and liquid flow rates in a multi-phase flow |
US20030051558A1 (en) * | 2000-03-09 | 2003-03-20 | Vladimir Melnikov | Simultaneous determination of multiphase flowrates and concentrations |
RU2009116975A (en) * | 2009-05-04 | 2010-11-10 | Открытое акционерное общество "Арзамасский приборостроительный завод"-ОАО "АПЗ" (RU) | METHOD FOR SIMULTANEOUS DETERMINATION OF LIQUID AND GAS CONSUMPTION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ДРОБКОВ В.П. Разработка и исследование ультразвуковых методов и ВВС измерения расхода нефтегазового потока. Автореферат диссертации. - М., под. в печать 20.04.2007. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012124282A (en) | 2013-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8322228B2 (en) | Method of measuring flow properties of a multiphase fluid | |
US9031797B2 (en) | Multiphase flow measurement | |
US8694270B2 (en) | Ultrasonic clamp-on multiphase flowmeter | |
JP4800543B2 (en) | Method and apparatus for simultaneously measuring the flow rate and concentration of a multiphase liquid / gas mixture | |
US9612145B2 (en) | Revolving ultrasound field multiphase flowmeter | |
JP5960721B2 (en) | Apparatus and method for measuring the flow rate of a fluid or fluid component in a pipeline | |
WO2012031302A1 (en) | Multiphase fluid characterization system | |
RU2014120513A (en) | Borehole tool for determining flow rate | |
US20150247748A1 (en) | Multiphase flowmeter | |
US20160305911A1 (en) | Method and Apparatus for Recognizing the Presence of Liquid in a Gas Flow | |
US4452077A (en) | Borehole ultrasonic flow meter | |
CN107389974B (en) | Gas-Liquid Slug Flow structure flow velocity acoustic-electric bimodal measurement method | |
CN105319266A (en) | Ultrasonic liquid concentration phase-sensitive detecting method and device | |
CN109188016A (en) | Oil-gas-water three-phase flow split-phase flow velocity acoustic-electric bimodal measurement method | |
RU2425332C2 (en) | Method of simultaneous determination of gas-fluid mix liquid and gas phases (versions) | |
RU2503929C1 (en) | Method of simultaneous detection of flow rates of liquid and gas phases of flow of gas liquid mixture | |
CN106996988A (en) | Oil gas water three phase plug-like disperses flow velocity measuring method | |
RU2382337C2 (en) | Method for measurement of two-phase three-component medium flow | |
RU108606U1 (en) | DEVICE FOR SIMULTANEOUS DETERMINATION OF COSTS OF LIQUID AND GAS PHASES OF GAS-FLUID MIXT FLOW | |
RU2510489C2 (en) | Method of simultaneous definition of flow rates of gas mix fluid and gas flow phases (versions) | |
RU66029U1 (en) | INTEGRATED DEVICE FOR MEASURING FLOW, DENSITY AND VISCOSITY OF OIL PRODUCTS | |
Biernacki | Doppler measurement of liquid flow in pipe using decimation and parametric spectral estimation method | |
RU2518418C2 (en) | Method of determination of water and gas content in oil and gas mix at once (versions) | |
CA3223307A1 (en) | Ultrasonic flow sensor and thermal energy sensor with non-invasive identification of no-flow and improved accuracy | |
SU584241A1 (en) | Method of determining free gas content in a liquid |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |