RU2670367C1 - Устройство для определения количества бурового раствора в емкости - Google Patents
Устройство для определения количества бурового раствора в емкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2670367C1 RU2670367C1 RU2017138388A RU2017138388A RU2670367C1 RU 2670367 C1 RU2670367 C1 RU 2670367C1 RU 2017138388 A RU2017138388 A RU 2017138388A RU 2017138388 A RU2017138388 A RU 2017138388A RU 2670367 C1 RU2670367 C1 RU 2670367C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tank
- input
- output
- rectangular waveguide
- waveguide
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- 230000001717 pathogenic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
- G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области метрологии, в частности к устройствам для определения количества бурового раствора в емкости. Устройство содержит источник электромагнитных колебаний, детектор, усилитель, передающий и приемный отрезки прямоугольного волновода, диэлектрический волновод, закрепленный вертикально на боковой стенке емкости, и вычислитель высоты слоя бурового раствора. Выход источника электромагнитных колебаний соединен с входом передающего отрезка прямоугольного волновода, выход которого через диэлектрический волновод подключен к входу приемного отрезка прямоугольного волновода, выход приемного отрезка прямоугольного волновода через детектор соединен с входом усилителя, выход усилителя подключен к входу вычислителя высоты слоя бурового раствора. Технический результат - упрощение процесса определения количества бурового раствора в емкости. 1 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может быть использовано в системах управления буровыми установками.
Известен вибрационный датчик для контроля концентрации буровых растворов (см. SU 453613 А1, 15.12.1974), содержащий возбудитель колебаний и чувствительный элемент. Возбудитель колебаний выполняют в виде электромеханического преобразователя колебаний, а чувствительный элемент - в виде сетки, плоскость которой ориентирована перпендикулярно направлению колебаний. Сетка жестко, связана со стержнем возбудителя колебаний. В датчике размеры ячеек сетки чувствительного элемента выбираются с максимально допустимым размером комков используемого для приготовления бурового раствора материала. Разрушение комков материала до размера, меньшего, чем ячейки сетки, обуславливает резкое уменьшение лобового сопротивления чувствительного элемента, что сигнализирует о завершении процесса обработки материала до нужной концентрации.
К недостатку этого известного датчика можно отнести необходимость в выборе размера ячеек сетки в соответствии с размером комков материала.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является принятый автором за прототип способ определения массы материала в емкости и устройство для его осуществления (SU 1520351 А1, 07.11.1989). В данном способе и устройстве осуществляют с помощью излучателя СВЧ-колебаний послойное облучение материала в горизонтальной плоскости последовательно, начиная нижнего слоя у дна емкости до верхнего слоя сыпучего материала, при этом высота слоя равна уровню материала, деленную на число слоев, одновременно внутри каждого слоя регистрируют СВЧ-колебания, рассеянные на частицах материала, по их интенсивности определяют среднюю насыпную плотность и вычисляют массу каждого слоя, массу материала в емкости определяют как сумму последовательно измеренных масс всех слоев.
Недостатком этого известного способа и устройства можно считать конструктивную сложность, связанную с круговым облучением материала СВЧ-потоком и регистрацией рассеянных на частицах сыпучего материала СВЧ-сигналов.
Техническим результатом заявляемого технического решения является упрощение процесса определения количества бурового раствора в емкости.
Технический результат достигается тем, что устройство для определения количества бурового раствора в емкости содержит источник электромагнитных колебаний, детектор и усилитель, введены передающий и приемный отрезки прямоугольного волновода, диэлектрический волновод, закрепленный вертикально на боковой стенке емкости и вычислитель высоты слоя бурового раствора, причем выход источника электромагнитных колебаний соединен с входом передающего отрезка прямоугольного волновода, выход которого через диэлектрический волновод подключен к входу приемного отрезка прямоугольного волновода, выход приемного отрезка прямоугольного волновода через детектор соединен с входом усилителя, выход усилителя подключен к входу вычислителя высоты слоя бурового раствора.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, измерение мощности прошедшего через буровой раствор электромагнитного сигнала при его взаимодействии с контролируемой средой, дает возможность определить количества раствора в емкости.
Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу определения количества бурового раствора в емкости на основе измерения мощности электромагнитной волны, прошедшей через контролируемый раствор с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением процесса определения количества бурового раствора в емкости.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Данное устройство содержит источник электромагнитных колебаний 1, передающий отрезок прямоугольного волновода 2, диэлектрический волновод 3, соединенный с приемным отрезком прямоугольного волновода 4, детектор 5, усилитель 6 и вычислитель высоты слоя раствора 7. На фигуре цифрой 8 обозначена емкость.
Устройство работает следующим образом. После смешивания дисперсионного материала с порошкообразным материалом, образованная смесь поступает в емкость 8, в которой перемешивают данную смесь и в итоге получают раствор, который далее используется как буровой раствор. Как правило, по составу буровой раствор содержит глиноматериал, чаше всего в виде порошка, воду и защитный реагент. На буровых установках наиболее распространение получил буровой раствор на водной основе, который по физико-химическим свойствам можно отнести к диэлектрическим средам с определенной величиной диэлектрической проницаемости.
В предлагаемом техническом решении определение количества бурового раствора основывается на использовании эффекта взаимодействия увлажненного бурового раствора с электромагнитными колебаниями. Согласно принципу работы предлагаемого устройства с выхода источника электромагнитных колебаний 1 электромагнитный сигнал (волну) направляют на вход передающего отрезка прямоугольного волновода 2. Далее сигнал переносится, на вход диэлектрического волновода 3, закрепленного вертикально на одной из боковых стенок емкости. Распространяющейся по диэлектрическому волноводу волну принимают приемным отрезком прямоугольного волновода 4, расположенного на дне емкости снаружи. В данном случае длина диэлектрического волновода должна равняться внутренней высоте емкости, и, кроме того, дно емкости выполняется из диэлектрического материала с возможностью прохождения волны через материал дна (диэлектрическое дно). Диэлектрический волновод и диэлектрическое дно целесообразно выполнить из материала, исключающего налипание раствора на их поверхностях (например, фторопласта). Кроме того конструктивно закрепленный на вертикальной внутренней стенке емкости диэлектрический волновод не является мешающим в процессе перемешивания смеси в емкости и обеспечивает узкую направленность волны по буровому раствору.
При отсутствии раствора в емкости, сигнал почти без потерь распространяется по волноводу и снимается с помощью приемного отрезка волновода. В данном случае, так как электромагнитная волна (сигнал) взаимодействует с контролируемым раствором, содержащим кроме других компонентов еще воду, то мощность прямой волны по мере ее распространения по раствору будет ослабевать. В общем виде степень ослабления мощности этого сигнала будет зависеть от диэлектрической проницаемости бурового раствора, от толщины диэлектрического дна емкости и высоты слоя раствора в емкости. В рассматриваемом случае если считать, что диэлектрическая проницаемость бурового раствора и толщина диэлектрического дна емкости в процессе контроля остаются постоянными, то тогда ослабление мощности электромагнитного сигнала, прошедшего через буровой раствор (посредством диэлектрического волновода) произойдет за счет увеличения количества (массы) раствора по высоте емкости. Другими словами рост количества раствора в емкости будет сопряжен с уменьшением мощности прошедшего через раствор сигнала (рост слоя увлажненного раствора). Следовательно, величина прошедшего через слой раствора электромагнитного сигнала, улавливаемого приемным отрезком прямоугольного волновода, может быть использована для определения высоты слоя бурового раствора (равномерно распределение раствора в емкости) в емкости. Так как увеличение высоты слоя раствора в емкости приведет к увеличению количества раствора, то информация, полученная мощностью прошедшего электромагнитного сигнала о высоте слоя, далее может быть использована для определения количества бурового раствора в емкости. В соответствии с этим определение количества бурового раствора в данном случае предусматривает вычисление объема раствора, занимаемого в емкости. Для этого в предлагаемом техническом решении по мощности прошедшего через буровой раствор электромагнитного сигнала, определяется высота слоя раствора и затем с учетом площади основания емкости находится объем раствора в емкости, т.е. количество раствора. В силу этого если обозначить S площадь основания емкости, h высоту слоя бурового раствора в емкости, то по их произведению можно вычислить количество (объем) раствора. При этом максимальная мощность согнала, снимаемого с выхода приемного отрезка прямоугольного волновода, будет соответствовать к отсутствию раствора в емкости, а минимальная мощность - максимальному количеству раствора. В устройстве для измерения мощности выходного сигнала приемного отрезка волновода его выходной сигнал падают на вход детектора 5. После этого усиленный сигнал усилителем 6, поступает на вход вычислителя высоты слоя раствора 7. В последнем с учетом площади основания емкости определяется количество бурового раствора в емкости.
Предлагаемое техническое решение при известных значениях суммарной массы дисперсионного и порошкообразного материалов при их смешивании, может быть использовано и для определения текущей плотности бурового раствора в емкости. Для этого необходимо предварительно произвести взвешивание дисперсионного и порошкообразного материалов. После этого по отношению суммарного веса раствора (компонентов) в емкости к объему раствора, можно найти текущее значение плотности раствора в емкости. При отклонении плотности бурового раствора от нормативных значений, плотность может быть скорректирована посредством варьирования количеством используемых смешиваемых компонентов. Кроме того, предлагаемое устройство дает возможность, при известных значениях текущего объема раствора в емкости и массы одного компонента, вычислить массу другого (неизвестного) компонента.
Предлагаемое устройство, помимо решения вышеприведенных задач, успешно может быть использовано для контроля различных суспензий, включающих двух и более компонентов.
Claims (1)
- Устройство для определения количества бурового раствора в емкости, содержащее источник электромагнитных колебаний, детектор и усилитель, отличающееся тем, что в него введены передающий и приемный отрезки прямоугольного волновода, диэлектрический волновод, закрепленный вертикально на боковой стенке емкости, и вычислитель высоты слоя бурового раствора, причем выход источника электромагнитных колебаний соединен с входом передающего отрезка прямоугольного волновода, выход которого через диэлектрический волновод подключен к входу приемного отрезка прямоугольного волновода, выход приемного отрезка прямоугольного волновода через детектор соединен с входом усилителя, выход усилителя подключен к входу вычислителя высоты слоя бурового раствора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017138388A RU2670367C1 (ru) | 2017-11-03 | 2017-11-03 | Устройство для определения количества бурового раствора в емкости |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017138388A RU2670367C1 (ru) | 2017-11-03 | 2017-11-03 | Устройство для определения количества бурового раствора в емкости |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2670367C1 true RU2670367C1 (ru) | 2018-10-22 |
Family
ID=63923487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017138388A RU2670367C1 (ru) | 2017-11-03 | 2017-11-03 | Устройство для определения количества бурового раствора в емкости |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2670367C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2687710C1 (ru) * | 2018-11-01 | 2019-05-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для измерения плотности бурового раствора в легкосплавленной бурильной трубе |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4503433A (en) * | 1980-12-12 | 1985-03-05 | U.S. Philips Corporation | Range measurement by means of frequency modulated continuous wave radar |
| SU1191745A1 (ru) * | 1984-04-24 | 1985-11-15 | Алма-Атинский Энергетический Институт | Уровнемер |
| SU1520351A1 (ru) * | 1987-04-07 | 1989-11-07 | Горьковский инженерно-строительный институт им.В.П.Чкалова | Способ определени массы сыпучего материала в емкости и устройство дл его осуществлени |
| SU1753379A1 (ru) * | 1990-07-12 | 1992-08-07 | Институт Прикладной Физики Ан Бсср | Способ измерени толщины диэлектрических покрытий металлов и устройство дл его осуществлени |
| US5884231A (en) * | 1995-12-21 | 1999-03-16 | Endress & Hauser Gmbh & Co. | Processor apparatus and method for a process measurement signal |
| RU2279666C1 (ru) * | 2004-11-22 | 2006-07-10 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Способ определения объемного влагосодержания обводненного нефтепродукта, заполняющего металлический сосуд |
| US20070101810A1 (en) * | 2005-11-09 | 2007-05-10 | Saab Rosemount Tank Radar Ab | Radar level gauge with variable transmission power |
| US20090088987A1 (en) * | 2007-09-20 | 2009-04-02 | George Quinton Lyon | Level measurement system |
-
2017
- 2017-11-03 RU RU2017138388A patent/RU2670367C1/ru active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4503433A (en) * | 1980-12-12 | 1985-03-05 | U.S. Philips Corporation | Range measurement by means of frequency modulated continuous wave radar |
| SU1191745A1 (ru) * | 1984-04-24 | 1985-11-15 | Алма-Атинский Энергетический Институт | Уровнемер |
| SU1520351A1 (ru) * | 1987-04-07 | 1989-11-07 | Горьковский инженерно-строительный институт им.В.П.Чкалова | Способ определени массы сыпучего материала в емкости и устройство дл его осуществлени |
| SU1753379A1 (ru) * | 1990-07-12 | 1992-08-07 | Институт Прикладной Физики Ан Бсср | Способ измерени толщины диэлектрических покрытий металлов и устройство дл его осуществлени |
| US5884231A (en) * | 1995-12-21 | 1999-03-16 | Endress & Hauser Gmbh & Co. | Processor apparatus and method for a process measurement signal |
| RU2279666C1 (ru) * | 2004-11-22 | 2006-07-10 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Способ определения объемного влагосодержания обводненного нефтепродукта, заполняющего металлический сосуд |
| US20070101810A1 (en) * | 2005-11-09 | 2007-05-10 | Saab Rosemount Tank Radar Ab | Radar level gauge with variable transmission power |
| US20090088987A1 (en) * | 2007-09-20 | 2009-04-02 | George Quinton Lyon | Level measurement system |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2687710C1 (ru) * | 2018-11-01 | 2019-05-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Устройство для измерения плотности бурового раствора в легкосплавленной бурильной трубе |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100439870C (zh) | 用于确定多相流体成分的流量的方法和流量计 | |
| US4412451A (en) | Method and apparatus for the determination of the average particle size in a slurry | |
| US10088590B2 (en) | Methods for measuring properties of multiphase oil-water-gas mixtures | |
| US9816848B2 (en) | Method and apparatus for non-invasively measuring physical properties of materials in a conduit | |
| US2839915A (en) | Method and apparatus for measuring viscosity, etc., of fluid-like materials | |
| CA2739100C (en) | Viscous fluid flow measurement using a differential pressure measurement and a sonar measured velocity | |
| US3208286A (en) | Particle size analyzer | |
| Hunter et al. | Ultrasonic velocimetry for the in situ characterisation of particulate settling and sedimentation | |
| Henning et al. | Process monitoring using ultrasonic sensor systems | |
| US3133445A (en) | Ultrasonic particle size measurement apparatus | |
| RU2670367C1 (ru) | Устройство для определения количества бурового раствора в емкости | |
| US20190154479A1 (en) | Estimating flow velocity in pipes by correlating multi-frequency signals | |
| GB1281614A (en) | Method of and apparatus for measuring mass of a material | |
| Greenwood et al. | Attenuation measurements of ultrasound in a kaolin–water slurry: A linear dependence upon frequency | |
| JPH02504310A (ja) | 懸濁液の固相のパラメータをモニタする方法及びその装置 | |
| Zhu et al. | Measurement of aggregate bond energy using ultrasonic dispersion | |
| CA2868978C (en) | Speed of sound and/or density measurement using acoustic impedance | |
| Neppiras | Measurements in liquids at medium and high ultrasonic intensities | |
| RU2620779C1 (ru) | Устройство для измерения массового расхода жидких сред | |
| RU2612033C1 (ru) | Способ измерения состава трехкомпонентного водосодержащего вещества в потоке | |
| Al-Lashi et al. | Ultrasonic particle sizing in aqueous suspensions of solid particles of unknown density | |
| RU2585320C1 (ru) | Устройство для измерения массового расхода жидких и сыпучих сред | |
| RU2601273C1 (ru) | Устройство для измерения массового расхода жидких сред | |
| RU2597666C1 (ru) | Способ измерения массового расхода жидких сред | |
| Davies et al. | Continuous monitoring of bulk density and particle size in flowable powders and grains |