RU2760926C1 - Method for diagnosing a component of a two-phase medium - Google Patents

Method for diagnosing a component of a two-phase medium Download PDF

Info

Publication number
RU2760926C1
RU2760926C1 RU2020126881A RU2020126881A RU2760926C1 RU 2760926 C1 RU2760926 C1 RU 2760926C1 RU 2020126881 A RU2020126881 A RU 2020126881A RU 2020126881 A RU2020126881 A RU 2020126881A RU 2760926 C1 RU2760926 C1 RU 2760926C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow
component
medium
unit volume
components
Prior art date
Application number
RU2020126881A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Иванович Попов
Михаил Михайлович Беляев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2020126881A priority Critical patent/RU2760926C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2760926C1 publication Critical patent/RU2760926C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/74—Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: measuring technology for determining the flow component of a two-phase medium.
SUBSTANCE: the invention relates to measuring technology and can be used to control the flow rate and determine the mass of a component of a gas-liquid medium (GLM), extracted, for example, from a borehole. The method for determining the component of the flow of a two-phase medium is characterized by the fact that in order to determine the belonging of the medium of a unit volume to one of the components of the flow of the two-phase medium, in the channel the flow components with previously obtained pulses of portions of thermal energy are directed to the sensors, which receive a unit volume of the mass of the component formed by the area of ​​the sensor and by the length of the zone charged during the time of obtaining the heat flux, the pulse energy of the heat flux in a unit volume is measured by the amplitude of the electric signal, it is transmitted to a computing device to determine whether the medium of a unit volume belongs to one of the flow components by the magnitude of the signal amplitude and to determine its share in the total flow mass.
EFFECT: simplification of the determination of a component of a gas-liquid medium with a limited instrumental composition of measuring devices, reduction of measuring operations.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для контроля расхода и определения массы компонента газожидкостной среды (ГЖС), извлекаемой, например, из буровой скважины.The invention relates to measuring equipment and can be used to control the flow rate and determine the mass of a component of a gas-liquid medium (GLC), extracted, for example, from a borehole.

Известны общие способы выявления компонента из смеси при ее разделении. Для гомогенной смеси - это выпаривание, дистилляция (перегонка), для негомогенной - отстаивание, фильтрование, центрифугирование. При этом компоненты, входящие в состав смесей, сохраняют свои индивидуальные свойства. Эти способы предназначены для лабораторных исследований.General methods are known for detecting a component from a mixture during its separation. For a homogeneous mixture, this is evaporation, distillation (distillation), for an inhomogeneous mixture - settling, filtration, centrifugation. At the same time, the components that make up the mixtures retain their individual properties. These methods are intended for laboratory research.

Известны способы определения компонента с помощью различных методов хроматографии - газожидкостной, жидкостной, методом ИК - спектрофотометрии, флуориметрическим методом (www.Nortest.pro - испытательный центр Нортест). Недостатками перечисленных способов является необходимость наличия совершенных приборов и приспособлений к ним, нормотестов и др. без которых невозможно получить достоверную информацию.Known methods for determining a component using various chromatographic methods - gas-liquid, liquid, IR - spectrophotometry, fluorimetric method (www.Nortest.pro - test center Nortest). The disadvantages of these methods is the need for perfect devices and adaptations to them, standard tests, etc., without which it is impossible to obtain reliable information.

Известны способы определения отдельных компонентов, например (П.П. Кремлевский. Расходомеры и счетчики количества вещества. СПб. Политехника. 2002. Книга 2, с. 245), в которых при измерения многофазного расхода многокомпонентных веществ с помощью нескольких последовательно установленных расходомеров, обладающих селективными свойствами, выделяются компоненты и их расходы. Недостатками известных решений является наличие разнообразных приборов, большие габариты устройства.Known methods for determining individual components, for example (PP Kremlevsky. Flowmeters and counters of the amount of substance. St. Petersburg. Polytechnic. 2002. Book 2, p. 245), in which when measuring the multiphase flow rate of multicomponent substances using several successively installed flow meters with selective properties, components and their costs are allocated. The disadvantages of the known solutions are the presence of a variety of devices, large dimensions of the device.

Известен способ диагностики компонента при покомпонентном измерения расхода многофазного потока (RU 2428662 С2, 10.09.2011) принятый за прототип. По известному способу отдельным прибором измеряется содержанием влаги в смеси и отдельным прибором плотность потока, при этом измерение плотности проводят после принудительного перемешивания на смешанной жидкости, накопленной в резервуаре для хранения, и далее отделяют от смешанной жидкости газовую фазу. Недостатками известного способа является большое число механических операций при определении плотности потока, понижающие достоверность измерения всего потока, большое время разделения фаз.A known method for diagnosing a component with component-wise measurement of the flow rate of a multiphase flow (RU 2428662 C2, 09/10/2011) is taken as a prototype. According to the known method, the moisture content in the mixture is measured with a separate device and the flow density is measured with a separate device, while the density measurement is carried out after forced mixing on the mixed liquid accumulated in the storage tank, and then the gas phase is separated from the mixed liquid. The disadvantages of the known method are a large number of mechanical operations in determining the flow density, which reduce the reliability of the measurement of the entire flow, a long phase separation time.

Техническим результатом изобретения является упрощение определения компонента газожидкостной среды при ограниченном приборном составе устройств измерения, сокращении измерительных операций.The technical result of the invention is to simplify the determination of a component of a gas-liquid medium with a limited instrumental composition of measuring devices, and a reduction in measuring operations.

Технический результат достигается тем, что по способу определения компонента потока двухфазной среды, характеризующегося тем, что для определения принадлежности среды единичного объема к одному из компонентов потока двухфазной среды, в канале компоненты потока среды с предварительно полученными импульсами порций тепловой энергии направляют к датчикам, которые принимают единичный объем массы компонента, образованный площадью датчика и длиной зоны, заряженной в течении времени получения теплового потока, измеряют по амплитуде электрического сигнала импульсную энергию теплового потока в единичном объеме, передают ее вычислительному устройству для определения принадлежности среды единичного объема к одному из компонентов потока двухфазной среды по величине амплитуды сигнала и определения его доли в общей массе потока.The technical result is achieved by the fact that according to the method for determining the component of the flow of a two-phase medium, characterized by the fact that in order to determine the belonging of the medium of a unit volume to one of the components of the flow of the two-phase medium, in the channel the components of the medium flow with previously received pulses of the portions of thermal energy are directed to the sensors that receive a unit volume of the mass of a component formed by the area of the sensor and the length of the zone charged during the time of receiving the heat flux, the pulsed energy of the heat flux in a unit volume is measured by the amplitude of the electrical signal, and transmitted to the computing device to determine the belonging of the medium of the unit volume to one of the components of the flow of the two-phase medium by the magnitude of the signal amplitude and determining its share in the total mass of the flow.

Описание способа определения принадлежности среды единичного объема к одному из компонентов потока выполнено на примере определения покомпонентного расхода двухфазной среды (газ, вода, нефть).The description of the method for determining the belonging of a medium of a unit volume to one of the flow components is carried out on the example of determining the component-wise flow rate of a two-phase medium (gas, water, oil).

На рисунке показаны электрические импульсы, получаемые от одного из датчиков, определяющие принадлежность импульсов компонентам, т.е. определение принадлежности каждого компонента ведется по величине амплитуды импульсов на каждом датчике.The figure shows electrical impulses received from one of the sensors, which determine whether the impulses belong to the components, i.e. the determination of the belonging of each component is carried out according to the magnitude of the pulse amplitude on each sensor.

Принцип работы способа определения принадлежности среды единичного объема к одному из компонентов потока массы компонента газожидкостной среды основан на различной теплоемкости трех компонентов двухфазной среды и состоит в том, что компоненты потока V среды в канале с предварительно полученной импульсной порцией Q тепловой энергии направляют к измерительному сечению с датчиками, которые принимают единичный объем W массы компонента, образованный площадью датчика и длиной зоны, заряженной в течении времени получения теплового потока, измеряют по амплитуде электрического сигнала импульсную порцию Q теплового потока Φ, заключенную в единичном объеме W, передают ее в виде ЭДС вычислительному устройству для диагностики компонента по величине амплитуды сигнала.The principle of operation of the method for determining the belonging of a medium of a unit volume to one of the components of the mass flow of a component of a gas-liquid medium is based on different heat capacities of three components of a two-phase medium and consists in the fact that the components of the flow V of the medium in a channel with a previously obtained pulse portion Q of thermal energy are directed to the measuring section with sensors that receive a unit volume W of the mass of a component formed by the area of the sensor and the length of the zone charged during the time of receiving the heat flux, measure the pulse portion Q of the heat flux Φ, enclosed in a unit volume W, by the amplitude of the electrical signal, transmit it in the form of EMF to the computing device to diagnose a component by the magnitude of the signal amplitude.

Датчики расположены в сечении канала равномерно и имеют непосредственный контакт с компонентами. Все датчики воспринимают только поток Φ тепловой энергии в виде импульсов теплового заряда Q, безразлично от того нефть это, вода или газ, которые поочередно проходят мимо датчиков. При этом должно быть выполнено распределение этих импульсов ЭДС по их принадлежности к конкретным компонентам. При различном поглощении тепловых импульсных порций Q компонентами среды с последующей передачей потоком V поглощенных порций датчикам теплового потока, размещенным в различных точках сечения, способ принадлежности среды единичного объема W к одному из компонентов потока двухфазной среды основан на том, что электрические сигналы ЭДС разной величины от поглощенных порций компонентами передаются вычислительному блоку для установления соответствия массы компонента и определения его природы и физического свойства, по величинам амплитуды электрических сигналов, которые заданы заранее (представлены в цифровой форме на рисунке).The sensors are evenly spaced in the channel cross-section and have direct contact with the components. All sensors perceive only the flow Φ of thermal energy in the form of pulses of thermal charge Q, regardless of whether it is oil, water or gas, which alternately pass by the sensors. In this case, the distribution of these EMF pulses should be performed according to their belonging to specific components. With different absorption of thermal impulse portions Q by the components of the medium, followed by the transfer of the absorbed portions by the flow V to the heat flow sensors located at different points of the section, the method of belonging of the medium of unit volume W to one of the components of the flow of the two-phase medium is based on the fact that the electrical signals of the EMF of different magnitude from of the absorbed portions by the components are transferred to the computing unit to match the mass of the component and determine its nature and physical properties, according to the magnitudes of the amplitude of electrical signals that are preset (presented in digital form in the figure).

Для решения этой задачи выполняется вычисление нагретой массы компонента в единичном объеме W. Принимается, что единичный объем равен W=L F и образован площадью F датчика и длиной L зоны массы т, заряженной заранее в течении определенного заданного времени Δt тепловым импульсом в поперечном сечении канала. Единичные объемы W разных компонентов у каждого датчика в момент измерения одинаковые. Массы т в каждом из этих объемов W различные и равны m=ρ W, где ρ - плотность каждого соответствующего компонента в единичном объеме W, при этом теплоемкость будет равна C=cm=cρW, где величины с - удельная теплоемкость и ρ - плотность каждого компонента известны из литературы (удельная теплоемкость с: вода - 4,2; нефть - 2,1; ср газ-1,4 КДж/кг*К и плотность ρ: вода - 1009; нефть - 900; газ - 1,29 кг/м3). Датчик принимает тепловой поток Φ нагретой массы m компонента и далее в вычислитель передается величина импульсного теплового заряда Q компонента, в преобразованном с коэффициентом К в виде Е - импульса ЭДС, амплитуда которого пропорциональна массе m и удельной теплоемкости с каждого компонента:

Figure 00000001
, где Δt - заданное время подачи импульсного теплового заряда; (Т1 - Т2) - разность температур на датчике до и после приема заряда;
Figure 00000002
- коэффициент, учитывающий температурный заряд компонента за время Δt; С - теплоемкость единичного объема W; с - удельная теплоемкость; m - масса нагретого компонента в единичном объеме W перед датчиком. Введение элемента «единичный объем W» позволяет выявить принадлежность компонентов по расчетным величинами ЭДС, выраженным для единичного объема в виде произведения удельной теплоемкости с и плотности ρ для каждого компонента, для воды - сρ=4,2*1009, для нефти - сρ=2,1*900, для газа - срρ=1,4*1,29. И затем определить по принадлежности компонентам их суммарные доли в общей массе потока смеси компонентов.To solve this problem, the heated mass of the component is calculated in a unit volume W. It is assumed that the unit volume is equal to W = LF and is formed by the area F of the sensor and the length L of the zone of mass m charged in advance within a certain predetermined time Δt by a heat pulse in the channel cross section. The unit volumes W of different components are the same for each sensor at the time of measurement. The masses m in each of these volumes W are different and are equal to m = ρ W, where ρ is the density of each corresponding component in a unit volume W, and the heat capacity will be equal to C = cm = cρW, where c is the specific heat and ρ is the density of each components are known from the literature (specific heat c: water - 4.2; oil - 2.1; c p gas - 1.4 KJ / kg * K and density ρ: water - 1009; oil - 900; gas - 1.29 kg / m 3 ). The sensor receives the heat flux Φ of the heated mass m of the component and then the value of the pulsed thermal charge Q of the component is transmitted to the calculator, converted with the coefficient K in the form of E - an EMF pulse, the amplitude of which is proportional to the mass m and specific heat from each component:
Figure 00000001
, where Δt is the specified time for the supply of a pulsed thermal charge; (T 1 - T 2 ) - the temperature difference on the sensor before and after receiving the charge;
Figure 00000002
- coefficient taking into account the temperature charge of the component during the time Δt; C is the heat capacity of a unit volume W; с - specific heat capacity; m is the mass of the heated component in a unit volume W in front of the sensor. The introduction of the element "unit volume W" allows us to identify the belonging of the components by the calculated EMF values, expressed for a unit volume as the product of the specific heat c and density ρ for each component, for water - cρ = 4.2 * 1009, for oil - cρ = 2 , 1 * 900, for gas - with p ρ = 1.4 * 1.29. And then, by belonging to the components, determine their total shares in the total mass of the mixture of components flow.

Датчики принимают тепловой поток независимо от природы компонента, только от их свойства теплоемкости. При таком способе определения принадлежности масс в смеси компонентов отсутствуют специальные приемы и датчики воды, газосодержания и др. и решается задача определения массы и расхода компонента с минимальным технопарком средств измерения и вычислительного процесса, не требуются при этом данные по долям плотности и вязкости смеси.Sensors receive heat flux regardless of the nature of the component, only on their heat capacity properties. With this method of determining the belonging of the masses in the mixture of components, there are no special techniques and sensors for water, gas content, etc., and the problem of determining the mass and consumption of a component is solved with a minimum technopark of measuring instruments and computational process, data on the proportions of density and viscosity of the mixture are not required.

Claims (1)

Способ определения компонента потока двухфазной среды, характеризующийся тем, что для определения принадлежности среды единичного объема к одному из компонентов потока двухфазной среды, в канале компоненты потока с предварительно полученными импульсами порций тепловой энергии направляют к датчикам, которые принимают единичный объем массы компонента, образованный площадью датчика и длиной зоны, заряженной в течение времени получения теплового потока, измеряют по амплитуде электрического сигнала импульсную энергию теплового потока в единичном объеме, передают ее вычислительному устройству для определения принадлежности среды единичного объема к одному из компонентов потока по величине амплитуды сигнала и определения его доли в общей массе потока.A method for determining a component of a flow of a two-phase medium, characterized in that to determine the belonging of a medium of a unit volume to one of the components of a flow of a two-phase medium, in the channel the flow components with previously received pulses of portions of thermal energy are directed to sensors that receive a unit volume of the mass of the component formed by the area of the sensor and the length of the zone charged during the time of obtaining the heat flux, the pulsed energy of the heat flux is measured by the amplitude of the electrical signal in a unit volume, transmitted to a computing device to determine whether the medium of a unit volume belongs to one of the components of the flux by the magnitude of the signal amplitude and to determine its share in the total mass of the flow.
RU2020126881A 2020-08-11 2020-08-11 Method for diagnosing a component of a two-phase medium RU2760926C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020126881A RU2760926C1 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Method for diagnosing a component of a two-phase medium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020126881A RU2760926C1 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Method for diagnosing a component of a two-phase medium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760926C1 true RU2760926C1 (en) 2021-12-01

Family

ID=79174065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020126881A RU2760926C1 (en) 2020-08-11 2020-08-11 Method for diagnosing a component of a two-phase medium

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760926C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4427554C2 (en) * 1994-08-04 1996-07-18 Karlsruhe Forschzent Heat pulse flow meter
RU2521721C1 (en) * 2013-01-31 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Measuring method of component-by-component flow rate of gas-liquid mixture
RU2575565C2 (en) * 2010-11-18 2016-02-20 Белимо Холдинг Аг Determination of heat flow released by heat-carrying fluid medium
EA027359B1 (en) * 2014-05-16 2017-07-31 Открытое акционерное общество "Татнефть" Method of determination of seasonal average fuel temperature according to statistical data of a fuel filling station in an automobile fuel sale system, method and system for automobile fuel sale at a fuel filling station (ffs)
RU2726304C1 (en) * 2019-11-01 2020-07-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for determining component flow rate of gas-fluid medium

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4427554C2 (en) * 1994-08-04 1996-07-18 Karlsruhe Forschzent Heat pulse flow meter
RU2575565C2 (en) * 2010-11-18 2016-02-20 Белимо Холдинг Аг Determination of heat flow released by heat-carrying fluid medium
RU2521721C1 (en) * 2013-01-31 2014-07-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Measuring method of component-by-component flow rate of gas-liquid mixture
EA027359B1 (en) * 2014-05-16 2017-07-31 Открытое акционерное общество "Татнефть" Method of determination of seasonal average fuel temperature according to statistical data of a fuel filling station in an automobile fuel sale system, method and system for automobile fuel sale at a fuel filling station (ffs)
RU2726304C1 (en) * 2019-11-01 2020-07-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for determining component flow rate of gas-fluid medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2726304C1 (en) Method for determining component flow rate of gas-fluid medium
EP0510774B1 (en) Method and apparatus to measure multiphase flow properties
EP2104837B1 (en) Flow measurement
CN103233730B (en) Experimental measurement method for resistivity of mixed stratum water in rock core displacement process
US4644263A (en) Method and apparatus for measuring water in crude oil
McKenna et al. Thermal conductivity of Wilcox and Frio sandstones in south Texas (Gulf of Mexico Basin)
CN103233726B (en) Experimental calibration method of saturation degree and water production rate logging evaluation model of water-flooded layer
US3911256A (en) Apparatus for testing and analyzing fluid mixture
CN101280680B (en) Three-phase flow measuring device
WO2006132546A1 (en) Method and apparatus for measuring nonhomogeneous flow phase velocities
US4210015A (en) Device for following the variations in the composition of a flowing heterogeneous liquid mixture
CN110987097B (en) Method for measuring gas-liquid multiphase flow by using pressure fluctuation
CN108507630A (en) Positive displacement oil gas water three phase flow separate phase flow rate on-line measurement devices and methods therefor
RU2760926C1 (en) Method for diagnosing a component of a two-phase medium
RU2730364C1 (en) Method of determining content of a gas-liquid medium component
Arunkumar et al. Characterization of gas-liquid two phase flows using dielectric sensors
CN201210060Y (en) Liquid-liquid two-phase stream measurement apparatus adopting main phase determinator
BE1020080A5 (en) DETERMINATION OF A CHARACTERISTIC OF A WATERWAY.
RU2744486C1 (en) Method for determining mass of a gas-liquid medium component
RU2521721C1 (en) Measuring method of component-by-component flow rate of gas-liquid mixture
CN1030137A (en) The device of oil, liquid water content in the weight method automatic gauge oil water mixture
RU2305283C2 (en) Method of determining octane number of gasoline
CN211505503U (en) Shale fluid saturation testing arrangement
RU2010114354A (en) METHOD FOR DETERMINING THE LEVEL OR DENSITY OF A LIQUID AND THE DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2706451C1 (en) Apparatus for determining content of water in an oil product stream