RU2793366C1 - Intelligent system and method for measuring the flow rate of a two-phase flow of oil wells - Google Patents

Intelligent system and method for measuring the flow rate of a two-phase flow of oil wells Download PDF

Info

Publication number
RU2793366C1
RU2793366C1 RU2021137385A RU2021137385A RU2793366C1 RU 2793366 C1 RU2793366 C1 RU 2793366C1 RU 2021137385 A RU2021137385 A RU 2021137385A RU 2021137385 A RU2021137385 A RU 2021137385A RU 2793366 C1 RU2793366 C1 RU 2793366C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
block
wavelet
oil
flow rate
flow
Prior art date
Application number
RU2021137385A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лотфи Зарур
Галина Федоровна Малыхина
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ")
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2793366C1 publication Critical patent/RU2793366C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: oil industry.
SUBSTANCE: invention relates to the field of measuring the volume and mass flow rate of a liquid and can be used to measure the mass flow rate of a multi-phase flow in oil wells. The technical result is to increase the efficiency of control of multiphase flows by measuring the speed of movement of individual phases of the flow based on the registration of signals from two collimated flows of gamma quanta of a radioisotope density converter. In particular, an intelligent system for measuring the mass flow rate of a two-phase flow of oil wells is claimed, which consists of a gamma radiation source unit capable of producing two collimated 660 keV beams directed at a gamma radiation detector unit containing a NaJ(T1) crystal and a photomultiplier. At the same time, the block of gamma radiation detectors is configured to generate data frames and transfer them to the block of calculations and wavelet transforms. The output of the block of calculations and wavelet transforms is connected to the input of the block of neural networks, with the possibility of transmitting signals received in wavelet spaces. The neural network block is configured to extract data for calculating the fluid flow rate and transfer it to the input of the mass flow calculation block. Also disclosed is a method for measuring the flow rate implemented by the said system.
EFFECT: increase in the efficiency of control of multiphase flows.
5 cl, 7 dwg, 4 tbl

Description

Интеллектуальная система и способ измерения расхода двухфазного потока нефтяных скважин относится к области измерения объема или массового расхода жидкости, в частности для измерения массового расхода многофазного потока в нефтяных скважинах, где добываемый продукт состоит из двух различных фаз (газообразной и жидкой), где устройство управляется нейронной сетью для калибровки и анализа данных.An intelligent system and method for measuring the flow rate of a two-phase flow of oil wells relates to the field of measuring the volume or mass flow of a liquid, in particular for measuring the mass flow of a multi-phase flow in oil wells, where the produced product consists of two different phases (gaseous and liquid), where the device is controlled by a neural network for calibration and data analysis.

Известен «Двухфазный расходомер "омега" для измерения дебита продукции нефтяных скважин» (RU 62 164 U1 МПК E21B 47/00, G01F 1/00, 27.03.2007), Изобретение относится к области нефтегазопромысловой геофизики и может быть использовано для определения массового расхода нефти, газа и воды в многофазном потоке, проходящем по трубопроводу из скважины. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения расхода газожидкостной смеси (ГЖС) и обеспечение защиты обслуживающего персонала от радиоактивного излучения. Для этого одновременно измеряют объем газовой составляющей многофазного потока с помощью счетчика газа и водонефтяной фазы посредством многофазного расходомера (МФР), в котором производится подсчет объема и массы водонефтяной фазы. Причем расчет производят методом переменного перепада давления - дифференциального давления (ДД), возникающего в суженном участке МФР. При этом разность давлений в сужении и служит мерой расхода водонефтяной эмульсии, которая связана следующей зависимостью: разность давлений тем больше, чем больше расход протекающей через МФР текучей среды. На основании известных математических выражений, зная величину ДД, определяют плотность потока как частное от деления ДД на квадрат скорости потока. Затем, используя полученные значения плотности потока, рассчитывают объем и соответственно массу водонефтяной фазы ГЖС, проходящей через МФР. Суммарный расход нефти, газа и воды многофазного потока определяют на основании обработки результатов измерений в счетчике газа и МФР и последующей корректировки результатов с учетом поправочных коэффициентов, которые учитывают состав смеси и соотношения между водяной и нефтяной фракциями. Эту корректировку проводят по результатам измерения емкости и активной проводимости в канале МФР. Known "Two-phase flowmeter "omega" to measure the flow rate of oil wells" ( RU 62 164 U1 IPC E21B 47/00, G01F 1/00, 27.03.2007) , The invention relates to the field of oil and gas geophysics and can be used to determine the mass flow of oil , gas and water in a multiphase flow passing through a pipeline from a well. The technical result of the invention is to increase the accuracy of determining the flow rate of the gas-liquid mixture (GZhM) and to ensure the protection of maintenance personnel from radioactive radiation. To do this, the volume of the gas component of the multi-phase flow is simultaneously measured using a gas meter and a water-oil phase by means of a multi-phase flow meter (MPF), in which the volume and mass of the water-oil phase are calculated. Moreover, the calculation is carried out by the method of variable pressure drop - differential pressure (DD) that occurs in the narrowed section of the MFR. In this case, the pressure difference in the constriction serves as a measure of the flow rate of the water-oil emulsion, which is related by the following relationship: the greater the pressure difference, the greater the flow rate of the fluid flowing through the MFR. Based on known mathematical expressions, knowing the value of DD, the flux density is determined as the quotient of dividing DD by the square of the flow rate. Then, using the obtained values of the flux density, the volume and, accordingly, the mass of the oil-water phase of the GLS passing through the MFR are calculated. The total consumption of oil, gas and water of the multiphase flow is determined based on the processing of the measurement results in the gas meter and the MFR and the subsequent correction of the results, taking into account correction factors that take into account the composition of the mixture and the ratio between water and oil fractions. This adjustment is carried out according to the results of measuring the capacitance and active conductivity in the MFR channel.

Недостатком этого метода является необходимость внедрения в двухфазный газонефтяной поток, разделение его на газообразную и жидкую составляющие, что требует значительного времени для управления скважиной в режиме реального времени. The disadvantage of this method is the need to introduce into a two-phase gas-oil flow, dividing it into gaseous and liquid components, which requires considerable time to control the well in real time.

Также известен «Многофазный ультразвуковой расходомер для трубопроводов» (RU 2631495 МПК G01F 1/66, G01F 1/74, G01N 9/00, 10.01.2017). Also known is the "Multi-phase ultrasonic flow meter for pipelines" (RU 2631495 IPC G01F 1/66, G01F 1/74, G01N 9/00, 10.01.2017).

Система предназначена для определения плотностей и пропорций фаз в потоке многофазной текучей среды (ПМТС), которая может включать в себя нефтяную фазу, водную фазу и газовую фазу из скважины. Система содержит первый плотномер, который измеряет ПМТС в местоположениях, где фазы ПМТС часто являются разделенными, второй плотномер, который измеряет ПМТС с выхода фазового смесителя-гомогенизатора, и третий плотномер, который в реальном времени измеряет ПМТС там, где газовая фаза начинает отделяться или отделилась от жидкой фазы, но где жидкие фазы не разделились. Система также содержит один или более процессоров для выполнения одной или более программ для определения плотности нефтяной фазы, плотности водной фазы, плотности газовой фазы и пропорций фаз, в том числе обводненности и объемной доли газа, на основе показаний первого, второго и третьего плотномеров. Технический результат – повышение точности и безопасности. The system is designed to determine the densities and proportions of the phases in the flow of multi-phase fluid (PMF), which may include the oil phase, the water phase and the gas phase from the well. The system comprises a first density meter that measures PMST at locations where phases of PMST are often separated, a second densitometer that measures PMST at the outlet of the phase mixer-homogenizer, and a third densitometer that measures real-time PMST where the gas phase begins to separate or has separated. from the liquid phase, but where the liquid phases have not separated. The system also includes one or more processors for executing one or more programs to determine oil phase density, water phase density, gas phase density, and phase proportions, including water cut and gas volume fraction, based on readings from the first, second, and third density meters. The technical result is an increase in accuracy and safety.

Данный метод измерения основан на распространении ультразвука в потоке многофазной текучей среды. Недостатком метода является необходимость внедрения в поток, разделение газо-водо-нефтяного потока на фазы и выполнение измерения в выделенных фаз потока. Предложенный авторами многофазный сепарационный ультразвуковой расходомер выполняет измерение в разных средах, что приводит к дополнительным погрешностям измерения.This measurement method is based on the propagation of ultrasound in a multiphase fluid flow. The disadvantage of the method is the need to be introduced into the flow, the separation of the gas-water-oil flow into phases and the measurement in the selected phases of the flow. The multiphase separation ultrasonic flow meter proposed by the authors performs measurements in different media, which leads to additional measurement errors.

Также известен способ «Измерение многофазного потока в трубопроводе» (RU 2243510 C2 МПК G01F 1/74 (2000.01), G01F 1/56 (2000.01), G01F 1/34 (2000.01), G01N 27/08 (2000.01), 20.07.2003), Изобретение предназначено для использования в нефте- и газодобывающей промышленности для измерения фракционного состава и расхода фаз в потоке трехфазной смеси при любом режиме течения. Посредством пар электродов, размещенных по длине дросселирующей измерительной секции (корпуса), установленной в трубопроводе, измеряют удельную электропроводность или диэлектрическую проницаемость смеси. Одновременно корпус используют для создания перепада давления, который измеряют в кольцевом пространстве между корпусом и стенкой трубопровода, а также вблизи корпуса. Путем взаимной корреляции сигналов, поступающих от электродов, определяют скорости фаз. Фракционный состав вычисляют путем объединения измерений электрических характеристик с измерениями перепада давления. При объединении с измерениями скоростей вычисляют объемные расходы фаз, а при последующем объединении последних с плотностями фаз - массовые расходы фаз. Изобретения учитывают скольжение между газовой и жидкой фазами и благодаря компактному средству измерения позволяют проводить все измерения практически в одном и том же месте.Also known is the method "Measurement of multiphase flow in a pipeline" (RU 2243510 C2 IPC G01F 1/74 (2000.01), G01F 1/56 (2000.01), G01F 1/34 (2000.01), G01N 27/08 (2000.01), 20.07.2003 ), The invention is intended for use in the oil and gas industry to measure the fractional composition and flow rate of phases in the flow of a three-phase mixture under any flow regime. By means of pairs of electrodes placed along the length of the throttling measuring section (case) installed in the pipeline, the electrical conductivity or dielectric constant of the mixture is measured. At the same time, the housing is used to create a differential pressure, which is measured in the annulus between the housing and the pipeline wall, as well as near the housing. By cross-correlation of the signals coming from the electrodes, the phase velocities are determined. Fractional composition is calculated by combining electrical measurements with pressure drop measurements. When combined with the velocity measurements, the volume flow rates of the phases are calculated, and when the latter are subsequently combined with the phase densities, the mass flow rates of the phases are calculated. The inventions take into account the slip between the gas and liquid phases and, thanks to a compact measuring instrument, make it possible to carry out all measurements practically in the same place.

Предложенный способ измерения является интрузивным, нарушающим режим течения, поскольку в поток устанавливают пары электродов, искусственно создают перепад давления. Изменение электрических свойств потока, например, солености жидкости, циркулирующей в трубе, приводит к увеличению погрешностей измерения различных фракций потока.The proposed measurement method is intrusive, violating the flow regime, since pairs of electrodes are installed in the flow, and a pressure drop is artificially created. A change in the electrical properties of the flow, for example, the salinity of the liquid circulating in the pipe, leads to an increase in the measurement errors of various fractions of the flow.

Наиболее близким техническим решением к заявленному способу является «Массовый расходомер газожидкостного потока» (RU 2128328 C1 МПК G01F 1/74, G01F 1/86, 27.03.1999). Изобретение может быть использовано для измерения массового расхода жидкой фазы газонефтеводяного потока в нефтяной промышленности. Расходомер содержит датчик объемного расхода, датчик плотности, схему формирования управляющего сигнала, включающую последовательно соединенные блок определения структурной функции процесса изменения плотности потока и пороговое устройство, блок пропускания сигнала и индикатор. Изобретение обеспечивает повышение точности вычисления массового расхода жидкой фазы потока при наличии хаотично расположенных в нем газовых включений в виде мелких пузырей. 1 ил.The closest technical solution to the claimed method is "Mass flow meter gas-liquid flow" (RU 2128328 C1 IPC G01F 1/74, G01F 1/86, 03/27/1999). The invention can be used to measure the mass flow rate of the liquid phase of the gas-oil-water flow in the oil industry. The flow meter contains a volumetric flow sensor, a density sensor, a control signal generation circuit, including a unit connected in series for determining the structural function of the flow density change process and a threshold device, a signal transmission unit and an indicator. EFFECT: invention improves the accuracy of calculating the mass flow rate of the liquid phase of the flow in the presence of gas inclusions randomly located in it in the form of small bubbles. 1 ill.

Преимуществом этого способа измерения является бесконтактность, бессепарационность, отсутствие изменения режима течения многофазного потока. Основным недостатком метода является применение структурной функции, которая зависит от скоростей движения как мелких, так и крупных пузырей, скорость движения которых в вертикальной трубе превышает скорость движения жидкости. Этот факт увеличивает погрешность измерения. The advantage of this method of measurement is non-contact, non-separation, no change in the flow regime of a multiphase flow. The main disadvantage of the method is the use of the structural function, which depends on the velocities of both small and large bubbles, the velocity of which in a vertical pipe exceeds the velocity of the liquid. This fact increases the measurement error.

Для повышения эффективности управления процессами добычи нефти необходимо выполнять бессепарационное, бесконтактное измерение многофазных потоков продукции нефтяных скважин. Предложено использовать радиоизотопные измерительные системы, которые предоставляют сигнал, зависящий от флуктуации плотности двухфазного потока. Обработка этого сигнала, позволяет извлечь информацию и структуре двухфазного потока, скорости движения жидкости и газа, относительного содержания жидкости. Извлечение информации о скорости движения жидкости основано на цифровой обработке нестационарного сигнала радиоизотопного преобразователя, включающей непрерывное или дискретное не децимированное вейвлет-преобразование, оценку кросс-корреляции вейвлет-коэффициентов в подпространствах разложения. To improve the efficiency of oil production process control, it is necessary to perform non-separation, non-contact measurement of multi-phase flows of oil well production. It is proposed to use radioisotope measuring systems that provide a signal that depends on fluctuations in the two-phase flow density. The processing of this signal makes it possible to extract information about the structure of the two-phase flow, the velocity of the liquid and gas, and the relative content of the liquid. Extraction of information about the speed of fluid movement is based on digital processing of a non-stationary signal of a radioisotope converter, including a continuous or discrete non-decimated wavelet transform, an estimate of the cross-correlation of wavelet coefficients in decomposition subspaces.

Целью изобретения является система и способ измерения скорости движения и массового расхода отдельных фаз двухфазного газонефтяного потока продукции нефтяных скважин с использованием радиоизотопного преобразователя плотности потока и кросс-корреляции двух коллимированных потоков гамма-квантов в пространствах вейвлет-разложения. The aim of the invention is a system and method for measuring the speed and mass flow of individual phases of a two-phase gas-oil flow of oil well production using a radioisotope flux density converter and cross-correlation of two collimated gamma-quantum fluxes in wavelet decomposition spaces.

Техническим результатом является интеллектуальная система и способ измерения массового расхода нефти и газа двухфазного потока продукции нефтяных скважин, использующая измерения скорости движения отдельных фаз двухфазного газонефтяного потока на основе регистрации сигналов двух коллимированных потоков гамма-квантов радиоизотопного преобразователя плотности, с применением кросс-корреляции в пространствах вейвлет-разложения и предварительно обученной нейронной сети. The technical result is an intelligent system and method for measuring the mass flow rate of oil and gas of a two-phase flow of oil well production, using measurements of the speed of movement of individual phases of a two-phase gas-oil flow based on the registration of signals from two collimated flows of gamma quanta of a radioisotope density converter, using cross-correlation in wavelet spaces -decomposition and pre-trained neural network.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Структурная схема устройства показана на фиг.1. Устройство имеет источник прямого излучения (1), который контролирует плотность потока (2) в центральной вертикали трубы (3). Детекторный блок (4) воспринимает гамма-кванты и генерирует импульсы, амплитуда которых пропорциональна энергии регистрируемого излучения, и разделяет каналы прямого и рассеянного излучения с помощью порога. К каналу рассеянного излучения приписываются импульсы с амплитудой, меньшей пороговой, и к каналу прямого излучения - более мощные импульсы.The block diagram of the device is shown in Fig.1. The device has a direct radiation source (1), which controls the flux density (2) in the central vertical of the pipe (3). The detector unit (4) perceives gamma quanta and generates pulses, the amplitude of which is proportional to the energy of the detected radiation, and separates the channels of direct and scattered radiation using a threshold. Pulses with an amplitude less than the threshold are assigned to the scattered radiation channel, and more powerful pulses are assigned to the direct radiation channel.

Для эффективного контроля многофазных потоков требуется измерять скорости движения жидкой и газообразной фазы потока и содержание каждой фазы потока. Измерение скорости движения отдельных фаз многофазного потока является более сложной задачей. Для управления производственным процессом необходимо измерять три отдельных дебита скважин – нефти, воды и газа. Для достижения цели разработан алгоритм обработки последовательностей импульсов, регистрируемых детектором, реализуемый в микропроцессоре (5). To effectively control multiphase flows, it is necessary to measure the velocities of the liquid and gaseous phases of the flow and the content of each phase of the flow. Measuring the speed of movement of individual phases of a multiphase flow is a more difficult task. To control the production process, it is necessary to measure three separate well flow rates - oil, water and gas. To achieve the goal, an algorithm has been developed for processing sequences of pulses recorded by the detector, implemented in a microprocessor (5).

Измерение основано на контроле плотности протекающей газо-жидкостной смеси между источником и приемником излучения. Флуктуации плотности предоставляют информацию о скорости потока. Наличие пузырька в жидкости вызывает небольшие случайные всплески в сигнале плотности потока, амплитуда и масштаб которых зависит от размера и скорости движения пузырька. Поэтому мотивацией к применению волнового подхода к исследованию взаимной корреляции между колебаниями плотности, присутствующими в двух сигналах приемников, которая основана на непрерывном вейвлет-преобразовании. Способ измерения скорости жидкой фазы потока применяют при дисперсно-пузырьковом или кольцевом режиме течения на основе вычисления взаимной вейвлет - корреляции сигналов радиоизотопных плотномеров.The measurement is based on the control of the density of the flowing gas-liquid mixture between the radiation source and receiver. Density fluctuations provide information about the flow rate. The presence of a bubble in a liquid causes small random spikes in the flux density signal, the amplitude and scale of which depend on the size and speed of the bubble. Therefore, the motivation for applying the wave approach to the study of the cross-correlation between density fluctuations present in two receiver signals, which is based on a continuous wavelet transform. The method for measuring the velocity of the liquid phase of the flow is used in the dispersed-bubble or annular flow regime based on the calculation of the mutual wavelet-correlation of the signals of radioisotope densitometers.

Взаимная вейвлет-корреляция на основе дискретного вейвлет-преобразования. Движение мелких пузырей порождает корреляцию, быстро убывающую во времени. Движение крупных пузырей – более сильную и медленно спадающую во времени. Для выделения сигналов, характеризующих движение жидкости и мелких пузырей, целесообразно выполнять анализ сигналов в разных диапазонах, которые могут быть выделены с помощью вейвлет-фильтров. Cross Wavelet Correlation Based on Discrete Wavelet Transform . The movement of small bubbles generates a correlation that rapidly decreases with time. The movement of large bubbles is stronger and slowly decreasing in time. To isolate signals characterizing the movement of fluid and small bubbles, it is advisable to analyze signals in different ranges, which can be distinguished using wavelet filters.

Взаимная корреляция вейвлетов представляет собой локализованную по масштабу версию обычной взаимной корреляции между двумя сигналами. При взаимной корреляции определяют сходство между двумя последовательностями на одном уровне вейвлет-разложения, сдвигая одну последовательность относительно другой, умножая сдвинутые последовательности и суммируя результат. Wavelet cross-correlation is a scale-localized version of the usual cross-correlation between two signals. Cross-correlation determines the similarity between two sequences at the same level of the wavelet decomposition by shifting one sequence relative to the other, multiplying the shifted sequences, and summing the result.

Для детерминированных последовательностей дискретных сигналов x(n) и y(n) радиоизотопного плотномера получают произведение: For deterministic sequences of discrete signals x(n) and y(n) of a radioisotope densitometer, the product is obtained:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
– дискретные сигналы x(n) и y(n) на уровне j вейвлет-разложения сигнала, полученные от детекторов, расположенных на базовом расстоянии, n, m – дискретное время, m - переменная запаздывания, которая представляет сдвиг. Для действительных
Figure 00000003
и
Figure 00000004
комплексное сопряжение не требуется. Where
Figure 00000002
are discrete signals x(n) and y(n) at the level j of the wavelet decomposition of the signal obtained from detectors located at the base distance, n, m is discrete time, m is the delay variable that represents the shift. For valid
Figure 00000003
And
Figure 00000004
complex conjugation is not required.

Вычисление взаимной корреляции сигналов основано на дискретном вейвлет-преобразовании с использованием фильтров Фейера-Коровкина. Фильтр высоких частот и фильтр низких частот показаны на фиг. 2, где 6 - масштабирующая функция; 7 - вейвлет-функция; 8- высокочастотный фильтр; 9 – низкочастотный фильтр вейвлет-разложения.Calculation of cross-correlation of signals is based on discrete wavelet transform using Feyer-Korovkin filters. The high pass filter and the low pass filter are shown in Fig. 2, where 6 is the scaling function; 7 - wavelet function; 8- high-frequency filter; 9 – low-frequency wavelet decomposition filter.

Среди вейвлет-фильтров, используемых для многоразрешающего анализа фильтры Фейера-Коровкина имеют оптимальную частотную локализацию. Вейвлет более симметричен, но менее гладок, чем вейвлет Добеши. Частотная локализация фильтров Фейера-Коровкина гарантирует достаточно хорошее представление сигнала в отдельных частотных полосах. Четные не отрицательные ядра генерируют квадратурные зеркальные фильтры с оптимальной частотной локализацией. Семейство Фейера-Коровкина образует компактные, ортогональные допускающие непрерывное и дискретное вейвлет-преобразование вейвлеты, которые, могут иметь порядок 4,6,8,14,18,22, причем порядок не должен превышать целого числа

Figure 00000005
Ядро фильтра Фейера имеет вид:Among the wavelet filters used for multiresolution analysis, the Fejer-Korovkin filters have optimal frequency localization. The wavelet is more symmetrical but less smooth than the Daubechies wavelet. The frequency localization of Feyer-Korovkin filters guarantees a sufficiently good representation of the signal in individual frequency bands. Even non-negative kernels generate quadrature mirror filters with optimal frequency localization. The Fejér-Korovkin family forms compact, orthogonal wavelets allowing continuous and discrete wavelet transform, which can have order 4,6,8,14,18,22, and the order must not exceed an integer
Figure 00000005
The Fejér filter kernel has the form:

Figure 00000006
Figure 00000006

Сигналы x(n), y(n) представляют в дискретные моменты времени n=1…N. Каждый сигнал представлен как линейная комбинация масштабирующей функции ϕ (x) и вейвлета ψ (x) при различных масштабах j и смещениях k:Signals x(n), y(n) represent at discrete times n=1…N. Each signal is represented as a linear combination of a scaling function ϕ(x) and a wavelet ψ(x) at various scales j and offsets k :

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

где

Figure 00000009
- количество уровней вейвлет разложения. Первая сумма представляет собой грубое приближение сигнала, а вторая сумма для
Figure 00000010
представляет детали в последовательных масштабах j. Where
Figure 00000009
- the number of levels of the wavelet decomposition. The first sum is a rough approximation of the signal, and the second sum for
Figure 00000010
presents details in successive scales j.

Измерение скорости потока необходимо выполнять в реальном времени, поэтому анализ сигналов радиоизотопного плотномера выполняют в пределах фрейма, скользящего вдоль сигналов. Для сигналов

Figure 00000011
, полученных во фрейме длиной
Figure 00000012
определяют коэффициенты кросс-корреляции на каждом масштабе.The flow rate measurement must be performed in real time, so the analysis of radioisotope densitometer signals is performed within a frame sliding along the signals. For signals
Figure 00000011
received in frame length
Figure 00000012
determine the cross-correlation coefficients on each scale.

Всего вычислено N коэффициентов

Figure 00000013
и
Figure 00000014
коэффициентов деталей
Figure 00000015
. Коэффициенты деталей получают на каждом уровне разложения, а коэффициенты масштаба – только на последнем. Для фрейма данных
Figure 00000016
получено
Figure 00000017
и общее число уровней
Figure 00000018
Total calculated N coefficients
Figure 00000013
And
Figure 00000014
detail coefficients
Figure 00000015
. Detail coefficients are obtained at each decomposition level, while scale factors are obtained only at the last one. For data frame
Figure 00000016
received
Figure 00000017
and the total number of levels
Figure 00000018

Энергия сигнала распределяют по различным масштабным и вейвлет-коэффициентам так, что

Figure 00000019
, где X - входные данные,
Figure 00000020
- коэффициенты деталей в пространстве масштаба j, а
Figure 00000021
- коэффициенты масштабирования на конечном уровня. Обозначим вейвлет-коэффициенты сигналов x и y как
Figure 00000022
и
Figure 00000023
.The signal energy is distributed over various scale and wavelet factors so that
Figure 00000019
, where X is the input data,
Figure 00000020
- coefficients of details in scale space j, and
Figure 00000021
- scaling factors at the final level. We denote the wavelet coefficients of signals x and y as
Figure 00000022
And
Figure 00000023
.

Для локально стационарных измерительных сигналов корреляционная функция Пирсона определяют соотношением:For locally stationary measuring signals, the Pearson correlation function is determined by the relation:

Figure 00000024
Figure 00000024

С использованием не децимированного дискретного вейвлет-разложения на каждом уровне s вычисляют нормированные выборочные значения взаимной корреляции между вейвлет-коэффициентами двух сигналов: Using the non-decimated discrete wavelet decomposition at each level s , normalized sample values of the cross-correlation between the wavelet coefficients of two signals are calculated:

Figure 00000025
Figure 00000025

Величина задержки по времени m, при которой взаимная корреляция между дискретными сигналами максимальна, является характеристикой запаздывания, которую требуется оценить. На фиг. 2 показаны функции и фильтры Фейера-Коровкина, которые применяют для разложения и восстановления сигналов. Функции представляют масштабирующую функцию (6), вейвлет-функцию (7), и фильтры разложения - высокочастотный фильтр (8) и низкочастотный фильтр.The amount of time delay m, at which the cross-correlation between discrete signals is maximum, is the delay characteristic that needs to be estimated. In FIG. 2 shows the Feyer-Korovkin functions and filters that are used to decompose and restore signals. The functions represent a scaling function (6), a wavelet function (7), and decomposition filters - a high pass filter (8) and a low pass filter.

Скорость жидкости определяют по формуле:The fluid velocity is determined by the formula:

Figure 00000026
Figure 00000026

где D – расстояние между детекторами гамма-излучения, p – уровень вейвлет-разложения, на котором движение мелких пузырей является определяющим.where D is the distance between the gamma radiation detectors, p is the wavelet decomposition level at which the motion of small bubbles is decisive.

Скорость газа зависит от движения крупных пузырей, определяют в пространстве более низкого уровня по формуле:The gas velocity depends on the movement of large bubbles, and is determined in the space of a lower level by the formula:

Figure 00000027
Figure 00000027

где q – уровень вейвлет-разложения, на котором движение крупных пузырей является определяющим.where q is the level of the wavelet decomposition at which the motion of large bubbles is decisive.

Для определения уровней разложения s и q применяют нейронную сеть – трехслойный персептрон с числом нейронов (

Figure 00000028
), на вход которого подают значения
Figure 00000029
, где входной слой принимает номера пространств разложения
Figure 00000030
, внутренний слой имеет 3 нейрона, выходной слой формирует сигналы
Figure 00000031
и
Figure 00000032
, и скорости
Figure 00000033
.To determine the decomposition levels s and q, a neural network is used - a three-layer perceptron with the number of neurons (
Figure 00000028
), the input of which is supplied with the values
Figure 00000029
, where the input layer takes the numbers of the decomposition spaces
Figure 00000030
, the inner layer has 3 neurons, the output layer generates signals
Figure 00000031
And
Figure 00000032
, and speed
Figure 00000033
.

Плотность смеси нефти и газа определяют по формуле:The density of a mixture of oil and gas is determined by the formula:

Figure 00000034
Figure 00000034

где

Figure 00000035
– количество гамма-квантов, полученное за время регистрации при градуировке системы на пустой трубе,
Figure 00000036
- среднее количество гамма-квантов, полученное за время регистрации в процессе измерения,
Figure 00000037
- количество гамма-квантов, полученное за время регистрации на интервалах, классифицированных как интервалы отсутствия свободного газа.Where
Figure 00000035
is the number of gamma quanta obtained during the registration time when calibrating the system on an empty pipe,
Figure 00000036
- the average number of gamma quanta obtained during the registration during the measurement process,
Figure 00000037
- the number of gamma quanta received during the registration at the intervals classified as the intervals of the absence of free gas.

Классификация фреймов для регистрации

Figure 00000037
и
Figure 00000036
с использованием нейронной сети для определения интервалов отсутствия свободного газа в потоке.Classification of frames for registration
Figure 00000037
And
Figure 00000036
using a neural network to determine the intervals of the absence of free gas in the stream.

Плотность жидкости определяют на интервалах отсутствия свободного газа:The density of the liquid is determined at the intervals of the absence of free gas:

Figure 00000038
Figure 00000038

Объемная доля газа в смеси:Volume fraction of gas in the mixture:

Figure 00000039
Figure 00000039

где

Figure 00000040
- объемная доля жидкости в смеси.Where
Figure 00000040
- volume fraction of liquid in the mixture.

Объемный расход газа - Qг:Volumetric gas flow - Q g :

Figure 00000041
Figure 00000041

где S – площадь сечения трубопровода,where S is the cross-sectional area of the pipeline,

Объемный расход жидкости:Fluid volume flow:

Figure 00000042
Figure 00000042

Массовый расход газа Qг :Mass flow rate of gas Q g :

Figure 00000043
Figure 00000043

где S – площадь сечения трубопровода,where S is the cross-sectional area of the pipeline,

Массовый расход жидкости:Mass liquid flow:

Figure 00000044
Figure 00000044

Структурная схема интеллектуальной системы измерения расхода двухфазного потока нефтяных скважин показана на фиг.3. Схема включает блок источников излучения (10), блок детекторов излучения (11), блок вейвлет-преобразования (12), блок нейронной сети (13) и блок расхода нефти и газа (14).A block diagram of an intelligent system for measuring the flow rate of a two-phase flow of oil wells is shown in Fig.3. The scheme includes a block of radiation sources (10), a block of radiation detectors (11), a wavelet transform block (12), a neural network block (13), and an oil and gas flow block (14).

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Моделирование измерения скоростей компонентов потока. Для обоснования метода измерения скорости движения нефти с использованием вейвлет-разложения сигналов гамма-плотномера был выполнен компьютерный эксперимент, использующий упрощенную модель движения в трубе газонефтяной смеси с дисперсно-пузырьковой структурой потока. Нефть в трубе поглощает гамма-кванты, исходящие из источника излучения, наличие пузырей уменьшает поглощение. В процессе моделирования газо-жидкостной смеси на заданном участке трубы случайным образом выбирают число пузырей и случайное их расположение в потоке. Пузыри имеют разные диаметры, которые отличаются в 16 раз. Пузыри большого размера расположены ближе к центру трубы и движутся со скоростью, превышающей скорость нефти. Более мелкие пузыри расположены ближе к стенкам трубы и движутся со скоростью, равной скорости жидкости. Поэтому именно мелкие пузыри являются метками, позволяющими измерять скорость движения жидкости. Simulation of measuring the velocities of the flow components. To substantiate the method for measuring the speed of oil movement using wavelet decomposition of the gamma density meter signals, a computer experiment was performed using a simplified model of the movement of a gas-oil mixture in a pipe with a dispersed-bubble flow structure. The oil in the pipe absorbs the gamma quanta coming from the radiation source, the presence of bubbles reduces the absorption. In the process of modeling a gas-liquid mixture in a given section of the pipe, the number of bubbles and their random location in the flow are randomly selected. Bubbles have different diameters, which differ by 16 times. Larger bubbles are located closer to the center of the pipe and move faster than the oil. Smaller bubbles are located closer to the pipe walls and move at a speed equal to the fluid velocity. Therefore, it is small bubbles that are marks that allow you to measure the speed of fluid movement.

Интенсивность радиоизотопного излучения связана зависимостью с коэффициентом линейного ослабления излучения, плотностью и толщиной поглощающего слоя согласно закону Бугера:The intensity of radioisotope radiation is related to the coefficient of linear attenuation of radiation, the density and thickness of the absorbing layer according to Bouguer's law:

Figure 00000045
Figure 00000045

где

Figure 00000035
- скорость счета гамма-квантов прямого излучения при градуировке на пустой трубе,
Figure 00000046
– плотность поглотителя,
Figure 00000047
- линейный коэффициент поглощения, d - толщина слоя поглотителя. Результаты моделирования содержат шум, распределенной по закону Пуассона. Дисперсия шума равна по величине сигналу I(d). Отношение сигнал/шум в среднем составляет приблизительно
Figure 00000048
где
Figure 00000049
- среднеквадратическое отклонение сигнала и шума соответственно. Моделировалось движение мелких пузырей таким образом, что задержка между детекторами равна 0.025 c и движение крупных пузырей с задержкой – 0.075 c. Пунктирной линией показаны доверительный границы для взаимной корреляции. Размер фрейма для 1200 отсчетов.Where
Figure 00000035
- count rate of gamma rays of direct radiation when calibrating on an empty tube,
Figure 00000046
is the density of the absorber,
Figure 00000047
- linear absorption coefficient, d - thickness of the absorber layer. The simulation results contain noise distributed according to the Poisson law. The noise dispersion is equal in magnitude to the signal I(d). The signal-to-noise ratio averages approximately
Figure 00000048
Where
Figure 00000049
are the standard deviation of the signal and noise, respectively. The movement of small bubbles was simulated in such a way that the delay between the detectors is 0.025 s and the movement of large bubbles with a delay of 0.075 s. The dotted line shows the confidence limits for cross-correlation. Frame size for 1200 samples.

Взаимная корреляционная функция двух сигналов от радиоизотопных детекторов показана на Фиг.4. Расчет показывает, что сколько-нибудь выраженный максимум взаимной корреляции двух сигналов отсутствует. Взаимная корреляционная функция в пространствах 1, 2 и 4 вейвлет-разложения показаны на Фиг.5. Выраженный максимум присутствует в пространствах 2 и 4. Максимумы соответствуют моделируемой задержке

Figure 00000050
=0.025 с для мелких пузырей и
Figure 00000051
=0.075 с. для крупных пузырей. The cross-correlation function of two signals from radioisotope detectors is shown in Fig.4. The calculation shows that there is no any pronounced maximum of the mutual correlation of the two signals. Cross-correlation function in spaces 1, 2 and 4 of the wavelet decomposition are shown in Fig.5. A pronounced maximum is present in spaces 2 and 4. The maxima correspond to the simulated delay
Figure 00000050
=0.025 s for small bubbles and
Figure 00000051
=0.075 s. for large bubbles.

Многократное моделирование при реализации разного уровня шумов Пуассона и размера пузырей позволило получить оценку погрешности измерения задержки

Figure 00000050
и
Figure 00000051
, показанную в таблице 1.Multiple simulations with different levels of Poisson noise and bubble sizes allowed us to estimate the delay measurement error
Figure 00000050
And
Figure 00000051
shown in Table 1.

Таблица 1 – Результаты моделирования задержек

Figure 00000050
и
Figure 00000051
Table 1 - Delay modeling results
Figure 00000050
And
Figure 00000051

SNRSNR

Figure 00000052
Figure 00000052
Figure 00000053
Figure 00000053
0.530.53 0.0210.021 0.0800.080 0.470.47 0.0200.020 0.0800.080 1.131.13 0.0250.025 0.0800.080 1.111.11 0.0250.025 0.0790.079 0.490.49 0.0200.020 0.0850.085 -0.23-0.23 0.0280.028 0.0800.080 0.670.67 0.0200.020 0.0800.080

Среднеквадратическое отклонение (с.к.о) для интервала времени

Figure 00000050
составило
Figure 00000054
; относительное с.к.о
Figure 00000055
. Среднеквадратическое отклонение для интервала времени
Figure 00000056
относительное с.к.о
Figure 00000057
. Standard deviation (RMS) for the time interval
Figure 00000050
amounted to
Figure 00000054
; relative r.m.s.
Figure 00000055
. Standard deviation for time interval
Figure 00000056
relative r.m.s.
Figure 00000057
.

В реальных условиях исследуемые потоки не является стационарными. Следуя предположению о том, что параметры системы изменяются достаточно медленно, взаимную корреляцию вычисляют в пределах фрейма, размер которого выбирают таким образом, исходя из числа уровней вейвлет-разложения сигналов.Under real conditions, the flows under study are not stationary. Following the assumption that the system parameters change slowly enough, the cross-correlation is calculated within the frame, the size of which is chosen in this way, based on the number of levels of the wavelet decomposition of the signals.

Блок нейронной сети 13 показан на Фиг.3. Нейронная сеть представляет собой многослойный персептрон (МСП). С выхода блоков вейвлет-преобразования сигналы поступают на блок экстремальных корреляторов. Задержки, соответствующие максимумам взаимной корреляции, поступают на блок нейронной сети. Block neural network 13 is shown in Fig.3. The neural network is a multilayer perceptron (MLP). From the output of the wavelet transform blocks, the signals are fed to the block of extremal correlators. The delays corresponding to the maxima of the cross-correlation are fed to the block of the neural network.

Число узлов входного слоя определяется количеством уровней вейвлет-разложения:

Figure 00000058
Первый скрытый слой МСП имеет восемь полно-связных нейронов с активационной функциейThe number of nodes in the input layer is determined by the number of levels of the wavelet decomposition:
Figure 00000058
The first hidden layer of the MSP has eight fully connected neurons with an activation function

Figure 00000059
Figure 00000059

где ν – выходной сигнал сумматора нейрона, характеризующий его локальное поле, e ≈ 2,71828 – математическая константа. Выходной слой содержит два нейрона, которые формируют сигналы скорости движения жидкости

Figure 00000060
и газа
Figure 00000061
.where ν is the output signal of the neuron adder, characterizing its local field, e ≈ 2.71828 is a mathematical constant. The output layer contains two neurons that form fluid velocity signals.
Figure 00000060
and gas
Figure 00000061
.

Обучение МСП выполняют методом Левенберга-Маркварда обратного распространения ошибок по времени в режиме реального времени. Для обучения нейронной сети применяют два типа данных. Данные первого типа получают путем моделирования прохождения гамма-квантов через вещество.MSP training is performed by the Levenberg-Marquard method of error backpropagation over time in real time. Two types of data are used to train a neural network. Data of the first type are obtained by modeling the passage of gamma quanta through matter.

Способ измерения расхода двухфазного потока нефтяных скважин регламентирует следующие действия:The method for measuring the flow rate of a two-phase flow of oil wells regulates the following actions:

1. Детекторы регистрируют число гамма-квантов, полученных за время регистрации 2 мс двумя детекторами.1. The detectors register the number of gamma quanta received during the registration time of 2 ms by two detectors.

2. Формируют фреймы данных размером 1024 отсчетов.2. Form data frames with a size of 1024 samples.

3. Выполняют вейвлет-преобразование фреймов сигналов по формулам (3), (4) с использованием фильтров (2).3. Wavelet transform of signal frames is performed according to formulas (3), (4) using filters (2).

4. Вычисляют взаимную корреляционную функцию (7) в пространствах вейвлет-разложения.4. Calculate the cross-correlation function (7) in the spaces of the wavelet decomposition.

5. Определяют экстремальное значение корреляции в каждом масштабном пространстве вейвлет-разложения и скорости движения газа и жидкости.5. Determine the extreme value of the correlation in each scale space of the wavelet decomposition and the velocity of the gas and liquid.

6. Классифицируют фреймы данных с использованием нейронной сети и определяют плотность нефти и среднюю плотность нефти по формулам (8) и (9).6. Classify data frames using a neural network and determine the density of oil and the average density of oil according to formulas (8) and (9).

7. Вычисляют объемную долю газа и нефти в смеси по формуле (11).7. Calculate the volume fraction of gas and oil in the mixture according to formula (11).

8. Вычисляют объемный и массовый расход газа и жидкости по формулам (12) - (15).8. Calculate the volumetric and mass flow rate of gas and liquid according to formulas (12) - (15).

Краткое описание фигур. Brief description of the figures.

На прилагаемых к описанию фигурах дано:On the figures attached to the description it is given:

Фигура 1 показывает структурную схему устройства. Устройство имеет источник прямого излучения (1), который контролирует плотность потока (2) в центральной вертикали трубы (3). Детекторный блок (4) воспринимает гамма-кванты и генерирует импульсы, амплитуда которых пропорциональна энергии регистрируемого излучения, и разделяет каналы прямого и рассеянного излучения с помощью порога. К каналу рассеянного излучения приписываются импульсы с амплитудой, меньшей пороговой, и к каналу прямого излучения - более мощные импульсы. Обработка последовательностей импульсов, регистрируемых детектором, реализована программно в микропроцессоре (5) Figure 1 shows a block diagram of the device. The device has a direct radiation source (1), which controls the flux density (2) in the central vertical of the pipe (3). The detector unit (4) perceives gamma quanta and generates pulses, the amplitude of which is proportional to the energy of the detected radiation, and separates the channels of direct and scattered radiation using a threshold. Pulses with an amplitude less than the threshold are assigned to the scattered radiation channel, and more powerful pulses are assigned to the direct radiation channel. The processing of pulse sequences recorded by the detector is implemented in software in the microprocessor (5)

Фигура 2 показывает функции и фильтры Фейера-Коровкина, которые применяют для разложения и восстановления сигналов. Функции представляют масштабирующую функцию (6), вейвлет-функцию (7), и фильтры разложения - высокочастотный фильтр (8) и низкочастотный фильтр (9). Figure 2 shows the Feyer-Korovkin functions and filters that are used to decompose and reconstruct signals. The functions represent a scaling function (6), a wavelet function (7), and decomposition filters - a high-pass filter (8) and a low-pass filter (9).

Фигура 3 представляет структурную схему интеллектуальной системы измерения расхода двухфазного потока нефтяных скважин. Схема включает блок источников излучения (10), блок детекторов излучения (11), блок вейвлет-преобразования (12), блок нейронной сети (13) и блок расхода нефти и газа (14). Figure 3 is a block diagram of an intelligent two-phase flow measurement system for oil wells. The scheme includes a block of radiation sources (10), a block of radiation detectors (11), a wavelet transform block (12), a neural network block (13), and an oil and gas flow block (14).

Фигура 4 показывает взаимную корреляционную функцию двух сигналов радиоизотопных детекторов. Figure 4 shows the cross-correlation function of two radioisotope detector signals.

Фигура 5 представляет взаимную корреляционную функцию в масштабе 1 (15), в масштабе 2 (16) и в масштабе 4 (17) вейвлет разложения двух сигналов радиоизотопных детекторов. Figure 5 represents the cross-correlation function in scale 1 (15), scale 2 (16) and scale 4 (17) wavelet decomposition of two signals of radioisotope detectors.

Фигура 6 показывает взаимную вейвлет-корреляцию между сигналами двух детекторов излучения при скорости потока нефти 0,56 м/сек. Figure 6 shows the mutual wavelet correlation between the signals of two radiation detectors at an oil flow rate of 0.56 m/s.

Фигура 7. Взаимная вейвлет-корреляция между сигналами двух детекторов излучения при скорости потока нефти 0,28 м/сек. Figure 7. Mutual wavelet correlation between the signals of two radiation detectors at an oil flow rate of 0.28 m/s.

Пример: Источник излучения испускает коллимированный поток излучения. Источник излучения – радионуклид Цезий-137 (Cs'137). Стандартные блоки генерации γ-излучения (БГИ-60А), позволяют получать коллимированные пучки γ-излучения, имеющие небольшие углы рассеяния. Example: A radiation source emits a collimated beam of radiation. Radiation source - radionuclide Cesium-137 (Cs'137). Standard units for generating γ-radiation (BGI-60A) make it possible to obtain collimated beams of γ-radiation with small scattering angles.

Во время прохождения γ-излучения с энергией 400-800 кЭВ сквозь трубу, заполненную нефтью, при этом происходит взаимодействие γ-излучения с атомами вещества. Во время этого взаимодействия γ-квант происходит либо комптоновское рассеяние (потеря части энергии), либо фотоэлектрическое поглощение (потеря всей энергии). Соответственно происходил ослабление интенсивности потока γ-излучения по причине фотоэлектрического поглощения и выхода γ-квантов из контролируемой области по причине комптоновского рассеяния. Для регистрации γ-излучения были использованы кристалл NaI(Tl), фотоумножитель, электронный блок и фильтр, настроенный на прием γ-квантов с энергией 660 кэВ.During the passage of γ-radiation with an energy of 400-800 kEV through a pipe filled with oil, the interaction of γ-radiation with the atoms of matter occurs. During this γ-quantum interaction, either Compton scattering (loss of part of the energy) or photoelectric absorption (loss of all energy) occurs. Accordingly, there was a weakening of the intensity of the γ-radiation flux due to photoelectric absorption and the release of γ-quanta from the controlled region due to Compton scattering. To register γ-radiation, we used a NaI(Tl) crystal, a photomultiplier, an electronic unit, and a filter tuned to receive γ-quanta with an energy of 660 keV.

В настоящем примере было получено более 500 000 измерений на пустой трубе, на полностью заполненной нефтью трубе и на потоке нефти. Время регистрации составляло 4мс. В таблицах 2-4 приведены первые 10 результатов регистрации гамма-квантов, зарегистрированных приемником излучения. In the present example, more than 500,000 measurements were obtained on an empty pipe, on a pipe completely filled with oil, and on a stream of oil. The registration time was 4ms. Tables 2-4 show the first 10 results of registration of gamma quanta registered by the radiation detector.

Таблица 2 – Результаты регистрации γ-квантов на пустой трубеTable 2 - Results of registration of γ-quanta on an empty pipe

No. 11 22 33 44 55 66 77 88 99 1010 NempNemp 297297 273273  280280  279279  298298 281 281 300300  301 301 275 275 277277 No. 11eleven 1212 1313 1414 1515 1616 1717 1818 1919 2020 NempNemp 287287  325 325 316316 286 286 270270 268 268 302302  321321  283283  271271

Таблица 3 – Результаты регистрации γ-квантов на заполненной трубеTable 3 - Results of registration of γ-quanta on a filled pipe

No. 11 22 33 44 55 66 77 88 99 1010 NfullNfull 305305 294294 293293 287287 276276 321321 286286 287287 286286 280280 No. 11eleven 1212 1313 1414 1515 1616 1717 1818 1919 2020 NfullNfull 257257 284284 298298 286286 272272 280280 321321 294294 324324 280280

Таблица 4 – Результаты регистрации γ-квантов на потоке нефти в трубе Table 4 - Results of registration of γ-quanta on the oil flow in the pipe

No. 11 22 33 44 55 66 77 88 99 1010 NflowNflow 171171 181181 190190 173173 187187 176176 160160 193193 172172 204204 No. 11eleven 1212 1313 1414 1515 1616 1717 1818 1919 2020 NflowNflow 183183 172172 171171 200200 189189 179179 194194 175175 172172 168168

Плотность нефти:

Figure 00000062
, коэффициент линейного поглощения нефти
Figure 00000063
, диаметр трубы 0.26 м, период регистрации
Figure 00000064
. Базовое расстояние между приемниками излучения составило 0.5 м. Для вычисления корреляции результаты измерения были разделены на фреймы длительностью 4.1 с, содержащие 1024 отчета. Oil Density:
Figure 00000062
,oil absorption coefficient
Figure 00000063
,pipe diameter 0.26 m, registration period
Figure 00000064
. The basic distance between the radiation receivers was 0.5 m. To calculate the correlation, the measurement results were divided into 4.1 s frames containing 1024 reports.

Первый опыт был проведен при движения потока нефти со скоростью 0.56 м/с. На фигуре 6 и 7 показаны значения корреляции между вейвлет-коэффициентами сигналов двух приемников излучения. На масштабах вейвлет-разложения, отвечающих за мелкие детали сигнала (соответствующих движению мелких пузырей), величина задержки была определена по максимуму корреляции. На фигуре 6 при максимальном значении корреляции 0.98 задержка составила 0.282 с (действительное значение задержки 0.28 с). На фигуре 7 при максимальном значении корреляции 0.98 задержка составила 0.142 с (действительное значение задержки 0.14 с). The first experiment was carried out with the oil flow moving at a speed of 0.56 m/s. Figures 6 and 7 show the correlation values between the wavelet coefficients of the signals of two radiation receivers. On the scales of the wavelet decomposition, which are responsible for the fine details of the signal (corresponding to the movement of small bubbles), the delay value was determined from the correlation maximum. In figure 6, at the maximum correlation value of 0.98, the delay was 0.282 s (the actual delay value is 0.28 s). In figure 7, at the maximum correlation value of 0.98, the delay was 0.142 s (the actual delay value is 0.14 s).

Объемный расход составляет следующую величину:The volume flow is as follows:

Figure 00000065
Figure 00000065

Массовый расход нефти: Mass flow of oil :

Figure 00000066
.
Figure 00000066
.

Claims (5)

1. Интеллектуальная система измерения массового расхода двухфазного потока нефтяных скважин, характеризующаяся тем, что состоит из блока источника гамма-излучения, выполненного с возможностью производить два коллимированных луча 660 кэВ, направленных на блок детекторов гамма-излучения, содержащих кристалл NaJ(Т1) и фотоумножитель, при этом блок детекторов гамма-излучений выполнен с возможностью формировать фреймы данных и их передачи на блок вычислений и вейвлет-преобразований, выход блока вычислений и вейвлет-преобразований соединен с входом блока нейронных сетей, с возможностью передачи сигналов, полученных в вейвлет-пространствах, блок нейронных сетей выполнен с возможностью извлечения данных для вычисления расхода жидкости и их передачи на вход блока вычисления массового расхода.1. An intelligent system for measuring the mass flow rate of a two-phase flow of oil wells, characterized in that it consists of a gamma ray source unit configured to produce two 660 keV collimated beams directed to a gamma ray detector unit containing a NaJ(T1) crystal and a photomultiplier , wherein the block of gamma radiation detectors is configured to generate data frames and transmit them to the block of calculations and wavelet transforms, the output of the block of calculations and wavelet transforms is connected to the input of the block of neural networks, with the possibility of transmitting signals received in wavelet spaces, the neural network block is configured to extract data for calculating the fluid flow rate and transmit them to the input of the mass flow calculation block. 2. Интеллектуальная система по п.1, отличающаяся тем, что блок вычислений и вейвлет-преобразований фреймов сигналов от двух детекторов гамма-излучения и блок нейронных сетей выполнены с возможностью определения пространства вейвлет-разложения и классификации фреймов для регистрации среднего количества гамма-квантов, полученное за время регистрации в процессе измерения и количества гамма-квантов, полученное за время регистрации на интервалах, классифицированных как интервалы отсутствия свободного газа.2. An intelligent system according to claim 1, characterized in that the block for calculating and wavelet-transforming frames of signals from two gamma radiation detectors and the block of neural networks are configured to determine the space of wavelet decomposition and classify frames for registering the average number of gamma quanta, obtained during the registration time in the measurement process and the number of gamma quanta obtained during the registration time at intervals classified as intervals of the absence of free gas. 3. Способ интеллектуального измерения расхода, реализуемый системой по п.1, характеризующийся тем, что включает этапы, на которых: излучают посредством блока гамма-излучения два коллимированных луча в 660 кэВ; регистрируют число импульсов гамма-квантов с помощью блока детекторов в течение заданного времени регистрации; формируют фреймы данных, выполняют вейвлет-преобразование фреймов данных с образованием пространств вейвлет-разложения и вычисляют взаимную корреляционную функцию в пространствах вейвлет-разложения с использованием фильтров Фейера-Коровкина посредством блока вычислений и вейвлет-преобразований; определяют экстремальное значение корреляции в каждом масштабном пространстве вейвлет-разложения, время движения нефти и скорости движения газа и жидкости; классифицируют фреймы данных с использованием нейронной сети и определяют плотность смеси нефти и газа и плотность нефти с учетом движения мелких пузырей газа в потоке; определяют объемную долю газа в смеси; и вычисляют объемный и массовый расход жидкости в блоке вычисления расхода.3. The method of intelligent flow measurement, implemented by the system according to claim 1, characterized in that it includes the steps, which: emit through the gamma radiation unit two collimated beams of 660 keV; register the number of pulses of gamma quanta using a block of detectors for a given registration time; forming data frames, performing a wavelet transform of the data frames to form wavelet decomposition spaces, and calculating a cross-correlation function in the wavelet decomposition spaces using Feyer-Korovkin filters by means of a calculation block and wavelet transforms; determine the extreme value of the correlation in each scale space of the wavelet decomposition, the time of movement of oil and the speed of movement of gas and liquid; classifying the data frames using the neural network and determining the density of the mixture of oil and gas and the density of the oil, taking into account the movement of small gas bubbles in the stream; determine the volume fraction of gas in the mixture; and calculating the volumetric and mass flow rate of the liquid in the flow calculation unit. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что мелкие пузыри газа используют в качестве меток движения жидкой фазы продукции скважин, а определение времени движения нефти осуществляют по максимуму взаимной корреляции в пространстве вейвлет-разложения, соответствующем движению мелких пузырей газа.4. The method according to claim 3, characterized in that small gas bubbles are used as marks of the movement of the liquid phase of well production, and the determination of the time of oil movement is carried out by the maximum of cross-correlation in the wavelet decomposition space corresponding to the movement of small gas bubbles. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что блок нейронной сети используют для определения номера пространства вейвлет-разложения, который используют при определении времени движения жидкой фазы потока и классификации фреймов и поиска фреймов для измерения средней плотности жидкости.5. The method according to claim 3, characterized in that the neural network block is used to determine the number of the wavelet decomposition space, which is used in determining the time of movement of the liquid phase of the flow and classifying frames and searching for frames to measure the average density of the liquid.
RU2021137385A 2021-12-16 Intelligent system and method for measuring the flow rate of a two-phase flow of oil wells RU2793366C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2793366C1 true RU2793366C1 (en) 2023-03-31

Family

ID=

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116202596A (en) * 2023-04-27 2023-06-02 海默新宸水下技术(上海)有限公司 Gamma empty pipe count real-time correction method
RU223700U1 (en) * 2023-01-18 2024-02-29 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственная Компания Лаплас" Multiphase flow meter

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996010172A1 (en) * 1994-09-28 1996-04-04 Ic Consultants Limited Apparatus for analysing fluid flow
NO304333B1 (en) * 1988-09-01 1998-11-30 Fluenta As Method and instrument for measuring three-component medium
RU2138023C1 (en) * 1998-03-02 1999-09-20 Мельников Владимир Иванович Process determining flow rate of components of multiphase medium
WO2000045133A1 (en) * 1999-01-11 2000-08-03 Flowsys As Measuring multiphase flow in a pipe
RU46091U1 (en) * 2005-01-31 2005-06-10 Лукьянов Эдуард Евгеньевич DEVICE FOR MEASURING THE COMPONENT FLOW OF A THREE-COMPONENT GAS-LIQUID FLOW
RU2301887C2 (en) * 2005-01-31 2007-06-27 Эдуард Евгеньевич Лукьянов Measurement method and device for component flow-rate of three-component gas-and-liquid flow
WO2012000645A1 (en) * 2010-06-30 2012-01-05 Services Petroliers Schlumberger A multiphase flowmeter and liquid film measurement method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO304333B1 (en) * 1988-09-01 1998-11-30 Fluenta As Method and instrument for measuring three-component medium
WO1996010172A1 (en) * 1994-09-28 1996-04-04 Ic Consultants Limited Apparatus for analysing fluid flow
RU2138023C1 (en) * 1998-03-02 1999-09-20 Мельников Владимир Иванович Process determining flow rate of components of multiphase medium
WO2000045133A1 (en) * 1999-01-11 2000-08-03 Flowsys As Measuring multiphase flow in a pipe
RU46091U1 (en) * 2005-01-31 2005-06-10 Лукьянов Эдуард Евгеньевич DEVICE FOR MEASURING THE COMPONENT FLOW OF A THREE-COMPONENT GAS-LIQUID FLOW
RU2301887C2 (en) * 2005-01-31 2007-06-27 Эдуард Евгеньевич Лукьянов Measurement method and device for component flow-rate of three-component gas-and-liquid flow
WO2012000645A1 (en) * 2010-06-30 2012-01-05 Services Petroliers Schlumberger A multiphase flowmeter and liquid film measurement method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU223700U1 (en) * 2023-01-18 2024-02-29 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственная Компания Лаплас" Multiphase flow meter
CN116202596A (en) * 2023-04-27 2023-06-02 海默新宸水下技术(上海)有限公司 Gamma empty pipe count real-time correction method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3110048B2 (en) Method and apparatus for analyzing two-phase flow
EP3350548B1 (en) System and method for real-time flow measurement in pipelines using thz imaging
AU674141B2 (en) Method and apparatus for the measurement of the mass flowrates of fluid components in a multiphase slug flow
US5597961A (en) Two and three phase flow metering with a water cut monitor and an orifice plate
US7316166B2 (en) Method and system for analyzing multi-phase mixtures
Zych et al. Radioisotope investigations of compound two-phase flows in an open channel
RU2535638C2 (en) System, method and installation for measurement of multi-phase flow
US8855263B2 (en) Method and apparatus for determining volume fractions in a multiphase flow
US20220349738A1 (en) Imaging system for analyzing a multiphase flow
NO20210978A1 (en) Dual-beam multiphase fluid analysis systems and methods
CN105806424B (en) A kind of multiphase flow does not separate on-line measurement device and its measurement method
Meribout et al. A multisensor intelligent device for real-time multiphase flow metering in oil fields
Blaney et al. Investigation of the exploitation of a fast-sampling single gamma densitometer and pattern recognition to resolve the superficial phase velocities and liquid phase water cut of vertically upward multiphase flows
WO2020005217A1 (en) Apparatus for measuring multiphase fluid flows and related methods
Zhu et al. Flow regime detection using gamma-ray-based multiphase flowmeter: A machine learning approach
RU2793366C1 (en) Intelligent system and method for measuring the flow rate of a two-phase flow of oil wells
US20150226589A1 (en) X-Ray Based Multiphase Flow Meter with Energy Resolving Matrix Detector
US10962393B2 (en) Multiphase flow rate measurement with elliptical ultrasonic transceiver array
CN103076057B (en) A kind of multiphase flow flowmeter
US11525719B2 (en) Estimating flow velocity by harmonic excitation of injected microbubbles
Zedel et al. Pulse coherent doppler profiler measurement of bedload transport
RU2406996C1 (en) Method of determining water-bearing nature of emulsion
EP2739961A1 (en) Method of estimating chordal holdup values of gas, oil and water for tomographic imaging of a three-phase flow through a volume
Stavland et al. Multimodal analysis of gas-oil intermittent structures in co-current horizontal flow
WO2014035275A1 (en) X-ray based multiphase flow meter with energy resolving matrix detector