RU2818330C1 - MULTIPHASE FLOWMETER - Google Patents
MULTIPHASE FLOWMETER Download PDFInfo
- Publication number
- RU2818330C1 RU2818330C1 RU2017135749A RU2017135749A RU2818330C1 RU 2818330 C1 RU2818330 C1 RU 2818330C1 RU 2017135749 A RU2017135749 A RU 2017135749A RU 2017135749 A RU2017135749 A RU 2017135749A RU 2818330 C1 RU2818330 C1 RU 2818330C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ray
- radiation
- detector
- multiphase
- matrix
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 43
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 28
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 22
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 13
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 7
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000002083 X-ray spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000000326 densiometry Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерения параметров потока многофазной жидкости, а именно к устройству для измерения расхода и/или состава многофазной жидкости без предварительной сепарации многофазной жидкости, и может быть использовано в информационно-измерительных системах нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленностей.The invention relates to the field of measuring the flow parameters of a multiphase liquid, namely to a device for measuring the flow rate and/or composition of a multiphase liquid without preliminary separation of the multiphase liquid, and can be used in information and measurement systems of the oil production and oil refining industries.
Для определения фазового состава смеси чаще всего используется метод рентгеновской или гамма денситометрии. Принцип работы основывается на разнице в коэффициентах поглощения фотонов рентгеновского спектра излучения различной энергии веществами, входящими в состав исследуемой смеси. Этот эффект описывается законом Бугера-Ламберта-Бера. Для нефтегазовой промышленности наибольший интерес представляет определение состава флюида, состоящего из воды, нефти (жидких углеводородов) и природного газа. В этом случае удобно использовать для денситометрии излучение с двумя диапазонами энергий: низкоэнергетичное излучение (20-40 кэВ) и высокоэнергетичное (50-80 кэВ). На низких энергиях разница в коэффициентах поглощения излучения между водой и жидкими углеводородами максимальна, что позволяет различить эти две фракции. На высоких энергиях разница между коэффициентами поглощения излучения воды и жидких углеводородов становится несущественной, а между жидкими компонентами и природным газом, наоборот, возрастает. Стоит отметить, что рассматривается диапазон энергий выше 20 кэВ, потому как ниже этой энергии все излучение сильно поглощается в окружающем воздухе и не несет в себе полезной информации.To determine the phase composition of a mixture, the method of x-ray or gamma densitometry is most often used. The operating principle is based on the difference in the absorption coefficients of photons from the X-ray spectrum of radiation of different energies by the substances included in the mixture under study. This effect is described by the Bouguer-Lambert-Beer law. For the oil and gas industry, the greatest interest is in determining the composition of the fluid, consisting of water, oil (liquid hydrocarbons) and natural gas. In this case, it is convenient to use radiation with two energy ranges for densitometry: low-energy radiation (20-40 keV) and high-energy radiation (50-80 keV). At low energies, the difference in radiation absorption coefficients between water and liquid hydrocarbons is maximum, which makes it possible to distinguish between these two fractions. At high energies, the difference between the radiation absorption coefficients of water and liquid hydrocarbons becomes insignificant, and, on the contrary, between liquid components and natural gas, it increases. It is worth noting that the energy range above 20 keV is considered, because below this energy all radiation is strongly absorbed in the surrounding air and does not carry useful information.
Известен многофазный рентгеновский расходомер для измерения расхода и состава многофазной жидкости, содержащий средство излучения, адаптированное для генерации луча фотонов, чтобы облучать многофазную жидкость пространственно вдоль участка потока многофазной жидкости, средство детектирования, пространственно сконфигурированное для приема фотонов, исходящих от упомянутого участка потока многофазной жидкости, в различных интервалах времени, чтобы формировать изображение пространственного распределения принятых фотонов для каждого упомянутого интервала времени, и средство анализа, адаптированное для определения скорости жидкости одной или более фаз многофазной жидкости на основе временной последовательности изображений пространственных распределений принятых фотонов, при этом упомянутое средство детектирования включает в себя двумерную матрицу детекторных элементов, и упомянутое средство излучения, адаптированное, чтобы генерировать фотоны на первом энергетическом уровне и втором энергетическом уровне, причем для первого энергетического уровня коэффициенты поглощения фотонов для двух различных фаз, содержащихся в многофазной жидкости, по существу равны, для второго энергетического уровня коэффициенты поглощения фотонов для упомянутых двух фаз многофазной жидкости отличаются [патент RU №2533758, кл. G01F 1/704, опубл. 20.11.2014].A multiphase X-ray flow meter is known for measuring the flow and composition of a multiphase liquid, comprising radiation means adapted to generate a beam of photons to irradiate the multiphase liquid spatially along a section of the flow of the multiphase liquid, detection means spatially configured to receive photons emanating from said section of the flow of the multiphase liquid, at various time intervals to generate an image of the spatial distribution of the received photons for each said time interval, and analysis means adapted to determine the fluid velocity of one or more phases of the multiphase fluid based on a time sequence of images of the spatial distributions of the received photons, wherein said detection means includes: itself a two-dimensional array of detector elements, and said radiation means adapted to generate photons at a first energy level and a second energy level, wherein for the first energy level the photon absorption coefficients for two different phases contained in the multiphase liquid are substantially equal, for the second energy level level, photon absorption coefficients for the mentioned two phases of a multiphase liquid are different [patent RU No. 2533758, cl.
Особенностью данного устройства является возможность фильтрации потока фотонов от рентгеновских источников. Предполагается либо наличие двух импульсных рентгеновских источников с разными потенциалами на рентгеновских трубках, работающих попеременно, либо одной рентгеновской трубки, работающей в импульсном режиме и обеспечивающей вариацию потенциала рентгеновской трубки от импульса к импульсу. Частота следования импульсов находится в непосредственной прямо пропорциональной зависимости от скорости течения исследуемого потока многофазной жидкости. При скоростях потока (вода, нефть, газ) смеси от 1 до 10 м/с, типичных для предполагаемых применений данного многофазного расходомера, и размерах единичного элемента матричного детектора порядка 1 мм скорость следования рентгеновских импульсов должна быть порядка 100 Гц и выше. Импульсный рентгеновский источник, обеспечивающий частоту следования импульсов 100 Гц и выше, является технически сложным и, следовательно, дорогим устройством, и, как правило, ресурс эксплуатации таких устройств достаточно мал.A special feature of this device is the ability to filter the photon flux from X-ray sources. It is assumed that there are either two pulsed X-ray sources with different potentials on the X-ray tubes, operating alternately, or one X-ray tube operating in a pulsed mode and providing a variation in the X-ray tube potential from pulse to pulse. The pulse repetition rate is directly proportional to the flow rate of the multiphase fluid flow under study. At flow rates (water, oil, gas) of the mixture from 1 to 10 m/s, typical for the intended applications of this multiphase flowmeter, and the size of a single element of the matrix detector is about 1 mm, the X-ray pulse repetition rate should be about 100 Hz and higher. A pulsed X-ray source providing a pulse repetition rate of 100 Hz and higher is a technically complex and, therefore, expensive device, and, as a rule, the service life of such devices is quite short.
Наиболее близким к заявляемому объекту является устройство для измерения расхода и/или состава многофазной жидкости, содержащее средство излучения, выполненное с возможностью генерации импульсного пучка фотонов для облучения многофазной жидкости пространственно вдоль участка потока многофазной жидкости, выполненное с возможностью приложения напряжения к средству излучения, средство обнаружения, пространственно сконфигурированное для приема фотонов, исходящих от участка потока многофазной жидкости, чтобы сформировать изображения пространственного распределения принятых фотонов для каждой из точек во времени и средство анализа, выполненное с возможностью определения расхода одной или более фаз многофазной жидкости и/или ее состава на основе временной последовательности изображений пространственного распределения принятых фотонов. Напряжение, прикладываемое к средству излучения, является предопределенным, зависимым от времени напряжением, имеющим любой ход изменения между начальным напряжением и конечным напряжением в течение одного импульса фотонов, и фотоны, исходящие от участка потока многофазной жидкости, принимаются в различные моменты времени в течение одного импульса фотонов. Для снижения влияния рассеянного излучения на изображение в таких расходомерах, как правило, после участка потока многофазной жидкости устанавливают противорассеивающую рентгеновскую маску [Патент RU №2565346, кл. G01F 1/708, опубл. 20.10.2015].Closest to the claimed object is a device for measuring the flow rate and/or composition of a multiphase liquid, containing a radiation means, configured to generate a pulsed beam of photons for irradiating a multiphase liquid spatially along the flow section of a multiphase liquid, configured to apply voltage to the radiation means, a detection means , spatially configured to receive photons emanating from a portion of the multiphase fluid flow to generate images of the spatial distribution of the received photons for each of the points in time, and analysis means configured to determine the flow rate of one or more phases of the multiphase fluid and/or its composition based on time sequences of images of the spatial distribution of received photons. The voltage applied to the radiation means is a predetermined, time-dependent voltage having any variation between the initial voltage and the final voltage during one photon pulse, and photons emanating from the multiphase fluid flow section are received at different times during one pulse photons. To reduce the influence of scattered radiation on the image in such flow meters, as a rule, an anti-scattering X-ray mask is installed after the section of multiphase liquid flow [Patent RU No. 2565346, cl.
Особенностью данного устройства является применение импульсного источника рентгеновского излучения, позволяющего варьировать потенциал, подаваемый на рентгеновскую трубку в течение импульса, и, тем самым, обеспечивать необходимый спектральный состав фотонов, попадающих на матричный рентгеновский детектор. Как и в решении по вышеуказанному патенту RU №2533758, данная конструкция многофазного рентгеновского расходомера подразумевает использование импульсного рентгеновского источника, обеспечивающего частоту следования импульсов 100 Гц и выше, со всеми техническими недостатками, указанными выше: технически сложная и дорогостоящая конструкция, низкий ресурс эксплуатации такого расходомера, снижающий его надежность.A special feature of this device is the use of a pulsed X-ray source, which makes it possible to vary the potential supplied to the X-ray tube during the pulse, and thereby provide the necessary spectral composition of photons incident on the matrix X-ray detector. As in the solution for the above-mentioned patent RU No. 2533758, this design of a multiphase X-ray flow meter involves the use of a pulsed X-ray source providing a pulse repetition rate of 100 Hz and higher, with all the technical disadvantages indicated above: a technically complex and expensive design, low service life of such a flow meter , reducing its reliability.
Кроме того, при выполнении процедуры калибровки с использованием данного расходомера не учитывается распределение коэффициентов поглощения рентгеновского излучения компонентов в многофазной жидкости (нефть, газ, вода) в зависимости от энергии рентгеновского излучения, что ведет к низкой точности измерения.In addition, when performing the calibration procedure using this flow meter, the distribution of X-ray absorption coefficients of components in a multiphase liquid (oil, gas, water) depending on the X-ray energy is not taken into account, which leads to low measurement accuracy.
Изобретение направлено на упрощение конструкции многофазного рентгеновского расходомера с одновременным его удешевлением, повышением надежности и точности измерения при эксплуатации.The invention is aimed at simplifying the design of a multiphase X-ray flow meter while simultaneously reducing its cost, increasing the reliability and accuracy of measurement during operation.
Это достигается тем, что в многофазном рентгеновском расходомере для измерения расхода и/или состава многофазной жидкости, содержащем средство излучения, рентгенопрозрачный участок трубопровода для исследования многофазной жидкости, после которого расположена противорассеивающая рентгеновская маска для снижения влияния излучения на изображение, матричный рентгеновский детектор в качестве средства обнаружения, средство анализа, выполненное с возможностью определения расхода одной или более фаз жидкости и/или ее состава, согласно изобретению перед матричным рентгеновским детектором установлен рентгеновский фильтр, который выполнен из двух видов фильтрующих материалов, имеющих различный коэффициент поглощения и расположенных в шахматном порядке так, чтобы каждая клетка фильтра находилась над собственным пикселем матричного детектора, при этом после рентгенопрозрачного участка, параллельно матричному рентгеновскому детектору установлен спектрометр, служащий для измерения интенсивности рентгеновского излучения с учетом ее распределения по энергиям фотонов.This is achieved by the fact that in a multiphase X-ray flowmeter for measuring the flow rate and/or composition of a multiphase liquid, containing a radiation means, a radiolucent section of the pipeline for studying the multiphase liquid, after which an anti-scattering X-ray mask is located to reduce the influence of radiation on the image, a matrix X-ray detector as a means detection, an analysis tool configured to determine the flow rate of one or more liquid phases and/or its composition, according to the invention, an X-ray filter is installed in front of the matrix X-ray detector, which is made of two types of filter materials having different absorption coefficients and arranged in a checkerboard pattern so that so that each filter cell is located above its own pixel of the matrix detector, while after the radiolucent area, parallel to the matrix X-ray detector, a spectrometer is installed that serves to measure the intensity of X-ray radiation, taking into account its distribution over photon energies.
Преимуществом предлагаемой конструкции является организация фильтрации рентгеновского излучения при помощи фильтра с двумя различными типами фильтрующих элементов, расположенных в шахматном порядке, помещаемого перед матричным рентгеновским детектором. При этом обеспечивается одновременное получение пространственного распределения фотонов «высокой» и «низкой» энергий в каждом кадре, регистрируемым матричным детектором. Таким образом, предлагаемая конструкция позволит отказаться от применения импульсных рентгеновских источников с частотой следования импульсов 100 Гц и выше и даст возможность использовать рентгеновские источники «непрерывного» режима работы (длительность импульсов 0,1 с и длиннее), что значительно упростит и удешевит многофазный расходомер, а также повысит его надежность в эксплуатации.The advantage of the proposed design is the organization of filtration of X-ray radiation using a filter with two different types of filter elements arranged in a checkerboard pattern, placed in front of the matrix X-ray detector. This ensures simultaneous acquisition of the spatial distribution of photons of “high” and “low” energies in each frame recorded by the matrix detector. Thus, the proposed design will make it possible to abandon the use of pulsed X-ray sources with a pulse repetition rate of 100 Hz and higher and will make it possible to use X-ray sources of “continuous” operating mode (pulse duration 0.1 s and longer), which will significantly simplify and reduce the cost of a multiphase flow meter, and will also increase its reliability in operation.
Наличие спектрометра в конструкции многофазного расходомера при выполнении процедуры калибровки даст возможность учитывать распределение коэффициентов поглощения рентгеновского излучения компонентов многофазной жидкости (нефть, газ, вода) в зависимости от энергии рентгеновского излучения, что позволит существенно повысить точность расходомера.The presence of a spectrometer in the design of a multiphase flowmeter when performing the calibration procedure will make it possible to take into account the distribution of X-ray absorption coefficients of the components of a multiphase liquid (oil, gas, water) depending on the energy of X-ray radiation, which will significantly improve the accuracy of the flowmeter.
На фиг. 1 схематично изображен заявляемый рентгеновский многофазный расходомер; на фиг. 2 - рентгеновский фильтр; на фиг. 3 показана зависимость коэффициентов поглощения меди в качестве материала с низким атомным номером и олова - с высоким атомным номером от энергии излучения; на фиг. 4 приведен типичный спектр рентгеновского излучения от рентгеновской трубки с напряжением 80 кВ после прохождения рентгеновского фильтра, выполненного из расположенных в шахматном порядке двух видов фильтрующих материалов: меди и олова; на фиг. 5 - приведена гистограмма с изображением распределения интенсивности рентгеновского сигнала в зависимости от энергии рентгеновских фотонов.In fig. 1 schematically shows the inventive X-ray multiphase flow meter; in fig. 2 - X-ray filter; in fig. Figure 3 shows the dependence of the absorption coefficients of copper as a material with a low atomic number and tin as a material with a high atomic number on the radiation energy; in fig. Figure 4 shows a typical spectrum of X-ray radiation from an X-ray tube with a voltage of 80 kV after passing through an X-ray filter made of two types of filter materials arranged in a checkerboard pattern: copper and tin; in fig. 5 - shows a histogram depicting the distribution of the intensity of the X-ray signal depending on the energy of the X-ray photons.
Многофазный рентгеновский расходомер включат в себя источник рентгеновского излучения - рентгеновскую трубку 1, тестовую секцию - рентгенопрозрачный участок 2 трубопровода для исследования многофазной жидкости, средство обнаружения - матричный рентгеновский детектор 3 и средство анализа (не показано) для обработки данных, поступающих с детектора 3, и определения расхода одной или более фаз жидкости и/или ее состава. После рентгенопрозрачного участка 2 трубопровода расположена противорассеивающая рентгеновская маска 4 для снижения влияния рассеянного излучения на изображение, при этом перед детектором 3 установлен рентгеновский фильтр 5, который служит для селективного пропускания рентгеновского излучения и выполнен из двух видов фильтрующих материалов 6 и 7, имеющих различный коэффициент поглощения излучения и расположенных в шахматном порядке так, чтобы каждая клетка фильтрующих материалов рентгеновского фильтра 5 находилась над собственным пикселем 8 матричного детектора. После рентгенопрозрачного участка 2 параллельно матричному рентгеновскому детектору 3 установлен спектрометр 9, который служит для измерения интенсивности рентгеновского излучения с учетом ее распределения по энергиям фотонов.A multiphase X-ray flow meter includes an X-ray source - an
Наглядно рентгеновский фильтр показан на фиг. 2. Фильтр выполнен из расположенных в шахматном порядке двух видов фильтрующих материалов 6 и 7, имеющих различный коэффициент поглощения: с высоким и низким атомным номером и установлен перед матричным рентгеновским детектором, где 8 - пиксели детектора. В частности, фильтр может быть выполнен из меди в качестве материала с низким атомным номером и олова - в качестве материала с высоким атомным номером. Фильтр может быть выполнен из других пар фильтрующих материалов 6 и 7, имеющих различающиеся коэффициенты поглощения излучения. Эмпирически выявлено, что при использовании такого рентгеновского фильтра коэффициент поглощения материала с высоким атомным номером имеет «провал» в области низких энергий, чего не наблюдается для легких материалов. В частности, для олова этот «провал» располагается в области 10-30 кэВ (фиг. 3), что позволяет получать выделяющийся пик по интенсивности рентгеновского излучения в этом диапазоне энергий после прохождения излучением олова. В частности, на фиг. 4 представлен типичный спектр рентгеновского излучения от рентгеновской трубки с напряжением 80 кВ после прохождения рентгеновского фильтра из меди толщиной 150 мкм и олова толщиной 350 мкм. Толщины материалов выбираются таким образом, чтобы максимизировать точность определения фазового состава смеси через решение системы уравнений Бугера-Ламберта-Бера (1):The X-ray filter is clearly shown in Fig. 2. The filter is made of two types of filter materials 6 and 7 arranged in a checkerboard pattern, having different absorption coefficients: with high and low atomic number and installed in front of the matrix X-ray detector, where 8 are the detector pixels. In particular, the filter may be made of copper as a low atomic number material and tin as a high atomic number material. The filter can be made of other pairs of filter materials 6 and 7, having different radiation absorption coefficients. It has been empirically revealed that when such an X-ray filter is used, the absorption coefficient of a material with a high atomic number has a “dip” in the low energy region, which is not observed for light materials. In particular, for tin this “dip” is located in the region of 10-30 keV (Fig. 3), which makes it possible to obtain a prominent peak in the intensity of X-ray radiation in this energy range after the radiation passes through tin. In particular, in FIG. Figure 4 shows a typical spectrum of X-ray radiation from an X-ray tube with a voltage of 80 kV after passing through an X-ray filter made of copper 150 μm thick and tin 350 μm thick. The thicknesses of the materials are selected in such a way as to maximize the accuracy of determining the phase composition of the mixture through solving the system of Bouguer-Lambert-Beer equations (1):
где I1 - интегрированный сигнал от низкоэнергетичного рентгена;where I 1 is the integrated signal from low-energy x-rays;
I2 - интегрированный сигнал от высокоэнергетичного рентгена;I 2 - integrated signal from high-energy X-ray;
δ1и δ2 - толщины соответствующих фильтров;δ 1 and δ 2 - thickness of the corresponding filters;
σ1i и σ2i - коэффициенты поглощения соответствующих фильтров с учетом их зависимости от энергии рентгеновских фотонов;σ 1i and σ 2i are the absorption coefficients of the corresponding filters, taking into account their dependence on the energy of X-ray photons;
σwi, σgi, σoi, - коэффициенты поглощения рентгеновского излучения для воды, газа и нефти соответственно;σ wi , σ gi , σ oi , - X-ray absorption coefficients for water, gas and oil, respectively;
xw, xg, xo- эффективная толщина слоев воды, газа и нефти в смеси, на пути прохождения излучения;x w , x g , x o - effective thickness of layers of water, gas and oil in the mixture along the path of radiation;
d-внутренний размер трубопровода на пути прохождения излучения;d-internal size of the pipeline along the radiation path;
Κ1, К2 - калибровочные коэффициенты.K 1 , K 2 - calibration coefficients.
Предлагаемый многофазный рентгеновский расходомер реализуется следующим образом.The proposed multiphase X-ray flow meter is implemented as follows.
Рентгеновская трубка 1 с напряжением 80-100 кВ генерирует поток фотонов 10, который пропускают через рентгенопрозрачный участок 2 трубопровода, в котором течет исследуемая многофазная жидкость 11, после чего излучение проходит через противорассеивающую рентгеновскую маску 4, которая снижает влияние излучения, рассеянного на флюиде (многофазной жидкости)и участке трубопровода, на изображение. После прохождения излучения через один из двух фильтрующих материалов 6 или 7 рентгеновского фильтра 5 на матричном рентгеновском детекторе 3 формируются два изображения. Изображения снимаются с детектора с частотой до десятка кГц. Затем изображения обрабатываются средством анализа, и далее с применением математических алгоритмов определяется фазовый состав и скорость движения потока жидкости (и, соответственно, расход потока) каждой фазы многофазной жидкости, используя вышеприведенную систему уравнений (1).
Для калибровки расходомера подключают спектрометр 9, который разбивает интересующую нас часть рентгеновского спектра на некоторое количество участков и выдает интенсивность рентгеновского сигнала для каждого из таких участков, как показано на гистрограмме (см. фиг. 5). Далее происходит процедура калибровки в процессе пропускания потока фотонов через:To calibrate the flow meter, a spectrometer 9 is connected, which divides the part of the X-ray spectrum of interest to us into a number of sections and produces the intensity of the X-ray signal for each of these sections, as shown in the histogram (see Fig. 5). Next, the calibration procedure occurs in the process of passing a stream of photons through:
- пустую трубу (фон);- empty pipe (background);
- заполненную нефтью трубу при рабочих условиях (температура, давление и т.д.);- a pipe filled with oil under operating conditions (temperature, pressure, etc.);
- заполненную природным газом трубу при рабочих условиях;- a pipe filled with natural gas under operating conditions;
- заполненную водой трубу при рабочих условиях.- a pipe filled with water under operating conditions.
1. Фон. Делается снимок пустой тестовой секции. Получаем два значения интенсивности и , параллельно через спектрометр получаем сигнал вида , где i - номер спектрального участка.1. Background. A picture is taken of the empty test section. We get two intensity values And , in parallel through the spectrometer we obtain a signal of the form , where i is the number of the spectral region.
2. Нефть. Делается снимок тестовой секции, заполненной нефтью. Получаем два значения интенсивности и , параллельно через спектрометр получаем сигнал вида Предполагаем, что и соответственно определяем распределение коэффициентов затухания рентгеновского излучения для нефти.2. Oil. A picture is taken of the test section filled with oil. We get two intensity values And , in parallel through the spectrometer we obtain a signal of the form We assume that and accordingly determine the distribution of X-ray attenuation coefficients for oil.
3. Газ. Делается снимок тестовой секции, заполненной газом. Получаем два значения интенсивности и соответственно, параллельно через спектрометр получаем сигнал вида . Предполагаем, что и соответственно определяем распределение коэффициентов затухания рентгеновского излучения для газа.3. Gas. A picture is taken of the test section filled with gas. We get two intensity values And Accordingly, in parallel through the spectrometer we obtain a signal of the form . We assume that and accordingly determine the distribution of X-ray attenuation coefficients for the gas.
4. Вода. Делается снимок тестовой секции, заполненной водой. Получаем два значения интенсивности и соответственно, параллельно через спектрометр получаем сигнал вида Предполагаем, что и соответственно определяем распределение коэффициентов затухания рентгеновского излучения для воды.4. Water. A picture is taken of the test section filled with water. We get two intensity values And Accordingly, in parallel through the spectrometer we obtain a signal of the form We assume that and accordingly determine the distribution of X-ray attenuation coefficients for water.
5. Далее, необходимо определить калибровочные коэффициенты, для этого подставляем в уравнение 1 значения, измеренные на предыдущих этапах калибровки. Получаем:5. Next, it is necessary to determine the calibration coefficients; to do this, we substitute into
Из этой системы можно получить значение калибровочных коэффициентов Κ1 и K2.From this system the value of the calibration coefficients K 1 and K 2 can be obtained.
Таким образом, найдены все необходимые для определения произвольного состава многофазной жидкости (нефть, вода, газ) коэффициенты уравнения (1).Thus, all the coefficients of equation (1) necessary to determine the arbitrary composition of a multiphase liquid (oil, water, gas) have been found.
При дальнейших измерениях интенсивности сигнала на матричном рентгеновском детекторе определяют состав многофазной жидкости по формуле (1).With further measurements of the signal intensity on a matrix X-ray detector, the composition of the multiphase liquid is determined using formula (1).
Использование предлагаемого многофазного рентгеновского расходомера позволит исключить необходимость использования дорогостоящего матричного рентгеновского детектора со спектральным разрешением по энергиям регистрируемых фотонов или дополнительных рентгеновских источников и детекторов на разную энергию рентгеновского излучения с частотой следования импульсов 100 Гц и выше и даст возможность использовать рентгеновскую трубку с широкополосным спектром излучения (с длительностью импульсов 0,1 с и длиннее) для «непрерывного» режима работы и одновременного получения двух независимых изображений исследуемой многофазной смеси с разной энергией излучения.The use of the proposed multiphase X-ray flowmeter will eliminate the need to use an expensive matrix X-ray detector with spectral resolution in terms of the energies of the recorded photons or additional X-ray sources and detectors for different energies of X-ray radiation with a pulse repetition rate of 100 Hz and higher and will make it possible to use an X-ray tube with a broadband radiation spectrum ( with a pulse duration of 0.1 s and longer) for a “continuous” operating mode and simultaneous acquisition of two independent images of the multiphase mixture under study with different radiation energies.
Это позволит по сравнению с наиболее близким аналогом по патенту RU N2565346 значительно упростить и удешевить конструкцию расходомера, а также повысить его надежность в эксплуатации.This will make it possible, in comparison with the closest analogue under patent RU N2565346, to significantly simplify and reduce the cost of the flow meter design, as well as increase its operational reliability.
Кроме того, предлагаемая конструкция расходомера даст возможность учитывать распределение коэффициентов поглощения рентгеновского излучения компонентов многофазной жидкости (нефть, газ, вода) в зависимости от энергии рентгеновского излучения, а это по сравнению с наиболее близким аналогом существенно повысит точность расходомера.In addition, the proposed design of the flow meter will make it possible to take into account the distribution of X-ray absorption coefficients of the components of a multiphase liquid (oil, gas, water) depending on the energy of X-ray radiation, and this, compared to the closest analogue, will significantly increase the accuracy of the flow meter.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135749A RU2818330C1 (en) | 2017-10-05 | MULTIPHASE FLOWMETER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135749A RU2818330C1 (en) | 2017-10-05 | MULTIPHASE FLOWMETER |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2663418C1 RU2663418C1 (en) | 2018-08-06 |
| RU2818330C1 true RU2818330C1 (en) | 2024-05-02 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103076057A (en) * | 2013-01-05 | 2013-05-01 | 北京乾达源科技有限公司 | Multiphase flow flowmeter |
| RU2533758C2 (en) * | 2009-07-07 | 2014-11-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Device and method for measurement of multiphase fluid flow |
| RU2565346C2 (en) * | 2011-06-08 | 2015-10-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Device and method for measurement of flow rate and composition of multiphase fluid mixture |
| RU2589354C2 (en) * | 2012-04-19 | 2016-07-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Multiphase flow meter |
| GB2535778A (en) * | 2015-02-27 | 2016-08-31 | M-Flow Tech Ltd | Method and apparatus for measuring a composition of a fluid |
| RU2015111011A (en) * | 2012-08-27 | 2016-10-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | X-ray flowmeter of multi-phase flow with a matrix detector with a resolution on energy |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2533758C2 (en) * | 2009-07-07 | 2014-11-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Device and method for measurement of multiphase fluid flow |
| RU2565346C2 (en) * | 2011-06-08 | 2015-10-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Device and method for measurement of flow rate and composition of multiphase fluid mixture |
| RU2589354C2 (en) * | 2012-04-19 | 2016-07-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Multiphase flow meter |
| RU2015111011A (en) * | 2012-08-27 | 2016-10-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | X-ray flowmeter of multi-phase flow with a matrix detector with a resolution on energy |
| CN103076057A (en) * | 2013-01-05 | 2013-05-01 | 北京乾达源科技有限公司 | Multiphase flow flowmeter |
| GB2535778A (en) * | 2015-02-27 | 2016-08-31 | M-Flow Tech Ltd | Method and apparatus for measuring a composition of a fluid |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9086306B2 (en) | Apparatus and method for measuring multi-phase fluid flow | |
| EP3064931B1 (en) | Quantitative x-ray analysis | |
| US10371651B2 (en) | Method for analyzing an object by X-ray diffraction | |
| Nazemi et al. | Proposing an intelligent approach for measuring the thickness of metal sheets independent of alloy type | |
| RU2818330C1 (en) | MULTIPHASE FLOWMETER | |
| US2947871A (en) | Apparatus for determining the composition and thickness of thin layers | |
| US20150160055A1 (en) | Apparatus for Measurement of a Multi-Phase Fluid Mixture | |
| RU2663418C1 (en) | Multiphase flowmeter | |
| Klimenov et al. | Identification of the substance of a test object using the dual-energy method | |
| RU2015111011A (en) | X-ray flowmeter of multi-phase flow with a matrix detector with a resolution on energy | |
| RU2818189C1 (en) | Multiphase x-ray flowmeter | |
| Sharma et al. | Incoherent scattering of gamma photons for non-destructive tomographic inspection of pipeline | |
| RU2659763C1 (en) | Multiphase x-ray flowmeter | |
| RU2565346C2 (en) | Device and method for measurement of flow rate and composition of multiphase fluid mixture | |
| RU2559119C1 (en) | Device for determination of multiphase fluid flow components | |
| RU2790574C1 (en) | X-ray filter | |
| RU2811673C1 (en) | Multiphase flowmeter with continuous x-ray source | |
| Zych et al. | Application of gamma densitometry and statistical signal analysis to gas phase velocity measurements in pipeline hydrotransport | |
| WO2014035275A1 (en) | X-ray based multiphase flow meter with energy resolving matrix detector | |
| RU221258U1 (en) | Detector module | |
| JP2016501360A (en) | Material identification method | |
| RU2789623C1 (en) | Multiphase flow meter | |
| Gogolev et al. | WD-XRA technique in multiphase flow measuring | |
| RU2191369C1 (en) | X-ray device | |
| CN106198583B (en) | A kind of absorption process of equal value measuring the sensitivity of photographic film X-ray energy spectrum |