RU34015U1 - Устройство для контроля плотности и компонентного состава бурового раствора в трубопроводе - Google Patents

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ И КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА БУРОВОГО РАСТВОРА В ТРУБОПРОВОДЕ

Устройство относится к области радиационного кон1роля физических свойств веществ и материалов, в частности - пульп в трубопроводах, и может быть использовано в нефтегазодобываюп1ей, химической и горно-обогатительной промышленности.

Известно устройство /I/для контроля параметров бурового раствора в трубопроводе, содержащее гамма-датчик плотности раствора, состояпщй из блока источника и блока детектирования гамма-излучения , нейтронный датчик массовой доли жидкой фазы, состоящий из блока источника и блока детектировапия нейтронов, биологическую запщту нейтронного датчика со сквозным отверстием для трубопровода, а выходы датчиков соединены с вычислительным устройством.

Известно также устройство /2/ для контроля параметров бурового раствора в трубопроводе, содержащее гамма-датчик плотности раствора, состоящий из блока источника и блока детектировапия гамма-излучения , нейтронный датчик массовой доли жидкой фазы, состоящий из блока источника и блока детектировапия пейтропов, биологическую защиту нейтронного датчика с откидывающимся сегмептом и сквозным отверстием для трубопровода, дополнительное оборудование для обеснечения возвратпо-гюступательпого перемещепия биологической защиты с датчиком относительно трубонровода, а выходы датчиков через соответствующие ехемы вьщеления имнульспых cигпaJЮв и измерители средпей частоты импульсов соединены с вычислительным устройством.

Педостатком известных устройств /1,2/ являегся большая ногрешность измерения доли жидкости в растворе нейтронным датчиком, которая сравнима с объемной концентрацией твердой фазы раствора, причем приведепные в /I/ зависимости и да1Н1ые относятся к нейтронному датчику без , а введение биологической з;ициты, как известпо, сопровождается ухудщением отпосительпой чувствительности и увеличением погрешности. Кроме этого, известные устройства /1,2/ имеют больише весогабаритныс характеристики из-за нейтронного датчика, что приИПК GOl N23/00, E21B44/00

HCJio к необходимости введения и /2/ дополпигельпого оборудования ;и1Я неремсщепия устройства в нроцессс работы (вссогабаритныс характеристики нейтронного датчика с защитой , кареткой и нлатформой ;и1Я нерсмен1ения li 3 -5 рач превосходят аналогичные данные для гаммадатчика нлотности).

И вестно такмсе/3,4/, что при ,зoвaнии гамма-абсорбционных датчиков для контроля бинарной смеси в трубопроводе одновременно могут онределяться как плотность, так и компонентный состав смеси: объемное и массовое содержание твердой и жидкой фаз (/3/ - с.61; /4/ - с. 10), а буровой раствор, paccMOTpeiHH.iii в /1,2/ и нредставляюн;ий смесь воды и глинопоронжа, относится к бинарной смеси. При HCHojH/jOBanHH гамма-абсорбционного датчика /3,4/ HorpenjHocTb определения содержания жидкосги в растворе значительно меньше, чем нри измерении нейтронным датчиком в /1/, и соизмерима с погрешностью измерения плотности, которую можно обеснечи1ь меньше 1% /4/, хотя ос1ювной интерес представляет содержание твердой фазы в пульне. Для контроля параметров бурового раствора известно использование указанного решения в установке «КИБР /5,6/, где гю измерению плотности раствора гаммаабсорбционными п;ютномерами на различных участках его циркуляции одновременно вычисляется содержание твердой и жидкой фаз раствора.

Недостатком известных устройств /3-6/ при определении компонентгюго состава бурового раствора является то, что они мог}т использоваться только для контроля бинарных смесей, а для онератив1юго регулирования плотности и соотношения твердой и жидкой фаз бурового раствора, как известно, широко иснользуегся введение третьего компонента - утяжелителя раствора /7/, который отличаетея по физическим параметрам от осповной твердой фазы глипопорошка, и при этом необходима информация о его содержании в растворе.

Известны принципы работы радиационных устройств для контроля компонентного состава трехкомнонентных смесей в трубонроводах ( /3/ - с.95; /8/), в которых используют два моноэнергетических источника излучения с разными энергиями гамма-квантов /Г/ и Е (Е/ Е ). При этом энергия / (высокоэнергетическое излучение) должна соответетвовать преимуществеппо компто1ювскому ослабле1П ю гамма-квантов в контролируемой смеси, что используется в

(.J гамма-11ло1иомерах /3-6/, a энергия E: (инчкоэнсргетическое излучение) должна соответетвовагь оелабленик) гамма-квантов в контролируемой смеем нреимун1еетвенно за ечет фотоэффекта. Гамма-кванты двух энергий, нрошеднше без взаимодсйетвия через контролируемую емееь, региетрируютея детектором, а еформировамные и еоответетвующие им импульеные еигналы ноступают на измерители ередней чаетоты имнульеов «/ и П2 . После измерения п/ и П} с необходимой точностью в вычисптспыюм бJЮкe определяют толщину каж;;ого комгюне1гга из общей толщины смеси на основании ренюния системы уравнений. Это фактически соответствует онределе}1ию объемных концентраций компонентов, на оеновании чего могут быть вычислены их массовые соотношения и шютность смееи.

Из извест1Н 1х устройств наиболее близким к предлагаемому решению но совокупности элементов и принципу дейетвия является гамма-толщиномер /9/ для контроля двухелойной еистемы из разных материшюв, содержащий первый и второй моноэнергетические источники гаммаизлучения, размещенные в защитном бдюке с кол П1матором, епектрометрический детектор гамма-излучения, причем детектор и защитный блок расположены с противоположных сторон объекта контроля, уеилитель, вход которого гюдключеп к выходу детектора, а выход еоедипен ео входами первого и второго дифференциального амплитудпого диекриминатора, выходы которых гюдключены , еоответстве1ню, ко входам первого и второго измерителей ередней частоты импульсов, выходы которых соединены с соответетвующими входами вычислительного устройства для определения иекомых параметров но приведеппым формулам. Данное устройство может быть использовано для определения параметров трех ком гюнентного бурового раствора, поско;п ку за;шча, в этом случае, сводится к вычислению толщин компонентов емееи но извест1юй методике /8/.

Недостатком известного устройства /9/ является то, что одновременная регистрация излучения одним детектором от двух иеточников гамма-квантов, оптимальные энергии которых могут различаться в дееять раз (/3/ - с. 100), приводит к сложностям вьщеления низкоэнергетичеекого из;гучепия па меняюн1емся фоне высокоэнергетического излучения и, как еледствие, образованию дополнительных инструмента) погреппюстей измерения регистрируемых средних

. .

3

частот импульсов. Кроме этого, если оигимальиую толщину контролируемого раствора определить для высокоэперге1ического излучения, как менее чувствительного к параметрам раствора, по методике /10/, то для низкоэнергстического излучения это нриведет в процессе контроля к значительным нерена;1ам (в десять и более раз) И1ггенсивности регистрируемого излучения в нределах дианазонов контролируемых нарамс ров. Такой режим детектора (большие загрузки) сонровождается значи гельным искажением номинальной зависимости регистрируемого сигнала от нараметров смеси ( /3/ - с. 124), ноявле1Н{ем систематических ногреннюстей измерения и быстрой выработкой ресурса дегскгора.

Це;н предложенного решения - новьппснме точности измерения плотности и содержания трех компонентов бурового раствора и увеличение ресурса работы устройства.

Поставле1П1ая цель достигается тем, что кроме первого источника излучения с первым заниггным блоком и коллиматором и нервого детектора излучения, установленных с нротивоположных сторон объекта контроля (измерите;н ного участка трубопровода), второго источника излучения, нервой и вгорой схем формирования и В1 1деления импульсов, нервого и второго измерителей средней частоты импульсов, вычислительного блока, индикаторного блока, причем вход нервой схемы формирования и выделения импульсов соединен с выходом первого детектора, а выход схемы подключен ко входу нервого измерителя средней частоты импульсов, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, выход которого соединен с индикаторным блоком, а выход второй схемы формирования и выделения импульсов соединен со входом второго измерителя средней частоты импульсов, выход которого подключен ко второму входу вычислительного б;юка, в устройство дополнительно введены второй зашитный блок с коллиматором /утя второго источника излу1ения, второй и фетий детекторы, третья схема формирования и выделения импульеов, третий измеритель средней частоты импульсов, нервая и вторая схемы сравнения сигншюв, первая и вторая схемы НЕ, триггер адреса рабочего детектора, схема И управления электрогштанисм второго детектора, причем выход второго детектора соединен со входом второй схемы формирования и выделения импульсов, выход третьего детектора соединен со входом третьей схемы формирования и выделения импульеов. выход которой соединен со входом ipeTi.ei-0 измерителя средней частоты импульсов, выход коTopoio подключен к третьему входу вычислительного блока и входам схем сравнения, выход первой схемы сравнения соединен через нериую схему НЕ с нулевым входом триггера, а выход второй ехемы сравнения подключен к единичному входу триггера и входу второй схемы 1 IE, выход которой соединен с первым входом схемы И, второй вход которой подключен к обн1ей нн1не унравления элеклронитанием детекторов, выход схемы И соединен со входом унравления электрони ганием второго детектора, а прямой выход триггера нодключен к четвертому входу вычисли1е;п ного б;юка, нричем ulopoii и третий детекторы paeнoJюжeны вблизи друг друга с нротивоноложной стороны измсрите;н,ного учаетка трубонровода относителыю второго источника излучения, который установлен вдоль трубонровода на фиксировшпюм расстоянии L от первого источника излучения, а третий детектор расположен за экраном с заданным коэффициентом ослабления излучения второго иеточника.

Введение в уетройетво второго детектора и раснололсение используемых источников излучения (и соспветствуюпшх детекторов) вдоль измерительного участка трубопровода па определенном раестоянии L между ними нозволяют сущеетвеппо уменьшить влияние каналов измерения друг па друга, унроетить выделение еоответствуюпщх импульепых сигналов в каждом капале измерения и, тем еамым, уменьншть инструментальные погрешпоети измерения средних частот имну;п,сов. С уве;п1чением расстояния L будет умепьшаться взаимное влияние каналов измерения, но нри 6ojn,HioM значении L в рассматриваемых точках контроля могут оказаться разпыми параметры раствора из-за изменений потока в трубопроводе и зпачительпо увеличена длина измерительного участка трубопровода . Поэтому оптимальное расстояние L выбирается минимшп,плм при вынолпепии условия: ,

где п(И2) - чаетота импульсов со второго детектора от второго иеточпика излуче1П1я ; Ап(1) - частота импульсов со второго детектора от первого источника излучения; 5 - донустимое значение от1юеиrejn Horo вклада в региетрируемый еигнал ео второго

Л С-ШУ

5

А,(Я1) .

Ъ{И2)

детектора от первого источника и лучсиня при любом значении «j (нанример, 0,05).

Введение третьего детектора, который ус1;;новлен вблизи второго детектора и раеноложен за экраном для оелабления в заданное чиело раз (К нрошедшего излучения второго источника через трубонровод с раствором, позволило обеспечить работоспособность канала измерения излучения, когда загрузка второго де-1-ектора становится значительной и приводит к искажениям iioMHHajH.HOii зависимости сигнала от параметров раствора и появлению систематических ногреннюстей. Во-вторых, третий детектор с введенными в устройство третьей схемой формирования и выделения HMnyjH coB, трегьим измери гелем средней чаетоты имнульсов, нервой и вгорой схемами сравнения сигншюв, первой и и горой схемами 1Ш, триггера адреса рабочего детектора и схемы И, обеепечи;п1 управление электро1Н1та1Н1ем второго детектора. Это позволило отключать BTOpoii детектор на время 6ojn,niiix загрузок, что еущеетвенно увеличивает рабочий рееуре второго детектора и обеспечивает его работу только в нормалыюм режиме, а также реа;н13овать предварительпое включеппс второго детектора ;и1я установления рабочего режима при возможном переходе к работе е rpei ,его детектора на второй.

При этом TOJHUHHa экрана Л, третьего детектора определяется предварительно из выражения: 1п А

/7, .

где К - кратпость ослаблепия излучепия экраном ;и1я уменьшения интенсивности регистрируемого излуче1Н1я третьим детектором по сравненгно со вторым детектором;

//., - линейный коэффициент оелабления излучен)1я второго источника в материале экрана;

а - коэффициент корректировки (для узкого пучка излучения д 1), а значение К онределяетея из соотношений;

К /7,„,„ /7,„„„; (0..9),

где ( 2inax) ДОнустимьпЧ рабочий диапазон значений средней частоты импульсов со BTOpoio детектора;

2min зппп минимальные -яшмспия cpcjUKii частоты импульсов, соответственно, со второго и трет1,его детекторов, необходимые для ичмсре1Н1я нараметров раетвора е заданной ногреннюстыо ча установленное время измерения (осреднения) сигнш1а;

imnx максимшн.ное чначение средней чисгогы нмнульеов ео вгорого детектора, нревьннение которого приводит к ноявленню недо 1уетим1.1х искажений (|)унк11,ии CHiHiuui от нараметров раствора 1г$-за GojH.Huix загрузок детекгора.

В нервой и второй ехемах сравнения сигналов ycтaнaвJннulloтcя значения нервого /г,, и второго /7,2 уровней срабагьнш1Н1я схем, когорые онределяются соотноп1ениями:

;; - -

h inun .12 7 - 7

АА

Для увеличения точности измерения кон1ролируемых иараметров или уменьшения активности иeнoJн зyeмыx источников излучения, особенно - низкоэнергетического, с учетом значительного ноглощения излучений в стенках трубы, измерилельный участок трубопровода выполнен в виде трубной вставки с фланцами для соединения с основным трубопроводом, а материал и толии1на стенок вставки выбраны из условий меньшего ослабления излучения, чем в основном () трубопроводе, и еоотвегсгвия требованиям к рабочему давлению в трубопроводе. Нанример, при изготовлении вставки из титана (вместо стали) и выборе в качестве источников излучения радионуклидов СУ-137 и/1/ г-241 с энергиями гамма-квантов 0,662 МэВ и 0,059 МэВ линейные коэффициенты ослабления излучения уменьшаются , соответственно, в 1,75 и 2,8 раза.

Объемные концентрации с,, с, с, компонентов раствора определяются в вычислительном блоке на основании реи1ения еиетемы уравнений и нолуче1П1ых соотнонюний:

//,,-/, + //,2 2 + /| 1 .i - 1п(| / ,„);

/у,|-/г,+//2,-/г,+//„/, -1п(,„); и.ии -1п(/г, /://;,„) ; /7, + /7., Ч- /г, /7;

//I . Гл .. : i:

с- ----- I - f, - f,; 2 - г - ; - -Ч /7 /7 /г с/р-с/,, - f/i, (/,, Л // (/,,-с/,,-а,, где ), -(//I, // +In-L); ), -(/Л| / ) или }-,-(//,, /; + );

()|()

М2-/п; l.l /Лл-Аи и - .1 ..(«12 . -«13 ) О

//,,, //,,, //,, - лииейи1,1с коэффициситм ослаблс1И1я и-}лучспия первого иеточпика, соответстВС1ИК), в веи1ес-п$ах иервого, второго и третьего компоиеигов бурового раствора;

//ji, //22, //23 лииейиые коэ(1)фиииситы оелиблеиия излучеиия второго источника, соответственно, в вен1ествах иервого, второго и третьего компонентов бурового раствора;

/7 , /7|. /ij, /7, - оби|,ая TOJHUHiia KCMrrpojuipyeMoro раствора в трубопроводе и, соответственно, иарниалилн,1е TOJHJiHHbi компонентов раствора;

/7р А72, /7, - текущие значения средней часто ы импульсов, соответственно, с первого, второго и третьего детекторов;

/7р|, /7у2 - измеренные или расчетиые значения средней частоты импульсов при отсутствии раствора в трубопроводе, соответственно, е ncpiioro и второго детекторов;

а плотность раствора р вычиеляе1ся по формуле:

Р,, Я1- |+Р2- 2+Яз з

где Р|, . А плотность жидкости и мпиеральн1.1е плотности компонентов твердой фазы.

Па фиг. 1 нриведепа ехема устройства, взаимное раеноложение и евязи между элементами на примере реализации устройства при использовании газоразрядных детекторов излучения. При этом возможно раеноложение третьего детектора е экраиом за вторым детектором, так как ослабление падающего потока излучеиия втор1 1м де1ектором, например, при иенользовании приведенного выше низкоэиергетичсского источиика излучения не нревьииает 10 %.

11а фиг. 2 иредставлспы временные выход1Н,1х сигналов элементов устройства, обеснечивающих унравление электроиитапием второго детектора и указание адреса рабочего детектора для вычиелительного блока.

лс.ау..

Устройстпо содержит: первый источник излучения 1 в первом заищтиом блоке 2 с коллиматором; второй источник излучения 3 во ivropOM защитном блоке 4 с коллиматором, причем заии1тн1.1е блоки Bi.iHOJHieHbi из тяжелого металла, например, свинца; первый 5, второй 6 и третий 7 детекторы гамма-излучения, нричем детскгор 7 помещен за экраном 8 (запщтиые боковые оболочки вокруг детекторов от рассеянюго излучения не пока:5аны); измерительный участок трубопровода 9, выполненный в виде ipy6nc-.i вставки с фланцами для установки в технологический трубопровод К), по которому транспортируется буровой раствор 11, при этом соответствуюпше источники и детекторы раеиоложе1н 1 с противоположных сторон трубной вставки, а источники установлены вдоль трубопровода па фикеироваппом раестояпии L между ними. Си1пшп 1п 1е выходы детекгоров сосдипепм с соответсгвуюпшми схемами формирования и выделения импульсов 12, 13 и 14, которые подключены к соответствующим измерителям средней частот1 1 импульсов 15, 16 и 17 , выходы которых соединены е первым, вторым и третьим информациоп1н 1ми входами вычислите;п пого блока 18, подключенпого выходом к индикатор1юму блоку 19. Выход измерителя 17 средней частоты имцу;н5сов с третьего детектора соединен со входами nepBoii 20 и второй 21 схем сравпепия средней частоты с предварительно устаповлен1п 1ми нижним А,, и верхним т, уровнями сравпепия. Выход схемы сравнения 20 соединен

через элемент I IE 23 с пулевым входом триггера 22 адреса рабочего детектора , а выход схемы сравнения 21 подюпочен к единичному входу триггера 22 и через вторую схему НЕ 24 соединен с первым входом схемы И 25, выход которой подключен ко входу управления электропитапием детектора 6, а второй вход схемь 25 еоедипеп е общей щииой 26 управления электрогштапием детекторов (для детекторов 5 и 7 входы управления не показаны). Выход триггера 22 соединен с четвертым входом вычислительного блока 18, нулевой уровень па котором указывает адрес рабочего детектора 6, а единичный уровень - детектора 7, сигнал е одного из которых иснозн зуется в вычислительных онерациях.

тання устройства па общей типе 26 устапавливасгся единичный уровень, что нереводит детекторы 5 и 7 в ностоянное рабочее состояние, обеспечивая непрерывное ноступление формируеМ1,1х сигналов схемами 12, 15 и 14, 17 на сооп етствую1цие входы вычислительного блока 18. Ма выходе схемы 17 измерения средней частоты импyJн coв с детектора 7 появляется постепенно нарастаюн ий сигнал (из-за осреднения). Попому в начальный момент (/ /|) на выходах схем сравнения 20 и 21 получаются нулевые уровни , а па выходах схем НЕ 23 и 24 - единич1н 1с уровни. Сдипичпые уровпи па первом входе схемы 25 с выхода схемы 24 и на втором входе схемы 25 с обн1ей iimiH i 26 формирую единичный уровень на выходе схемы 25 , что обеспечивает вюиочение :)лектроппгапия дсгекгора 6. Едипичпый уровень на R-входе схемы 22 и нулевой уровень на S-входе подтверждают пулевой уровень на выходе схемы 22, что определяет псгюльзование сигнала с выхода схемы 16 (а не 17) для вычисления параметров в блоке 18, хотя в указанное время работают оба детектора (6 и 7), регистрирующие гамма-излучение от источника 3 (частота импульсов п в /Граз больше частоты /7-,). Если частота импульсов п., в

нропсссе контроля достигнет значе1П1я уровня срабатывания /7,, в момент времени i , то на

выходе схемы 20 появится высокий уровепь, KOTOpi ni через схему 23 устанавливает нулевой уровень па R-входе схемы 22 без измепения уровня па ее выходе, разрешая при этом прием возможного сигнала по S-входу. При дальпеЙ1ием увеличепии частоты импульеов п до значепия А7,2 в момент времени /2 , что соответствует достижению нределыюй частоты импульсов 2п,ах детектора 6, происходит срабатьншпие схемы 21, а сформироваппый на выходе высокий уровень устанавливает триггер 22 в единичное состояние через S-вход. Одновременно формируется нулевой уровепь на первом входе схемы 25. который отключает электропитание детектора 6. Высокий уровет па выходе триггера 22 указывает па выбор сигпала со схем1: 1 17 (а не 16) для расчета нараметров в б;юке 18. Если в дшп пейшем частота импульсов п становится

меш.ше значения /7,2 в момент времени /з. то па выходе схемы 21 появляется нулевой уровень, которьн через схем1 1 24 и 25 )чает электропитание детектора 6. Переход S-входа схемы 22

па пулевой уровеш, не изменяет ее состояния и сигнал для вычисления параметров берется также с выхода схемы 17. Временной интервал /4 - /5 аналогичен но состоянию схем интервалу /2 - h ( огклк 1ено элекгропитание детектора 6). В момент времени /j, когда « становится

меньн1е значения п,, включается электропитание детектора 6 из-за появления нулевого уровня на выходе схемы 21. При дшн 11ейн ем умсньндении « до значения /73, в момент /(, на выходе

схемы 20 появляется пулевой уровепь, который через схему 23 по R-входу схемы 22 переводит ее в пулевое состояние, что указывает на выбор сигнала со схемы 16 (а не 17) для расчета параметров в блоке 18.

Таким образом, предложеппое устройство позволяет повысить точность измерения плотности и содержания компопептов бурового раствора за счет автоматического обеспечения работы введенных детекторов в гюрмальном режиме (в диапазоне допустимых загрузок), исключая, тем самым, доно;пп1тельпые инструментальные и систематические погрешности, а также за счет уменьшая основной пофешности нри иснользовании специальпой трубной вставки и устаповки источников излучения па онределеп1юм расстояпии друг от друга. Использование предложенной схемы автоматического отюночения элекчропитапия второго детектора при возникновении бо;п, загрузок сун1ественно повьнпает ресурс детектора, делая его сравнимым с остальными.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1.Волченко Ю.А. Экспресс-метод контроля плотности буровых растворов и количества жидкости в пих. - Нефтяпое хозяйство, 1979, №3, с. 17-19.

2.Патент 2082152 (Россия). GO 1 N9/24. Устройство для контроля плотности и массовой доли жидкой фазы nyjn,n в трубопроводах / Ю.А.Волченко. - 20.06.97.

3.Гольдин М.Л. Теоретические основы измерительной техники фотонного излучения. Энергоатомиздат, 1985. - 160 с.

4.Гард Г. Радиоизоюпное измерение плотности жидкостей и бинарных систем: Сокр. tiep. с

нем. / Под ред. М.Л.Гольдина. - М.: Лтомиздат, 1975. - 184 с.

5.Комплекс технических средств экснрессного контроля параметров бурового раствора в нроцессе бурения нефтегазонромысловых и нефтегазоразведочных скважин: «КИБР. Рекламные нроснекты НИИ интросконии нри Томском нолитехническом университете. Россия, Томск, 2001. Сайт в интернете: hUp://inri.tpu.nj.

6.Экспрессный кон1роль параметров бурового раствора нри бурении нефтегазонромысловых и нефтегазоразведочных скважин / Ю.Л.Волченко, А.И.Безуглов, Н.П.Клименков, Ю.К.Тоуп1канов, Н.И.Числов // Ыеразрушающий контроль и диагностика: Известия ТПУ. Томск: Изд-во МТЛ, 1998, с. 67-69.

7.Булатов Л.И., Пеньков А.И., Проселков Ю.М. Справочник по промывке скважин. - М.: Педра, 1984.-317с.

8.Недавний О.И., Осипов С.П. Методика измерения концентраций трехкомнонентных смесей гамма-абсорбционным снособом. -Заводская лаборатория, 1994, №12, с. 15-18.

9.Патергг 3046402 (США). Кл. 250 - 83.3. Гамма-толщиномер для контроля двухслойной системы из разных материалов.

10.Безуглов А.И. Влияние погреипюстей определения параметров трубопровода на характеристики гамма-абсорбционного нлотномера транснортируемой бинарной смеси. - Дефектоскопия, 2003, №4, с. 23-35.

ЗАЯВИТЕЛБ: Государственное научное учреждение Научно-исследовательский институт интросконии нри Томском политехническом университете

Чахлов В.Л.

Claims (6)

1. Устройство для контроля плотности и компонентного состава бурового раствора в трубопроводе, содержащее первый источник гамма-излучения в первом защитном блоке с коллиматором и первый детектор гамма-излучения, расположенные с противоположных сторон измерительного участка трубопровода, второй источник гамма-излучения, первую и вторую схемы формирования и выделения импульсов, первый и второй измерители средней частоты импульсов, вычислительный блок, индикаторный блок, причем вход первой схемы формирования и выделения импульсов соединен с выходом первого детектора, а выход схемы подключен к входу первого измерителя средней частоты импульсов, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, выход которого соединен с индикаторным блоком, а выход второй схемы формирования и выделения импульсов соединен с входом второго измерителя средней частоты импульсов, выход которого подключен к второму входу вычислительного блока, отличающееся тем, что дополнительно введены второй защитный блок с коллиматором для второго источника излучения, второй и третий детекторы, третья схема формирования и выделения импульсов, третий измеритель средней частоты импульсов, первая и вторая схемы сравнения сигналов, первая и вторая схемы НЕ, триггер адреса рабочего детектора, схема И управления электропитанием второго детектора, причем выход второго детектора соединен с входом второй схемы формирования и выделения импульсов, выход третьего детектора соединен с входом третьей схемы формирования и выделения импульсов, выход которой соединен с входом третьего измерителя средней частоты импульсов, выход которого подключен к третьему входу вычислительного блока и входам схем сравнения, выход первой схемы сравнения соединен через первую схему НЕ с нулевым входом триггера, а выход второй схемы сравнения подключен к единичному входу триггера и входу второй схемы НЕ, выход которой соединен с первым входом схемы И, второй вход которой подключен к общей шине управления электропитанием детекторов, выход схемы И соединен со входом управления электропитанием второго детектора, а прямой выход триггера подключен к четвертому входу вычислительного блока, причем второй и третий детекторы расположены вблизи друг друга с противоположной стороны измерительного участка трубопровода относительно второго источника излучения, который установлен вдоль трубопровода на фиксированном расстоянии L от первого источника излучения, а третий детектор расположен за экраном с заданным коэффициентом ослабления излучения второго источника.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина экрана h_э третьего детектора определяется предварительно из выражения:

где К - кратность ослабления излучения экраном для уменьшения интенсивности регистрируемого излучения третьим детектором по сравнению со вторым детектором;

μ_э - линейный коэффициент ослабления излучения второго источника в материале экрана;

а - коэффициент корректировки (для узкого пучка излучения а=1), а значение К определяется из соотношений:

n_3min=n_2min; A=(0,8÷0,9),

где (n_2min÷n_2max) - допустимый рабочий диапазон значений средней частоты импульсов со второго детектора;

n_2min, n_3min - минимальные значения средней частоты импульсов, соответственно, со второго и третьего детекторов, необходимые для измерения параметров раствора с заданной погрешностью за установленное время измерения (осреднения) сигнала;

n_2max - максимальное значение средней частоты импульсов со второго детектора, превышение которого приводит к появлению недопустимых искажений функции сигнала от параметров раствора из-за больших загрузок детектора.

3. Устройство по п.1 и 2, отличающееся тем, что в первой и второй схемах сравнения сигналов установлены значения первого n₃₁ и второго n₃₂ уровней срабатывания схем, которые определяются соотношениями:

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительный участок трубопровода выполнен в виде трубной вставки с фланцами для соединения с основным трубопроводом, а материал и толщина стенок вставки выбраны из условий меньшего ослабления излучения, чем в основном трубопроводе, и соответствия требованиям к рабочему давлению в трубопроводе.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фиксированное расстояние L между первым и вторым источниками излучения вдоль измерительного участка трубопровода выбирается минимальным при выполнении условия:

где n₂(И2) - частота импульсов со второго детектора от второго источника излучения;

Δn₂(И1) - частота импульсов со второго детектора от первого источника излучения;

δ - допустимое значение относительного вклада в сигнал со второго детектора от первого источника излучения при любом значении n₂.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что объемные концентрации с₁, с₂, c₃ компонентов раствора определяются в вычислительном блоке из соотношений:

где

или

a₁₂=μ₁₂-μ₁₁; а₁₃=μ₁₃-μ₁₁; a₂₂=μ₂₂-μ₂₁; a₂₃=μ₂₃-μ₂₁;

μ₁₁, μ₁₂, μ₁₃ - линейные коэффициенты ослабления излучения первого источника, соответственно, в веществах первого, второго и третьего компонентов бурового раствора;

μ₂₁, μ₂₂, μ₂₃ - линейные коэффициенты ослабления излучения второго источника, соответственно, в веществах первого, второго и третьего компонентов бурового раствора;

h, h₁, h₂, h₃ - общая толщина контролируемого раствора в трубопроводе и, соответственно, парциальные толщины компонентов раствора;

n₁, n₂, n₃ - текущие значения средней частоты импульсов, соответственно, с первого, второго и третьего детекторов;

n₀₁, n₀₂ - измеренные или расчетные значения средней частоты импульсов при отсутствии раствора в трубопроводе соответственно с первого и второго детекторов,

а плотность раствора ρ_p вычисляется по формуле

ρ_p=ρ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{.}}{\text{1}}$ c₁+ρ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{.}}{\text{2}}$ c₂+ρ $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{.}}{\text{3}}$ c₃,

где ρ₁, ρ₂, ρ₃ - плотность жидкости и минеральные плотности компонентов твердой фазы.