RU35827U1 - Устройство для измерения объемного расхода жидкости в трубопроводе - Google Patents

Description

ОБЪЕКТ - УСТРОЙСТВО

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОГО РАСХОДА ЖИДКОСТИ В

2003130138

III

г003130138

МПК Е 21 В 47/10, G 01 F1/00

ТРУБОПРОВОДЕ

Полезная модель относится к области нефтедобычи и может быть использована для контроля объемного расхода жидкости, протекающей по трубопроводу, и производительности нефтяных скважин, оборудованных штанговыми глубинными (ШГН) и электроцентробежными (ЭЦН) насосами.

Известно устройство для измерения расхода жидкости в трубопроводе (см. кн.: Исаакович Р.Я. и др. «Контроль и автоматизация добычи нефти и газа, М., «Недра, 1976, стр. 105), содержащее турбинный преобразователь расхода, электромагнитный датчик и счетчик.

Недостатком является ограниченность качественного применения устройства при измерении малых расходов жидкости, проходящей по трубопроводу в виде небольших порций, разделенных во времени в процессе работы ШГН. Работа турбинного преобразователя при таком режиме подачи жидкости оказывается нестабильной, что вносит большую погрешность в результаты измерения.

Наиболее близким по технической сушдости и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для измерения объемного расхода жидкости в трубопроводе (см. патент РФ №2195633, кл. G 01 F1/66, опубл. БИ № 36 за 2002 г.), содержащее акустический датчик-преобразователь, цифровое табло и блок обработки, включающий в себя пороговое устройство, формировате.пь сигналов порций жидкости, коммутатор, блок частотных фильтров, вычитающее устройство, генератор импульсов, счетчик и таймер.

Недостатком является то, что канал измерения расхода в устройстве не защищен от помех, создаваемых устьевым оборудованием скважины с ШГН. Паразитные сигналы от таких помех, носящих кратковременных, импульсный характер (скриц устьевого сальника, стук устройства поворота блока щтанг и т.п.), при этом имеют больщую амплитуду и искажают полезные сигналы от протекающей жидкости.

Техническая задача изобретения состоит в том, чтобы создать устройство комплексного измерения расхода жидкости в трубопроводе при эксплуатации скважин с ШГН и ЭЦН, позволяющее уменьшить погрешность измерения, сократить число

повторных, дублирующих измерений в условиях скважинных шумовых помех, повысить оперативность и снизить себестоимость промысловых измерений.

Поставленная техническая задача решается описываемой полезной моделью устройства для измерения объемного расхода жидкости в трубопроводе, содержащей акустический датчик-преобразователь, цифровое табло и блок обработки, включающий в себя пороговое устройство, формирователь сигналов порций жидкости, коммутатор, блок частотных фильтров, вычитающее устройство, генератор импульсов, счетчик и таймер.

Новым является то, что блок обработки содержит дополнительно детектор, дискриминатор временных изменений амплитуды и вентиль, причем, выход порогового устройства подключен к входам детектора и дискриминатора временных изменений амплитуды, выход детектора соединен с первым входом вентиля, второй вход которого подключен к выходу дискриминатора временных изменений амплитуды, а выход вентиля соединен с входом формирователя потенциалов порций жидкости.

Из доступных источников патентной и научно-технической литературы нам неизвестна заявленная совокупность отличительных признаков. Следовательно, предлагаемая полезная модель устройства отвечает критерию «Существенные отличия.

На фиг. 1 представлена блок-схема полезной модели устройства для измерения объемного расхода жидкости в трубопроводе.

На фиг. 2 схематично представлен разрез трубопровода с установленным акустическим датчиком-преобразователем.

На фиг. 3 представлены преобразованные акустическим датчикомпреобразователем в электрические сигналы шумы, вызванные движением порции жидкости, и шумы, возникающие в результате трения устьевого сальника о шток.

На фиг. 4 представлены преобразованные в аналоговые сигналы постоянного тока электрические сигналы шумов.

На фиг. 5 представлены сформированные сигналы порций по прототипу.

На фиг. 6 представлены сформированные сигналы порций в предлагаемой полезной модели.

Устройство для измерения объемного расхода жидкости в трубопроводе состоит из (см. фиг. 1) акустического датчика-преобразователя 1, цифрового табло 2 и блока обработки, включающего в себя пороговое устройство 3, формирователь сигналов порций жидкости 4, коммутатор 5, блок частотных фильтров 6, вычитающее устройство 7, генератор импульсов 8, счетчик 9 и таймер 10. Новыми являются детектор 11, дискриминатор временных изменений амплитуды 12 и вентиль 13.

Принцип работы устройства для измерения объемного расхода рассмотрен на примере измерения производительностей нефтяных скважин.

Устройство для измерения расхода взаимодействует с верхней частью нефтяной скважины 14, к которой подсоединен выкидной трубопровод 15. К внешней части выкидного трубопровода 15 прикреплен акустический датчик-преобразователь 1 таким образом, чтобы обеспечивался акустический контакт его с жидкостью, протекающей по выкидному трубопроводу 15. Подача жидкости из нефтяной скважины 14 в выкидной трубопровод 15 осуществляется глубинным штанговым насосом (ШГН) (на фиг. не показан) в виде порций, разделенных во времени.

При работе нефтяной скважины 14 с электроцентробежным насосом (ЭЦН) (на фиг. не показан) осуществляется непрерьшная подача жидкости в выкидной трубопровод 15.

Прохождение жидкости в выкидном трубопроводе 15 через сечение, в области которого прикреплен к выкидному трубопроводу 15 чувствительный акустический датчик-преобразователь 1, вызывает появление специфических шумов, обусловленных трением частиц жидкости о стенки выкидного трубопровода 15, турбулентным характером потока. При появлении этих шумов акустический датчик-преобразователь 1 воспринимает их и преобразует в электрические сигналы переменного тока различной амплитуды со спектром частотных составляющих, лежащих в пределах 20 Гц -12 кГц.

Функционирование блоков устройства рассмотрено для двух режимов работы: 1. При измерении объемного расхода нефтяной скважины 14 с ШГН по выкидному трубопроводу 15 проходят порции жидкости (см. фиг. 2) с интервалом, пропорциональным частоте качаний станка-качалки, создаюшего возвратнопоступательные движения (вверх-вниз) плунжера насоса. Обьем каждой порции и, следовательно, время ее прохождения по выкидному трубопроводу 15 через сечение, где установлен акустический датчик-преобразователь 1, неодинаковы и зависят от наполнения плунжера насоса жидкостью и пластовых условий в нефтяной скважине 14. Преобразованные акустическим датчиком-преобразователем 1 в электрические сигналы Urn (см. фиг. 3) шумы от каждой порции жидкости поступают на вход 16 порогового устройства 3, в котором осуществляется их выделение над уровнем фоновых шумов Uo, присутствзгющих в выкидном трубопроводе 15 при отсутствии подачи. В процессе прохождения полезных сигналов ищп порций жидкости акустический датчик-преобразователь 1 воспринимает и щумовые сигналы помех Um, возникающие вследствие трения устьевого сальника о шток в процессе его движения (в частности при нахождении его в зонах верхнего и нижнего положения), а также от

,.

стука механизма поворота блока штанг. Такие помехи носят кратковременный, импульсный характер (см. фиг. 3) и имеют амплитуду, превышающую фоновый уровень во всем диапазоне рабочих частот. Сигналы ищш и ищ с выхода 17 порогового устройства 3 одновременно поступают на входы 18 и 19, соответственно детектора 11 и дискриминатора временных изменений амплитуды 12. Детектор 11 преобразует их в аналоговые сигналы постоянного тока UA (см. фиг. 4), и с его выхода 20 они поступают на первый вход 22 вентиля 13. Шумовые сигналы, приходящие на вход 19 дискриминатора временных изменений амплитуды 12, преобразуются им в аналоговую форму, а изменения их амплитуды Дид за единицу времени At сравниваются по ве;шчине с опорным значение AUon/At. Оно выбирается таким, чтобы максимальное изменение амплитуды AUAmax/At полезного сигнала порции жидкости, поступающей из нефтяной скважины 14, работающей с максимальной скоростью хода штока станка-качалки, всегда было бы меньше AUon/At:

при прохождении полезных сигналов UAIB (см. фиг. 4) и, следовательно, вьшолнении условия 1, с выхода 21 дискриминатора временных изменений амплитуды 12 на вход 23 вентиля 13 подается потенциал, открьшающий вентиль 13 для прохождения с его выхода 24 этих сигналов на вход 25 формирователя сигналов порций жидкости 4, в котором происходит формирование сигналов порций жидкости Unor одинаковой амплитуды и различной длительности ТГЕ (см. фиг. 5) и Тц (см. фиг. 6), прототкша и предлагаемой полезной модели, соответственно. В случае появления на входе 19 дискриминатора временных изменений амплитуды 12 сигналов помехи UA с крутыми фронтами неравенство 1 не выцолняется и с выхода 21 дискриминатора временных изменений амплитуды 12 на вход 23 вентиля 13 поступает сигнал, запрещающий прохождение сигналов помехи с детектора 11 в формирователь сигналов порций жидкости 4. Защтрихованные области потенциалов (см. фиг. 5)

характеризуют погрешности измерения при отсутствии новых узлов 11,12 и 13. С выхода 26 формирователя сигналов порций жидкости 4 сигналы порций жидкости с Тп1 подаются на вход 27 коммутатора 5, который в данном режиме работы посылает их с выхода 28 на вход 29 генератора импульсов 8, выполненного по схеме генератора, частота следования импульсов которого меняется пропорционально поступающему на его вход управляющему напряжению. Каждый поступивший на вход 29 генератора

.

А ояП1

.-4.. 2 импульсов 8 сигнал порции жидкости Unoi инициирует в нем генерацию пачки стандартных импульсов фиксированной частоты F, соответствующей объемному расходу Q жидкости через сечение выкидного трубопровода 15 за единицу времени Число импульсов в пачке зависит от длительности Тш управляющего сигнала порции жидкости UnoT- С выхода 30 генератора импульсов 8 эти импульсы подаются на вход 31 счетчика 9, который осуществляет их накопление. Временной цикл Тц (час, сут.) задается таймером 10, с выхода 33 которого на вход 32 счетчика 9 подается разрешающий счет сигнал. По окончании временного цикла Тц, в течение которого в счетчик 9 поступит N пачек импульсов, в счетчике 9 фиксируется число Оц: х- rPVr г л Оц(ч,сут) ., соответствующее объемному расходу за заданный временной цикл. Этот результат измерения с выхода 34 счетчика 9 поступает на вход 35 цифрового табло 2, на котором и индицируется. При выполнении измерений расхода на нефтяной скважине 14 с ЭЦН, когда поток жидкости в выкидном трубопроводе 15 носит непрерьшный характер, шумовой сигнал, снимаемый акустическим датчиком-преобразователем 1, также непрерьгоен и имеет различную амплитуду, зависящую от скорости потока. Сигнал потока с щироким спектром частотных составляющих подается на вход 36 блока частотных фильтров 6, в котором вьщеляются сигналы двух рабочих частот в диапазоне 1,0 3,6 кГц, преобразуемые затем в аналоговые сигналы постоянного тока. С выходов 37 и 38 блока частотных фильтров 6 эти сигналы поступают на соответствующее входы 39 и 40 вычитающего устройства 7, в котором формируются абсолютные значения перепадов (разность) амплитуд сигналов рабочих частот. С выхода 41 вычитающего устройства 7 эти перепады амплитуд проходят на вход 42 коммутатора 5, установленного на режим работы с ЭЦН, и с его выхода 28 подаются на вход 29 генератора импульсов 8. Частота генерируемых импульсов, соответствующая объемному расходу жидкости, протекающей через измерительное сечение выкидного трубопровода 15 в единицу времени, меняется в зависимости от величины перепада (разности) амплитуд акустических сигналов, пропорционально расходу. С выхода 30 генератора 8 непрерывная последовательность стандартных импульсов, следующих с различной частотой, поступает на вход 31 счетчика 9. Число импульсов, накопленное в .,c j/36: / f plmtn/ о{У . /сек) /сек) , Т„((У Ы(пачек) Тц(ч,сут)

счетчике 9 за данный временной цикл, организуемый по входу 32 счетчика 9 таймером 10, с выхода 34 счетчика 9 подается на вход 35 цифрового табло 2, где и индицируется в виде величины объемного расхода.

Использование предлагаемой полезной модели устройства для измерения объемного расхода жидкости в трубопроводе позволяет осуществлять комплексное измерение объемного расхода скважин с ШГН и ЭЦН. При этом в режиме работы с ШГН на % уменьшается погрешность измерения, что сокраш:ает число повторных, дублирующих измерений в условиях скважинных шумовых помех и ведет к повышению оперативности и снижению себестоимости промысловых измерений. 6

Claims (1)

1. Устройство для измерения объемного расхода жидкости в трубопроводе, содержащее акустический датчик-преобразователь, цифровое табло и блок обработки, включающий в себя пороговое устройство, формирователь сигналов порций жидкости, коммутатор, блок частотных фильтров, вычитающее устройство, генератор импульсов, счетчик и таймер, отличающееся тем, что блок обработки содержит дополнительно детектор, дискриминатор временных изменений амплитуды и вентиль, причем выход порогового устройства подключен к входам детектора и дискриминатора временных изменений амплитуды, выход детектора соединен с первым входом вентиля, второй вход которого подключен к выходу дискриминатора временных изменений амплитуды, а выход вентиля соединен с входом формирователя сигналов порций жидкости.