RU35829U1 - Устройство для измерения объемного расхода жидкости в трубопроводе - Google Patents

Description

2ЙОйТ30828

-Г о о,

ОБЪЕКТ - УСТРОЙСТВО

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМНОГО РАСХОДА ЖИДКОСТИ В

ТРУБОПРОВОДЕ

МПК Е 21 в 47/10, G 01 F1/00

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

Известно устройство для измерения объемного расхода при порционном движении жидкости в трубопроводе в процессе работы штангового глубинного насоса, содержащее датчик-преобразователь акустических шумов, создаваемых движущейся жидкостью, протекающей через участок трубопровода фиксированного сечения, блок обработки, включающий в себя формирователь сигналов порций жидкости, вентиль, генератор импульсов, счетчик, таймер, и цифровое, табло (см. патент РФ №2140538, кл. Е 21 В 47/10, опубл. БИ №30 за 1999 г.).

Недостатком является то, что устройство не работает при измерении объемного расхода непрерьгоного потока жидкости, создаваемого в процессе работы ЭЦН. В этом случае порционный режим прохождения жидкости в трубопроводе отсутствует и заложенный в устройстве принцип порционной обработки информации об объемном расходе не может быть использован.

Наиболее близким по технической сущности 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, блок обработки, включающий в себя пороговое устройство, формирователь сигналов порций жидкости, коммутатор, генератор импульсов, счетчик, таймер, модуль анализа амплитуд, состоящий из блока частотных фильтров и вычитающего устройства, и цифровое табло.

Устройство позволяет проводить измерения объемного расхода жидкости в трубопроводе как при порционном, так и при непрерывном режимах движения.

Недостатком является то, что, во-первых, отсутствует возможность подключения устройства к системе телеметрии для обеспечения централизованного и оперативного сбора результатов измерений, а, во-вторых, результаты измерения объемного расхода

жидкости в трубопроводе обладают значительной погрешностью измерения, обусловленной тем, что блок частотных фильтров модуля анализа амплитуд выполнен с применением фильтров, настроенных на выделение сигналов на заданных частотах, без учета возможного изменения частоты проявления акустических шумов, создаваемых жидкостью, протекающей через участок трубопровода фиксированного сечения, в результате изменения физико-химических свойств жидкости или конструктивных особенностей трубопровода и запорной арматуры.

Техническая задача изобретения состоит в том, чтобы создать устройство комплексного измерения расхода жидкости в трубопроводе при эксплуатации скважин с ШГН и ЭЦН, позволяюш;ее уменьшить погрешность измерения, сократить число повторных, дублируюших измерений в условиях меняющегося состава жидкости или конструктивных особенностей трубопровода и запорной арматуры, обеспечить возможность подключения устройства к системе телеметрии для обеспечения централизованного и оперативного сбора результатов измерений.

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

Новым является то, что, модуль анализа амплитуд выполнен на базе предварительного усилителя, полосового фильтра, перестраиваемого фильтра и блока анализа и управления, причем выход датчика-преобразователя соединен с входом предварительного усилителя, выход которого соединен с входами полосового фильтра и перестраиваемого фильтра, выходы которых подключены к соответствующим входам блока анализа и управления, вход управления резонансной частотой перестраиваемого фильтра подключен к соответствующему выходу блока анализа и управления, а выход блока анализа и управления подключен к коммутатору, блок обработки дополнительно содержит блок задания режима измерения и модуль согласования с системой телеметрии, причем выход генератора импульсов подключен к входу блока задания режима измерения, соответствующие выходы которого подключены к входам счетчика и модуля согласования с системой телеметрии.

Из доступных источников патентной и научно-технической литературы нам неизвестна заявленная совокупность отличительных признаков. Следовательно,

предлагаемая полезная модель устройства отвечает критериям «Новизна и «Промышленная применимость.

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

На фиг.2 представлен спектр сигнала акустических шумов, создаваемых движением жидкости через трубопровод фиксированного сечения, и результат анализа разности амплитуд выделенных сигналов по прототипу (I - 0,9 кГц ... 1,1 кГц, 11-3,4 ... 4,0 кГц).

На фиг.З представлен спектр сигнала акустических шумов, создаваемых движением жидкости через трубопровод фиксированного сечения, и результат анализа разности амплитуд выделенных сигналов по предлагаемой полезной модели (I - 20 Гц ...

2,2кГц,II-2,2... 4,0кГц).

На фиг.4 представлена зависимость относительной погрешности результатов

измерений от скорости движения жидкости через трубопровод фиксированного сечения по прототипу и предлагаемой полезной модели.

Устройство для измерения объемного расхода жидкости в трубопроводе состоит из (см. фиг. 1) акустического датчика-преобразователя 1, блока обработки 2 и цифрового табло 3. Блок обработки 2, включает в себя пороговое устройство 4, формирователь сигналов порций жидкости 5, коммутатор 6, генератор импульсов 7, счетчик 8, таймер 9 и модуль анализа амплитуд 10. Новыми являются элементы, формирующие модуль анализа амплитуд 10, а именно: предварительный усилитель 11, полосовой фильтр 12, перестраиваемый фильтр 13 и блок анализа и управления 14, а блок обработки 2 дополнительно содержит блок задания режима измерения 15 и модуль согласования с системой телеметрии 16.

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

Устройство для измерения расхода взаимодействует с верхней частью нефтяной скважины 17, к которой подсоединен выкидной трубопровод фиксированного сечения 18. К внешней части выкидного трубопровода фиксированного сечения 17 прикреплен акустический датчик-преобразователь 1 таким образом, чтобы обеспечивался акустический контакт его с жидкостью, протекающей по выкидному трубопроводу фиксированного сечения 18.

Подача жидкости из нефтяной скважины 17 в выкидной трубопровод фиксированного сечения 18 осуществляется глубинным штанговым насосом (ШГН) (на фиг. не показан) в виде порций, разделенных во времени.

При работе нефтяной скважины 17 с электроцентробежным насосом (ЭЦН) (на фиг. не показан) осуществляется непрерьшная подача жидкости в выкидной трубопровод фиксированного сечения 18.

Прохождение жидкости по выкидному трубопроводу фиксированного сечения 18, на котором закреплен акустический датчик-преобразователь 1, вызывает появление специфических щумов. При появлении этих щумов акустический датчикпреобразователь 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 скважины с ШГН по трубопроводу фиксированного сечения 18 проходят порции жидкости с интервалом, пропорциональным частоте качаний станка-качалки, создающего возвратнопоступательные движения (вверх-вниз) плунжера насоса. Объем каждой порции и, следовательно, время ее прохождения по трубопроводу фиксированного сечения, где установлен акустический датчик-преобразователь 1, неодинаковы и зависят от наполнения плунжера жидкостью и пластовых условий в скважине. Преобразованные акустическим датчиком-преобразователем 1 в электрические сигналы Uum шумы от каждой порции жидкости поступают на вход 19 порогового устройства 4, в котором осуществляется их выделение над уровнем фоновых щумовых помех t/, возникающих в трубопроводе в результате работы устьевого оборудования скважины. С выхода 20 порогового устройства 4 сигналы порций жидкости поступают на вход 21 формирователя сигналов порций жидкости 5, который преобразует их в аналоговые сигналы постоянного тока и формирует из них порции потенциалов Unom одинаковой амплитуды и различной длительности Тщ. С выхода 22 формирователя сигналов порций жидкости 5 эти сигналы подаются на вход 23 коммутатора 6, который в данном режиме работы скважины посылает их с выхода 24 на вход 25 генератора импульсов 7, выполненного по схеме генератора, частота импульсов которого меняется пропорционально поступающему на его вход управляющему напряжению. Каждый поступивщий на вход 25 генератора импульсов 7 потенциал Unom порции инициирует в нем генерацию пачки стандартных импульсов фиксированной частоты F, соответствующей объемному расходу V Q жидкости через сечение трубопровода за единицу времени ((J-m Число импульсов в пачке зависит от длительности Тщ управляющего потенциала и„от- С выхода 26 генератора импульсов 7 эти импульсы подаются на вход 27 блока задания режима измерения 15, который задает режим измерения и последующего отображенпяя информации. Возможны три режима измерения: 1) автономный - с отображением результатов измерений на цифровом табло 3, 2) стационарный - с подключением через модуль согласования с системой телеметрии 16 к системе телеметрии и передачей результатов измерений на пульт диспетчера, 3) стационарнопереносной - с подключением через модуль согласования с системой телеметрии 16 к системе телеметрии и передачей результатов измерений на пульт диспетчера и одновременным отображением результатов измерений на цифровом табло 3. В зависимости от выбранного режима измерения импульсы подаются с выхода 28 блока задания режима измерения 15 на вход 29 счетчика 8, который осуществляет их накопление, или с выхода 30 блока задания режима измерения 15 на вход 31 модуля согласования с системой телеметрии 16 с последующей передачей информация по системе телеметрии на пульт диспетчера. Временной цикл измерения Тц (час, сутки) задается таймером 9, с выхода 32 которого на управляющий вход 33 счетчика 8 подается разрещающий счет сигнал. По окончании временного цикла Тц, в течение которого на счетчик поступит N пачек импульсов, в счетчике 8 фиксируется число Q: , , Тп.(сек)р{У )М(пачек) Qu(,cym} - гГ -и соответствующее объемному расходу за заданный временной цикл. Этот результат измерения с выхода 34 счетчика 8 поступает на вход 35 цифрового табло 3, на котором и индицируется. 2. При выполнении измерений расхода на нефтяной скважине 17 с ЭЦП, когда поток жидкости в выкидном трубопроводе фиксированного сечения 18 носит непрерывный характер, щумовой сигнал, снимаемый акустическим датчикомпреобразователем 1, также непрерывен и имеет различную амплитуду, зависящую от скорости потока. Сигнал потока с широким спектром частотных составляющих подается на вход 36 предварительного усилителя 11 модуля анализа амплитуд 10. 5 Тц(ч,сут) О с выхода 37 предварительного усилителя 11 сигнал потока поступает на вход 38 полосового фильтра 12 и вход 39 перестраиваемого фильтра 13. С выхода 40 полосового фильтра 12 и выхода 41 перестраиваемого фильтра 13 выделенные этими фильтрами в заданных полосах частот сигналы и преобразованные затем в аналоговые сигналы постоянного тока поступают на соответствующие входа 42 и 43 блока анализа и управления 14. Работа модуля анализа амплитуд 10 по предлагаемой полезной модели осуществляется следующим образом. В результате проведенных исследований установлено, что акустические щумы, создаваемые движением жидкости через трубопровод фиксированного сечения 18, проявляются в области частот 2,2 ... 4,0 кГц и характеризуются максимальной амплитудой сигнала в указанном диапазоне частот (см. фиг.З). При этом аьсустические щумы дополнительно содержат составляющие, которые характеризуют уровень собственных фоновых шумов трубопровода, характеризуемых минимальной амплитудой сигнала в диапазоне частот 20 Гц (минимальная частота преобразования акустических шумов в электрические сигналы) ... 2,2 кГц. А акустические шумы, проявляемые в области частот менее 0,8 кГц и иногда обладающие более высокой амплитудой, вызваны работой механических устройств. Выделение сигнала, характеризуемого проявлением акустических щумов, создаваемых движением жидкости через трубопровод фиксированного сечения 18, и максимальной амплитудой, производится полосовым фильтром 12 в интервале частот 2,2 ... 4,0 кГц (см. фиг.2). Выделение сигнала, характеризуемого проявлением собственных фоновых акустических щумов трубопровода фиксированного сечения 16 и минимальной амплитудой, производится перестраиваемым фильтром 13 и осуществляется в два этапа. Первый, поиск частоты, характеризуемой проявлением сигнала с минимальной амплитудой. Второй, выделение сигнала на установленной частоте. Поиск частоты, характеризуемой проявлением сигнала с минимальной амплитудой, осуществляется блоком анализа и управления 14 путем последовательного сравнения амплитуд сигналов, выделяемых перестраиваемым фильтром 13. При этом производится сканирование частот путем изменения резонансной частоты перестраиваемого фильтра 13 подачей сигнала управления резонансной частотой перестраиваемого фильтра 13 с выхода 44 блока анализа и управления 14 на вход 45 перестраиваемого фильтра 13. 6

После того, как установлена частота, характеризуемая проявлением собственных фоновых акустических шумов трубопровода фиксированного сечения 18 и минимальной амплитудой, в блоке анализа и управления 14 производится формирование абсолютных значений перепадов (разностей) амплитуд сигналов вьщеляемых полосовым фильтром 12 и перестраиваемым фильтром 13.

С выхода 46 блока анализа и управления 14 эти перепады амплитуд проходят на вход 47 коммутатора 6, установленного на режим работы с ЭЦН, и с его выхода 24 подаются на вход 25 генератора импульсов 7. Частота генерируемых импульсов, соответствующая объемному расходу жидкости, протекающей через трубопровод фиксированного сечения 18 в единицу времени, меняется в зависимости от величины перепада (разности) амплитуд акустических сигналов, пропорционально объемному расходу. С выхода 26 генератора импульсов 7 непрерывная последовательность стандартных импульсов, следующих с различной частотой, поступает на вход 27 блока задания режима измерения 15.

В зависимости от выбранного режима измерения импульсы подаются с выхода 28 блока задания режима измерения 15 на вход 29 счетчика 8, который осуществляет их накопление, или с выхода 30 блока задания режима измерения 15 на вход 31 модуля согласования с системой телеметрии 16 с последующей передачей информация по системе телеметрии на пульт диспетчера.

Число импульсов, накопленное в счетчике 8 за данный временной цикл, организуемый по входу 33 счетчика 8 таймером 9, с выхода 34 счетчика 8 подается на вход 35 цифрового табло 3, где и индицируется в виде величины объемного расхода.

Изменение элементов, формирующих модуль анализа амплитуд, в соответствии с предлагаемой полезной моделью позволяет примерно в 2 раза повысить точность выделения сигнала, характеризуемого проявлением собственных фоновых акустических щумов трубопровода фиксированного сечения (см. фиг.2 точка А и фиг. 3 точка С), и сигнала, характеризуемого проявлением акустических шумов, создаваемых движением жидкости через трубопровод фиксированного сечения (см. фиг.2 точка В и фиг. 3 точка D), а, следовательно, уменьшить погрешность результатов измерения скорости движения жидкости через трубопровод фиксированного сечения, и связанного с ним объемного расхода жидкости, от 1,5 до 2,5 раз (см. фиг.4).

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 ЭЦН

уменьшается погрешность результатов измерения от 1,5 до 2,5 раз, что сокращает число повторных, дублирующих измерений в условиях периодически меняющегося состава жидкости или конструктивных особенностей трубопровода и запорной арматуры, а обеспечение возможности подключения устройства к системе телеметрии позволяет обеспечить централизованный, оперативный сбор результатов измерений и снизить себестоимость промысловых измерений.

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, модуль анализа амплитуд, генератор импульсов, счетчик и таймер, отличающееся тем, что модуль анализа амплитуд выполнен на базе предварительного усилителя, полосового фильтра, перестраиваемого фильтра и блока анализа и управления, причем выход датчика-преобразователя соединен с входом предварительного усилителя, выход которого соединен с входами полосового фильтра и перестраиваемого фильтра, выходы которых подключены к соответствующим входам блока анализа и управления, вход управления резонансной частотой перестраиваемого фильтра подключен к соответствующему выходу блока анализа и управления, а выход блока анализа и управления подключен к коммутатору, блок обработки дополнительно содержит блок задания режима измерения и модуль согласования с системой телеметрии, причем выход генератора импульсов подключен к входу блока задания режима измерения, соответствующие выходы которого подключены к входам счетчика и модуля согласования с системой телеметрии.