RU37222U1 - Устройство для контроля параметров газожидкостной смеси в трубопроводе - Google Patents

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ

СМЕСИ В ТРУБОПРОВОДЕ

Устройство относится к области радиационного контроля физических свойств веществ и материалов, в частности - газожидаостных смесей в трубопроводах, и может быть использовано для контроля параметров газированных водонефтяных смесей при добыче нефти.

Известно устройство /1/ (прибор ИПК-1) для определения относительных объемов, занимаемых газом и насьшным материалом (коксом) в двухфазной смеси, представляющее собой гамма-абсорбционный датчик, состояпщй из источника гамма-излучения, размещенного в защитном блоке с коллиматором, и соединенных последовательно детектора прошедщего гаммаизлучения через измерительный цилиндр с двухфазной смесью, схемы формирования и выделения импульсов, измерителя средней частоты импульсов, выход которого подключеи к вычислительному блоку, соединенного с индикаторным блоком. Известное устройство может быть использовано для определения относительного содержания газа и жидкости в газожидкостной смеси с фиксированной общей толпщной при постоянстве состава жидкости и, соответственно, коэффициента ослабления излучения для жидкости.

Недостатком известного устройства при контроле газированной водонефтяной смеси (трехфазная смесь) является большая погрепшость в определении доли жидкости и газа, возникающая из-за произвольного соотнощения воды и нефти в жидкой фазе смеси и, соответственно, постоянного изменения и невозможности учета фактического коэффициента ослабления излучения для жидкости. Так, при использовании в вычислении доли жидкости в смеси среднего из двух значений линейных коэффициентов ослабления излучения (для нефти - //ь для воды - /) или одного из них для используемого в /1/ источника гамма-излучения с радионуклидом С5-137, погрешность в определении доли жидкости может составить % (максимальное значение погрешности без учета статистической определяется соотношением 100%-(//2 - () ЙМПК G01N23/00 пользуют два моноэнергетических источника излучения с разными энергиями гамма-квантов /

и Е2 (El 2). При этом энергия Ej (высокоэнергетическое излучение) должна соответствовать преимущественно комптоповскому ослаблению гамма-квантов в контролируемой смеси, что используется в устройстве /1/, а энергия Е2 (низкоэнергетическое излучение) должна соответствовать ослаблению гамма-квантов в контролируемой смеси преимущественно за счет фотоэффекта. Гамма-кванты двух энергий, прошедшие без взаимодействия через контролируемую смесь, регистрируются детектором, а сформированные и соответствующие им импульсные сигналы поступают на измерители средней частоты импульсов и/ и л - После измерения с необходимой точностью и/ и «2 определяют толпщну каждого компонента из общей толщины смеси на основании решения системы уравнений в вычислительном блоке. Это фактически соответствует определению объемных концентраций компонентов.

Указанный принцип реализован в известном устройстве (/4/, гамма-толщиномер), предназначенном для измерения толщины или плотности двухслойной композиции из разных материалов. Устройство /4/ содержит первый и второй моноэнергетические источники гаммаизлучения с разными энергиями, размещенные в запщтном блоке с коллиматором, спектрометрический детектор гамма-излучения, причем детектор и защитный блок с источниками расположены с противоположных сторон объекта контроля, усилитель, вход которого подключен к выходу детектора, а выход соединен с входами первого и второго дифференциального амплитудного дискриминатора, выходы которых подключены, соответственно, к входам первого и второго измерителей средней частоты импульсов, выходы которых соединены с соответствуюпщми входами вычислительного устройства для определения искомых параметров по приведенным формулам. Данное устройство может быть использовано для определения параметров трехкомпонентных смесей при постоянстве общей толщины, поскольку задача, в этом случае, сводится к вычислению толщин компонентов смеси по известной методике /3/.

Недостатком известного устройства /4/ является то, что одновременная регистрация излучения одним детектором от двух источников гамма-квантов, оптимальные энергии которых могут различаться в десять раз (/2/ - с. 100), приводит к сложностям выделения низкоэнергетического

излучения на меняющемся фоне высокоэнергетического излучения и, как следствие, образованию дополнительных инструментальных погрешностей измерения регистрируемых средних частот импульсов. Кроме этого, если оптимальную толщину контролируемой смеси определить для высокоэнергетического излучения, как менее чувствительного к параметрам смеси, по методике /5/, то для низкоэнергетического излучения это приведет в процессе контроля к значительным перепадам интенсивности регистрируемого в пределах изменения толщин контролируемых компонентов смеси (от максимальной толщины и до нуля). Такой режим детектора (больщие загрузки) сопровождается значительным искажением номинальной зависимости регистрируемого сигнала от параметров смеси (/2/ - с. 124), появлением систематических погрешностей измерения и быстрой выработкой ресурса детектора.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому решению по совокупности элементов и принципу действия является радиоизотопное устройство /6/, предназначенное для контроля плотности и компонентного состава бурового раствора в трубопроводе и обеспечивающее определение трех основных компонентов раствора при постоянной его толщине (внутренний диаметр) и значительных изменениях интенсивности регистрируемого низкоэнергетического излучения из-за существенных перепадов плотности раствора. Устройство (161 - прототип) состоит из первого и второго гамма-абсорбционных датчиков, расположенных вдоль трубопровода на фиксированном расстоянии друг от друга, вычислительного блока, выход которого подключен ко входу индикаторного блока, причем первый гамма-абсорбционный датчик содержит первые источник гамма-излучения в защитном блоке с коллиматором и последовательно соединенные детектор гамма-из.11учения, схему формирования и выделения импульсов, измеритель средней частоты импульсов, второй гамма-абсорбционный датчик содержит второй источник гамма-излучения с меньшей энергией гамма-квантов, расположенный в защитном блоке с коллиматором, последовательно соединенные вторые детектор гамма-излучения, схему формирования и вьщеления импульсов, измеритель средней частоты импульсов, последовательно соединенные третьи детектор гамма-излучения, схему формирования и вьщеления импульсов, измеритель средней частоты импульсов, а также блок управления электропитанием

второго детектора, состоящий из первой и второй схем сравнения сигналов, первой и второй схем НЕ, триггера адреса рабочего детектора, схемы И управления электропитанием второго детектора, причем выход третьего измерителя средней частоты подключен к первым входам схем сравнения, на вторых входах которых установлены заданные уровни сравнения сигналов, 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 нервым входом схемы И, второй вход которой подключен к общей шине управления электропитанием детекторов, выход схемы И соединен с входом управления электропитанием второго детектора, а прямой выход триггера и выходы первого, второго и третьего измерителей средней частоты импульсов подключены к соответствующим входам вычислительного блока, причем второй и третий детекторы расположены вблизи друг друга, а третий детектор снабжен экраном с заданным коэффшщентом К ослабления излучения второго источника. Приведенные в описании математические соотношения позволяют выбрать параметры устройства, удовлетворяюпще заданным требованиям контроля.

Известное устройство /6/ может быгь использовано, в общем случае, для определения меняющейся в нропессе контроля толщины (содержания) двухфазной жидкости в трубопроводе по вычисляемому компонентному составу жидкости на основании приведенных формул (при отсутствии третьего компонента), а долю газа (объемное содержание) можно определить путем вычитания толщины жидкости из внутреннего диаметра трубопровода.

Недостатком известного устройства /6/ при контроле газированной водонефтяной смеси является то, что возншсает дополнительная погрепшость в определении доли жидкости и газа в смеси из-за значительного изменения плотности жидкости, особенно нефти, при изменении температуры, что возможно из-за различных скважинных условий, параметров внешней окружающей среды, расстояния от устья скважины до замерной установки. Это приводит к не учтенному в известном устройстве изменению коэффициентов ослабления излучений и появлению дополнительных ногрешностей при вьршслении толщин (содержания) жидкости и газа. Кроме этого, может возникнуть больщая погрешность в определении фактической доли газа в

Ш)Ы(щ1

смеси из-за флуктуации давления в трубопроводе при добыче пефти, а также отсутствует возможиость определения объемных концентраций контролируемых параметров, приведенных к нормированным значениям температзфы и давления для правильного учета и сопоставления.

Недостатком известного устройства /6/ является также то, что определяемая доля жидкости как сумма вычисленных парциальных толщин нефти и воды по представленным формулам имеет большую погрешность из-за малого различия отношений коэффициентов ослабления излучений для нефти и воды при разных энергиях гамма-квантов. Так, при относительной погрешности измерения регистрируемых частот импульсов Аи/и 0,,003 для двух радионуклидых источников излучения Cs-l37 кАт-241 с энергиями гамма-квантов 0,662 МэВ и 0,059 МэВ и внутреннем диаметре трубопровода D 100 мм погрешность определения парциальных толщин нефти и воды составляет около ±(8-г12) мм, а при суммировании толпщн - еше большее значение. Это существенно превышает погрешности используемых на практике измерительных устройств сепарациошюго типа (/7/, с.410: по жидкости - 2,,5 %; по газу %) и исключает определение компонентного состава водонефтяной смеси.

Целью предлагаемого решения является повьниение точности измерения долей жидкости и газа в газожидкостной смеси непосредственно в трубопроводе при меняющемся составе двухфазной жидкости, например, в газированной водонефтяной смеси при добыче нефти.

Это достигается тем, что в устройство для контроля параметров газожидкостной смеси в трубопроводе, состояшее из первого и второго гамма-абсорбционных датчиков, расположенных вдоль трубопровода на фиксированном расстоянии друг от друга, вычислительного блока, выход которого подключен ко входу индикаторного блока, причем первый гамма-абсорбционный датчик содержит первые источник гамма-излучения в защитном блоке с коллиматором и последовательно соединенные детектор гамма-излучения, схему формирования и выделения импульсов, измеритель средней частоты импульсов, второй гамма-абсорбционный датчик содержит второй источник гамма-излучения с меньшей энергией гамма-квантов, расположенный в защитном блоке с коллиматором, последовательно соединенные вторые детектор гамма-излучения, схему формирования и выделения импульсов, измеритель средней частоты импульсов.

последовательно соединенные третьи детектор гамма-излучения, схему формирования и вьщеления импульсов, измеритель средней частоты импульсов, а также блок управления электропитанием второго детектора, состоящий из первой и второй схем сравнения сигналов, первой и второй схем НЕ, триггера адреса рабочего детектора, схемы И управления электропитанием второго детектора, причем выход третьего измерителя средней частоты подключен к первым входам схем сравнения, на вторых входах которых установлены заданные уровни сравнения сигналов, 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 с входом управления электропитанием второго детектора, а прямой выход триггера и выходы первого, второго и третьего измерителей средней частоты импульсов подключены к соответствующим входам вычислительного блока, причем второй и третий детекторы расположены вблизи друг друга, а третий детектор снабжен экраном с заданным коэффициентом К ослабления излучения второго источника, дополнительно введены датчик температуры смеси и датчик давления в трубопроводе, выходы которых соединены с соответствующими входами вычислительного блока.

При этом обьемные концентращ1и жидкости С и газа C, в трубопроводе вычисляются на основании измеряемых средних частот импульсов и,, п или п, температуры Т (градусы Кельвина) и давления Р по следующим формулам:

г 2-(M2-Ai)().г (Т л г

ж()--Г-Т -г(Л -

h h//,2-y 2I-/ll-/ 22h

где h,h)ff,hf, - внутренний диаметр измерительного участка трубопровода и, соответственней парциальные толщины жидкости и газа при измерении;

и n 12„ 21 / 2

1 + Д-(Г-Г) 1 + 2-(Г-Г) 1 + Д-(Г-Г) l + )

//,j,//,2 - линейные коэффициенты ослабления излучения первого источника, соответственно, в нервом и втором компонентах жидкости (нефти и воде) при измеряемой температуре смеси Г;

линейные коэффициенты ослабления излучения второго источника, соответственно, в первом и втором компонентах жидкости (нефти и воде) при измеряемой температуре смеси Т;

//,j,,//215/ 22 линейные коэффициенты ослабления излучений для первого и второго компонентов жидкости (нефти и воды) при нормированном значении температуры

Д, Д - температурные коэффициенты объемного расширения для первого и второго компонентов жидкости (нефти и воды);

и,, «2) «3 текущие значения средней частоты импульсов, соответственно, с первого, второго и третьего детекторов;

«01, «02 - измеренные или расчетные значения средней частоты импульсов, соответственно, с

первого и второго детекторов при отсутствии контролируемой смеси в трубопроводе.

Приведенные обьемные концентрации жидкости и газа к нормированным значениям температуры Г и давления Р вычисляются по формулам:

с;-(Г)( с;(Г,р )сдг,л..

h h,2-/ 21-АГ; 22Р -Т

Наличие в устройстве датчика температуры смеси позволяет своевременно корректировать линейные коэффициенты ослабления излучений по представленным выше формулам при отклонениях температуры Т от выбранного нормированного значения , тем самым, исключать дополнительную погрешность определения обьемной концентрации жидкости (газа), которая возникает при отсутствии учета температуры и может составлять при - Г (304-40) градусов.

Наличие в устройстве датчика для измерения давления Р в трубопроводе совместно с датчиком темнературы позволяют вычислять объемные концентрации газа и жидкости в смеси, приведенные к нормированным значениям темнературы Г и давления Р, обеспечивая тем самым точный учет доли газа и жидкости при меняющихся условиях измерения (давления и температуры). Сжимаемость жидкости в рабочем диапазоне давлений на устье скважины (от атмосферного и до 4 МПа) можно не учитывать, поскольку она составляет доли процента.

Применение в предложенном устройстве прямого вычисления доли жидкости в смеси по представленным формулам на основании измеряемых частот импульсов позволило уменьшить погрешность определения доли жидкости (газа) в раз по сравнению с использованием для этой цели формул прототипа, где могут вычисляться только парциальные доли первого и второго компонентов (нефти и воды) с большой погрешностью. Это следует из приведенных ниже выражений для погрешностей параметров в предложенном устройстве и прототипе:

,ч.Л1., (A«2/«2) + ()

1) В Предложенном устройстве: Ля,. ±

2) в устройстве прототипа, соответственно, для нефти (Л,) и воды (й):

-( /«2) + //22 -(Аи, ll) . д, Ar() + (A«i/ni) - X., A«2 - iI.

|М2-А21-//1Г/22 l2- 21-Ar/ 22|

Оценка абсолютной погрешности определения толщины жидкости в предложенном устройстве для указанных выше параметров при анализе возможностей устройства прототипа (Ли/я 0,,003 для двух радионуклидых источников излучения Cs-137 иАт-241 с энергиями гамма-квантов 0,662 МэВ и 0,059 МэВ и внутреннем диаметре трубопровода ) мм) дает значение ж l,,9 мм, что значительно меньше полученного в прототипе только для первого компонента (нефти): мм. Такая погрешность предложенного устройства приемлема для решения практических задач при добыче нефти.

|М2-/ 21-/ 1Г- 22|

Фиксированное расстояние L между двумя гамма-абсорбционными датчиками вдоль измерительного участка трубопровода выбирают минимальным при вьшолпении условия:

(Я1)5 «,(Я2)

где ) - частота импульсов со второго детектора от второго источника излучения ; Аи2(Ш) - частота импульсов со второго детектора от первого источника излучения; 8 - допустимое значение относительного вклада в регистрируемый сигнал со второго

детектора от первого источника излучения при любом значении п (например, S 0,05). Заданный коэффициент К ослабления излучения второго источника экраном и толщнна экрана /Zg третьего детектора определяются предварительно из вьфажений:

К (0,,9); ,,

«2min э-«

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

//., - линейный коэффициент ослабления излучения второго источника в материале экрана;

а - коэффициент корректировки (для узкого пучка излучения а 1);

(bmin 2тах) ДОПУСТИМЫЙ рабочий диапазон значений средней частоты импульсов со второго детектора;

тах максимальное зиачеиие средией частоты импульсов со второго детектора, превышение

которого приводит к появлению недопустимых искажений функции сигнала от параметров смеси из-за больших загрузок детектора.

2mm зтш минимальные значения средней частоты импульсов, соответственно, со второго и третьего детекторов, необходимые для измерения параметров смеси с заданной погрешностью за установленное время измерения (осреднения) сигнала;

lw),

и -и и - 2max 3min

31 Smin Jt .4

Ha фиг. 1 приведена схема устройства, взаимное расположение и связи между элементами на примере реализации устройства при использовании газоразрядных детекторов излучения. В этом случае возможно расположение третьего детектора с экраном за вторым детектором, так как ослабление падающего потока излучения вторым детектором, например, при использовании приведенного вьппе низкоэнергетического источника излучения не превьппает 10 %.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы ВЬБСОДНЫХ сигналов элементов устройства, обеспечивающих управление электропитанием второго детектора и указание адреса рабочего детектора (второго или третьего) для вычислительного блока.

Устройство состоит (фиг.1) из первого гамма-абсорбпионного датчика 1, второго гаммаабсорбционного датчика 2, датчика 3 температуры смеси, датчика 4 давления в трубопроводе, вычислительного блока 5 и индикаторного блока 6. Все датчики установлены на измерительном участке 7 трубопровода, вьшолненного в виде трубной вставки с фланцевым или быстроразъемным соединением для установки его в технологический трубопровод 8, по которому транспортируется газожидкостная смесь 9. Гамма-абсорбционные датчики 1 и 2 установлены вдоль трубопровода на фиксированном расстоянии L друг от друга, которое определяется предварительно. Первый гамма-абсорбционный датчик 1 содержит первые источник гамма-излучения 10 в защитном блоке 11с коллиматором и последовательно соединенные детектор 12, схему формирования и выделения импульсов 13, измеритель средней частоты импульсов 14. Второй гамма-абсорбционный датчик 2 содержит второй источник гамма-излучения 15с меньщей энергией гамма-квантов, расположенный в защитном блоке 16с коллиматором, последовательно соединенные вторые детектор 17, схему формирования и выделения импу. 18, измеритель средней частоты импульсов 19, последовательно соединенные третьи детектор 20, схему формирования и выделения импу;п сов 21, измеритель средней частоты импульсов 22, а также блок управления 23 электропитанием второго детектора 17, состоящий из первой 24 и второй 25 схем сравнения сигналов, первой 26 и второй 27 схем НЕ, триггера 28 адреса рабочего детекbjpy XlDHl

тора, схемы И 29 управления электропитанием второго детектора 17, причем выход третьего измерителя средней частоты 22 подключен к первым входам схем сравнения 24 и 25, на вторых входах которых установлены заданные уровни сравнения сигналов Пз, и выход первой

схемы сравнения 24 соединен через первую схему НЕ 26 с нулевым входом триггера 28, а выход второй схемы сравнения 25 подключен к единичному входу триггера 28 и входу второй схемы НЕ 27, выход которой соединен с первым входом схемы И 29, второй вход которой подключен к общей пшне управления электропитанием детекторов 30, а выход схемы И 29 соединен с входом управления электропитанием второго детектора. При этом второй 17 и третий 20 детекторы расположены вблизи друг друга, а третий детектор 20 снабжен экраном 31 с заданным коэффициентом АГ ослабления излучения второго источника 15. Выходы первого 14, второго 19 и третьего 22 измерителей средней частоты импульсов, датчика температуры 3, датчика давления 4 и триггера 28 подключены к соответствующим входам вычислительного блока 5, выход которого соединен с индикаторным блоком 6. Нулевой уровень на выходе триггера 28 указывает адрес рабочего детектора 17, а единичный уровень - детектора 20, сигнал с одного из которых используется в вычислительных операциях блока 5. Защитные блоки 11 и 16с коллиматорами вьшолнены из тяжелого металла, например, свинца (защитные оболочки вокруг детекторов от рассеянного излучения не показаны).

Устройство работает следующим образом (фиг.1, фиг.2). Носле предварительного размещения датчиков 1,2, 3,4 на измерительном участке 7 трубопровода 8 с газожидкостной смесью 9 и включения электропитания устройства на выходах датчика 3 температуры смеси и датчика давления 4 появляются соответствз ощие сигналы, поступающие на входы вычислительного блока 5. В первом гамма-абсорбционном датчике 1 излучение источника 10, расположенного в защитном блоке 11с коллиматором, прошедшее через смесь 9 в трубопроводе 7, регистрируется детектором 12, импульсы на выходе которого после преобразования схемами 13 и 14 поступают на соответствующий вход блока 5. При этом во втором гамма-абсорбционном датчике 2 на общей шине 30 схемы 23 управления электропитанием детекторов устанавливается единичный уровень, что переводит детектор 20 и разрешает перевод детектора 17 (с учетом состояния

1ад ъ 41 схемы HE 27) в постоянное рабочее состояние, обеспечивая регистрацию прошедшего через

смесь и трубопровод 7 излучения источника 15 в защитном блоке 16 с последующим формированием сигналов схемами 18,19и21,22и поступлением их на соответствующие входы вычислительного блока 5. На выходе схемы 22 измерителя средней частоты импульсов с третьего детектора 20 появляется постепенно нарастающий сигнал (из-за осреднения). Поэтому в начальный момент () на выходах схем сравнения 24 и 25 получаются нулевые уровни сигналов, а на выходах схем НЕ 26 и 27 - единичные уровни. Единичные уровни на первом входе схемы 29 с выхода схемы 27 и на втором входе схемы 29 с общей шины 30 формируют единичный уровень на выходе схемы 29, что обеспечивает включение электропитания детектора 17. Единичный уровень на R-входе схемы 28 и нулевой уровень на S-входе подтверждают нулевой уровень на выходе схемы 28, что определяет использование сигнала с выхода схемы 19 (а не 22) для вычисления параметров в блоке 5, хотя в указанное время работают оба детектора (17 и 20), регистрирующие гамма-излучение от источника 15 (частота импульсов п, в /Г раз меньше частоты «2 из-за ослабления излучения экраном 31). Если частота импульсов п в процессе контроля достигнет значения зфовня срабатывания Wj, в момент времени /i, то на выходе схемы

24 появится высокий уровень, который через схему 26 устанавливает нулевой уровень на Rвходе схемы 28 без изменения уровня на ее выходе, разрешая при этом прием возможного сигнала по S-входу. При дальнейшем увеличении частоты импульсов п до значения Wjj в момент

времени t2, что соответствует достижению предельной частоты импульсов «jmax детектора 17, происходит срабатывание схемы 25, а сформированный на выходе высокий уровень устанавливает триггер 28 в единичное состояние через S-вход. Одновременно формируется нулевой уровень на первом входе схемы 29, который отключает электропитание детектора 17. Высокий уровень на выходе триггера 28 указывает на выбор сигнала со схемы 22 (а не 19) для расчета параметров в блоке 5. Если в дальнейшем частота импульсов и, становится меньше значения

12 уровень не изменяет ее состояния и сигнал для вычисления нараметров берется также с выхода

схемы 22. Временной интервал /4 - ts аналогичен но состоянию схем интервалу - з (отключено электропитание детектора 17). В момент времени /5 когда и, становится меньше значения , включается электропитание детектора 17 из-за появления нулевого уровня на выходе схемы 25. При дальнейшем уменьшении я, до значения п в момент /б на выходе схемы 24

появляется нулевой уровень, который через схему 26 по R-входу схемы 28 переводит ее в нулевое состояние, что указьшает на выбор сигнала со схемы 19 (а не 22) для расчета параметров в блоке 5. Вычисленные значения параметров индицируются в блоке 6. Следовательно, использование приведенного режима работы второго гамма-абсорбпионного датчика обеспечивает работоспособность предложенного устройства в возможном диапазоне изменения содержания жидкости в смеси: от нуля и до максимального значения.

Определение параметров газожидкостной смеси после каждого измерения выполняется следуюпщм образом.

По показанию датчика 3, фиксирующего значение Т температуры смеси, корректируются по приведенным формулам линейные коэффициенты ослабления излучений в первом и втором компонентах жидкости (нефти и воде) с учетом их исходных значений Xi,//i2 / ij 22 Р мированной температуры Г и температурных коэффициентов объемного расширения Д, Д нефти и воды:

/ П//12 //21 //2

l + (T-T) + /3,-(Т-ТУ - + /3,-(Т-ТУ 1 + -(Т-Г) По показаниям первого и второго гамма-абсорбционных датчиков 1 и 2, фиксируюпщх значения средних частот импульсов и,, п или п, а также полученных выше значений линейных коэффициентов ослабления излучений с учетом температуры смеси Т, определяются объемные концентрации жидкости С и газа Cj, в трубопроводе :

адаоа (1

13 где h,h,hf. - внутренний диаметр измерительного участка трз онровода и, соответственно,

парциальные толщины жидкости и газа при измерении;

YI -ln(«j/Иц,); У ( или Y (n Klnfy), соответственно, при нулевом или единичном сигнале на выходе триггера 28;

По показаниям датчика давления 4, датчика температзфы 3 и значения Cj. вычисляются приведенные объемные концентрации жидкости и газа к нормированным значениям температуры Г и давления Р:

г (т - ()( ).г fT (Т р

ж ), --г „

-Т

Таким образом, предложенное устройство позволяет определять с большой точностью обьемные концентрации жидкости и газа в газожидкостной смеси с меняющимся составом двухфазной жидкости (газированной водонефтяной смеси) при значительных изменениях температуры и давления смеси и произвольном содержании жидкости в контролируемой смеси.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1.Гольдин М.Л., Тамаров И.С. Радиоизотопный контроль газопроницаемости кокса. - М.: Атомиздат, 1974. - 96 с.

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

3.Недавний О.И., Осипов С.Н. Методика измерения концентраций трехкомнонентных смесей гамма-абсорбционным способом. - Заводская лаборатория, 1994, №12, с. 15-18.

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

5.Безуглов А.И. Влияние погрещностей определения параметров трубопровода на характеристики гамма-абсорбционного плотномера транспортируемой бинарной смеси. - Дефектоскопия, 2003, .№4, с. 23-35.

ЬйЮ(ц1

14

6.Заявка №2003124523/20(026321), (РФ). МКИ G01N23/00; Е21В44/ОО.Устройство для

контроля плотности и компонентного состава бурового раствора в трубопроводе (Решение о вьщаче патента на полезную модель от 02.09.2003г.) / Безуглов А.И..

7.Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов B.C., Пекин С.С. Оборудование для добычи нефти и газа: В 2 ч. - М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2003. - Ч. 2. - 792 с.

i ъ

ЗАЯВИТЕЛЬ: Государственное учреждение Научно-исследовательский институт

интроскопии при Томском политехническом университете Зам. директора по научной работе Сидуленко О.А.

dZH

Claims (1)

1. Устройство для контроля параметров газожидкостной смеси в трубопроводе, состоящее из первого и второго гамма-абсорбционных датчиков, расположенных вдоль трубопровода на фиксированном расстоянии друг от друга, вычислительного блока, выход которого подключен ко входу индикаторного блока, причем первый гамма-абсорбционный датчик содержит первые источник гамма-излучения в защитном блоке с коллиматором и последовательно соединенные детектор гамма-излучения, схему формирования и выделения импульсов, измеритель средней частоты импульсов, второй гамма-абсорбционный датчик содержит второй источник гамма-излучения с меньшей энергией гамма-квантов, расположенный в защитном блоке с коллиматором, последовательно соединенные вторые детектор гамма-излучения, схему формирования и выделения импульсов, измеритель средней частоты импульсов, последовательно соединенные третьи детектор гамма-излучения, схему формирования и выделения импульсов, измеритель средней частоты импульсов, а также блок управления электропитанием второго детектора, состоящий из первой и второй схем сравнения сигналов, первой и второй схем "НЕ", триггера адреса рабочего детектора, схемы "И" управления электропитанием второго детектора, причем выход третьего измерителя средней частоты подключен к первым входам схем сравнения, на вторых входах которых установлены заданные уровни сравнения сигналов, 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 с входом управления электропитанием второго детектора, а прямой выход триггера и выходы первого, второго и третьего измерителей средней частоты импульсов подключены к соответствующим входам вычислительного блока, причем второй и третий детекторы расположены вблизи друг друга, а третий детектор снабжен экраном с заданным коэффициентом К ослабления излучения второго источника, отличающееся тем, что дополнительно введены датчик температуры смеси и датчик давления в трубопроводе, выходы которых соединены с соответствующими входами вычислительного блока, при этом объемные концентрации жидкости С_ж и газа С_г, в трубопроводе вычисляются на основании измеряемых средних частот импульсов n₁, n₂ или n₃, температуры Т (градусы Кельвина) и давления Р по следующим формулам:

   

   

   где h, h_ж, h_г - внутренний диаметр измерительного участка трубопровода и, соответственно, парциальные толщины жидкости и газа при измерении;

   Y₁=-1n(n₁/n₀₁); Y₂=-1n(n₂/n₀₂) или Y₂=-1n(n₃·K/n₀₂) соответственно при нулевом или единичном сигнале на выходе триггера;

   

   

   μ₁₁, μ₁₂ - линейные коэффициенты ослабления излучения первого источника, соответственно, в нефти и воде при измеряемой температуре смеси Т;

   μ₂₁, μ₂₂ - линейные коэффициенты ослабления излучения второго источника соответственно в нефти и воде при измеряемой температуре смеси Т;

   

   - указанные выше линейные коэффициенты ослабления излучения для нефти и воды при нормированном значении температуры

   

   ;

   β₁, β₂ - температурные коэффициенты объемного расширения для нефти и воды;

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

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

   а приведенные объемные концентрации жидкости и газа к нормированным значениям температуры Т^* и давления Р^* вычисляются по формулам