RU59812U1

RU59812U1 - COMPLEX OF MEASUREMENT OF COMPONENT EXPENDITURE OF GAS-LIQUID FLOW OF OIL WELLS

Info

Publication number: RU59812U1
Application number: RU2006123503/22U
Authority: RU
Inventors: Евгений Федорович Фурмаков; Олег Федорович Петров; Юрий Викторович Маслов; Андрей Юрьевич Новиков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Техприбор"
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2006-12-27

Abstract

Полезная модель может быть использована в нефтедобывающей промышленности для контроля дебита нефтяных скважин. Предложенный комплекс содержит три соосно установленных высокочастотных резонатора, каждый из которых снабжен двумя взаимно-ортогональными вводами-выводами, короткозамкнутые ограничительные и короткозамкнутые ограничительно-разделительные витки, датчик давления и датчик температуры, вычислительно-управляющий блок, управляемый высокочастотный генератор, управляемый коммутатор, контроллер режимов, блок задержки, входные усилители, а также шесть приемо-передающих трактов, содержащих каждый два разделительных конденсатора, входной усилитель, амплитудный детектор и аналого-цифровой преобразователь. Полезная модель позволяет на основе метода радиоволнового ВЧ-зондирования контролируемого потока в двух взаимно-ортогональных направлениях измерять относительное содержание его компонентов, а также, с использованием метода автокорреляционного измерения скорости, определять скорость потока и по результатам этих измерений вычислять покомпонентный объемный расход газожидкостной среды. Выполняемый в контроллере режимов анализ режима течения газожидкостной среды дает возможность достоверно определять покомпонентный расход даже при существенно неустановившемся течении, а примененный в комплексе метод взаимно-ортогонального зондирования контролируемой среды обеспечивает возможность измерений даже при полностью установившемся течении однородной среды, когда в контролируемом потоке отсутствуют локальные неоднородности компонентного состава. При необходимости, комплекс может с использованием информации от датчиков давления и температуры вычислять и передавать во внешние системы информацию о покомпонентном массовом расходе газожидкостной среды.The utility model can be used in the oil industry to control the flow rate of oil wells. The proposed complex contains three coaxially mounted high-frequency resonators, each of which is equipped with two mutually orthogonal I / O, short-circuited limiting and short-circuited limiting-separation coils, a pressure sensor and a temperature sensor, a computer-control unit, a controlled high-frequency generator, a controlled switch, a mode controller , delay unit, input amplifiers, as well as six transceiver paths, each containing two isolation capacitors, input preamplifier, amplitude detector and an analog-to-digital converter. The utility model makes it possible to measure the relative content of its components in two mutually orthogonal directions based on the method of radio-frequency RF sounding of a controlled flow in two mutually orthogonal directions, and also, using the method of autocorrelation velocity measurement, determine the flow velocity and calculate the component-wise volumetric flow rate of a gas-liquid medium using these measurements. The analysis of the gas-liquid medium flow regime performed in the mode controller makes it possible to reliably determine the component-wise flow rate even with a substantially unsteady flow, and the mutually orthogonal sounding method of the controlled medium used in the complex provides the possibility of measurements even in a fully steady flow of a homogeneous medium when there are no local inhomogeneities in the controlled flow component composition. If necessary, the complex can, using information from pressure and temperature sensors, calculate and transmit to external systems information on the component-by-mass flow rate of a gas-liquid medium.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в нефтедобывающей промышленности для контроля дебита нефтяных скважин.The proposed utility model relates to measuring technique and can be used in the oil industry to control the flow rate of oil wells.

Известна система измерения покомпонентного расхода многофазного потока нефтяных скважин, содержащего нефть, газ и воду (см. патент РФ №2270981, МПК G 01 F 15/08, G 01 F 1/74, G 01 F 1/84, Е 21 В 47/10).A known system for measuring the component flow rate of a multiphase flow of oil wells containing oil, gas and water (see RF patent No. 2270981, IPC G 01 F 15/08, G 01 F 1/74, G 01 F 1/84, E 21 V 47 /10).

Эта система содержит сепаратор, обеспечивающий разделение газового и жидкого компонентов контролируемого потока, а также микроволновый влагомер, определяющий содержание воды в жидком компоненте методом радиоволнового зондирования.This system contains a separator that separates the gas and liquid components of the controlled stream, as well as a microwave moisture meter that determines the water content in the liquid component by radio wave sensing.

Недостатком данной системы является невозможность определения компонентного состава многофазного потока без его предварительного сепарирования: механического разделения на газовую и жидкую фракции.The disadvantage of this system is the impossibility of determining the component composition of a multiphase flow without prior separation: mechanical separation into gas and liquid fractions.

От этого недостатка свободны системы измерения покомпонентного расхода трехкомпонентного газожидкостного потока, содержащие радиоволновый датчик покомпонентного состава потока, СВЧ-генератор и вычислительно-управляющий блок (см. патент РФ №2063615, МПК G 01 F 1/56, патент РФ №43068, МПК G 01 F 1/74 и патент РФ №2275604, МПК G 01 F 1/74). Указанные системы не требуют сепарирования газожидкостного потока, однако обладают другим недостатком: невозможностью достоверного радиоволнового зондирования контролируемого потока при наличии в нем соленой воды. Этот недостаток обусловлен затуханием микроволнового радиоизлучения СВЧ-генератора известных систем в существенно электропроводной соленой воде. Поскольку содержание растворенных в скважинной воде солей составляет десятки граммов на литр, скважинная вода обладает высокой электропроводностью, что делает ее фактически нерадиопрозрачной для микроволнового излучения и не дает возможности достоверного радиоконтроля водосодержания на сверхвысоких частотах.Free from this drawback are systems for measuring the component flow rate of a three-component gas-liquid flow, containing a radio wave sensor of component composition of the stream, a microwave generator, and a computing and control unit (see RF patent No. 2063615, IPC G 01 F 1/56, RF patent No. 43068, IPC G 01 F 1/74 and RF patent No. 2275604, IPC G 01 F 1/74). These systems do not require separation of the gas-liquid stream, however, they have another drawback: the impossibility of reliable radio-wave sounding of the controlled stream in the presence of salt water in it. This disadvantage is due to the attenuation of microwave radio waves of a microwave generator of known systems in substantially conductive salt water. Since the content of salts dissolved in borehole water is tens of grams per liter, borehole water has high electrical conductivity, which makes it virtually non-transparent for microwave radiation and does not allow reliable radio monitoring of water content at ultrahigh frequencies.

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по технической сущности Closest to the proposed utility model by technical nature

и достигаемому результату является известный комплекс измерения покомпонентного расхода многокомпонентного газожидкостного потока, в состав которого входят радиоволновый датчик, содержащий высокочастотные резонаторы, каждый из которых представляет собой зигзагообразный проводник в виде обмотки из медного провода, и электронное вычислительно-управляющее устройство, содержащее вычислительно-управляющий блок и управляемый высокочастотный генератор, в качестве которого использован управляемый синтезатор частоты (см. заявку на изобретение РФ №2002100228/28, МПК G 01 F 1/00, G 01 F 5/00). Данный комплекс принят за ближайший аналог (прототип) предлагаемой полезной модели.and the achieved result is a well-known complex of measuring the component flow rate of a multicomponent gas-liquid flow, which includes a radio wave sensor containing high-frequency resonators, each of which is a zigzag conductor in the form of a winding from a copper wire, and an electronic computer-control device containing a computer-control unit and a controlled high-frequency generator, which is used as a controlled frequency synthesizer (see the application for etenie RF №2002100228 / 28, IPC G 01 F 1/00, G 01 F 5/00). This complex is taken as the closest analogue (prototype) of the proposed utility model.

В основу работы известного комплекса положены два метода измерения. Для измерения покомпонентного состава потока выбран метод высокочастотного радиоволнового зондирования контролируемой среды с помощью высокочастотного резонатора; в этом методе в качестве информативных параметров сигнала о покомпонентном составе контролируемой среды используются параметры резонансного поглощения этой средой высокочастотного электромагнитного поля на нескольких резонансных частотах, например, на двух резонансных частотах F_рез1 F_рез2, лежащих в ВЧ-диапазоне.The well-known complex is based on two measurement methods. To measure the component composition of the flow, the method of high-frequency radio wave sounding of a controlled medium using a high-frequency resonator was chosen; In this method, as informative parameters of the signal about the component-wise composition of the controlled medium, the parameters of the resonant absorption of the high-frequency electromagnetic field by this medium at several resonant frequencies, for example, at two resonant frequencies F _res1 F _res2 , lying in the high-frequency range, are used.

Для измерения скорости контролируемого потока в известном комплексе выбран автокорреляционный метод измерения скорости, основанный на измерении времени прохождения некоторой базовой длины радиоволнового датчика локальной неоднородностью компонентного состава потока; указанное время определяется либо по максимуму взаимной корреляционной функции (ВКФ) временных реализаций двух радиоволновых ВЧ-сигналов, характеризующих данную неоднородность, либо по минимуму дискриминационной характеристики, представляющей собой ВКФ первой производной временной реализации одного из указанных сигналов и временной реализации другого из этих сигналов.To measure the speed of a controlled flow in a known complex, an autocorrelation method of measuring speed was selected based on measuring the transit time of a certain base length of a radio wave sensor by local heterogeneity of the component composition of the stream; the indicated time is determined either by the maximum of the mutual correlation function (VKF) of the temporal realizations of two radio wave RF signals characterizing this heterogeneity, or by the minimum of the discriminatory characteristic, which is the first derivative of the temporal realization of one of these signals and the temporal realization of the other of these signals.

В состав радиоволнового датчика данного комплекса входят последовательно установленные первый и второй открытые радиоволновые цилиндрические высокочастотные резонаторы, каждый из которых снабжен отдельным вводом и отдельным выводом, а в состав электронного вычислительно-управляющего устройства этого комплекса входят вычислительно-управляющий блок, The composition of the radio wave sensor of this complex includes sequentially installed first and second open radio wave cylindrical high-frequency resonators, each of which is equipped with a separate input and a separate output, and the electronic computing and controlling device of this complex includes a computing and controlling unit,

управляемый высокочастотный генератор, входной усилитель, а также два передающих тракта, каждый из которых представляет собой последовательно соединенные входной усилитель, амплитудный детектор и аналого-цифровой преобразователь.a controlled high-frequency generator, an input amplifier, as well as two transmission paths, each of which is a series-connected input amplifier, an amplitude detector, and an analog-to-digital converter.

Вывод первого и вывод второго открытых радиоволновых цилиндрических резонаторов известного комплекса подключены каждый к одному из соответствующих входов вычислительно-управляющего блока через один из соответствующих передающих трактов, а ввод первого и ввод второго резонаторов соединены с выходом управляемого высокочастотного генератора через входной усилитель, причем ввод и вывод каждого из упомянутых резонаторов подсоединены каждый к одной из двух различных, диаметрально противоположно расположенных точек зигзагообразного короткозамкнутого проводника соответствующего резонатора. Каждый из двух открытых радиоволновых цилиндрических высокочастотных резонаторов известного комплекса представляет собой обмотку из медной проволоки, зигзагообразно размещенной на наружной цилиндрической поверхности диэлектрической трубы данного высокочастотного резонатора, которая соосно установлена внутри трубчатого металлического корпуса данного высокочастотного резонатора.The output of the first and the output of the second open radio wave cylindrical resonators of the known complex are each connected to one of the corresponding inputs of the computing and control unit through one of the respective transmission paths, and the input of the first and input of the second resonators are connected to the output of the controlled high-frequency generator through the input amplifier, the input and output each of the aforementioned resonators are each connected to one of two different diametrically opposite points of the zigzag a short-circuited conductor of the corresponding resonator. Each of the two open radio-wave cylindrical high-frequency resonators of the known complex is a winding of copper wire, zigzag mounted on the outer cylindrical surface of the dielectric tube of this high-frequency resonator, which is coaxially mounted inside the tubular metal casing of this high-frequency resonator.

В связи с тем, что в известном комплексе в качестве зондирующего радиоволнового сигнала используется высокочастотное электромагнитное поле, она позволяет зондировать газожидкостный поток на относительно низкой, по сравнению с микроволновым излучением, частоте и тем самым дает возможность достоверно контролировать параметры газожидкостного потока даже при наличии в нем соленой воды.Due to the fact that the known complex uses a high-frequency electromagnetic field as a probing radio wave signal, it makes it possible to probe a gas-liquid flow at a relatively low frequency compared to microwave radiation and thereby makes it possible to reliably control the parameters of a gas-liquid flow even if it contains salt water.

Однако, недостатком данного комплекса является высокая погрешность измерения покомпонентного расхода, возникающая в каждом из двух крайних режимов течения контролируемого потока: при неустановившемся течении и, наоборот, при установившемся течении.However, the disadvantage of this complex is the high measurement error of the component-wise flow rate that occurs in each of the two extreme flow regimes of the controlled flow: in an unsteady flow and, conversely, in a steady flow.

При существенно неустановившемся течении газожидкостной среды, характерном для большинства отечественных нефтяных скважин, компонентный состав и скорость потока быстро и хаотически изменяются во времени, в результате чего погрешность, вызванная быстрыми и хаотическими изменениями With a substantially unsteady flow of a gas-liquid medium, typical of most domestic oil wells, the component composition and flow rate quickly and chaotically change over time, resulting in an error caused by fast and chaotic changes

режима течения, может достигать существенных величин.flow regime, can reach significant values.

Что же касается скважин, функционирующих в режиме полностью установившегося течения, при котором компонентный состав и скорость потока остаются практически неизменными, а контролируемая среда представляет собой практически однородную мелкодисперсную смесь отдельных компонентов, то на подобных скважинах использование известного комплекса затруднительно, поскольку положенный в основу его работы автокорреляционный радиоволновый метод измерения скорости потока с использованием однонаправленного радиоволнового зондирования контролируемой среды является достоверным только при наличии в контролируемом потоке ярко выраженных локальных неоднородностей компонентного состава, которые отсутствуют при установившемся течении.As for the wells operating in a fully steady flow mode, in which the component composition and flow rate remain almost unchanged, and the controlled medium is an almost uniform finely divided mixture of individual components, the use of the well-known complex in such wells is difficult, since it is the basis of its work autocorrelation radio wave method for measuring flow velocity using unidirectional radio wave sensing iruemoy environment is valid only if the controlled flow pronounced local inhomogeneities component composition, which are not under steady flow.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение достоверности и точности измерения покомпонентного расхода при неустановившемся и установившемся течениях контролируемой среды.The objective of the proposed utility model is to increase the reliability and accuracy of measuring the component flow rate for unsteady and steady flow of a controlled environment.

Для решения поставленной задачи комплекс измерения покомпонентного расхода газожидкостного потока нефтяных скважин, в состав которого входят соосно расположенные первый и второй резонаторы, каждый из которых представляет собой короткозамкнутый зигзагообразный проводник, имеющий форму прямоугольного меандра, размещенный на наружной цилиндрической поверхности диэлектрической трубы, установленной внутри трубчатого металлического корпуса соосно ему, управляемый высокочастотный генератор, входной усилитель, вычислительно-управляющий блок, два передающих тракта, датчик давления и датчик температуры, установленные в корпусе, выход каждого из которых соединен с соответствующим ему входом вычислительно-управляющего блока, причем каждый из двух резонаторов через принадлежащий ему передающий тракт подключен к одному из входов вычислительно-управляющего блока, выход которого соединен со входом управляемого высокочастотного генератора, а каждый из передающих трактов представляет собой последовательно соединенные выходной усилитель, амплитудный детектор и аналого-цифровой преобразователь.To solve this problem, a complex for measuring the component flow rate of a gas-liquid flow of oil wells, which includes coaxially located first and second resonators, each of which is a short-circuited zigzag conductor having the shape of a rectangular meander, placed on the outer cylindrical surface of a dielectric pipe mounted inside a tubular metal case coaxial to it, controlled high-frequency generator, input amplifier, computer-controlled unit, two transmission paths, a pressure sensor and a temperature sensor installed in the housing, the output of each of which is connected to the corresponding input of the computing and control unit, each of the two resonators through its transmitting path connected to one of the inputs of the computing and control unit the output of which is connected to the input of a controlled high-frequency generator, and each of the transmission paths is a series-connected output amplifier, amplitude detector, and analog background converter.

Новым по отношению к прототипу является то, что в комплекс дополнительно введен третий резонатор, установленный соосно первому и второму резонаторам на диэлектрической трубе внутри корпуса, каждый из трех резонаторов снабжен первым вводом-выводом и ортогонально ему расположенным вторым вводом-выводом, причем первый ввод-вывод и второй ввод-вывод каждого резонатора лежат в диаметральных взаимно-перпендикулярных плоскостях. Помимо этого, в комплекс дополнительно введены четыре передающих тракта, идентичных двум первым передающим трактам, контроллер режимов и блок задержки, вход которого подключен к выходу контроллера режимов, входной усилитель и управляемый коммутатор, соединенный с выходом управляемого высокочастотного генератора, снабженный двумя выходами, каждый из которых соединен со входом одного из входных усилителей, и подключенный своим управляющим входом к вычислительно-управляющему блоку. Каждый из шести передающих трактов комплекс дополнительно снабжен входом и двумя соединенными между собой в общей точке разделительными конденсаторами, один из которых подключен ко входу выходного усилителя, а другой - ко входу данного передающего тракта, при этом каждый из передающих трактов совместно с введенными в его состав разделительными конденсаторами отдельно заэкранирован и образует приемо-передающий тракт. Каждый ввод-вывод каждого резонатора комплекса подключен только к одному из приемо-передающих трактов - к общей точке его разделительных конденсаторов, при этом выходом каждого приемо-передающего тракта является выход аналого-цифрового преобразователя, подключенный к одному из входов вычислительно-управляющего блока. Каждый из приемо-передающих трактов, подключенный к первому вводу-выводу одного из резонаторов, соединен своим входом с одним из входных усилителей, а каждый из остальных приемо-передающих трактов - с другим входным усилителем, при этом выход каждого из приемо-передающих трактов третьего резонатора дополнительно подключен к одному из входов контроллера режимов, а выход блока задержки подключен к вычислительно-управляющему блоку, выход которого соединен с управляющим входом блока задержки. Для четкой фиксации пространственных границ электромагнитного поля, возбуждаемого в каждом из резонаторов, на концевых участках диэлектрической трубы установлено по ограничительному New in relation to the prototype is that a third resonator is added to the complex, mounted coaxially with the first and second resonators on a dielectric tube inside the housing, each of the three resonators is equipped with a first input-output and a second input-output orthogonal to it, the first input- the output and the second input-output of each resonator lie in diametrical mutually perpendicular planes. In addition, four transmitting paths identical to the two first transmitting paths, a mode controller and a delay unit, the input of which is connected to the output of the mode controller, an input amplifier and a managed switch connected to the output of a controlled high-frequency generator, equipped with two outputs, are each introduced into the complex, each of which which is connected to the input of one of the input amplifiers, and connected by its control input to the computing-control unit. Each of the six transmission paths, the complex is additionally equipped with an input and two dividing capacitors interconnected at a common point, one of which is connected to the input of the output amplifier, and the other to the input of this transmission path, while each of the transmission paths together with those introduced into it Separating capacitors are separately shielded and form a transmit-receive path. Each input-output of each resonator of the complex is connected to only one of the transceiver paths - to the common point of its isolation capacitors, while the output of each transceiver path is the output of an analog-to-digital converter connected to one of the inputs of the computer-control unit. Each of the transceiver paths connected to the first input-output of one of the resonators is connected by its input to one of the input amplifiers, and each of the other transceiver paths is connected to another input amplifier, while the output of each of the transceiver paths of the third the resonator is additionally connected to one of the inputs of the mode controller, and the output of the delay unit is connected to the computing-control unit, the output of which is connected to the control input of the delay unit. For a clear fixation of the spatial boundaries of the electromagnetic field excited in each of the resonators at the end sections of the dielectric pipe, a restrictive

витку, а между резонаторами - по ограничительно-разделительному витку, при этом поперечное сечение ограничительного витка, ограничительно-разделительного витка и зигзагообразного проводника каждого резонатора имеет прямоугольную форму.a coil, and between the resonators - along the boundary-dividing coil, while the cross-section of the restrictive coil, boundary-dividing coil and the zigzag conductor of each resonator has a rectangular shape.

Работа предложенного комплекса поясняется Фигурами 1, 2, 3, 4 и 5.The work of the proposed complex is illustrated by Figures 1, 2, 3, 4 and 5.

На Фигуре 1 представлена функциональная схема предложенного комплекса, на Фигуре 2 - развертка резонаторов, на Фигуре 3 - сечение зигзагообразного проводника резонатора, на Фигуре 4 - поперечный разрез резонатора, а на Фигуре 5 - структурная схема приемо-передающего тракта.Figure 1 presents a functional diagram of the proposed complex, Figure 2 is a scan of the resonators, Figure 3 is a cross section of a zigzag resonator conductor, Figure 4 is a cross section of a resonator, and Figure 5 is a structural diagram of a transceiver path.

На Фигурах 1, 2, 3, 4 и 5 введены следующие обозначения: 1 - корпус, 2 - первый резонатор, 3 - второй резонатор, 4 - третий резонатор, 5 - первый ввод-вывод резонатора, 6 - второй ввод-вывод резонатора, 7 - диэлектрическая труба, 8 - центрирующий фиксатор, 9 - наружное уплотнительное кольцо, 10 - внутреннее уплотнительное кольцо, 11 - ограничительный виток, 12 - ограничительно-разделительный виток, 13 - диэлектрическая втулка, 14 - диэлектрическая подложка, 15 - вычислительно-управляющий блок, 16 - вычислитель, 17 - блок управления, 18 - управляемый высокочастотный генератор, 19 - управляемый коммутатор, 20 - контроллер режимов, 21 - блок задержки, 22 - входной усилитель, 23 - входной разделительный конденсатор, 24 -выходной разделительный конденсатор, 25 - выходной усилитель, 26 - амплитудный детектор, 27 - аналого-цифровой преобразователь, 28 - первый приемо-передающий тракт первого резонатора, 29 - первый приемо-передающий тракт второго резонатора, 30 - первый приемо-передающий тракт третьего резонатора, 31 - второй приемо-передающий тракт первого резонатора, 32 - второй приемо-передающий тракт второго резонатора, 33 - второй приемо-передающий тракт третьего резонатора, 34 - экранирующий кожух, 35 - общий экранирующий кожух, 36 - датчик давления, 37 - датчик температуры, 38 - внешние системы.In Figures 1, 2, 3, 4, and 5, the following notation is introduced: 1 — housing, 2 — first resonator, 3 — second resonator, 4 — third resonator, 5 — first resonator input-output, 6 — resonator second input-output, 7 - a dielectric pipe, 8 - a centering lock, 9 - an external sealing ring, 10 - an internal sealing ring, 11 - a restrictive coil, 12 - a restrictive and dividing coil, 13 - a dielectric sleeve, 14 - a dielectric substrate, 15 - a computing and control unit , 16 - computer, 17 - control unit, 18 - controlled high-frequency generator p, 19 - managed switch, 20 - mode controller, 21 - delay unit, 22 - input amplifier, 23 - input isolation capacitor, 24 - output isolation capacitor, 25 - output amplifier, 26 - amplitude detector, 27 - analog-to-digital converter , 28 - the first transceiver path of the first resonator, 29 - the first transceiver path of the second resonator, 30 - the first transceiver path of the third resonator, 31 - the second transceiver path of the first resonator, 32 - the second transceiver path of the second resonator , 33 - second reception Mo-transmission path of the third resonator, 34 - shielding casing, 35 - common shielding casing, 36 - pressure sensor, 37 - temperature sensor, 38 - external systems.

Комплекс включает в себя корпус 1, представляющий собой отрезок металлической трубы с фланцами на ее концах, предназначенными для присоединения корпуса 1 к внешнему трубопроводу, и три последовательно, один за другим установленных внутри корпуса 1 открытых радиоволновых The complex includes a housing 1, which is a piece of metal pipe with flanges at its ends, designed to connect the housing 1 to an external pipeline, and three in series, one after another, installed inside the housing 1 of open radio waves

цилиндрических высокочастотных резонатора: первый резонатор 2, второй резонатор 3 и третий резонатор 4 (см. Фигуру 1). Каждый из резонаторов 2, 3, 4 представляет собой короткозамкнутый зигзагообразный проводник, имеющий форму прямоугольного меандра, размещенного на цилиндрической поверхности (см. Фигуры 2 и 4).cylindrical high-frequency resonator: the first resonator 2, the second resonator 3 and the third resonator 4 (see Figure 1). Each of the resonators 2, 3, 4 is a short-circuited zigzag conductor having the shape of a rectangular meander placed on a cylindrical surface (see Figures 2 and 4).

К одной из точек зигзагообразного проводника каждого из резонаторов 2, 3, 4 присоединен первый ввод-вывод 5, а к другой точке упомянутого проводника каждого из резонаторов 2, 3, 4 присоединен второй ввод-вывод 6, причем точки присоединения каждого первого ввода-вывода 5 каждого из резонаторов 2, 3, 4 и точки присоединения каждого второго ввода-вывода каждого из этих резонаторов лежат во взаимно-ортогональных плоскостях с углом 0,5π между ними (см. Фигуру 4). При этом указанные точки присоединения первого ввода-вывода 5 и второго ввода-вывода 6 к зигзагообразному проводнику могут располагаться либо на противоположных концах каждого из резонаторов 2, 3, 4, как это показано на Фигурах 1 и 2, либо обе могут находиться на одном и том же конце соответствующего им резонатора 2, 3, 4.The first input-output 5 is connected to one of the points of the zigzag conductor of each of the resonators 2, 3, 4, and the second input-output 6 is connected to the other point of the aforementioned conductor of each of the resonators 2, 3, 4, and the points of attachment of each first input-output 5 of each of the resonators 2, 3, 4 and the attachment points of each second input-output of each of these resonators lie in mutually orthogonal planes with an angle of 0.5π between them (see Figure 4). Moreover, the indicated points of attachment of the first input-output 5 and the second input-output 6 to the zigzag conductor can either be located at opposite ends of each of the resonators 2, 3, 4, as shown in Figures 1 and 2, or both can be on the same the same end of the corresponding resonator 2, 3, 4.

Резонаторы 2, 3, 4 последовательно, один за другим, соосно расположены на наружной цилиндрической поверхности диэлектрической трубы 7, осесимметрично установленной внутри корпуса 1 с помощью двух металлических центрирующих фиксаторов 8, каждый из которых снабжен двумя уплотнительными кольцами: наружным уплотнительным кольцом 9 и внутренним уплотнительным кольцом 10.Resonators 2, 3, 4 are sequentially, one after the other, coaxially located on the outer cylindrical surface of the dielectric tube 7, axisymmetrically mounted inside the housing 1 using two metal centering clips 8, each of which is equipped with two o-rings: an outer o-ring 9 and an inner o-ring ring 10.

Помимо резонаторов 2, 3, 4 на наружной поверхности диэлектрической трубы 7 также установлены две пары металлических короткозамкнутых витков: два ограничительные витка 11 и два ограничительно-разделительные витка 12, причем один из ограничительных витков 11 установлен у внешнего конца первого резонатора 2, другой - у внешнего конца третьего резонатора 4, один из ограничительно-разделительных витков 12 - между первым и вторым резонаторами 2 и 3, соответственно, а другой - между вторым и третьим резонаторами 3 и 4, соответственно.In addition to the resonators 2, 3, 4, two pairs of short-circuited metal coils are also installed on the outer surface of the dielectric tube 7: two restrictive coils 11 and two restrictive-separation coils 12, one of the restrictive coils 11 installed at the outer end of the first resonator 2, the other at the outer end of the third resonator 4, one of the restrictive-separation coils 12 is between the first and second resonators 2 and 3, respectively, and the other is between the second and third resonators 3 and 4, respectively.

Каждый из первых вводов-выводов 5 и вторых вводов-выводов 6 каждого из резонаторов 2, 3, 4 проходит сквозь соответствующее ему отверстие в стенке Each of the first I / O 5 and the second I / O 6 of each of the resonators 2, 3, 4 passes through its corresponding hole in the wall

корпуса 1 и изолирован от корпуса 1 с помощью диэлектрической втулки 13.the housing 1 and is isolated from the housing 1 using a dielectric sleeve 13.

Диэлектрические втулки 13 и уплотнительные кольца 9, 10 обеспечивают герметичность внутренней газонаполненной полости радиоволнового датчика покомпонентного расхода, ограниченной корпусом 1, диэлектрической трубой 7 и центрирующими фиксаторами 8.Dielectric bushings 13 and O-rings 9, 10 ensure the tightness of the internal gas-filled cavity of the radio wave component-wise flow sensor limited by the housing 1, the dielectric tube 7 and the centering clips 8.

Поперечное сечение каждого из короткозамкнутых зигзагообразных проводников каждого из резонаторов 2, 3, 4 представляет собой прямоугольник, а развертка этого проводника имеет форму прямоугольного меандра (см. Фигуры 2, 3); в качестве материала зигзагообразного проводника может быть выбрана электротехническая медь.The cross section of each of the short-circuited zigzag conductors of each of the resonators 2, 3, 4 is a rectangle, and the scan of this conductor has the shape of a rectangular meander (see Figures 2, 3); Electrotechnical copper may be selected as the material of the zigzag conductor.

Выбор для зигзагообразного короткозамкнутого проводника прямоугольного сечения дает возможность существенно снизить электроемкостные связи между соседними параллельными участками этого проводника по сравнению с межвитковыми электроемкостными связями обмотки резонатора известного комплекса, выполненной медным проводом и тем самым существенно повысить добротность резонатора.The choice of a rectangular cross-section for a zigzag short-circuited conductor makes it possible to significantly reduce the electrical capacitive connections between adjacent parallel sections of this conductor in comparison with the inter-turn electrical capacitive connections of the resonator winding of the known complex made of a copper wire and thereby significantly increase the quality factor of the resonator.

Ограничительные и ограничительно-разделительные витки 11, 12, соответственно, применены в предложенном комплексе с целью четкой фиксации пространственных границ электромагнитного поля у торцевых концов каждого из резонаторов 2, 3, 4 и независимости положения этих границ от влияния близрасположенных металлических элементов конструкции радиоволнового датчика.Restrictive and restrictive-separation coils 11, 12, respectively, are used in the proposed complex with the aim of clearly fixing the spatial boundaries of the electromagnetic field at the end ends of each of the resonators 2, 3, 4 and the independence of the position of these boundaries from the influence of nearby metal structural elements of the radio wave sensor.

Все упомянутые рабочие элементы и витки изготовлены методом, обеспечивающим их взаимную идентичность, например, методом фотопечати рисунка развертки зигзагообразного проводника каждого из резонаторов 2, 3, 4 и каждого из витков 11, 12 на металлической поверхности металлофольгированной гибкой диэлектрической подложки 14 шириной 2πR (см. Фигуру 2). После электрохимической обработки указанной металлической поверхности диэлектрическая подложка 14 с образованными на ней развертками меандроподобных проводников резонаторов 2, 3, 4 и витков 11, 12 устанавливается диэлектрическим слоем внутрь на наружную цилиндрическую поверхность диэлектрической трубы 7 и закрепляется на ней, причем взаимно соответствующие All of the mentioned working elements and turns are made by a method that ensures their mutual identity, for example, by photo-printing a scan pattern of a zigzag conductor of each of the resonators 2, 3, 4 and each of the turns 11, 12 on the metal surface of a metal-foiled flexible dielectric substrate 14 of width 2πR (see. Figure 2). After the electrochemical treatment of the indicated metal surface, the dielectric substrate 14 with the scans of the meander-like conductors of the resonators 2, 3, 4 and turns 11, 12 formed on it is installed with the dielectric layer inward onto the outer cylindrical surface of the dielectric pipe 7 and fixed to it, mutually corresponding

конечные точки n_i каждого из меандроподобных проводников каждого резонатора 2, 3, 4 и взаимно соответствующие конечные точки m_i каждого из витков 11, 12 гальванически соединяются между собой таким образом, чтобы каждая из точек соединения n_i соответствовала точке соединения m_i где i=1, 2, ... 7 - порядковый номер точки соединения.end points n _{i of} each of the meander-like conductors of each resonator 2, 3, 4 and mutually corresponding end points m _{i of} each of the turns 11, 12 are galvanically connected to each other so that each of the connection points n _i corresponds to the connection point m _i where i = 1, 2, ... 7 - serial number of the connection point.

Осевые расстояния L_o и L между геометрическими центрами первого и второго резонаторов 2, 3 и второго и третьего резонаторов 3, 4 используются в алгоритмах вычисления покомпонентного расхода в качестве постоянных величин.The axial distances L _o and L between the geometric centers of the first and second resonators 2, 3 and the second and third resonators 3, 4 are used in the algorithms for calculating the component flow rate as constant values.

Следует указать, что предложенная в заявленном комплексе замена отдельного ввода и отдельного вывода резонатора известного комплекса на единый ввод-вывод резонатора дает возможность гальванически подсоединить каждый из первых вводов-выводов 5 и каждый из вторых вводов-выводов 6 к соответствующему резонатору 2, 3, 4 только в одной точке его зигзагообразного проводника, что обеспечивает полную взаимную идентичность входного и выходного импедансов каждого из упомянутых вводов-выводов, в то время как в известном комплексе указанные импедансы отличаются между собой, поскольку каждый ввод и каждый вывод каждого из резонаторов этого комплекса гальванически подсоединен к соответствующему зигзагообразному проводнику в его двух различных, неизбежно отличающихся между собой, точках.It should be noted that the replacement of a separate input and a separate output of a known complex resonator with a single resonator input-output proposed in the claimed complex makes it possible to galvanically connect each of the first input-output 5 and each of the second input-output 6 to the corresponding resonator 2, 3, 4 only at one point of its zigzag conductor, which ensures complete mutual identity of the input and output impedances of each of the aforementioned input-output terminals, while in the known complex the indicated impedance s differ from each other because each input and each output of each of the resonators of this complex are electrically connected to a corresponding zigzag conductor in its two different inevitably differ from each other, the points.

Предложенный комплекс имеет в своем составе также вычислительно-управляющий блок 15, в котором для удобства рассмотрения работы предлагаемого комплекса на Фигуре 1 выделены вычислитель 16 и блок управления 17, управляемый высокочастотный генератор 18, управляемый коммутатор 19, контроллер режимов 20, блок задержки 21, два входных усилителя 22, шесть входных разделительных конденсаторов 23, шесть выходных разделительных конденсаторов 24, а также шесть передающих трактов, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные выходной усилитель 25, амплитудный детектор 26 и аналого-цифровой преобразователь 27.The proposed complex also includes a computing and control unit 15, in which, for the convenience of considering the operation of the proposed complex, a calculator 16 and a control unit 17, a controlled high-frequency generator 18, a controlled switch 19, a mode controller 20, a delay unit 21, two are highlighted input amplifier 22, six input isolation capacitors 23, six output isolation capacitors 24, and six transmission paths, each of which includes a series-connected output amplifier Tel 25, the amplitude detector 26 and analog-to-digital converter 27.

Для исключения взаимного влияния каждый из шести вышеуказанных передающих трактов совместно с относящимися к нему входным и выходным разделительными конденсаторами 23 и 24 заэкранирован и образует приемо-передающий тракт, а именно: первый приемо-передающий тракт первого To exclude mutual influence, each of the six above transmission paths together with its input and output isolation capacitors 23 and 24 are shielded and form a transmit-receive path, namely: the first transmit-receive path of the first

резонатора, первый приемо-передающий тракт второго резонатора, первый приемо-передающий тракт третьего резонатора, а также второй приемо-передающий тракт первого резонатора, второй приемо-передающий тракт второго резонатора и второй приемо-передающий тракт третьего резонатора.resonator, the first transceiver path of the second resonator, the first transceiver path of the third resonator, as well as the second transceiver path of the first resonator, the second transceiver path of the second resonator and the second transceiver path of the third resonator.

Входные разделительные конденсаторы 23 и выходные разделительные конденсаторы 24 применены с целью одновременного подключения каждого из первых вводов-выводов 5 и вторых вводов-выводов 6 к двум различным электрическим цепям: через входной разделительный конденсатор 23 - к цепи возбуждения резонаторов 2, 3, 4, содержащей один из входных усилителей 22, управляемый коммутатор 19 и управляемый высокочастотный генератор 18, а через выходной разделительный конденсатор 24 - к измерительно-вычислительной цепи, содержащей передающий тракт одного из приемо-передающих трактов 28, 29, 30, 31, 32, 33 и вычислительно-управляющий блок 15.Input isolation capacitors 23 and output isolation capacitors 24 are used to simultaneously connect each of the first I / O 5 and second I / O 6 to two different electrical circuits: through the input isolation capacitor 23 to the excitation circuit of the resonators 2, 3, 4, containing one of the input amplifiers 22, the controlled switch 19 and the controlled high-frequency generator 18, and through the output isolation capacitor 24 to the measuring and computing circuit containing the transmitting path of one of the receivers o-transmission paths 28, 29, 30, 31, 32, 33 and computationally-control unit 15.

Каждый из первых приемо-передающих трактов 28, 29, 30 и вторых приемо-передающих трактов 31, 32, 33 содержит вход, выход и общую точку, причем в состав каждого из упомянутых приемо-передающих трактов 28, 29, 30, 31, 32, 33 входят входной и выходной разделительные конденсаторы 23 и 24, соответственно, выходной усилитель 25, амплитудный детектор 26 и аналого-цифровой преобразователь 27, установленные внутри одного из экранирующих кожухов 34, гальванически соединенного с общим экранирующим кожухом 35, который в свою очередь заземлен на корпус 1.Each of the first transceiver paths 28, 29, 30 and the second transceiver paths 31, 32, 33 contains an input, output, and a common point, moreover, each of these transceiver paths 28, 29, 30, 31, 32 , 33 includes input and output isolation capacitors 23 and 24, respectively, an output amplifier 25, an amplitude detector 26, and an analog-to-digital converter 27 installed inside one of the shielding shields 34, galvanically connected to a common shielding shroud 35, which in turn is grounded to building 1.

Общая точка каждого из первых приемо-передающих трактов 28, 29 и 30 и общая точка каждого из вторых приемо-передающих трактов 31, 32 и 33 через соответствующие ей выходной разделительный конденсатор 24, выходной усилитель 25, амплитудный детектор 26 и аналого-цифровой преобразователь 27, соединена с выходом данного тракта, а через соответствующий ей входной разделительный конденсатор 23 упомянутая общая точка соединена с входом данного тракта.The common point of each of the first transceiver paths 28, 29 and 30 and the common point of each of the second transceiver paths 31, 32 and 33 through its corresponding output isolation capacitor 24, output amplifier 25, amplitude detector 26 and analog-to-digital converter 27 is connected to the output of this path, and through the corresponding input isolation capacitor 23, said common point is connected to the input of this path.

Каждый из первых вводов-выводов 5 каждого из резонаторов 2, 3 и 4 соединен с общей точкой соответствующего ему первого приемо-передающего тракта 28, 29 и 30: первый ввод-вывод 5 первого резонатора 2 - с общей точкой первого приемо-передающего тракта 28, первый ввод-вывод 5 второго резонатора Each of the first input-output 5 of each of the resonators 2, 3, and 4 is connected to a common point of the corresponding first transceiver path 28, 29, and 30: the first input-output 5 of the first resonator 2 with a common point of the first transceiver path 28 , the first input-output 5 of the second resonator

3 - с общей точкой первого приемо-передающего тракта 29 и первый ввод-вывод 5 третьего резонатора 4 - с общей точкой первого приемо-передающего тракта 30, а каждый из вторых вводов-выводов 6 резонаторов 2, 3 и 4 аналогичным образом соединен с общей точкой, соответственно, второго приемо-передающего тракта 31, второго приемо-передающего тракта 32 и второго приемо-передающего тракта 33.3 - with a common point of the first transceiver path 29 and the first input-output 5 of the third resonator 4 - with a common point of the first transceiver path 30, and each of the second input-output 6 of the resonators 2, 3 and 4 is similarly connected to the common point, respectively, of the second transceiver path 31, the second transceiver path 32 and the second transceiver path 33.

Каждый из выходов каждого из упомянутых приемо-передающих трактов 28, 29, 30 и 31, 32, 33 подключен через соответствующий ему вход вычислительно-управляющего блока 15 к одному из входов вычислителя 16, а выход первого приемо-передающего тракта 30 и выход второго приемо-передающего тракта 33, кроме того, подключены каждый, соответственно, к первому и второму входу контроллера режимов 20.Each of the outputs of each of the aforementioned transceiver paths 28, 29, 30 and 31, 32, 33 is connected through a corresponding input of the computing and control unit 15 to one of the inputs of the calculator 16, and the output of the first transceiver path 30 and the output of the second transceiver -transmission path 33, in addition, each is connected, respectively, to the first and second input of the mode controller 20.

Выход контроллера режимов 20 соединен со входом блока задержки 21, выход которого через соответствующий ему вход вычислительно-управляющего блока 15 подключен к соответствующему входу вычислителя 16, а управляющий вход блока задержки 21 через один из выходов вычислительно-управляющего блока 15 соединен с соответствующим выходом вычислителя 16.The output of the mode controller 20 is connected to the input of the delay unit 21, the output of which through the corresponding input of the computing and control unit 15 is connected to the corresponding input of the calculator 16, and the control input of the delay unit 21 through one of the outputs of the computing and control unit 15 is connected to the corresponding output of the calculator 16 .

Один из выходов блока управления 17 через соответствующий ему выход вычислительно-управляющего блока 15 соединен с управляющим входом управляемого коммутатора 19, а другой выход блока управления 17 через соответствующий ему выход вычислительно-управляющего блока 15 соединен со входом управляемого высокочастотного генератора 18.One of the outputs of the control unit 17 through the corresponding output of the computer-control unit 15 is connected to the control input of the managed switch 19, and the other output of the control unit 17 through the corresponding output of the computer-control unit 15 is connected to the input of the controlled high-frequency generator 18.

Управляемый коммутатор 19 содержит два выхода: первый и второй, причем упомянутый первый выход через один из входных усилителей 22 подсоединен ко входам первых приемо-передающих трактов 28, 29, 30, а упомянутый второй выход через другой входной усилитель 22 - ко входам вторых приемо-передающих трактов 31, 32, 33.The managed switch 19 contains two outputs: the first and second, and the said first output through one of the input amplifiers 22 is connected to the inputs of the first transceiver paths 28, 29, 30, and the second output through the other input amplifier 22 is connected to the inputs of the second transceivers transmission paths 31, 32, 33.

Блок управления 17 соединен двусторонней информационной связью с вычислителем 16.The control unit 17 is connected by two-way information communication with the transmitter 16.

Комплекс содержит также датчик давления 36 и датчик температуры 37, установленные в корпусе 1, выход каждого из этих датчиков подключен к одному из входов вычислителя 16 через соответствующие им входы вычислительно-The complex also contains a pressure sensor 36 and a temperature sensor 37 installed in the housing 1, the output of each of these sensors is connected to one of the inputs of the transmitter 16 through the corresponding inputs of the computing

управляющего блока 15, который при наличии внешних систем 38, подключается к этим системам с помощью магистрали обмена информацией.the control unit 15, which in the presence of external systems 38, is connected to these systems using the information exchange line.

Предложенный комплекс измерения покомпонентного расхода газожидкостного потока нефтяных скважин работает следующим образом.The proposed system for measuring the component flow rate of a gas-liquid flow of oil wells works as follows.

При наличии в диэлектрической трубе 7 контролируемой газожидкостной среды, движущейся со скоростью W, на вход вычислителя 16 подается команда запуска, поступающая в вычислитель 16, например из внешних систем 38, по магистрали обмена информацией.If there is a controlled gas-liquid medium in the dielectric tube 7 moving at a speed W, a start command is sent to the input of the calculator 16, which enters the calculator 16, for example, from external systems 38, via an information exchange line.

По двусторонней информационной связи данная команда передается из вычислителя 16 в блок управления 17, и с одного из выходов этого блока через соответствующий ему выход вычислительно-управляющего блока 15 поступает на вход управляемого высокочастотного генератора 18.By two-way information communication, this command is transmitted from the calculator 16 to the control unit 17, and from one of the outputs of this unit, through the corresponding output of the computing and control unit 15, is fed to the input of a controlled high-frequency generator 18.

В соответствии с принятой командой упомянутый генератор вырабатывает высокочастотный сигнал с плавно изменяющейся во времени частотой, возрастающей от значения F_min до значения F_max. Указанный сигнал необходим для возбуждения высокочастотного электромагнитного поля в каждом из трех резонаторов 2, 3,4 предложенного комплекса.In accordance with the accepted command, said generator generates a high-frequency signal with a frequency that gradually changes in time, increasing from the value of F _min to the value of F _max . The specified signal is necessary to excite a high-frequency electromagnetic field in each of the three resonators 2, 3,4 of the proposed complex.

При работе предложенного комплекса третий резонатор 4 служит для получения информации об относительных объемных долях V₁, V₂, V₃ каждого из трех компонентов контролируемого потока, а первый и второй резонаторы 2 и 3, соответственно, - для получения информации о значении скорости W контролируемого потока.During the operation of the proposed complex, the third resonator 4 serves to obtain information on the relative volume fractions V ₁ , V ₂ , V _{3 of} each of the three components of the controlled flow, and the first and second resonators 2 and 3, respectively, to obtain information on the value of the speed W of the controlled flow.

С выхода управляемого высокочастотного генератора 18 сигнал возбуждения поступает на вход управляемого коммутатора 19 и, при наличии на управляющем входе последнего команды «первый выход», сформированной в блоке управления 17 и поступившей с одного из выходов этого блока через соответствующий ему выход вычислительно-управляющего блока 15, передается с первого выхода управляемого коммутатора 19 через соответствующий входной усилитель 22 на входы первых приемо-передающих трактов 28, 29 и 30 и далее, через входной разделительный конденсатор 23 и общую точку каждого из указанных трактов поступает, соответственно, на каждый из первых вводов-выводов 5 первого, второго и третьего резонаторов (позиции 2, 3 и 4, соответственно), возбуждая в From the output of the controlled high-frequency generator 18, the excitation signal is fed to the input of the managed switch 19 and, if there is a last command “first output” at the control input, generated in the control unit 17 and received from one of the outputs of this block through the corresponding output of the computing and control unit 15 is transmitted from the first output of the managed switch 19 through the corresponding input amplifier 22 to the inputs of the first transceiver paths 28, 29 and 30 and further through the input isolation capacitor 23 and o The common point of each of these paths enters, respectively, on each of the first I / O 5 of the first, second and third resonators (positions 2, 3 and 4, respectively), exciting in

каждом из них высокочастотное электромагнитное поле с изменяющейся от F_min до F_max частотой.each of them has a high-frequency electromagnetic field with a frequency varying from F _min to F _max .

Так как в диэлектрической трубе 7 находится трехкомпонентная газожидкостная среда, каждый из трех компонентов которой характеризуется определенными значениями комплексной диэлектрической проницаемости ε_j ^* и комплексной электропроводности σ_j ^*, где j=1, 2, 3 - номер компонента среды, то при возбуждении высокочастотного электромагнитного поля в каждом из резонаторов 2, 3, 4 будет происходить резонансное поглощение контролируемой средой энергии возбужденного поля на нескольких резонансных частотах F_peз поглощения, гдеSince in the dielectric tube 7 there is a three-component gas-liquid medium, each of the three components of which is characterized by certain values of the complex dielectric constant ε _j ^* and complex electrical conductivity σ _j ^* , where j = 1, 2, 3 is the number of the medium component, then when high-frequency electromagnetic field in each of the resonators 2, 3, 4 there will be a resonant absorption of the controlled field energy of the excited field energy at several resonant frequencies F _pez absorption, where

F_min≤F_рез≤F_max,F _min ≤F _rez ≤F _max ,

например, на первой, второй и третьей резонансных частотах F_рез1, F_рез2, F_рез3, соответственно.for example, at the first, second and third resonant frequencies F _res1 , F _res2 , F _res3 , respectively.

Поскольку информативные параметры сигналов, характеризующих резонансные поглощения, такие как, например,Since the informative parameters of signals characterizing resonant absorption, such as, for example,

- амплитуды выходных сигналов на первой, второй и третьей резонансных частотах I_peз1, I_рез2, I_рез3, соответственно,- the amplitudes of the output signals at the first, second and third resonant frequencies I _rez1 , I _rez2 , I _rez3 , respectively,

- коэффициенты передачи сигналов на первой, второй и третьей резонансных частотах D_peз1, D_pез2, D_рез3, соответственно,- the transmission coefficients of the signals at the first, second and third resonant frequencies D _rez1 , D _rez2 , D _rez3 , respectively,

- резонансные частоты F_peз1, F_рез2, F_рез3,- resonant frequencies F _rez1 , F _rez2 , F _rez3 ,

а также другие информативные параметры, существенно зависят от комплексных характеристик контролируемой среды ε₁ ^*, ε₂ ^*, ε₃ ^* и σ₁ ^*, σ₂ ^*, σ₃ ^*, каждый из выходных сигналов первого, второго и третьего резонаторов (позиции 2, 3 и 4, соответственно), содержит в себе информацию о покомпонентном составе газожидкостного потока.as well as other informative parameters, significantly depend on the complex characteristics of the controlled medium ε ₁ ^* , ε ₂ ^* , ε ₃ ^* and σ ₁ ^* , σ ₂ ^* , σ ₃ ^* , each of the output signals of the first, second and third resonators (position 2 , 3 and 4, respectively), contains information on the component composition of the gas-liquid flow.

Каждый из указанных сигналов поступает через один из входов вычислительно-управляющего блока 15 на соответствующий ему вход вычислителя 16 по следующим цепям: сигнал с первого входа-выхода 5 первого резонатора 2 поступает через последовательно соединенные выходной разделительный конденсатор 24, выходной усилитель 25, амплитудный детектор 26 и аналого-цифровой преобразователь 27 первого приемо-передающего тракта 28, сигнал с первого входа-выхода 5 второго резонатора 3 поступает через Each of these signals is fed through one of the inputs of the computing and control unit 15 to the corresponding input of the calculator 16 through the following circuits: the signal from the first input-output 5 of the first resonator 2 is supplied through a series-connected output isolation capacitor 24, output amplifier 25, amplitude detector 26 and analog-to-digital Converter 27 of the first transceiver path 28, the signal from the first input-output 5 of the second resonator 3 enters through

аналогичные элементы 24, 25, 26, 27 первого приемо-передающего тракта 29 и сигнал с первого ввода-вывода 5 третьего резонатора 4 поступает через элементы 24, 25, 26, 27 первого приемо-передающего тракта 30. Кроме того, указанный сигнал с выхода первого приемо-передающего тракта 30 поступает на первый вход контроллера режимов 20, в котором проводится предварительный классификационный анализ информативных параметров поступившего сигнала.similar elements 24, 25, 26, 27 of the first transceiver path 29 and the signal from the first input-output 5 of the third resonator 4 enters through the elements 24, 25, 26, 27 of the first transceiver path 30. In addition, the specified output signal the first transceiver path 30 is fed to the first input of the mode controller 20, in which a preliminary classification analysis of the informative parameters of the incoming signal is carried out.

Целью предварительного классификационного анализа является грубое отнесение режимов течения контролируемого потока к одному из режимов «установившийся» и «неустановившийся», с последующим уточняющим выбором подрежима установленного режима, например, одного из подрежимов: «установившийся - нефть», «установившийся - вода», «установившийся - газ», «установившийся - нефть-вода», «установившийся - нефть-газ», «установившийся - газ-вода», «установившийся - нефть-вода-газ», или «неустановившийся - нефть-вода», «неустановившийся - нефть-газ» и т.д. Кодовый сигнал, соответствующий выбранному подрежиму поступает с выхода контроллера режимов 20 на вход блока задержки 21; при наличии на управляющем входе этого блока ненулевой команды задержки «Δt»≠0 сигнал задерживается в нем на время Δt, после чего транслируется через один из входов вычислительно-управляющего блока 15 на соответствующий ему вход вычислителя 16, в котором из группы алгоритмов контроля покомпонентного состава выбирается алгоритм, отвечающий поступившему коду подрежима.The purpose of the preliminary classification analysis is to roughly classify the flow patterns of the controlled flow as one of the “steady state” and “non-steady state” modes, with the subsequent refinement of the choice of the sub-mode of the steady state mode, for example, one of the sub-modes: “steady-state - oil”, “steady-state — water”, “ steady-state - gas "," steady-state - oil-water "," steady-state - oil-gas "," steady-state - gas-water "," steady-state - oil-water-gas ", or" transient - oil-water "," transient - oil-gas "and t .d. The code signal corresponding to the selected submode is supplied from the output of the mode controller 20 to the input of the delay unit 21; if there is a non-zero delay command “Δt” на 0 at the control input of this unit, the signal is delayed in it for the time Δt, and then it is transmitted through one of the inputs of the computing and control unit 15 to the corresponding input of the calculator 16, in which from the group of control algorithms an algorithm is selected corresponding to the received submode code.

В соответствии с выбранным алгоритмом в вычислителе 16 анализируется информативный сигнал, поступивший в него с первого ввода-вывода 5 третьего резонатора 4 через первый приемо-передающий тракт 30, и вычисляются мгновенные значения относительных объемных долей V₁, V₂ и V₃ каждого из трех компонентов контролируемого потока. При этом вышеуказанное время задержки Δt=W·L, гдеIn accordance with the selected algorithm, the calculator 16 analyzes the informative signal received from the first input-output 5 of the third resonator 4 through the first transceiver path 30, and instantaneous values of the relative volume fractions V ₁ , V ₂ and V _{3 of} each of the three are calculated controlled flow components. Moreover, the above delay time Δt = W · L, where

L - расстояние между центрами второго и третьего резонаторов 3 и 4, соответственно, вычисляется в вычислителе 16 при ненулевом значении скорости W≠0 контролируемого потока и в форме команды «Δt» подается на управляющий вход блока задержки 21 с выхода вычислителя 16 через соответствующий выход вычислительно-управляющего блока 15.L is the distance between the centers of the second and third resonators 3 and 4, respectively, is calculated in the calculator 16 for a non-zero value of the speed W ≠ 0 of the controlled flow and in the form of the command Δt is fed to the control input of the delay unit 21 from the output of the calculator 16 through the corresponding control unit 15.

После окончания описанной процедуры в блоке управления 17 формируется команда «второй выход», поступающая с одного из выходов этого блока через соответствующий ему выход вычислительно-управляющего блока 15 на управляющий вход управляемого коммутатора 19, в результате чего высокочастотный сигнал, генерируемый управляемым высокочастотным генератором 18 и передаваемый с его выхода на вход управляемого коммутатора 19, переключается на второй выход данного коммутатора, откуда поступает на каждый из входов вторых приемо-передающих трактов 31, 32 и 33.After the described procedure is completed, a “second output” command is generated in the control unit 17, which arrives from one of the outputs of this unit through the corresponding output of the computing and control unit 15 to the control input of the managed switch 19, as a result of which the high-frequency signal generated by the controlled high-frequency generator 18 and transmitted from its output to the input of the managed switch 19, switches to the second output of the given switch, from where it goes to each of the inputs of the second transceiver paths 31, 32 and 33.

С каждой из общих точек каждого из указанных приемо-передающих трактов высокочастотный сигнал через соответствующий входной усилитель 22 передается на вторые вводы-выводы 6 каждого из резонаторов 2, 3, 4.From each of the common points of each of these transceiver paths, a high-frequency signal is transmitted through the corresponding input amplifier 22 to the second input-output 6 of each of the resonators 2, 3, 4.

При переключении высокочастотного сигнала с первых вводов-выводов 5 резонаторов 2, 3, 4 на их вторые вводы-выводы 6 направленность электромагнитного поля внутри каждого из указанных резонаторов ортогонально изменяется, что дает возможность произвести уточняющее электромагнитное зондирование контролируемой среды в направлении, ортогональном первоначальному направлению зондирования, и получить дополнительную информацию по отношению к первоначальной информации о покомпонентном составе неосесимметричного газожидкостного потока.When the high-frequency signal is switched from the first I / O 5 of the resonators 2, 3, 4 to their second I / O 6, the direction of the electromagnetic field inside each of these resonators is orthogonally changed, which makes it possible to refine the electromagnetic sounding of the controlled medium in the direction orthogonal to the original direction of sounding , and obtain additional information with respect to the initial information on the component composition of the non-axisymmetric gas-liquid flow.

Сигналы, несущие дополнительную уточняющую информацию, снимаются с каждого из вторых вводов-выводов 6 резонаторов 2, 3, 4; каждый из этих сигналов поступает на общую точку соответствующего ему второго приемо-передающего тракта (позиции 31, 32, 33) и с выхода каждого из них передается на соответствующий каждому из них вход вычислителя 16 через один из входов вычислительно-управляющего блока 15.Signals that carry additional clarifying information are removed from each of the second inputs and outputs of 6 resonators 2, 3, 4; each of these signals arrives at the common point of the corresponding second transceiver path (positions 31, 32, 33) and from the output of each of them is transmitted to the input of the transmitter 16 through one of the inputs of the computing and control unit 15 corresponding to each of them.

Кроме того, с выхода второго приемо-передающего тракта 33 указанный сигнал поступает на второй вход контроллера режимов 20, в котором на основе анализа информативных параметров поступившего сигнала уточняется ранее установленный подрежим контролируемого потока, и кодовый сигнал, соответствующий уточненному подрежиму, передается через блок задержки 21 (с задержкой на время Δt) через один из входов вычислительно-управляющего блока 15 на соответствующий ему вход вычислителя 16, где на основе анализа In addition, from the output of the second transceiver path 33, the specified signal is supplied to the second input of the mode controller 20, in which, based on an analysis of the informative parameters of the incoming signal, the previously established sub-mode of the monitored stream is specified and the code signal corresponding to the specified sub-mode is transmitted through the delay unit 21 (with a time delay Δt) through one of the inputs of the computing and control unit 15 to the corresponding input of the calculator 16, where based on the analysis

сигнала, поступившего в вычислитель 16 с дополнительного ввода-вывода 6 третьего резонатора 4 через второй приемо-передающий тракт 33, при необходимости, производится уточнение ранее выбранного алгоритма и коррекция ранее вычисленных мгновенных значений относительных объемных долей V₁, V₂ и V₃ каждого из трех компонентов контролируемого потока.the signal received by the calculator 16 from the additional input-output 6 of the third resonator 4 through the second transceiver path 33, if necessary, the previously selected algorithm is refined and the previously calculated instantaneous values of the relative volume fractions V ₁ , V ₂ and V _{3 of} each of three components of a controlled flow.

Для определения скорости W в предложенном комплексе выбран автокорреляционный метод. При этом, в зависимости от режима контролируемого потока используется информация о движении естественной метки потока, либо информация о движении локальной неоднородности потока, либо информация о движении локальной особенности потока.To determine the speed W in the proposed complex, the autocorrelation method was chosen. In this case, depending on the mode of the controlled flow, information on the motion of the natural flow label, or information on the motion of the local inhomogeneity of the flow, or information on the motion of the local flow feature, is used.

В первом случае, когда контроллером режимов 20 установлен режим существенно неустановившегося движения контролируемого потока, поступающие на вход вычислителя 16 с первых вводов-выводов 5 и вторых вводов-выводов 6 первого и второго резонаторов 2 и 3, соответственно, ранее описанные информативные сигналы непрерывно фиксируются в памяти вычислителя 16 в форме временных реализаций каждого из этих сигналов.In the first case, when the mode controller 20 has established a mode of essentially unsteady movement of the controlled flow, received at the input of the calculator 16 from the first I / O 5 and the second I / O 6 of the first and second resonators 2 and 3, respectively, the previously described informative signals are continuously recorded in the memory of the calculator 16 in the form of temporary implementations of each of these signals.

В качестве временных реализаций информативных сигналов резонаторов 2 и 3 могут быть использованы, например, зависимости от времени t амплитуд сигналов: I_рез1(t), I_рез2(t), I_рез3(t)As temporary implementations of the informative signals of the resonators 2 and 3, for example, the dependences of the signal amplitudes on time t can be used: I _res1 (t), I _res2 (t), I _res3 (t)

вблизи ранее упомянутых первой, второй и третьей резонансных частотnear the previously mentioned first, second and third resonant frequencies

F_рез1, F_рез2, F_рез3, соответственно.F _res1 , F _res2 , F _res3 , respectively.

С учетом подрежима существенно неустановившегося движения, определенного контроллером режимов 20, в вычислителе 16 из группы алгоритмов «Вычисление скорости» выбирается алгоритм, отвечающий коду данного подрежима и, в соответствии с выбранным алгоритмом, производится обработка вышеуказанных временных реализаций информативных сигналов, формируемых каждым из резонаторов 2 и 3.Taking into account the submode of the essentially unsteady movement defined by the mode controller 20, in the calculator 16 from the group of algorithms “Speed calculation” an algorithm is selected that corresponds to the code of this submode and, in accordance with the selected algorithm, the above-mentioned temporary realizations of informative signals generated by each of the resonators are processed 2 and 3.

После обработки этих реализаций определяется их взаимная корреляционная функция и проводится смещение одной из реализаций относительно другой во времени t, вплоть до получения максимума взаимной корреляционной функции.After processing these realizations, their mutual correlation function is determined and one of the realizations is shifted relative to the other in time t, until the maximum of the mutual correlation function is obtained.

При получении в процессе смещения реализаций максимума взаимной корреляционной функции в вычислителе 16 определяется время смещения, и, Upon receipt in the process of bias of the implementations of the maximum of the mutual correlation function in the calculator 16, the bias time is determined, and,

поскольку это время равно промежутку времени пробегания Δτ естественной меткой потока - его устойчивой флуктуацией - некоторой фиксированной длины радиоволнового датчика, принятой за базовую длину L_o, вычисляется скорость W контролируемого потока в соответствии с выражениемsince this time is equal to the time interval Δτ running by the natural mark of the flow — its stable fluctuation — some fixed length of the radio wave sensor, taken as the base length L _o , the speed W of the controlled flow is calculated in accordance with the expression

W=L₀/Δτ, гдеW = L ₀ / Δτ, where

L_o - базовая длина, равная осевому расстоянию между геометрическими центрами первого и второго резонаторов 2 и 3, соответственно.L _o is the base length equal to the axial distance between the geometric centers of the first and second resonators 2 and 3, respectively.

Полученное значение скорости W используется в вычислителе 16 для вычисления мгновенных значений покомпонентных объемных расходов Q₁, Q₂, Q₃ каждого из трех компонентов газожидкостного потока, а также для вычисления времени задержки Δt и передачи соответствующей ему команды «Δt» на управляющий вход блока задержки 21. Команда «Δt» предназначена для синхронизации момента использования в вычислителе 16 алгоритма, соответствующего коду о режиме контролируемого потока, с моментом t₂ попадания в центр второго резонатора 3 той области контролируемого потока, которая в момент t₁ находилась в центре третьего резонатора 4 и подвергалась в нем радиоволновому зондированию, при этомThe obtained value of the velocity W is used in the calculator 16 to calculate the instantaneous values of the component-by-volume flow rates Q ₁ , Q ₂ , Q _{3 of} each of the three components of the gas-liquid flow, as well as to calculate the delay time Δt and transmit the corresponding Δt command to the control input of the delay unit 21. The command "Δt" is designed to synchronize the moment of use in the calculator 16 of the algorithm corresponding to the code on the mode of the controlled flow, with the time t ₂ getting into the center of the second resonator 3 of that area th stream, which at time t ₁ was located in the center of the third resonator 4 and was subjected to radio wave sounding in it, while

Δt=t₂-t₁=L/W, гдeΔt = t ₂ -t ₁ = L / W, where

L - осевое расстояние между геометрическими центрами второго и третьего резонаторов 3, 4, соответственно (см. Фигуру 1).L is the axial distance between the geometric centers of the second and third resonators 3, 4, respectively (see Figure 1).

Во втором случае, когда контроллером режимов 20 определено установившееся движение практически однородного контролируемого потока, при котором в контролируемой среде отсутствуют локальные, ярко выраженные флуктуации компонентного состава, определение скорости W по вышеописанному методу может оказаться недостоверным. В этом случае в качестве надежно контролируемой особенности потока в предложенном комплексе используется не локальная флуктуация компонентного состава потока, а локальная особенность потока, характеризуемая существенно отличающимся от среднего отношением информативных сигналов резонаторов 2 и 3, полученных при взаимно ортогональном радиоволновом зондировании контролируемой среды.In the second case, when the mode controller 20 determines the steady-state movement of an almost uniform controlled flow, in which there are no local, pronounced fluctuations in the component composition in the controlled medium, the determination of the velocity W by the above method may turn out to be unreliable. In this case, as a reliably controlled flow feature in the proposed complex, not a local fluctuation of the component composition of the flow is used, but a local flow feature, characterized by a significantly different ratio of the informative signals of the resonators 2 and 3 obtained by mutually orthogonal radio wave sounding of the controlled medium.

Метод взаимно ортогонального зондирования позволяет фиксировать такие локальные особенности практически однородного установившегося потока, как, The mutually orthogonal sounding method allows fixing such local features of an almost uniform steady flow as

например, местная осевая асимметрия потока, локальная винтовая закрученность потока, сосредоточенная геликоидная закрученность потока, местная турбулентность и другие локальные особенности, принципиально не выявляемые при однонаправленном зондировании.for example, local axial asymmetry of the flow, local helical swirling of the flow, concentrated helicoidal swirling of the flow, local turbulence and other local features not fundamentally detected in unidirectional sounding.

В случае, когда контроллером режимов 20 установлено практически однородное течение контролируемого потока и уточнен соответствующий ему подрежим, в вычислитель 16 передается соответствующий уточненному подрежиму код, и в этом вычислителе из группы алгоритмов «Вычисление скорости» выбирается алгоритм, отвечающий полученному коду.In the case when the mode controller 20 has established an almost uniform flow of the monitored stream and the corresponding submode has been refined, a code corresponding to the refined submode is transmitted to the calculator 16, and in this calculator, the algorithm corresponding to the obtained code is selected from the group of algorithms “Speed calculation”.

В соответствии с выбранным алгоритмом, производится обработка временных реализаций отношений каждого из сигналов, формируемых на первом вводе-выводе 5 первого резонатора 2 и на первом вводе-выводе 5 второго резонатора 3, соответственно, к сигналу, формируемому на втором вводе-выводе 6 первого резонатора 2 и к сигналу, формируемому на втором вводе-выводе 6 второго резонатора 3.In accordance with the selected algorithm, the time realizations of the relations of each of the signals generated on the first input-output 5 of the first resonator 2 and on the first input-output 5 of the second resonator 3 are processed, respectively, to the signal generated on the second input-output 6 of the first resonator 2 and to the signal generated at the second input-output 6 of the second resonator 3.

После обработки указанных, существенно отличающихся от среднего отношений сигналов, в вычислителе 16 определяется, как и в предыдущем случае, взаимная корреляционная функция их временных реализаций и находится время смещения реализаций, при котором данная функция испытывает максимум. Как и при существенно неустановившемся течении потока, это время равно промежутку времени пробегания Δτ естественной меткой потока - его локальной особенностью, характеризуемой существенно отличающимся от среднего отношением сигналов, полученных при взаимно ортогональном зондировании контролируемой среды, базовой длины L_о.After processing the indicated, significantly different from the average signal ratios, in the calculator 16 it is determined, as in the previous case, the mutual correlation function of their time realizations and the shift time of the realizations is found, at which this function experiences a maximum. As with a substantially unsteady flow, this time is equal to the time interval Δτ running by the natural mark of the flow - its local feature, characterized by a significantly different ratio of the signals received during mutually orthogonal sounding of the controlled medium, the base length L _о .

Скорость контролируемого потока в этом случае, как и ранее, составляетThe speed of the controlled flow in this case, as before, is

W=L_о/Δτ.W = L _o / Δτ.

Найденные значения скорости W и относительных объемных долей V₁, V₂ и V₃ компонентов контролируемого потока позволяет вычислить покомпонентный объемный расход Q₁, Q₂, Q₃ каждого из трех компонентов газожидкостной среды:The found values of the velocity W and the relative volume fractions V ₁ , V ₂ and V _{3 of the} components of the controlled flow allow us to calculate the component-by-volume flow rate Q ₁ , Q ₂ , Q _{3 of} each of the three components of the gas-liquid medium:

Q₁=S·W·V₁, Q₂=S·W·V₂, Q₃=S·W·V₃, гдеQ ₁ = S · W · V ₁ , Q ₂ = S · W · V ₂ , Q ₃ = S · W · V ₃ , where

S=πR² - площадь проходного сечения диэлектрической трубы 7.S = πR ² is the area of the passage section of the dielectric pipe 7.

При необходимости определения покомпонентного массового расхода Q_m1, Q_m2, Q_m3 каждого из трех компонентов газожидкостной среды в вычислителе 16, дополнительно к описанной процедуре, учитываются сигналы о мгновенных значениях давления и температуры контролируемой среды, поступающие на соответствующие входы вычислителя 16 с выхода датчика давления 36 и выхода датчика температуры 37, а также хранящиеся в памяти вычислителя 16 данные о номинальных плотностях ρ₁, ρ₂, ρ₃ каждого из трех указанных компонентов.If it is necessary to determine the component-wise mass flow rate Q _m1 , Q _m2 , Q _{m3 of} each of the three components of the gas-liquid medium in the calculator 16, in addition to the described procedure, the signals about the instantaneous values of pressure and temperature of the controlled medium supplied to the corresponding inputs of the calculator 16 from the output of the pressure sensor are taken into account 36 and the output of the temperature sensor 37, as well as the data on the nominal densities ρ ₁ , ρ ₂ , ρ _{3 of} each of the three indicated components stored in the memory of the calculator 16.

Информация о покомпонентном объемном расходе и, при необходимости, - о покомпонентном массовом расходе контролируемого потока может быть передана из вычислителя 16 по магистрали обмена информацией во внешние системы 38.Information about the component-wise volumetric flow rate and, if necessary, about the component-wise mass flow rate of the controlled flow can be transmitted from the calculator 16 via the information exchange line to external systems 38.

Таким образом, задача, решенная предложенной полезной моделью, состоящая в повышении достоверности и точности измерения покомпонентного расхода при двух крайних режимах течения контролируемой среды: существенно неустановившемся и полностью установившемся течениях, решена за счет использования в предложенном комплексе следующих новых технических решений: во-первых, - за счет использования предварительного анализа режима течения в контроллере режимов 20 с использованием резонатора 3, во-вторых, -благодаря использованию двух различных направлений радиоволнового зондирования с помощью двух взаимно-ортогональных вводов-выводов 5 и 6 и управляемого коммутатора 19 и, в-третьих, - за счет идентичности и взаимной симметрии резонаторов 2, 3, 4 и их рабочих элементов, таких как ограничительные и ограничительно-разделительные витки 11 и 12.Thus, the problem solved by the proposed utility model, which consists in increasing the reliability and accuracy of measuring the component flow rate at two extreme flow conditions of a controlled environment: a substantially unsteady and fully steady flow, is solved by using the following new technical solutions in the proposed complex: firstly, - through the use of preliminary analysis of the flow regime in the mode controller 20 using the resonator 3, and secondly, through the use of two different directions of radio-wave sounding using two mutually orthogonal I / O 5 and 6 and a controlled switch 19 and, thirdly, due to the identity and mutual symmetry of the resonators 2, 3, 4 and their working elements, such as restrictive and restrictive-dividing turns 11 and 12.

Claims

A complex for measuring the component flow rate of a gas-liquid flow of oil wells, which includes coaxially arranged first and second resonators, each of which is a short-circuited zigzag conductor having the shape of a rectangular meander placed on the outer cylindrical surface of the dielectric pipe mounted inside the tubular metal body coaxially with it, controlled high-frequency generator, input amplifier, computer-control unit, two transmission paths, to each of which contains a series-connected output amplifier, an amplitude detector, and an analog-to-digital converter, the complex also contains a pressure sensor and a temperature sensor installed in the housing, the output of each of which is connected to the corresponding input of the computer-control unit, each of which is through the transmitting path belonging to it is connected to one of the inputs of the computer-control unit, the output of which is connected to the input of a controlled high-frequency generator, in that a third resonator is inserted into it, placed coaxially with the first and second resonators, all three resonators are placed on a dielectric tube inside the housing, each resonator is equipped with a first input-output and the second input-output orthogonal to it, the first input-output and the second the input-output of each resonator lie in diametric mutually perpendicular planes, the complex additionally contains an input amplifier, as well as a controlled switch connected to the output of a controlled high-frequency generator OP equipped with two outputs, each of which is connected to one of the input amplifiers, and also equipped with a control input connected to the computer-control unit, in addition, the complex additionally contains a mode controller and a delay unit connected to its output, as well as four transmission paths identical to the first two, and each of the mentioned transmission paths is additionally equipped with an input and two dividing capacitors interconnected at a common point, one of which is connected to the input of the output amplifier, and the other to the input of this transmission path, each of the transmission paths together with the input separation capacitors is shielded and forms a transceiver path, and the first or second input-output of each resonator is connected to only one of the transceiver paths - to the common point of its separation capacitors, the output of each transceiver path is the output of an analog-to-digital converter, which is connected to one of the inputs of the computer-control unit, each of the transceivers supply paths connected to the first input-output of one of the resonators is connected by its input to one of the input amplifiers, and each of the other transceiver paths is connected by its input to another input amplifier, while the output of each of the transceiver paths of the third resonator is additionally connected to one of inputs of the mode controller, the output of the delay unit is connected to the computing and control unit, the output of which is connected to the control input of the delay unit, at the end sections of the dielectric pipe It is shown along the limiting coil, and between the resonators - along the limiting and dividing coil, the limiting turns, limiting and dividing turns and zigzag conductors of each resonator have a rectangular cross section.