Способ измерения покомпонентного расхода и относительного содержания трехкомпонентных смесей из добывающих нефтяных скважин и устройство для его осуществления

1. Способ измерения объемного покомпонентного расхода и относительного содержания трехкомпонентных смесей из добывающих нефтяных скважин, в составе измерительных установок и технологических систем, включающий в себя определение скорости потока с помощью сужающего устройства, например, трубки Вентури, и определение относительного содержания компонентов диэлькометрическим принципом действия с помощью измерения резонансных частот f^3 и коэффициентов передачи Кзв в радиоволновых датчиках (РВД), а также температуры Т и давления Р, в двух областях частотного спектра зондирующего сигнала, низкочастотной (НЧ) и высокочастотной (ВЧ), которые выбирают либо в районе двух резонансных частот (например, первой и второй) одного и того же РВД зондирующего блока, либо в двух зондирующих блоках с различными частотными характеристиками, снимают два семейства градуировочных характеристик - значений резонансной частоты и коэффициента передачи в функции относительного содержания одной из составляющих (например, воды) в общем объеме измеряемой смеси, при различных значениях относительного содержания третьей составляющей (например, свободного газа), относящихся к указанным двум частотным областям зондирующего сигнала, при этом предусмотрены две градуировки, «низкочастотная» (НЧ), при смесях с непрерывной водной фазой, движущейся через зондирующий блок, и «высокочастотная» (ВЧ), при смесях с нефтяной непрерывной фазой, с автоматическим переходом с одной градуировки на другую на основании определения типа смеси, для чего сопоставляют значение резонансной частоты, с заданным пороговым уровнем, превышение которого свидетельствует о роде смеси с непрерывной нефтяной фазой, а при меньшем порога - о смеси с непрерывной водной фазой, предусмотрен также «статический» режим, используемый для повышения точности при непрерывной водной фазе, с остановкой потока в зондирующем блоке на заданное в программе время путем переключения потока из канала с зондирующим блоком в добавленный в этой модификации изделия байпасный канал с помощью отсечных клапанов, формируют обобщенный параметр
гр.w
где f - значение резонансной частоты, соответствующей заполнению резонатора водой при градуировке; а
f
K - коэффициент пропорциональности, который подбирают, исходя из требований крутизны градуировочной характеристики изделия,
рез
ЗБ
при нормальных условиях производят градуировку в НЧ области РВД для смеси «непрерывная фаза - нефть», записывая в память электронного блока по две пары градуировочных характеристик вода-нефть, f и К, для нескольких постоянных значений относительного содержания свободного газа, а также значение температуры Т,
где НЧ - низкочастотная область РВД, wi - номер точки воды, gj - номер точки свободного газа, н - непрерывная фаза нефть,
- объемное относительное содержание воды в i-ой смеси нефть-вода с «непрерывной фазой - нефть» при j-ой точке свободного газа, для низкочастотной области,
- градуировочная резонансная частота для i-ой смеси вода-нефть с «непрерывной фазой - нефть» при j-ой точке свободного газа, для низкочастотной области,
- градуировочный коэффициент передачи для i-ой смеси вода-нефть с «непрерывной фазой - нефть» при j-ой точке свободного газа, для низкочастотной области
- градуировочная температура для i-ой смеси вода-нефть с «непрерывной фазой - нефть» при j-ой точке свободного газа, для низкочастотной области,
рез
ЗБ
при нормальных условиях производят градуировку в НЧ области РВД для смеси непрерывная фаза - вода, записывая в память электронного блока по две пары градуировочных характеристик вода-нефть, f и К, для нескольких постоянных значений относительного содержания свободного газа, а также значение температуры Т,
где НЧ - низкочастотная область РВД, wi - номер точки воды смеси, gj - номер точки свободного газа, в - непрерывная фаза - вода,
- объемное относительное содержание воды в i-ой смеси нефть-вода с «непрерывной фазой - вода», при j-ой точке свободного газа, для низкочастотной области,
- градуировочная резонансная частота при i-ой смеси вода-нефть с «непрерывной фазой - вода», для j-ой точки свободного газа, для низкочастотной области,
- градуировочный коэффициент передачи для i-ой смеси вода-нефть с «непрерывной фазой - вода», при j-ой точке свободного газа, для низкочастотной области,
- градуировочная температура для i-ой смеси вода-нефть с «непрерывной фазой - вода» при j-ой точке свободного газа, для низкочастотной области,
рес
ЗВ
при нормальных условиях производят градуировку в ВЧ области РВД для смеси непрерывная фаза - нефть, записывая в память электронного блока по две пары градуировочных характеристик вода-нефть, f и К, для нескольких постоянных значений относительного содержания свободного газа, а также значения температуры Т,
где ВЧ - высокочастотный РВД, wi - номер точки воды, gj - номер точки свободного газа, н - непрерывная фаза нефть,
- объемное относительное содержание воды в i-ой смеси нефть-вода с «непрерывной фазой - нефть» при j-ой точке свободного газа, для высокочастотной области,
- градуировочная резонансная частота для i-ой смеси вода-нефть с «непрерывной фазой - нефть» при j-ой точке свободного газа, для высокочастотной области,
- градуировочный коэффициент передачи для i-ой смеси вода-нефть с «непрерывной фазой - нефть» при j-ой точке свободного газа, для высокочастотной области,
- градуировочная температура для i-ой смеси вода-нефть с «непрерывной фазой - нефть» при j-ой точке свободного газа, для высокочастотной области,
рез
ЗБ
при нормальных условиях производят градуировку в ВЧ области РВД для смеси непрерывная фаза - вода, записывая в память электронного блока по две пары градуировочных характеристик вода-нефть, f и К, для нескольких постоянных значений относительного содержания свободного газа, а также температуры Т,
где ВЧ - высокочастотный РВД, wi - номер точки воды, gj - номер точки свободного газа, в - непрерывная фаза - вода,
- объемное относительное содержание воды в i-ой смеси нефть-вода с «непрерывной фазой - вода», при j-ой точке свободного газа,
- градуировочная резонансная частота для i-ой смеси вода-нефть с «непрерывной фазой - вода», при j-ой точке свободного газа,
- градуировочный коэффициент передачи для i-ой смеси вода-нефть с «непрерывной фазой - вода», при j-ой точке свободного газа,
- градуировочная температура для i-ой смеси вода-нефть с «непрерывной фазой - в» при j-ой точке свободного газа, для высокочастотной области области,
при каждом текущем измерении проводят корректировку градуировочных значений резонансных частот и коэффициентов передачи для всех градуировочных смесей под текущее значение температуры, используя для этого заложенные в память процессора известные зависимости диэлектрических проницаемостей компонентов от температуры, и рассчитывают для каждой градуировочной i-ой смеси с относительным содержанием воды и нефти  и  корректированный обобщенный параметр с помощью подстановки в уравнение (1) скорректированных на текущую температуру измеренных параметров изделия
на базе значений скорректированных обобщенных параметров (9), (10), (11) и (12) строят два семейства обобщенных интерполированных градуировочных характеристик, для НЧ области РВД и ВЧ области РВД, скорректированные под текущую температуру,
где ϕ - функции интерполяции,
об.Ti.инт
для измеренных в НЧ области РВД и в ВЧ области РВД текущих значений обобщенного интерполированного параметра K находят среди двух семейств градуировочных характеристик кривые с таким значением содержания свободного газа, которому соответствует одно и то же значение влагосодержания
, которое и является результатом измерения влагосодержания, а
, найденное при этом, является результатом измерения относительного содержания свободного газа при рабочем давлении,
далее вычисляют, являющееся результатом измерения, относительное содержание нефти
умножая измеренный с помощью трубки Вентури общий объемный расход смеси на относительные объемные содержания компонентов, вычисляем объемный расход каждого из них по формулам
умножая объемные расходы каждого из компонентов на их известные плотности, вычисляем массовые расходы воды, нефти, свободного газа (при рабочем давлении) по формулам
вычисляют объемный и массовый расход жидкости по формулам
вычисляют обводненность по формулам
при этом период обновления результатов измерения на выходе расходомера составляет от 2 до 8 секунд.
2. Способ измерения объемного покомпонентного расхода и относительного содержания трехкомпонентных смесей из добывающих нефтяных скважин, в составе измерительных установок и технологических систем по п. 1, предусматривающий, для повышения точности измерения при смесях с водной непрерывной фазой, преобразование потоков различной структуры в расслоенную структуру путем запирания движущейся смеси в зондирующем блоке, с помощью обрамляющих его отсечных клапанов, и переключения общего потока в байпасный трубопровод с третьим отсекающим клапаном, на основании определения рода смеси, для чего сопоставляют значение резонансной частоты, с заданным пороговым уровнем, превышение которого свидетельствует о роде смеси с непрерывной нефтяной фазой, а при меньшем порога - о роде смеси с непрерывной водной фазой.
3. Устройство для измерения покомпонентного расхода и относительного содержания трехкомпонентных смесей из добывающих нефтяных скважин, в составе измерительных установок и технологических систем, состоящее из зондирующего блока, включающего в себя сужающее устройство, например, трубку Вентури для измерения скорости потока, содержащие в качестве первичных преобразователей один или два радиоволновых датчика из концентрически расположенных наружной металлической и внутренней диэлектрической трубой с зигзагообразной обмоткой, датчики давления и температуры, электронный блок, содержащий: широко диапазонный высокоточный полнофункциональный квадратурный синтезатор частот прямого цифрового синтеза с быстродействием 300 МГц, генерирующий синусоидальный сигнал в соответствии с цифровым кодом, задаваемым от управляющего высокопроизводительного встроенного компьютера в формате MicroPC с четырьмя портами USB, с четырьмя последовательными портами, двумя портами интерфейса CAN, с операционной системой FDOS 6/22 и совместимого с ОС: MS DOS, QNX, Windows CT/XP, модуль аналогового ввода-вывода в формате MicroPC с гальванической изоляцией, с 16-ю однопроводными или 8-ю дифференциальными каналами аналогового ввода, с 2-мя каналами аналогового вывода, во взрывобезопасном исполнении электронный блок снабжен барьерами искробезопасности.
4. Устройство для измерения покомпонентного расхода и относительного содержания трехкомпонентных смесей из добывающих нефтяных скважин, в составе измерительных установок и технологических систем по п. 3, дополненное, с целью повышения точности измерения при смесях с водной непрерывной фазой, отсечными клапанами, обрамляющими один или два радиоволновых датчика, и байпасным трубопроводом с третьим отсечным клапаном.