СКВАЖИННЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР

Скважинный ультразвуковой расходомер
Полезная модель относится к области измерительных средств для измерения расхода и может быть использована для учета объема воды в водозаборной скважине и закачиваемой в нагнетательные пласты систем поддержания пластового давления, а также для учета объема нефти, извлекаемой из продуктивных пластов.
Известен скважинный ультразвуковой расходомер, представленный в з. №20071400689 по кл. G01F 1/66, з. 06.11.07, оп. 20.05.09.
Известный расходомер для определения объемного и/или массового расхода многокомпонентной среды в нефтяной скважине содержи излучатель, выполненный с возможностью передачи ультразвуковых измерительных сигналов, и по меньшей мере два преобразователя, выполненных с возможностью приема ультразвуковых измерительных сигналов, прошедших по потоку или против потока измеряемой среды, и смещенных относительно друг друга вдоль трубопровода, блок регулирования и/или обработки, выполненный с возможностью определения объемного и/или массового расхода среды, и отличается тем, что излучатель и преобразователи выполнены в виде колец, имеющих непрерывный акустический контакт по всему периметру.
Поскольку заявка №2007140689 так и не стала патентом и коротенькая публикация ее формулы не дает полного представления о конструкции и возможности более подробно сопоставить ее с заявляемым техническим решением.
Известен ультразвуковой расходомер для скважин, описанный в п. РФ №85638 по кл. G01F 1/74, 1/66, з. 18.03.09, оп. 10.08.09. и выбранный в качестве прототипа..
Согласно формуле п. РФ №85638, известный скважинный расходомер выполнен следующим образом.
«1. Ультразвуковой расходомер компонентов многофазной среды в трубопроводе, содержащий два элемента изменения скорости потока, представляющих два отрезка трубы разного диаметра, соединенных последовательно, каждый отрезок трубы содержит ультразвуковой блок преобразования скорости потока для определения реальной скорости газа многокомпонентной среды, основывающийся на эффекте Доплера, ультразвуковой блок преобразования объемной концентрации газа для определения реальной концентрации газа, ультразвуковой блок преобразования объемной концентрации жидких компонентов многофазной среды, электронный вычислитель параметров потока многофазной среды: температуры, давления, расхода нефти, газа и воды, отличающийся тем, что ультразвуковой блок преобразования объемной концентрации жидких компонентов многофазной среды вместе с дополнительно введенными датчиками температуры и давления размещены в дополнительно введенном третьем отрезке трубы, который установлен на выходе второго отрезка трубы, имеющего меньший диаметр, чем первый и третий отрезки трубы и соединенный с ними через конусные участки.
2. Ультразвуковой расходомер по п. 1, отличающийся тем, что в третий отрезок трубы дополнительно введен второй ультразвуковой блок преобразования объемной концентрации жидких компонентов многофазной среды, при этом один из них производит измерение концентрации жидкой фазы в центре третьего отрезка трубы, а второй - у стенки трубы.
3. Ультразвуковой расходомер по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введен блок текущего значения времени».
Данный расходомер отличается высокой точностью измерения и позволяет достоверно измерять параметры контролируемого потока.
Тем не менее, недостаток известного расходомера заключается в его сложности, обусловленной выполнением проточной части из трех отрезков трубы разного диаметра, конусным соединением их между собой, а также наличием в двух из них трех отдельных ультразвуковых преобразователей (скорости потока, объемной концентрации газа, объемной концентрации жидких компонентов), что усложняет схему и снижает ее ремонтопригодность. При этом электронный блок размещен в отдельном корпусе, т.к. «выходные сигналы с выхода всех ультразвуковых преобразователей кодируются в цифровую форму и при запросе электронного вычислителя 12 по линии связи 11 поступают в электронный вычислитель 12 параметров потока многокомпонентной среды - температуры, давления, расхода нефти, газа и воды. Туда же поступают кодированные значения с датчиков температуры 9 и давления 10, расположенных в третьем отрезке трубы 3», что увеличивает габариты датчика, при том, что компактные размеры являются критичной характеристикой для скважинного оборудования.
Так как данные измерения с каждого ультразвукового блока участвуют в расчете расхода, выход из строя любого из шести блоков приведет к возникновению неисправности расходомера. Тем самым надежность данного расходомера ниже по сравнению с заявляемым решением, где применяется только одна пара ультразвуковых преобразователей.
Таким образом, сложность конструкции снижает ее надежность, в частности, такие ее составляющие как безотказность работы и ремонтопригодность. Кроме того известный расходомер, имея большее, чем заявляемый, количество однотипных деталей (трех труб разного диаметра в проточной части, семи ультразвуковых преобразователей, электронный блок в отдельном корпусе) явно имеет весьма значительные габариты.
В соответствии с вышеизложенным задачей заявляемого технического решения является упрощение конструкции при уменьшении габаритов и повышение надежности за счет повышения безотказности и обеспечения ремонтопригодности расходомера.
Поставленная задача решается тем, что скважинный ультразвуковой расходомер, содержащий проточную часть из прямолинейных последовательно соединенных между собой цилиндрических отрезков трубы, в которых установлены акустические преобразователи, электронный блок обработки сигналов, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, установлен на трубе с помощью резьбы, корпус проточной части выполнен толстостенным и служит одновременно корпусом для электронного блока, проточная часть выполнена из двух разделенных между собой промежутком съемных прямолинейных цилиндрических участков с наружной резьбой, во внутренней закрытой снаружи крышкой торцевой части которых установлено по одному акустическому преобразователю, вблизи которых на боковой поверхности прямолинейных участков выполнены отверстия для входа/выхода рабочей среды.
Выполнение корпуса проточной части толстостенным и использование его и для размещения в нем электронного блока в совокупности с выполнением узла проточной части из двух разделенных промежутком съемных прямолинейных цилиндрических участков с наружной резьбой, во внутренней, закрытой снаружи крышкой, торцевой части которых установлено по одному акустическому преобразователю, вблизи которых на боковых стенках прямолинейных участков выполнены отверстия входа/выхода рабочей среды, упрощает его конструкцию, дает возможность при уменьшении габаритов расходомера сделать его весьма прочным и надежным, что дополняется резьбовым креплением расходомера к трубе, обеспечивающим его способность выдержать высокое наружное давление, которому он подвергается при установке в скважине при установке его на глубине 3 и более км. Резьбовое крепление расходомера к трубе упрощает его ремонт, а выполнение прямолинейных цилиндрических участков проточной части съемными с наружной резьбой и закрываемыми снаружи торцевой части крышкой дает возможность при загрязнении проточной части менять только данные съемные участки, а не весь расходомер, упрощая эксплуатацию прибора.
Технический результат - упрощение конструкции при уменьшении габаритов, обеспечение необходимой прочности и надежности, обеспечение ремонтопригодности.
Заявляемый скважинный расходомер обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как установка расходомера на трубе с помощью резьбового соединения, выполнение корпуса проточной части толстостенным и использование его в качестве корпуса для электронного блока, выполнение проточной части из двух разделенных между собой промежутком съемных прямолинейных цилиндрических участков, размещение во внутренней, закрытой снаружи крышкой, торцевой части каждого из прямолинейных участков по одному акустическому преобразователю, выполнение вблизи последних отверстий входа/выхода рабочей среды на боковой поверхности прямолинейных участков, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемый ультразвуковой расходомер может найти широкое применение в нефтедобывающей промышленности для измерения объемного расхода нефти из скважин, воды, закачиваемой в пласты, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых представлены на:
- фиг. 1 - общий вид собранного расходомера;
- фиг. 2 - вид собранного расходомера в продольном разрезе.
- фиг. 3 - прямой участок в продольном разрезе.
- фиг. 4 - вид собранного расходомера в поперечном разрезе в центре проточной части.
Заявляемый скважинный ультразвуковой расходомер (фиг. 1-4) содержит проточную часть 1, размещенную в толстостенном корпусе 2, и размещенный в этом же корпусе 2 электронный блок 3. Проточная часть 1 выполнена из разделенных между собой промежутком 4 съемных прямолинейных цилиндрических участков 5, выполненных с наружной резьбой. В корпусе 2 выполнена внутренняя резьба под прямолинейные участки 5, которые вкручиваются в него. В торце каждого прямого участка 5 расположен узел 6 преобразователя. Узел 6 преобразователя состоит из акустического преобразователя 7 (фиг. 3), установленного в стакане 8 и поджатого в нем гайкой 9, а на конец прямого участка 5 снаружи накручена крышка 10. На боковой поверхности прямого участка 5 вблизи акустического преобразователя 7 расположены отверстия 11 для входа/выхода измеряемой среды.
Под провода (на чертежах не показаны) от акустических преобразователей 7 в прямолинейных участках 5 выполнены каналы 12, а в корпусе 2 - канал 13, идущий в отсек электронного блока 3. Расходомер устанавливается на трубу с помощью резьбы 14.
Электронный блок 3 и корпус 2 расходомера рассчитаны для работы при давлении окружающей среды до 50 МПа, в диапазоне температур окружающей среды -20 - +100 С. Это достигается применением надежных соединений частей корпуса 2 и использованием электронных элементов, устойчивых к высокой температуре.
Пылевлагозащита достигается путем использованием уплотняющих резиновых колец (на чертежах не показаны).
В процессе погружения расходомера в скважину он может подвергаться механическим воздействиям, поэтому его корпус 2 выполнен толстостенным и обладает сверхпрочной и ударостойкой конструкцией и имеет группу механического исполнения М34. Ударостойкость обеспечивается большой толщиной стенок корпуса 2, а также надежными креплениями узлов и элементов расходомера. При этом корпус 2 проточной части 1 представляет собой цилиндр со сквозным, смещенным относительно центральной продольной оси продольным цилиндрическим отверстием 15.
Работа ультразвукового расходомера происходит следующим образом.
В электронном блоке 3 генерируются электрические импульсы, которые поочередно подаются на акустические преобразователи 7. Акустические преобразователи 7 работают попеременно как передатчики и приемники. При поступлении электрического импульса на преобразователь 7 на последнем генерируется ультразвуковой сигнал, который передается через мембрану в жидкость и через определенное время воздействует на противоположный преобразователь 7.
При движении жидкости происходит снос ультразвуковой волны, который приводит к изменению времени распространения ультразвукового сигнала: по потоку жидкости время прохождения уменьшается, а против потока - возрастает. Разность времен прохождения ультразвукового сигнала через жидкость по и против потока пропорциональна скорости потока и, следовательно, объемному расходу.
В сравнении с прототипом заявляемый скважинный ультразвуковой расходомер имеет более простую конструкцию, меньшие габариты, и более надежен в работе.