МНОГОФАЗНЫЙ РАСХОДОМЕР
MULTIPHASE FLOW METER

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в информационно-измерительных системах нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленностях, а именно к устройствам для измерения дебита нефтяной скважины без предварительной сепарации многофазного потока, а также для измерения расхода компонентов многофазной среды.
Известно устройство, содержащее участок трубы, включающий сужение между вышестоящей частью и нисходящей частью, измерительное устройство с источником и детектором гамма-излучения, датчики давления с измерительными трубками, канал в стене участка трубы с клапаном, чувствительный элемент, расположенный в канале и выполненный в форме оптического датчика (см. Европейский патент ЕР №2474816 A1, 2012 г.).
Недостатком указанного устройства является невысокая точность измерений за счет узкого диапазона соотношения расходов газ/нефть в многофазном потоке.
Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство, содержащее участок трубы, включающий сужение между вышестоящей частью и нисходящей частью, измерительное устройство, имеющее источник и детектор гамма-излучения, датчики давления с измерительными трубками, ультразвуковые датчики, установленные на внешней стенке участка трубы (см. Европейский патент ЕР №2431716 A1, 2012 г.).
Недостатком является низкая точность измерений расхода компонентов многофазного потока при высокой объемной доле газа в многофазном потоке и при возникновении его неоднородности.
Техническая задача - создание надежного устройства для измерения расхода многофазного потока.
Технический результат - повышение точности измерения расхода компонентов многофазного потока за счет усовершенствования конструкции устройства.
Он достигается тем, что устройство, содержащее участок трубы, включающий сужение между вышестоящей частью и нисходящей частью, датчики давления с измерительными трубками, ультразвуковые датчики, установленные на внешней стенке участка трубы, имеет источник магнитного поля в виде постоянного магнита, установленный и жестко закрепленный на внешней стороне участка трубы в месте сужения, измерительное устройство, выполненное в виде электродов, установленных и жестко закрепленных в отверстиях, выполненных в стенке участка трубы, за сужением, источник переменного электрического поля в виде накладного конденсатора, жестко закрепленный на внешней стенке участка трубы перед сужением, пьезоэлектрические ультразвуковые преобразователи, установленные и закрепленные в отверстиях, выполненных в стенке участка трубы, первый преобразователь расположен перед источником переменного электрического поля, а второй - за измерительным устройством.
На чертеже изображен общий вид многофазного расходомера в разрезе. Устройство, расположенное в трубопроводе, содержит участок трубы 1, включающий сужение между вышестоящей частью и нисходящей частью, с установленными в нем пьезоэлектрическими ультразвуковыми преобразователями 2 и 3 для излучения и детектирования ультразвукового сигнала, которые можно оперативно заменять благодаря модульному принципу соединения с участком трубы, источник магнитного поля 4, выполненный в виде постоянного магнита, установленный и жестко закрепленный на внешней стороне участка трубы в месте сужения, для отклонения электронов, получаемых в ходе прохождения ультразвукового сигнала через многофазную жидкую смесь, измерительное устройство в виде электродов 5 и 6, установленных и жестко закрепленных в отверстиях,
выполненных в стенке участка трубы, за сужением, для регистрации количества отклоняемых электронов в виде разности потенциалов, источник переменного электрического поля в виде накладного конденсатора 7 с пластинами 8 и 9 для создания переменного электрического поля, установленный и жестко закрепленный на внешней стенке участка трубы перед сужением, с помощью которого увеличивается электропроводность нефтяной фракции многофазной жидкой среды, датчиков давления 10 и 11 для измерения перепада давления многофазной жидкой смеси до и после сужения и оценки общего расхода многофазной жидкой смеси.
Устройство работает следующим образом. При подаче на пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь 2 напряжения создается ультразвуковой сигнал специальной частоты, который регистрируется пьезоэлектрическим ультразвуковым преобразователем 3. Ультразвуковой сигнал, проходя через многофазный поток, где у среды с помощью переменного электрического поля, создаваемого источником переменного электрического поля, выполненного в виде накладного конденсатора 7, повышается электропроводность, увлекает за собой электроны, которые далее отклоняются магнитным полем, создаваемым источником магнитного поля 4, в стороны измерительного устройства, выполненного в виде электродов 5 и 6, где регистрируется разность потенциалов. Регистрируемая разность потенциалов на электродах и будет мерой соотношения компонентов многофазного потока. Участок трубы, включающий сужение между вышестоящей частью и нисходящей частью, используется также и для измерения общего расхода многофазного потока методом переменного перепада давления, измеряемого датчиками давления 10 и 11.
В процессе протекания многофазного потока высока вероятность образования жидкостных пленок на внутренней стенке участка трубы, что в свою очередь приводит к понижению точности устройства. В прототипе из-за закрепленного на внешней стенке участка трубы измерительного устройства ухудшается сигнал, проходимый через стенку участка трубы и жидкостную пленку, что приводит к понижению точности устройства. В предлагаемом устройстве измерительное устройство установлено в отверстиях, выполненных в стенке участка трубы, что позволяет повысить точность измерений за счет уменьшения влияния толщины участка трубы и жидкостной пленки. Ультразвуковые преобразователи установлены и жестко закрепляются в отверстиях, выполненных в стенке участка трубы, что позволяет устранить влияние толщины участка трубы на величину ультразвукового сигнала, а также оперативно заменить пьезоэлектрические ультразвуковые преобразователи в случае образования на нем густой жидкостной пленки. Измерительное устройство, выполненное в виде электродов, измеряет только разность потенциалов, что позволяет не проводить сложных вычислений, а лишь сравнивать с градуировочной характеристикой акустоэлектрических свойств измеряемого вещества. За счет использования меньшего количества несложно устроенных элементов в системе повышается надежность многофазного расходомера.
Предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон измерения соотношения расходов газ/нефть многофазного потока, оперативно заменять вышедшие из строя элементы, исключить влияние плотных жидкостных пленок на величину сигнала в измерительном устройстве, что позволит повысить точность измерения расхода многофазного потока.
Источники
1. Европейский патент ЕР №2474816 A1, 2012 г.
2. Европейский патент ЕР №2431716 A1, 2012 г. (прототип).