СПОСОБ ЭЛЕКТРОЕМКОСТНОЙ ВЛАГОМЕТРИИ ВОДОНЕФТЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ В ПОТОКЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1. Способ электроемкостной влагометрии водонефтяных эмульсий в потоке, включающей операции возбуждения переменного электрического поля в контролируемом потоке водонефтяной смеси с помощью специальных электродов - зондов, измерение сигналов реакции контролируемой водонефтяной смеси - объемного содержания воды и нефти в потоке, отличающийся тем, что производится электрическое зондирование двухфазной смеси в различных зонах контролируемого потока с помощью многоэлектродного электроемкостного преобразователя (МЭП) - комплексирование первичных электроемкостных преобразователей с использованием N(N-1)/2 независимых емкостных элементов в составе МЭП, где N - число электродов МЭП; измерение величин N(N-1) выходных сигналов МЭП - емкостей между каждой парой электродов - емкостных элементов преобразователя в двух специально создаваемых режимах работы МЭП; формирование N(N-1) статических функций преобразователя МЭП (зависимостей между выходными сигналами МЭП объемным содержанием воды в водонефтяной смеси - калибровочных характеристик) в процессе калибровки многоэлектродного преобразователя, причем в каждой из указанных функций преобразования формируются два участка, соответствующих по объемному содержанию воды, обратной («вода в нефти») и прямой («нефть в воде») водонефтяной эмульсии; автоматическое определение типа водонефтяной эмульсии - обратная («вода в нефти») или прямая («нефть в воде») в процессе контроля потока смеси; а состав водонефтяной смеси - объемное содержание воды и нефти в потоке определяют по всему массиву N(N-1) калибровочных характеристик многоэлектродного преобразователя и N(N-1) измеренных величин выходных сигналов МЭП.
2. Способ электроемкостной влагометрии водонефтяных эмульсий в потоке по п.1, отличающийся тем, что комплексирование первичных электроемкостных преобразователей производится с помощью системы измерительных электродов, расположенных по периферии многофазного потока с минимальными возможными конструктивными зазорами между соседними электродами, причем в каждом сечении преобразователя, перпендикулярном направлению движения потока и не совпадающем с границей раздела между соседними электродами, лежащими на одной поверхности - плоской или цилиндрической, располагаются четыре электрода.
3. Способ электроемкостной влагометрии водонефтяных эмульсий в потоке по п.1, отличающийся тем, что электрическое зондирование водонефтяной смеси производится в различных направлениях относительно направления движения потока в трубопроводе, причем производится как сквозное зондирование всего объема потока в зоне контроля электродов МЭП, так и зондирование локальных областей этого потока с использованием N(N-1)/2 емкостных элементов многоэлектродного преобразователя.
4. Способ электроемкостной влагометрии водонефтяных эмульсий в потоке по п.1, отличающийся тем, что калибровка влагомера и контроль обводненности нефти в потоке выполняется в двух последовательно создаваемых режимах работы МЭП в каждом цикле измерений, причем в 1-м режиме корпусная точка влагомера гальванически изолирована от контролируемой водонефтяной смеси и «физической» земли (корпуса МЭП, трубопровода) - водонефтяная смесь не заземлена (режим К1), а во 2-м режиме корпусная точка влагомера гальванически соединена с контролируемой водонефтяной смесью и «физической» землей (корпусом МЭП, трубопроводом) - контролируемая смесь заземлена (режим К2); при этом калибровка влагомера производится с использованием девяти образцов физических сред: из них три чистые компоненты: газ, нефть и вода; и шесть - водонефтяные эмульсии с объемным содержанием воды 20; 40; 60; 70; 80 и 90% соответственно.
ij
ij
5. Способ электроемкостной влагометрии водонефтяных эмульсий в потоке по п.1, отличающийся тем, что калиброванные характеристики влагомера и измеряемые в процессе контроля сигналы - величины межэлектродных емкостей C(К1) и C(К2), полученные в режимах К1 и К2 работы преобразователя, нормируются к значениям указанных емкостей, полученных при наличии в зоне контроля МЭП чистой фазы - газа (воздуха), и представляются в логарифмических единицах вида:  и ,
где  и  -
ij
значения емкости C между электродами i и j, измеренное в режимах К1 и К2, при наличие в зоне контроля газовой фазы, причем измерение величин  и  производится при каждом изменении образца калибровочной физической среды в процессе калибровки влагомера и при каждом случае отсутствия жидкой фазы - чистой нефти и воды, или водонефтяной эмульсии в рабочем режиме влагомера на объекте; при этом факт отсутствия жидкой фазы в зоне контроля МЭП определяется автоматически из соотношений
если , то в зоне контроля газ (воздух)
если , то в зоне контроля жидкость: нефть, водонефтяная эмульсия или вода, где .
6. Способ электроемкостной влагометрии водонефтяных эмульсий в потоке по п.1, отличающийся тем, что автоматическое определение типа водонефтяной эмульсии - обратная («вода в нефти») или прямая («нефть в воде») - производится в каждом цикле измерений для каждого выходного сигнала МЭП с использованием следующих операций:
ij
измерение выходных сигналов МЭП - емкостей C(К1) между каждой парой (i, j) электродов преобразователя в режиме К1 - водонефтяная смесь не заземлена, причем ,
ij
измерение выходных сигналов МЭП - емкостей C(К2) между каждой парой (i, j) электродов преобразователя в режиме К2 - водонефтяная смесь не заземлена, причем ,
определение типа водонефтяной эмульсии производится из соотношений
если , то эмульсия обратная («вода в нефти»);
если , то эмульсия прямая («нефть в воде»);
если , то в зоне контроля газ (воздух).
ij
ij
ij
7. Способ электроемкостной влагометрии водонефтяных эмульсий в потоке по п.1, отличающийся тем, что определение состава водонефтяной смеси - объемного содержания воды и нефти в потоке производится с использованием N(N-1) калибровочных характеристик многоэлектродного преобразователя для каждого выходного сигнала МЭП, причем для обратной эмульсии («вода в нефти») состав водонефтяной смеси определяется по соответствующему участку калибровочной характеристики преобразователя и измеренным сигналом C(К1) и C(К2), а для прямой эмульсии («нефть в воде») - по соответствующему участку калибровочной характеристики преобразователя и измерительным сигналам C(К2), где .
8. Устройство для осуществления способа электроемкостной влагометрии водонефтяных эмульсий в потоке по пп.1-6, содержащее электроды для создания зондирующего электрического поля, управляемые электронные ключи, коммутатор, блоки измерения емкости и определения влажности нефти, отличающееся тем, что оно снабжено шестиэлектродным электроемкостным преобразователем, блоком коммутации электродов с семнадцатью управляемыми ключами, пятиканальными преобразователями «емкость - напряжение», аналоговым мультиплексором, программируемыми усилителем, таймером и формирователем управляющих сигналов, источником опорного напряжения, аналого-цифровым преобразователем (АЦП), микропроцессором, регистром данных и адреса, ПЗУ и генератором тактовых импульсов; при этом электроемкостной преобразователь выполнен с использованием плоских или цилиндрических электродов, из которых два противолежащих электрода расположены по всей длине преобразователя, а две пары других противолежащих электродов размещены на цилиндрической или плоской поверхности на периферии многофазного потока, причем длина каждого электрода указанных двух пар электродов соответствует половине длины преобразователя; при этом все шесть электродов электроемкостного преобразователя через соответствующую группу управляемых ключей соединены с корпусной точкой прибора, изолированной от «физической» земли - корпуса датчика (трубопровода), а корпусная точка прибора через соответствующий ключ соединена с «физической» землей; причем электроды 1, 2, 3, 4 и 5 через вторую группу управляемых ключей соединены с источником опорного напряжения, а электроды 2, 3, 4, 5 и 6 через третью группу управляемых ключей подключены к пяти соответствующим входам пятиканального преобразователя «емкость - напряжение», пять выходов которого соединены с соответствующими входами аналогового мультиплексора, выход которого через программируемый измерительный усилитель и усилитель мощности соединен со входом АЦП, а выход последнего соединен со входами блока цифровой обработки сигналов, включающего регистры данных и адреса, ПЗУ и микропроцессор; при этом выход программируемого таймера соединен с входом программируемого формирователя управляющих сигналов, а выходы программируемого формирователя управляющих сигналов и источника опорного напряжения подключены к соответствующим входам блока коммутации; при этом АЦП, программируемый измерительный усилитель, блок коммутации, мультиплексор и программируемый измерительный усилитель, блок коммутации, мультиплексор и программируемый формирователь управляющих сигналов подключенны к шине данных и команд блока цифровой обработки сигналов.