ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности для измерения содержания компонентов многофазной среды, в частности, для определения дебита скважины, а также в друтих производствах, где есть необходимость измерения расхода многофазных технологических сред. ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ Корреляционные способы измерения и устройства для измерения суммарного и фракционного расходов несмешивающихся сред, использующие корреляционные способы измерения, позволяют измерять расход текущей среды без загромождения сечения трубопровода и без нарушения его герметичности, и поэтому они являются наиболее предпочтительными при измерении расхода пожароопасных и взрывоопасных сред.

В основу корреляционных способов измерения расхода заложен принцип определения максимума корреляционной функции при измерении флуктуации потока в двух контрольных сечениях. Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является корреляционный способ измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, реализованный в устройстве, описанном в патенте Российской Федерации JЧ« 2194950 (GOlF 1/74, 1/712, GOlN 22/04, 20.12.2002). Известный способ включает в себя выделение на трубопроводе двух

контрольных участков, отстоящих друг от друга на фиксированном расстоянии, измерение флуктуации диэлектрических характеристик потока на каждом из контрольных участков, включающее сканирование потока вращающимся высокочастотным электрическим полем, обработку сигнала

5 сканирования с выделением зоны максимума амплитудно-фазовой частотной или амплитудно-частотной характеристики сигнала, измерение времени транспортировки по максимуму корреляционной функции сигналов сканирования и определение фракционных долей многофазных несмешивающихся сред и суммарного и фракционного расходов. ю Используя известный способ, можно определить суммарный расход и фракционные доли двух несмешивающихся сред, если диэлектрические характеристики транспортируемых сред существенно отличаются друг от друга, в частности, можно определить содержание воды в нефти при измерении дебита скважины. Однако если транспортируемая среда

15 дополнительно содержит газ, то выделение фракционной доли газовой среды невозможно. Известный способ также не позволяет определить отложение твёрдой фазы на стенке трубопровода, например, парафина на стенке нефтепровода.

Известно устройство для измерения расхода электропроводных

20 двухфазных сред, содержащее измерительный участок с магнитной системой переменного тока, имеющей индуктор с двумя катушками, размещёнными с двух сторон относительно трубопровода, два электрода на противоположных стенках трубопровода и модуль управления, включающий блок вычисления корреляционной функции (см. авторское

25 свидетельство СССР JVb 901829, GOlF 1/72, GOlF 1/74, 30.01.1982). Использование магнитного поля обеспечивает высокий уровень сигнала, существенно превышающий помехи, но устройство может использоваться только для электропроводных жидкостей. Устройство хорошо работает на двухфазных средах, но с увеличением количества фаз оно не может зо выделить фракционную долю каждой фазы.

Известно также устройство для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, содержащее мерный участок, на стенках которого установлены две системы просвечивания трубопровода высокочастотным электромагнитным полем

5 на двух разных частотах. Анализируя принимаемые сигналы, можно расчётным путём определить изменение комплексных диэлектрических характеристик среды (реальную и мнимую составляющие комплексной диэлектрической постоянной) и на этой базе определить соотношение фаз в потоке (см. патент США Ш 4902961, НКИ 324/640, 20.02.1990). Устройство ю обеспечивает достаточно точное определение соотношения фаз в многофазных потоках, в том числе в многофазных потоках с диэлектрическими жидкостями, но с его помощью нельзя определить расход жидкости, для чего потребуется дополнительное устройство.

Наиболее близким к заявленному устройству по совокупности

15 существенных признаков является устройство, описанное в патенте Российской Федерации JУ≥ 2194950, GOlF 1/74, 1/712, GOlN 22/04, 20.12.2002. Известное устройство содержит разнесённые по длине трубопровода две измерительные секции, каждая из которых оснащена блоком измерения флуктуации диэлектрических характеристик потока,

20 высокочастотный генератор сканирующих сигналов, подключённый к указанным блокам измерения, первый и второй блоки определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, блок вычисления корреляционной функции и управляющий микропроцессор, при этом каждый блок измерения флуктуации диэлектрических характеристик поля

25 через собственный первый или второй блок определения амплитудно- фазовых частотных характеристик подключён к блоку вычисления корреляционной функции. Устройство успешно определяет суммарный и фракционные расходы двухфазных несмешивающихся жидкостей, в том числе диэлектрических, и успешно применяется для определения зо количества воды в нефти, однако при увеличении количества фаз

устройство не способно выделить иные фазы, кроме воды, что ограничивает его возможности.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является устройство, описанное . в патенте

5 Российской Федерации JY« 2194950, GOlF 1/74, 1/712, GOlN 22/04, 20.12.2002. Известное устройство содержит разнесённые по длине трубопровода две измерительные секции, каждая из которых оснащена блоком измерения флуктуации диэлектрических характеристик потока, высокочастотный генератор сканирующих сигналов, подключённый к

10 указанным блокам измерения, первый и второй блоки определения амплитудно-фазовых частотных или амплитудно-частотных характеристик, блок вычисления корреляционной функции и управляющий микропроцессор, при этом каждый блок измерения флуктуации диэлектрических характеристик поля через собственный первый ^' или второй

15 блок определения амплитудно-фазовых частотных или амплитудно- частотных характеристик подключён к блоку вычисления корреляционной функции. Устройство успешно определяет суммарный и фракционные расходы двухфазных несмешивающихся жидкостей, в том числе диэлектрических, и успешно применяется для определения количества 0 воды в нефти, однако при увеличении количества фаз устройство не способно выделить иные фазы, кроме воды, что ограничивает его возможности.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Задачей настоящего изобретения является разработка

25 корреляционного способа измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, в том числе в потоках, содержащих три и более фаз, и устройства для его осуществления, с помощью которых можно определить фракционные доли всех фаз, присутствующих в потоке несмешивающихся сред (газ, несмешивающиеся жидкости, твёрдая фаза), а зо также их расходы.

Для достижения поставленной технической задачи в корреляционном способе измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, включающем выделение на трубопроводе двух контрольных участков, отстоящих друг от друга на фиксированном

5 расстоянии, измерение флуктуации диэлектрических характеристик потока на каждом из контрольных участков, включающее сканирование потока вращающимся высокочастотным электрическим полем, обработку сигнала сканирования с выделением зоны максимума амплитудно-частотной характеристики сигнала, измерение времени транспортировки по ιо максимуму корреляционной функции сигналов сканирования и определение фракционных долей многофазных несмешивающихся сред и суммарного и фракционного расходов, согласно изобретению, на каждом контрольном участке поток дополнительно сканируют вращающимся высокочастотным магнитным полем с той же несущей частотой сигнала,

15 обрабатывают сигналы сканирования вращающимся магнитным полем с выделением зоны максимума амплитудно-частотной характеристики сигналов, корреляционную функцию вычисляют, используя все четыре сигнала сканирования, при этом при вычислении корреляционной функции амплитуду сигналов сканирования высокочастотным вращающимся

20 электрическим полем или сумму амплитуд двух указанных сигналов нормируют (масштабируют), выравнивая их сигнал относительно сигнала сканирования вращающимся магнитным полем.

При этом для сканирования потока используют высокочастотные электрические и магнитные сигналы с изменением несущей частоты

25 сигналов в диапазоне 1-100 МГц.

Кроме того, при сканировании потока несущую частоту сканирующего сигнала изменяют ступенчато, и на каждой частоте регистрацию сигнала сканирования выполняют на установившемся режиме.

При этом при переходе к следующей частоте сканирования несущую зо частоту сканирующего сигнала изменяют на 50-150 Гц.

Кроме того, при сканировании высокочастотным магнитным полем сканирующий сигнал подают со смещением по времени, равным времени транспортировки среды между контрольными сечениями сканирования электрическим и магнитным полями.

5 При этом запоминают время транспортировки среды между контрольными участками и при дальнейшем сканировании потока сканирующие сигналы на втором контрольном участке подают с задержкой, учитывающей время транспортировки.

Кроме того, для определения фракционных долей многофазной среды

10 суммируют нормированные амплитудно-частотные характеристики сканирования электрическим и магнитным полями, сравнивают суммарную характеристику с эталонными характеристиками в банке данных, выделяют из банка данных наиболее близкие характеристики и, используя интерполяцию, вычисляют фракционные доли отдельных компонентов

15 многофазной среды.

При этом, используя зарегистрированные амплитудно-частотные характеристики, вычисляют резонансные частоты, фазовые сдвиги, реальную и мнимую составляющие комплексной диэлектрической постоянной, реальную и мнимую составляющие магнитных потерь,

20 сравнивают полученные значения с эталонными показателями в банке данных, выделяют из банка данных наиболее близкие сочетания указанных

\ параметров, и, используя интерполяцию, вычисляют фракционные доли отдельных компонентов многофазной среды.

Кроме того, по крайней мере, на одном из контрольных участков 25 дополнительно измеряют температуру и давление многофазной среды.

Применительно к первому варианту устройства поставленная техническая задача достигается тем, что в устройстве для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, содержащем разнесённые по длине трубопровода две измерительные зо секции, каждая из которых оснащена блоком измерения флуктуации

диэлектрических характеристик потока, высокочастотный генератор сканирующих сигналов, подключённый к указанным блокам измерения, первый и второй блоки измерения амплитудно-частотных характеристик, блок вычисления корреляционной функции и управляющий микропроцессор, при этом каждый блок измерения флуктуации диэлектрических характеристик поля через собственный первый или второй блок измерения амплитудно-частотных характеристик подключён к блоку вычисления корреляционной функции, согласно изобретению, каждая измерительная секции дополнительно оснащена блоком измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, третьим и четвёртым блоками измерения амплитудно-частотных характеристик, вторым блоком вычисления корреляционной функции, блоком нормирования амплитудно-частотной характеристики флуктуации диэлектрического поля, блоком хранения эталонных амплитудно- частотных характеристик многофазного потока и внешней ЭВМ, при этом все четыре блока измерения флуктуации электрического и магнитного полей в многофазном потоке подключены к общему высокочастотному генератору сканирующих сигналов, каждый блок измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке через собственный третий или четвёртый блок измерения амплитудно-частотных характеристик подключён ко второму блоку вычисления корреляционной функции, первый вход микропроцессора через блок нормирования соединён с первым блоком вычисления корреляционной функции, второй вход микропроцессора напрямую соединён со вторым блоком вычисления корреляционной функции, третий вход микропроцессора соединён с блоком хранения эталонных амплитудно-частотных характеристик многофазного потока, а выход микропроцессора соединён с внешней ЭВМ.

При этом устройство оснащено блоком задержки сканирующего сигнала по времени, установленным в линии питания, соединяющей высокочастотный генератор сканирующих сигналов с блоками измерения

флуктуации электрического и магнитного полей в многофазном потоке на втором контрольном участке.

Кроме того, в линии питания каждого блока измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке установлен блок

5 смещения сканирующего сигнала по времени.

Устройство может быть дополнительно оснащено датчиками температуры и давления, установленными на одной из измерительных секций, выходы которых подключены к микропроцессору.

Применительно ко второму варианту устройства для достижения ю поставленной технической задачи в устройстве для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред, содержащем разнесённые по длине трубопровода две измерительные секции, каждая из которых оснащена блоком измерения флуктуации диэлектрических характеристик многофазного потока, высокочастотный

15 генератор сканирующих сигналов, подключённый к указанным блокам измерения, первый и второй блоки определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, блок вычисления корреляционной функции и управляющий микропроцессор, при этом каждый блок измерения флуктуации диэлектрических характеристик поля через собственный

20 первый или второй блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключён к блоку вычисления корреляционной функции, согласно изобретению, каждая измерительная секции дополнительно оснащена блоком измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, третьим и четвёртым блоками определения

25 амплитудно-фазовых частотных характеристик, вторым блоком вычисления корреляционной функции, блоком нормирования характеристик флуктуации диэлектрического поля, блоком хранения эталонных характеристик многофазного потока и внешней ЭВМ, при этом все четыре блока измерения флуктуации электрического и магнитного полей в зо многофазном потоке подключены к общему высокочастотному генератору

сканирующих сигналов, каждый блок измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке через собственный третий или четвёртый блок определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключён ко второму блоку вычисления корреляционной функции, первый входной портал микропроцессора соединён через блок нормирования с первым блоком вычисления корреляционной функции и напрямую - со вторым блоком вычисления корреляционной функции, второй входной портал микропроцессора соединён с выходами всех четырёх блоков определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, третий входной портал микропроцессора соединён с блоком хранения эталонных характеристик многофазного потока, а выход микропроцессора соединён с внешней ЭВМ.

Предпочтительно, устройство дополнительно оснащено двумя блоками задержки по времени регистрируемых сигналов, поступающих от первой измерительной секции, первый из которых установлен в канале измерения флуктуации сканирующего магнитного поля на выходе соответствующего блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, а второй - в канале измерения флуктуации диэлектрического поля на выходе соответствующего блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик.

Предпочтительно, в устройстве в линии питания каждого блока измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке установлен блок смещения сканирующего сигнала по времени.

Предпочтительно, устройство дополнительно оснащено блоком смещения по времени регистрируемых сигналов флуктуации магнитного поля, установленным на выходе первого блока вычисления корреляционной функции.

Предпочтительно, устройство дополнительно оснащено датчиками температуры и давления, установленными на одной из измерительных

секций, выходы которых подключены к четвёртому входному порталу микропроцессора.

В заявленных способе и устройствах в основу изобретения положено получение дополнительной информации о структуре многофазного потока за счёт дополнительного сканирования его на каждом измерительном участке вращающимся высокочастотным магнитным полем с частотой несущего сигнала, совпадающей с частотой сканирующего сигнала высокочастотного электрического поля, автономная обработка всех четырёх сигналов сканирования с выделением максимума амплитудно- частотных характеристик сигналов и фазовых сдвигов сигналов и использование для вычисления корреляционной функции всех четырёх сигналов сканирования. Сигнал сканирования, регистрируемый на выходе блока сканирования вращающимся высокочастотным электрическим полем существенно слабее выходного сигнала с блока сканирования вращающимся высокочастотным магнитным полем. Для достижения равенства вклада всех сигналов в корреляционную функцию выходные сигналы блоков сканирования потока вращающимся высокочастотным электрическим полем нормируют (усиливают сигнал с использованием нормирующего масштабного коэффициента). Коэффициент нормирования определяется экспериментально на основе лабораторных или натурных измерений. Возможно также вычисление коэффициента нормирования по известным зависимостям.

Использование для сканирования потока высокочастотных электрических и магнитных полей с изменением несущей частоты сигналов в диапазоне 1-100 МГц позволяет работать с любыми многофазными средами, начиная с газожидкостных потоков, и кончая потоками с преобладанием воды и водных растворов, так как охватывает все возможные резонансные частоты в многофазных средах.

Регистрация сигнала сканирования на установившемся режиме исключает влияние переходных процессов.

Ступенчатое изменение несущей частоты сканирующего сигнала с величиной ступеньки 50-150 Гц позволяет выделить все особенности изменения амплитудно-частотной характеристики, в том числе выделить резонансную частоту с абсолютным максимумом амплитуды.

5 Для повышения точности измерений за счёт исключения погрешности, связанной с перемещением многофазной среды между контрольными сечениями одного измерительного участка сканирующий сигнал высокочастотного магнитного поля подают со смещением по времени относительно сканирующего сигнала высокочастотного электрического ю поля.

Учёт времени транспортировки среды между контрольными участками путём введения соответствующей задержки по времени позволяет сократить объём вычислений при определении корреляционной функции.

15 Использование эталонных характеристик банка данных для определения конкретного соотношения фракционных долей многофазной среды позволяет оперативно определять фракционные доли, используя для банка данных либо сами эталонные амплитудно-частотные характеристики, полученные экспериментально в лабораторных или натурных условиях,

20 либо цифровые значения параметров амплитудно-частотных характеристик, вычисляемые по известным формулам.

Измерение температуры и давления многофазной среды повышает точность определения фракционного состава и расходов, так как позволяет учесть изменение диэлектрических и магнитных характеристик среды по

25 температуре и давлению.

В первом варианте осуществления устройства, реализующего заявленный способ измерения, для учёта времени транспортировки среды между контрольными участками устройство оснащено блоком задержки по времени, установленным в линии питания, соединяющей высокочастотный зо генератор сканирующих сигналов с блоками измерения флуктуации

электрического и магнитного полей в многофазном потоке на втором контрольном участке.

Во втором варианте осуществления устройства, реализующего заявленный способ измерения, для учёта времени транспортировки среды

5 между контрольными участками устройство оснащено двумя блоками задержки по времени регистрируемых сигналов, поступающих от первой измерительной секции, первый из которых установлен в канале измерения флуктуации сканирующего магнитного поля на выходе соответствующего блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, а ю второй - в канале измерения флуктуации диэлектрического поля на выходе соответствующего блока определения амплитудно-фазовых частотных характеристик.

Кроме того, во втором варианте осуществления устройства повышение точности измерения за счёт учёта смещения по времени сигналов 15 сканирующего высокочастотного магнитного поля относительно сканирующего высокочастотного электрического поля один или два блока смещения по времени установлены в соответствующих каналах. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ Изобретение поясняется рисунками.

20 На фиг.l схематически представлен первый вариант устройства, реализующего заявленный способ измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред; на фиг.2-4 схематически представлены примеры осуществления второго варианта устройства, реализующего заявленный способ измерения суммарного и фракционного 25 расходов многофазных несмешивающихся сред.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ На фиг.l изображена блок-схема первого варианта устройства, реализующего предлагаемый корреляционный способ измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся зо сред.

Устройство для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред устанавливается непосредственно на трубопроводе 1 и включает разнесённые по длине трубопровода две измерительные секции 2 и 3, стенки которых выполнены из

5 диэлектрического материала, и размещённую между секциями вставку 4. Устройство содержит два блока 5 и 6 измерения флуктуации диэлектрических характеристик потока (по одному на каждую измерительную секцию), формирующих сканирующее многофазную среду вращающееся электрическое поле и регистрирующих сигнал сканирования, ю и два блока 7 и 8 измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, формирующих сканирующее многофазную среду вращающееся магнитное поле и регистрирующих сигнал сканирования. В каждой измерительной секции сечения сканирования высокочастотными электрическим и магнитным полями смещены относительно друг друга на

15 расстояние Li. Сечения сканирования высокочастотными электрическими или магнитными полями измерительных секций 2 и 3 смещены относительно друг друга на расстояние L ₂ . Устройство имеет высокочастотный генератор 9 сканирующих сигналов, выход которого соединён со всеми четырьмя блоками 5-8 измерения флуктуации

20 многофазного потока. В измерительной секции 2 блок 5 измерения флуктуации диэлектрических характеристик потока напрямую подключён к выходу генератора 9, а блок 7 измерения флуктуации магнитного поля подключён к выходу генератора 9 через блок 10 смещения сканирующего сигнала по времени. В линии питания соединяющей генератор 9 с блоками

25 6 и 8 измерения флуктуации многофазного потока измерительной секции 3 установлен блок 11 задержки сканирующего сигнала по времени, при этом в линии питания блока 8 измерения флуктуации магнитного поля дополнительно установлен блок 12 смещения сканирующего сигнала по времени. Устройство оснащено датчиком 13 температуры и датчиком 14 зо давления, установленными, например, на измерительной секции 2.

Для обработки сигналов сканирования устройство содержит четыре блока 15-18 измерения амплитудно-частотных характеристик, представляющих собой аналого-цифровые преобразователи, два блока 19 и 20 вычисления корреляционной функции, блок 21 нормирования

5 амплитудно-частотной характеристики флуктуации диэлектрического поля, блок 22 хранения эталонных амплитудно-частотных характеристик многофазного потока, управляющий микропроцессор 23 и внешнюю ЭВМ 24.

Блоки 7 и 8 измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в ιо многофазном потоке через собственные блоки 15 и 16 измерения амплитудно-частотных характеристик подключены к блоку 19 вычисления корреляционной функции. Блоки 5 и 6 измерения флуктуации диэлектрических характеристик поля через собственные блоки 17 и 18 измерения амплитудно-частотных характеристик подключены к блоку 20

15 вычисления корреляционной функции. Первый вход микропроцессора 23 через блок 21 нормирования соединён с блоком 20 вычисления корреляционной функции, второй вход микропроцессора 23 напрямую соединён с блоком 19 вычисления корреляционной функции, третий вход микропроцессора 23 соединён с блоком 22 хранения эталонных

20 амплитудно-частотных характеристик многофазного потока. Дополнительно к входам микропроцессора подключены датчик 13 температуры и датчик 14 давления. Выход микропроцессора соединён с внешней ЭВМ 24. Микропроцессор 24 также используется для управления всеми блоками устройства (управляющие связи на схеме не показаны,

25 чтобы не загромождать её).

Вырабатываемый генератором 9 высокочастотный электрический сигнал сканирования передаётся на блоки 5 - 8 измерения флуктуации многофазного потока в измерительных секциях 2 и 3 либо напрямую, либо через блок 11 задержки сканирующего сигнала по времени и блоки 10, 12 зо смещения сканирующего сигнала по времени. Регистрируемый сигнал

сканирования высокочастотным вращающимся магнитным полем с выходов блоков 7 и 8 поступает в блоки 15 и 16 измерения амплитудно- частотных характеристик, в которых сигнал обрабатывается с выделением резонансной частоты с максимальной амплитудой - амплитудно-частотная

5 характеристика флуктуации магнитных характеристик многофазной среды. Полученная амплитудно-частотная характеристика передаётся в блок 19 вычисления корреляционной функции, в котором определяется результирующая корреляционная функция флуктуации магнитного поля и время транспортной задержки. ю Регистрируемый сигнал сканирования высокочастотным вращающимся электрическим полем с выходов блоков 5 и 6 поступает в блоки 17 и 18 измерения амплитудно-частотных характеристик, в которых сигнал обрабатывается с выделением резонансной частоты с максимальной амплитудой (амплитудно-частотная характеристика флуктуации

15 диэлектрических характеристик многофазной среды). Полученная амплитудно-частотная характеристика передаётся в блок 20 вычисления корреляционной функции, в котором оцределяется результирующая корреляционная функция флуктуации диэлектрических характеристик и время транспортной задержки.

20 Результирующие корреляционные функции передаются в управляющий микропроцессор 23. В него же поступают сигналы с датчиков давления и температуры. Управляющий микропроцессор 23 запрашивает из блока 22 хранящиеся там данные эталонных амплитудно-частотных характеристик многофазной среды и сравнивает результирующие

25 корреляционные функции с эталонными, выбирая из них наиболее близкие к замеренным характеристикам, сравнение с которыми позволяет достаточно точно определить фракционные доли многофазного потока, а знание времени транспортировки - фракционный и суммарные расходы. Результаты измерений передаются во внешнюю ЭВМ 24 для постоянного зо хранения и анализа.

Измерение суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред осуществляют следующим образом.

На трубопроводе, по которому перемещаются многофазные несмешивающиеся среды, выделяют две измерительные секции и на

5 каждой измерительной секции в двух контрольных сечениях производят сканирование потока вращающимся высокочастотным электрическим и магнитным полем с единой несущей частотой сигнала. Для формирования в сечениях сканирования вращающегося электрического или магнитного полей сканирующий сигнал формируется с использованием двух опорных ιо высокочастотных электрических сигналов переменного тока, сдвинутых друг относительно друга на 90°. Эти сигналы могут вырабатываться либо в генераторе 9, либо непосредственно в блоках 5 - 8.

Сканирующий сигнал представляет собой пакет дискретно модулированных высокочастотных электрических колебаний напряжением,

15 например, 2 В, со ступенчатым изменением несущей частоты в пределах 1- 100 МГц. Величина ступеньки задаётся управляющим микропроцессором 23 и может составлять 50-150 Гц. Длительность сканирующего сигнала должна быть достаточна для выхода на установившийся режим измерения в каждом из четырёх контрольных сечений - по два контрольных сечения на

20 каждой измерительной секции. Выходные сигналы, отражающие результаты сканирования потока, имеют переменную амплитуду и сдвиг по фазе, зависящие от несущей частоты сканирующего сигнала и флуктуации многофазного потока. Абсолютная максимальная амплитуда выходного сигнала будет наблюдаться на резонансной частоте, хотя на других

25 частотах могут наблюдаться частные максимумы амплитуды. Обработку опорного и выходного сигналов с каждого из блоков 5 - 8 осуществляют в собственных блоках 15 - 18, каждый из которых представляет собой аналого-цифровой преобразователь. Результаты вычисления амплитудно- частотной характеристики представляются в цифровой форме. Для зо вычисления корреляционной функции может использоваться либо вся

амплитудно-частотная характеристика, либо её зона, прилегающая к резонансной частоте.

Вычисление корреляционной функции производят любым известным способом обработкой двух амплитудно-частотных характеристик в блоках

5 19 и 20. Одновременно определяют время транспортировки среды между измерительными секциями, которое в дальнейшем используется для расчётов фракционного и суммарного расходов многофазной среды.

Интегральную корреляционную функцию, учитывающую все четыре сигнала сканирования, вычисляют в управляющем микропроцессоре 23. ю Для приведения к одному уровню сигналов сканирования высокочастотным вращающимся электрическим полем и сигналов сканирования высокочастотным вращающимся магнитным полем сумму амплитуд сигналов сканирования высокочастотным вращающимся электрическим полем нормируют (умножают на нормирующий коэффициент). Величину

15 нормирующего коэффициента определяют экспериментальным или расчётным путём. В дальнейшем интегральную корреляционную функцию используют для сравнения с эталонными амплитудно-частотными характеристиками при определении фракционных долей многофазной среды. Фракционные доли можно также определить, проанализировав

20 форму амплитудно-частотных характеристик и определив по известным методикам резонансные частоты, фазовые сдвиги, реальную и мнимую составляющие комплексной диэлектрической постоянной, реальную и мнимую составляющие магнитных потерь , и сравнив их с данными, хранящимися в банке данных.

25 Учитывая, что многофазная среда перемещается по трубопроводу с некоторой скоростью, одновременно с той же скоростью перемещаются все флуктуации многофазной среды и для повышения точности измерений необходимо введение смещение по времени между подачей сканирующего сигнала в двух контрольных сечениях, где измеряются флуктуации зо диэлектрических характеристик и магнитного поля (например, смещение по

времени между подачей сигнала в блок 7 относительно блока 5). Аналогично необходимо введение задержки по времени между подачей сканирующего сигнала в измерительную секцию 3 относительно измерительной секции 2.

5 Второй вариант осуществления устройства представлен на фиг.2-4 тремя примерами осуществления, отличающимися местом расположения блока смещения по времени. .

На фиг.2 изображена блок-схема первого примера осуществления второго варианта устройства, реализующего предлагаемый ю корреляционный способ измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред.

Устройство для измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред устанавливается непосредственно на трубопроводе 101 и включает разнесённые по длине трубопровода две

15 измерительные секции 102 и 103, стенки которых выполнены из диэлектрического материала, и размещённую между секциями вставку 104. Устройство содержит два блока 105 и 106 измерения флуктуации диэлектрических характеристик потока (по одному на каждую измерительную секцию), формирующих сканирующее многофазную среду

20 вращающееся электрическое поле и регистрирующих сигнал сканирования, и два блока 107 и 108 измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке, формирующих сканирующее многофазную среду вращающееся магнитное поле и регистрирующих сигнал сканирования. В каждой измерительной секции сечения сканирования

25 высокочастотными электрическим и магнитным полями смещены относительно друг друга на расстояние Li. Сечения сканирования высокочастотными электрическими или магнитными полями измерительных секций 102 и 103 смещены относительно друг друга на расстояние L ₂ . Устройство имеет высокочастотный генератор 109 зо сканирующих сигналов, выход которого соединён со всеми четырьмя

блоками 105-108 измерения флуктуации многофазного потока. В измерительных секциях 102 и 103 блоки 105 и 106 измерения флуктуации диэлектрических характеристик потока напрямую подключены к выходу генератора 109, а каждый из блоков 107 и 108 измерения флуктуации

5 магнитного поля подключён к выходу генератора 109 через собственный блок ПО смещения сканирующего сигнала по времени. Устройство оснащено датчиком 111 температуры и датчиком 112 давления, установленными, например, на измерительной секции 102.

Для обработки регистрируемых сигналов сканирования устройство ю содержит четыре блока 113-116 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, представляющих собой аналого-цифровые преобразователи, два блока 117 и 118 вычисления корреляционной функции, блок 119 нормирования характеристик флуктуации диэлектрического поля, блок 120 хранения эталонных характеристик

15 многофазного потока, управляющий микропроцессор 121 и внешнюю ЭВМ 122. В блоке 120 могут храниться набор эталонных характеристик многофазного потока: непосредственное оцифрованное изображение амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик, набор эталонных фазовых характеристик, соответствующих конкретному соотношению

20 фракций многофазного потока, цифровые значения комплексной диэлектрической постоянной для каждого конкретного соотношения фракций многофазного потока, цифровые значения магнитной проницаемости и магнитных потерь для каждого конкретного соотношения фракций многофазного потока, а также любые другие параметры,

25 характеризующие многофазный поток.

Блоки 107 и 108 измерения флуктуации сканирующего магнитного поля в многофазном потоке через собственные блоки 113 и 114 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключены к блоку 117 вычисления корреляционной функции, при этом блок 114

подключён к блоку 117 вычисления корреляционной функции напрямую, а блок 113 - через блок 123 задержки по времени.

Блоки 105 и 106 измерения флуктуации диэлектрических характеристик поля через собственные блоки 115 и 116 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик подключены к ^' блоку 118 вычисления корреляционной функции, при этом блок 116 подключён к блоку 118 вычисления корреляционной функции напрямую, а блок 115 — через блок 124 задержки по времени.

Первый входной портал 125 микропроцессора 121 через блок 119 нормирования соединён с блоком 118 вычисления корреляционной функции и напрямую соединён с блоком 117 вычисления корреляционной функции.

Второй входной портал 126 микропроцессора 121 соединён с выходами всех четырёх блоков 113-116 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик. При наличии блоков задержки по времени 123 и

124 второй входной портал 126 предпочтительно соединять с выходами блоков 114 и 116 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик через указанные блоки задержки, но возможно также подключение его напрямую к выходам указанных блоков, как это показано далее на фиг.З.

Третий входной портал 127 микропроцессора 121 соединён с блоком 120 хранения эталонных характеристик многофазного потока. Конкретный набор эталонных характеристик может определяться для каждого устройства самостоятельно в соответствии с характеристиками многофазного потока скважины, но может использоваться перечисленный выше полный комплект эталонных характеристик.

Датчики температуры 113 и давления 114 подключены к четвёртому входному порталу 128 микропроцессора 121. Выход микропроцессора соединён с внешней ЭВМ 122. Микропроцессор 124 также используется

для управления всеми блоками устройства (управляющие связи на схеме не показаны, чтобы не загромождать её).

Вырабатываемый генератором 109 высокочастотный электрический сигнал сканирования передаётся на блоки 105-108 измерения флуктуации

5 многофазного потока в измерительных секциях 102 и 103 либо напрямую, либо через блоки 110 смещения сканирующего сигнала по времени.

Измерение суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред осуществляют следующим образом.

На трубопроводе, по которому перемещаются многофазные ю несмешивающиеся среды, размещают две измерительные секции и на каждой измерительной секции в двух контрольных сечениях производят сканирование потока вращающимся высокочастотным электрическим и магнитным полем с единой несущей частотой сигнала. Для формирования в сечениях сканирования вращающегося электрического или магнитного

15 полей сканирующий сигнал формируется с использованием двух опорных высокочастотных электрических сигналов переменного тока, сдвинутых друг относительно друга на 90°. Эти опорные сигналы могут вырабатываться либо в генераторе 109, либо непосредственно в блоках 105-108.

20 Сканирующий сигнал представляет собой пакет дискретно модулированных высокочастотных электрических колебаний напряжением, например, 2 В, со ступенчатым изменением несущей частоты в пределах 1- 100 МГц. Величина ступеньки задаётся управляющим микропроцессором 121 и может составлять 50-150 Гц. Длительность сканирующего сигнала

25 должна быть достаточна для выхода на установившийся режим измерения в каждом из четырёх контрольных сечений - по два контрольных сечения на каждой измерительной секции. Регистрируемые (выходные.) сигналы, отражающие результаты сканирования потока, имеют переменную амплитуду и сдвиг по фазе, зависящие от несущей частоты сканирующего зо сигнала и флуктуации многофазного потока. Абсолютная максимальная

амплитуда выходного сигнала будет наблюдаться на резонансной частоте, хотя на других частотах могут наблюдаться частные максимумы амплитуды. Для вычисления корреляционной функции может использоваться либо вся амплитудно-частотная характеристика, либо её

5 зона, прилегающая к резонансной частоте.

Учитывая, что многофазная среда перемещается по трубопроводу с некоторой скоростью, одновременно с той же скоростью перемещаются все флуктуации многофазной среды и для повышения точности измерений необходимо введение смещения по времени между подачей сканирующего ю сигнала в двух контрольных сечениях, где измеряются флуктуации диэлектрических характеристик и магнитного поля (например, смещение по времени между подачей сигнала в блок 107 относительно блока 105).

Регистрируемый сигнал сканирования высокочастотным вращающимся магнитным полем с выходов блоков 107 и 108 поступает в

15 блоки 113 и 114 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик, в которых сигнал оцифровывается и обрабатывается с выделением резонансной частоты с максимальной амплитудой - амплитудно-частотная характеристика флуктуации магнитных характеристик многофазной среды, а также определяется фазовый сдвиг

20 относительно исходного сканирующего сигнала - фазочастотная характеристика флуктуации многофазной среды. Результаты ^' обработки передаются в блок 117 вычисления корреляционной функции, а также на второй входной портал 126 микропроцессора 121. В блоке 117 определяется результирующая корреляционная функция флуктуации магнитного поля и

25 время транспортной задержки. Процедура определения корреляционной функции в блоке 117 не отличается от обычных процедур и включает в себя перемножение двух сигналов с последующим накоплением, например, последовательным суммированием произведений с выявлением максимального значения суммы. Из блока 113 определения амплитудно- зо фазовых частотных характеристик оцифрованный сигнал может

передаваться в блок 117 вычисления корреляционной функции напрямую, либо через блок 123 задержки по времени. Конкретная величина задержки по времени (время транспортировки) определяется микропроцессором 121 по результатам первых измерений и передаётся в блок 123 задержки по времени, а далее величина задержки по времени корректируется по результатам текущих измерений.

Регистрируемый сигнал сканирования высокочастотным вращающимся электрическим полем с выходов блоков 105 и 106 поступает в блоки 115 и 116 определения амплитудно-фазовый частотных характеристик, в которых сигнал оцифровывается и обрабатывается с выделением резонансной частоты с максимальной амплитудой - амплитудно-частотная характеристика флуктуации диэлектрических характеристик многофазной среды, а также определяется фазовый сдвиг относительно исходного сканирующего сигнала - фазочастотная характеристика флуктуации многофазной среды. Результаты обработки передаются в блок 118 вычисления корреляционной функции, а также на второй входной портал 126 микропроцессора 121. В блоке 118 определяется результирующая корреляционная функция флуктуации диэлектрических характеристик многофазной среды и время транспортной задержки. Процедура определения корреляционной функции в блоке 118 не отличается от процедуры её определения в блоке 117. Из блока 115 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик оцифрованный сигнал может передаваться в блок 118 вычисления корреляционной функции напрямую, либо через блок 124 задержки по времени. Конкретная величина задержки по времени (время транспортировки) определяется микропроцессором 121 по результатам первых измерений и передаётся в блок 124 задержки по времени, а далее величина задержки по времени корректируется по результатам текущих измерений.

Результирующие корреляционные функции передаются в управляющий микропроцессор 121. В него же поступают сигналы с

датчиков давления 112 и температуры 111, а также оцифрованные сигналы из блоков 113-116 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик.

Управляющий микропроцессор 121 может обрабатывать поступившие

5 сигналы по нескольким процедурам.

По первой процедуре управляющий микропроцессор 121 запрашивает из блока 120 хранящиеся там данные эталонных характеристик многофазной среды и сравнивает результирующие корреляционные функции с эталонными, выбирая из них наиболее близкие к замеренным ю характеристикам, сравнение с которыми позволяет достаточно точно определить фракционные доли многофазного потока, а знание времени транспортировки - фракционный и суммарные расходы. Сравниваться могут непосредственно амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики, либо интегральная корреляционная функция,

15 учитывающая все четыре сигнала. Интегральную корреляционную функцию, учитывающую все четыре сигнала сканирования, вычисляют в управляющем микропроцессоре 121. Для приведения к одному уровню сигналов сканирования высокочастотным вращающимся электрическим полем и сигналов сканирования высокочастотным вращающимся

20 магнитным полем сумму амплитуд сигналов сканирования высокочастотным вращающимся электрическим полем нормируют (умножают на нормирующий коэффициент). Величину нормирующего коэффициента определяют экспериментальным или расчётным путём. Результаты измерений передаются во внешнюю ЭВМ 122 для постоянного

25 хранения и анализа.

По второй процедуре микропроцессор 121 обрабатывает непосредственно оцифрованные результаты обработки амплитудно- частотных и фазочастотных характеристик, поступившие из блоков 113- 116. Фракционные доли можно определить, проанализировав . форму зо амплитудно-частотных характеристик и определив по известным

методикам резонансные частоты, фазовые сдвиги, реальную • и мнимую составляющие комплексной диэлектрической постоянной, реальную и мнимую составляющие магнитных потерь и сравнив их с данными, хранящимися в банке данных. Результаты измерений передаются во

5 внешнюю ЭВМ 122 для постоянного хранения и анализа.

Второй пример исполнения устройства, показанный на фиг.З, отличается от описанного выше первого примера исполнения устройства тем, что вместо двух блоков ПО смещения сканирующего сигнала по времени устройство оснащено одним блоком 129 смещения по времени ю регистрируемых сигналов флуктуации диэлектрических характеристик многофазного потока, установленным на выходе блока 118 вычисления корреляционной функции последовательно с блоком 119 нормирования.

Третий пример исполнения устройства, показанный на фиг.4, отличается от описанного выше первого примера исполнения устройства

15 тем, что вместо двух блоков ПО смещения сканирующего сигнала по времени устройство оснащено двумя блоками 130 смещения по времени регистрируемых сигналов флуктуации диэлектрических характеристик многофазного потока, установленными соответственно на выходе блоков 115 и 116 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик.

20 Процедуры измерения суммарного и фракционного расходов многофазных несмешивающихся сред при использовании второго или третьего примеров исполнения устройства в основном совпадают с описанной выше технологией измерения суммарного и фракционного расходов при использовании первого примера осуществления устройства и

25 отличаются только коррекцией, учитывающей смещение по времени измерения флуктуации магнитного поля относительно флуктуации диэлектрического поля, имеющее место в каждой измерительной секции. При использовании устройства по второму исполнению коррекция смещения по времени производится на выходе из блока 118 вычисления зо корреляционной функции флуктуации диэлектрических характеристик

многофазного потока. При использовании устройства по третьему исполнению коррекция смещения по времени производится на выходе соответствующих блоков 115 и 116 определения амплитудно-фазовых частотных характеристик флуктуации диэлектрических характеристик многофазного потока.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Специалисту в данной области техники должно быть очевидным, что в настоящем изобретении возможны разнообразные модификации и изменения. Изобретение можно использовать на трубопроводах любого диаметра с любой формой поперечного сечения (круглое, квадратное, прямоугольное и т.п.). Соответственно, предполагается, что настоящее изобретение охватывает указанные модификации и изменения, а также их эквиваленты, без отступления от сущности и объема изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.