устройство для контроля дебитов компонентов продукции скважин

Формула изобретения

Устройство для контроля дебитов компонентов продукции скважин, содержащее измерительный модуль, включающий последовательно соединенные акустический датчик пульсаций давления потока продукции на устье скважины и согласующий усилитель, фильтры нижних и верхних частот и регистраторы дебитов жидкости и газа, отличающееся тем, что в него дополнительно введены масштабирующий усилитель, первый и второй вычислители среднеквадратичного значения сигналов, первый и второй преобразователи напряжение частота, первый и второй счетчики импульсов и микропроцессорный контроллер с клавиатурой, причем выход согласующего усилителя подключен к первому входу масштабирующего усилителя, выход которого подключен к входам фильтров нижних и верхних частот, выходы которых соответственно подключены к входам первого и второго вычислителей среднеквадратичного значения сигналов, выходы которых через первый и второй преобразователи напряжение частота подключены к входам первого и второго счетчиков импульсов, выходы которых подсоединены к первому и второму входам микропроцессорного контроллера, первый и второй выходы которого подсоединены соответственно к регистраторам дебитов жидкости и газа, третий выход подключен к второму входу масштабирующего усилителя, а четвертый выход подключен к нулевым входам вычислителей среднеквадратичного значения сигналов и счетчиков импульсов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при измерении дебита двухфазных потоков эксплуатационных газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин.

Известны устройства для измерения дебита скважин, включающие сепаратор для разделения продукции скважин на жидкую и газовую фазы и стандартные сужающие элементы для раздельного измерения расходов газа и жидкости [1].

Недостаток таких измерительных устройств заключается в необходимости использования специального дополнительного сепаратора со сложной обвязкой и большим количеством запорной и регулирующей арматуры, что повышает стоимость измерительного устройства и усложняет его эксплуатацию.

Также известно устройство для определения дебитов компонентов продукции скважин, содержащее измерительный модуль, включающий пьезокерамический датчик пульсаций давления и согласующий усилитель, подключенный к двум идентичным каналам, состоящим из фильтров соответственно нижних и верхних частот, блоков детектирования, блоков извлечения квадратного корня и интеграторов, причем выходы последних подключены к блоку вычитания сигналов, подсоединенного к регистраторам расходов жидкости и газа [2].

Недостатком известного устройства является невысокая точность определения дебитов при изменении режимов работы скважин, когда в процессе контроля существенно изменяется расход. В этих случаях приходится работать при пониженном коэффициенте усиления.

Задачей изобретения является повышение точности раздельного определения дебитов жидкости и газа в широком диапазоне изменения режимов работы скважины.

Решение задачи достигается тем, что в устройство для контроля дебитов компонентов продукции скважин, содержащее измерительный модуль, включающий последовательно соединенные датчик пульсаций давления и согласующий усилитель, фильтры нижних и верхних частот и регистраторы дебитов жидкости и газа, согласно изобретению дополнительно введены управляемый масштабирующий усилитель, первый и второй вычислители среднеквадратичного значения сигналов, первый и второй преобразователи "напряжение - частота", первый и второй счетчики импульсов и микропроцессорный контроллер с клавиатурой, причем выход согласующего усилителя подключен к первому входу масштабирующего усилителя, выход которого подключен к входам фильтров нижних и верхних частот, выходы которых соответственно подключены к входам первого и второго вычислителей среднеквадратичного значения сигналов, выходы которых через первый и второй преобразователи "напряжение - частота" подключены к входам первого и второго счетчиков импульсов, выходы которых подсоединены к первому и второму входам микропроцессорного контроллера, первый и второй выходы которого подсоединены соответственно к регистраторам жидкости и газа, третий выход подключен к второму входу масштабирующего усилителя, а четвертый выход подключен к нулевым входам вычислителей среднеквадратичного значения сигналов и счетчиков импульсов.

Функционирование предлагаемого устройства осуществляется в соответствии с эмпирическими зависимостями, связывающими расход компонентов газожидкостного потока с пульсациями давления в соответствующих частотных диапазонах



где Q₁ и Q₂ - расход газа и жидкости соответственно;

A, B, , - коэффициенты, определяемые на этапе калибровки;

q_1i, q_2i - среднеквадратичные значения сигналов соответственно в первом и втором частотных диапазонах в i-м цикле измерений;

P₁(t), P₂(t) - сигналы, пропорциональные скорости пульсаций давления потока соответственно в первом и втором частотных диапазонах;

K_i - коэффициент усиления сигнала датчика в i-м цикле измерения;

T - длительность одного цикла измерений;

N - количество циклов измерений.

На фиг.1 показана блок-схема устройства; на фиг.2 - блок-схема алгоритма работы микропроцессорного контроллера.

Устройство для контроля дебитов компонентов продукции скважин по жидкости и газу содержит измерительный модуль 1, в состав которого входят пьезокерамический датчик 2 пульсаций давления потока и согласующий усилитель 3. Выход согласующего усилителя соединяется с вторичным измерительным прибором 4, в состав которого входят управляемый масштабирующий усилитель 5, фильтры нижних и верхних частот 6 и 7, первый и второй вычислители среднеквадратичного значения сигнала 8 и 9, первый и второй преобразователи "напряжение - частота" 10 и 11, первый и второй счетчики импульсов 12 и 13, микропроцессорный контроллер 14, цифровые индикаторы расхода жидкости 15 и газа 16, клавиатура 17.

Измерительный модуль 1 устанавливается на трубопроводе 18 на расстоянии от 1 м до 1,6 м от специального сужающего устройства 19, устанавливаемого в трубопровод для более интенсивной турбулизации потока и формирования его структуры. Конструктивно измерительный модуль выполнен так, чтобы пьезокерамический элемент 2, защищенный металлическим корпусом, находился непосредственно в потоке.

Вторичный измерительный прибор 4 выполнен переносным и может периодически подключаться к одному из измерительных модулей 1.

Устройство работает следующим образом.

Пьезокерамический элемент 2 осуществляет преобразование пульсаций давления потока в пропорциональный электрический сигнал, который поступает на согласующий усилитель 3, служащий для предварительного усиления сигнала и согласования высокоомного сопротивления пьезокерамического датчика с входным сопротивлением вторичного измерительного прибора 4. Электрический сигнал с выхода согласующего усилителя 3 поступает на вход масштабирующего усилителя 5. Оптимальный коэффициент усиления этого усилителя задается автоматически от микропроцессорного контроллера 14, в зависимости от усредненного значения амплитуды поступающего сигнала, либо оператором с помощью клавиатуры 17. С выхода масштабирующего усилителя 5 сигнал поступает на фильтры 6 и 7 нижних и верхних частот соответственно. Фильтр 6 выделяет первую информативную полосу частот (первый частотный диапазон), интенсивность сигнала в которой связана с расходом жидкой фазы. С выхода фильтра сигнал поступает на вычислитель среднеквадратичного значения сигнала 8, вычисляющий его интенсивность за время одного цикла измерений. Вычислитель 8 осуществляет детектирование сигнала и его интегрирование за время одного цикла измерений. С выхода вычислителя 8 сигнал поступает на преобразователь 10 "напряжение - частота". Сигнал с выхода преобразователя 10 поступает на счетчик импульсов 12, который осуществляет счет импульсов за определенный период времени и преобразует их в двоичный код. Следует отметить, что вычислители среднеквадратичного значения 8 и 9, а также счетчики импульсов 12 и 13 обнуляются микропроцессорным контроллером 14 в начале каждого цикла измерений. Таким образом, сигнал в двоичном коде на выходе счетчика импульсов 12 соответствует интенсивности пульсаций давления потока в первой информативной полосе частот за время одного цикла измерений. Сигнал с выхода счетчика импульсов 12 поступает на первый вход микропроцессорного контроллера 14, в котором осуществляется их суммирование и накопление в течение заданного количества циклов измерений. По окончании измерений полученное значение индицируется на цифровом индикаторе 15 в виде кода, соответствующего расходу жидкой фазы.

Аналогично производится расчет газовой фазы. Сигнал с выхода масштабирующего усилителя 5 поступает на фильтр верхних частот 7, выделяющий вторую информативную полосу частот (второй частотный диапазон). Далее сигнал поступает на вычислитель среднеквадратичного значения сигнала 9, с выхода которого - на преобразователь 11 "напряжение - частота". С выхода преобразователя 11 сигнал поступает на счетчик импульсов 13, сигнал с выхода которого в двоичном коде поступает на второй вход микропроцессорного контроллера 14 и после соответствующей обработки индицируется цифровым индикатором 16 в виде кода, соответствующего расходу газовой фазы.

Алгоритм работы микропроцессорного контроллера 14 приведен на фиг.2. Он содержит следующие основные операторы:

20 - пуск;

21 - подпрограмма самотестирования;

22 - подпрограмма инициализации ресурсов системы, задание (по умолчанию) значений коэффициента усиления K масштабирующего усилителя 5 и количества циклов измерений N;

23 - опрос клавиш клавиатуры изменения K и N;

24 - ввод новых значений K и N;

25 - опрос клавиш "измерение";

26 - обнуление вычислителей среднеквадратичного значения сигнала 8 и 9 и счетчиков импульсов 12 и 13;

27 - проверка окончания времени одного цикла измерений;

28 - считывание показаний счетчиков импульсов 12 и 13;

29 - расчет оптимального значения коэффициента усиления K;

30 - корректировка коэффициента усиления K масштабирующего усилителя 5;

31 - расчет q_1i, q_2i;

32 - проверка количества циклов измерений (i = N?);

33 - вычисление усредненных значений Q₁ и Q₂ в соответствии с формулами 1 и 2;

34 - вывод значений Q₁ и Q₂;

35 - конец.