устройство для контроля расхода компонентов продукции скважин

Формула изобретения

Устройство для контроля расхода компонентов продукции скважин, содержащее пьезокерамический датчик пульсаций давления потока, подключенный к входу согласующего усилителя, блок фильтрации, масштабирующий усилитель, к одному из входов которого подключен выход микропроцессорного контроллера, к первому входу которого подключен выход аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что оно снабжено двумя компараторами уровня и двумя формирователями импульсов, причем блок фильтрации выполнен в виде первого, второго и третьего активных полосовых фильтров, согласующий усилитель выполнен в виде широкополосного согласующего усилителя, выход которого подключен ко входам первого, второго и третьего активных полосовых фильтров, выход первого активного полосового фильтра подключен к второму выходу масштабирующего усилителя, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, а выходы второго и третьего активных полосовых фильтров подключены ко входам соответственно первого и второго компараторов уровня, выходы которых подключены ко входам соответственно первого и второго формирователей импульсов, выходы которых подключены соответственно ко второму и третьему входам микропроцессорного контроллера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области газодобывающей промышленности и может быть использовано при измерении расхода газа и количества примесей (песка и водоглинопесчаной смеси) в продукции эксплуатационных газовых скважин.

Известно устройство для контроля твердых примесей в газожидкостных потоках, состоящее из акустического зонда и регистрирующего блока. Акустический зонд состоит из приемного стержня и пьезокристаллического датчика, помещенного в корпус, устанавливаемый на трубопроводе посредством бобышки. Пьезоэлектрический датчик соединен кабелем с блоком регистрации, который содержит последовательно соединенные усилитель, фильтр высоких частот, формирователь сигнала, индикатор и блок сигнализации, контроля и управления, связанный с исполнительным механизмом (см. патент SU N 1357795, кл. G 01 N 15/06, 1986 г.).

К недостаткам устройства следует отнести его узкие функциональные возможности, так как устройство не измеряет расход основных компонент газожидкостных потоков, а также невысокую точность измерения количества твердых примесей, так как подавление сигнала помехи возложено на элементы конструкции зонда, а при высоких дебитах, когда резко увеличивается интенсивность и эффективная полоса спектра турбулентности, один фильтр высоких частот не обеспечит четкого выделения информативной полосы частот.

Известно устройство для определения дебитов компонентов продукции скважин (жидкости и газа), 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 (см. патент РФ N 1060791, МПК E 21 B 47/00, 1991 г.).

Недостатком 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, а следовательно, при низком соотношении "полезный сигнал-шум".

Присутствие в потоке газа значительного количества примесей (песка и водоглинопесчаной смеси) приводит к серьезным осложнениям в работе газопромыслового оборудования и к его разрушению. Поэтому контроль интенсивности выноса примесей и критических дебитов газа, при которых интенсивность выноса примесей существенно возрастает, становится необходимым на поздних этапах разработки газовых месторождений.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для контроля расхода компонентов продукции скважин, содержащее пьезокерамический датчик пульсаций давления потока, подключенный к входу согласующего усилителя, блок фильтрации, масштабирующий усилитель, к одному из входов которого подключен выход микропроцессорного контроллера, к первому входу которого подключен выход аналого-цифрового преобразователя (см. патент RU N 2103502 Cl, кл. E 21 B 47/10, 27.01.98).

Недостатком устройства является невысокая точность контроля расхода газа при изменении режимов работы скважины. Присутствие в потоке газа значительного количества примесей приводит к серьезным осложнениям в работе газопромыслового оборудования и к его разрушению.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для одновременного раздельного измерения расхода газа и количеств песка и водоглинопесчаной смеси (ВГПС) в продукции скважин с повышением точности измерения расхода газа.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для контроля расхода компонентов продукции скважин, содержащее пьезокерамический датчик пульсаций давления потока, подключенный к входу согласующего усилителя, блок фильтрации, масштабирующий усилитель, к одному из входов которого подключен выход микропроцессорного контроллера, к первому входу которого подключен выход аналого-цифрового преобразователя, согласно изобретению снабжено двумя компараторами уровня и двумя формирователями импульсов причем блок фильтрации выполнен в виде первого, второго и третьего активных полосовых фильтров, согласующий усилитель выполнен в виде широкополосного согласующего усилителя, выход которого подключен ко входам первого, второго и третьего активных полосовых фильтров, выход первого активного полосового фильтра подключен к второму входу масштабирующего усилителя, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому входу микропроцессорного контроллера, выход которого подключен ко второму входу масштабирующего усилителя, а выходы второго и третьего активных полосовых фильтров подключены ко входам, соответственно, первого и второго компараторов уровня, выходы которых подключены ко входам, соответственно, первого и второго формирователей импульсов, выходы которых подключены, соответственно, ко второму и третьему входам микропроцессорного контроллера.

Функционирование предлагаемого устройства осуществляется в соответствии с зависимостями, связывающими расход газа со среднеквадратическим значением информативного сигнала, а количество песка и водоглинопесчаной смеси - с количеством импульсов на выходе соответствующих формирователей импульсов

Q_г= AG; (1)

(2)

(3)

где Q_г - расход газа;

K_п - количество песка;

K_вгпс - количество водоглинопесчаной смеси;

G - среднеквадратическое значение сигнала в информативной полосе частот;

S₁ - количество импульсов на выходе первого формирователя импульсов за время измерения;

S₂ - количество импульсов на выходе второго формирователя импульсов за время измерения;

V - скорость потока продукции скважины;

A, B, C, - коэффициенты, определяемые на стадии калибровки.

V = Q_г/F (5)

М - количество циклов измерения;

К - коэффициент усиления масштабирующего усилителя;

X_i - мгновенное значение сигнала в информативной полосе частот;

F - площадь поперечного сечения трубопровода.

Блок-схема устройства показана на фиг. 1. Устройство для контроля расхода компонентов продукции скважин состоит из измерительного модуля 1 и вторичного измерительного прибора 2. В состав измерительного модуля входят пьезокерамический датчик 3 и широкополосный согласующий усилитель 4. Во вторичный измерительный прибор входят первый, второй и третий активные полосовые фильтры, соответственно, 5, 6 и 7, управляемый масштабирующий усилитель 8, аналогово-цифровой преобразователь 9, первый и второй компараторы уровня, соответственно, 10 и 11, первый и второй формирователи импульсов, соответственно, 12 и 13, а также микропроцессорный контролер 14 с дисплеем 15 и клавиатурой 16.

Измерительный модуль 1 устанавливается на трубопроводе 17 на определенном расстоянии от специального сужающего устройства 18, устанавливаемого в трубопровод для более интенсивной турбулизации и формирования заданной структуры потока.

Вторичный измерительный прибор 2 выполнен переносным и может периодически подключаться к измерительному модулю 1. Устройство работает следующим образом.

Сигнал с пьезокерамического датчика 3 через широкополосный согласующий усилитель 4, служащий для предварительного усиления сигнала в широком частотном диапазоне и согласования высокоомного выходного сопротивления пьезокерамического датчика с входным сопротивлением вторичного измерительного прибора 2, поступает на три активных полосовых фильтра 5, 6 и 7, выделяющих сигналы для трех информационных каналов.

Первый активный полосовой фильтр 5 формирует информативную полосу частот канала "расход газа". Он выделяет и усиливает сигнал с частотными составляющими в диапазоне от десятков до сотен герц. С выхода активного полосового фильтра 5 сигнал поступает на первый вход масштабирующего усилителя 8. Оптимальный коэффициент усиления этого усилителя задается автоматически микропроцессорным контроллером 14, выход которого подан на второй вход масштабирующего усилителя 8. Выход масштабирующего усилителя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 9, с выхода которого сигнал поступает на первый вход (последовательный цифровой вход) микропроцессорного контроллера 14. Микропроцессорный контроллер производит вычисления в соответствии с алгоритмом функционирования, и по окончании измерений полученное значение индицируется на цифровом дисплее 15.

Формирование информационных сигналов каналов "песок" и "ВГПС" производится следующим образом. Второй и третий активные полосовые фильтры 6 и 7 выделяют и усиливают сигналы с частотными составляющими в диапазоне сотен и десятков килогерц, соответственно. Выделенные и усиленные сигналы поступают на компараторы уровня, соответственно, 10 и 11. Пороги срабатывания компараторов уровня настраиваются заведомо выше уровня шумов. При появлении полезных сигналов с амплитудой выше порогового уровня компараторы срабатывают и запускают формирователи импульсов, соответственно, 12 и 13. По общему числу импульсов можно судить об интенсивности ударного воздействия частиц песка и ВГПС. Импульсы с выхода формирователей 12 и 13 поступают, соответственно, на второй и третий входы (входы внешнего прерывания) микропроцессорного контроллера 14. После соответствующей обработки информации в микропроцессорном контроллере полученные значения индицируются на цифровом дисплее 15.

Клавиатура 16 служит для ввода параметров процессора измерения.

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

По первому входу:

1 - пуск;

2 - подпрограмма самотестирования;

3 - подпрограмма инициализации ресурсов системы;

4 - ввод с клавиатуры количества циклов измерения М;

5 - обнуление накопителей каналов расхода газа, количества песка и количества ВГПС;

6 - инициализация коэффициента усиления K масштабирующего усилителя;

7 - чтение из АЦП мгновенного значения сигнала X_i, в информативной полосе частот;

8 - накопление сумму (X_i/K)²;

9 - подпрограмма расчета оптимального K;

10 - вывод K на выход микропроцессорного контроллера;

11 - проверка окончания последнего цикла измерения;

12 - вычисление среднеквадратического значения G;

13 - вычисление расхода газа, количества песка и количества ВГПС по формулам (1), (2) и (3), соответственно;

14 - вывод Q_г, K_п и K_впгс на индикацию;

15 - конец.

По второму входу:

16 - старт подпрограммы обработки прерываний от первого формирователя импульсов;

17 - увеличение на единицу накопителя канала "песок";

18 - возврат в основную программу.

По третьему входу:

19 - старт подпрограммы обработки прерываний от второго формирователя импульсов;

20 - увеличение на единицу накопителя канала "ВГПС";

21 - возврат в основную программу.