способ определения параметров потока многофазной смеси жидкости и газа

Формула изобретения

1. Способ определения параметров потока многофазной смеси по меньшей мере двух компонентов: жидкости и газа, заключающийся в том, что в измерительный гидроканал помещают датчики, имеющие различные зависимости своих показаний одновременно от по меньшей мере расходов компонентов потока, осуществляют калибровку при различных комбинациях параметров потока, по полученным при эксплуатации показаниям датчиков, с использованием калибровочных зависимостей определяют параметры потока многофазной смеси, отличающийся тем, что для получения зависимостей показаний датчиков от измеряемых параметров потока во время калибровки производят запись показаний датчиков при различных комбинациях расходов жидкости и газа и осуществляют последовательную интерполяцию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения расходов жидкости и газа потока двухкомпонентной смеси используют два датчика, зависимость показаний которых от расходов жидкости и газа разная, во время калибровки производят запись показаний датчиков при различных комбинациях расходов жидкости и газа, по полученным при эксплуатации показаниям датчиков, с использованием калибровочных зависимостей определяют искомые расходы компонентов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения расходов двух взаимно нерастворимых жидкостей и газа потока трехкомпонентной смеси используют три датчика, зависимость показаний которых от расходов жидкостей и газа разная, во время калибровки производят запись показаний датчиков при различных комбинациях расходов жидкости и газа и разных сочетаниях расходов двух жидкостей, по полученным при эксплуатации показаниям датчиков и полученным во время калибровки интерполяциям определяют соотношения расходов трех компонентов смеси, при которых показания датчиков соответствуют полученным.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения расходов двух взаимно нерастворимых жидкостей, расхода газа и вязкости потока трехкомпонентной смеси используют четыре датчика, зависимость показаний которых от расходов жидкостей, газа и вязкости разная; во время калибровки производят запись показаний датчиков при различных комбинациях расходов жидкости и газа, разных сочетаниях расходов двух жидкостей и вязкости; по полученным во время калибровки интерполяциям определяют соотношения расхода трех компонентов смеси и вязкости, при которых показания датчиков соответствуют полученным.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что однотипные датчики располагают в последовательно соединенных отрезках измерительного гидроканала разного диаметра.

6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что однотипные датчики располагают в измерительном гидроканале на различном расстоянии от его центра.

7. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что применяют количество датчиков, превышающее количество неизвестных параметров потока, по различным комбинациям показаний датчиков определяют несколько значений параметров потока, полученные параметры потока усредняют.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что применяют количество датчиков, превышающее количество неизвестных параметров потока, по различным комбинациям показаний датчиков определяют несколько значений параметров потока, полученные параметры потока усредняют.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что применяют количество датчиков, превышающее количество неизвестных параметров потока, по различным комбинациям показаний датчиков определяют несколько значений параметров потока, полученные параметры потока усредняют.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что определяют работоспособность каждого датчика и по показаниям датчиков, признанных работоспособными, определяют параметры потока.

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что определяют работоспособность каждого датчика и по показаниям датчиков, признанных работоспособными, определяют параметры потока.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что определяют работоспособность каждого датчика и по показаниям датчиков, признанных работоспособными, определяют параметры потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения величин расходов многофазного потока.

Известен способ по патенту ЕР 1261846 В1, МПК 8 G01F 1/74, G01F 1/712, G01F 1/708, G01F 1/66, G01N 29/02, 2001 г., заключающийся в одновременном определении компонентов многофазного расхода и реализуемый следующим образом:

- измеряют действительную скорость (real velocity) по крайней мере одной фазы смеси в отрезке трубы;

- измеряют акустическую проводимость смеси в отрезке трубы;

- определяют объемную концентрацию ( ) газовой фазы на основании измеренной акустической проводимости;

- добавляют еще один отрезок трубы и повторяют измерения в ней действительной скорости потока по крайней мере одной фазы смеси и акустической проводимости смеси;

- вычисляют расход жидкой фазы по следующей формуле:

И т.д.

Недостатки способа

Первый недостаток

Предложенный метод предполагает возможным измерение действительной скорости.

В действительности многофазный поток в большинстве режимов течения турбулентный и представляет собой быстроизменяющийся случайный процесс. При наличии большого количества газа в значительное количество времени направление движение жидкости сменяется на противоположное. Нет технической возможности провести метрологическую аттестацию датчика скорости, так как можно измерить с высокой достоверностью только расход жидкости.

Показания любого реального датчика скорости в очень большой степени зависит не только от скорости, но также от газосодержания и от обводненнности.

То же самое относится и к реальным датчикам акустической проводимости. Показания этих датчиков зависят не только от величины газосодержания и обводненности, но также от скорости движения среды.

Таким образом, применение теоретически выведенной формулы (1) к показаниям реальных датчиков приведет к очень большим погрешностям в вычислении расходов.

Второй недостаток

Формула (1) была выведена из предположения, что скорость всплытия газовых включений относительно жидкой фазы постоянна и не зависит от диаметра трубы, по которой течет смесь. Это предположение справедливо только для случая ламинарного течения жидкости и размеров газовых пузырьков много меньше диаметра трубы.

В случае турбулентного потока средний размер газовых пузырьков зависит от скорости потока и диаметра трубы, см. формулы (1.41) и (1.42), стр.18. Скорость всплытия газовых пузырьков существенно зависит от их размеров. См. Полянин Л.Н. Вопросы теплофизики водоохлаждаемых энергоустановок. - М.: Энергоатомиздат, 1994. §1.3. стр.17-21.

При большом содержании газовой фазы в смеси формируется снарядный режим течения, при котором газовые включения занимают большую часть поперечного сечения трубопровода. См. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - 4-е изд. перераб. и доп. - Л.: Машиностроение 1989, стр.624.

Таким образом, исходные предпосылки для вывода формулы (1) выполняются в очень незначительном диапазоне эксплуатации многофазных расходомеров.

Также известен способ по патенту RU № 2198397, заключающийся в том, что прозвучивают многофазный поток ультразвуковыми колебаниями, принимают прошедшие через поток сигналы и эхоимпульсы, отраженные от несплошностей многофазного потока, измеряют их амплитуды и времена прихода, по которым определяют характер многофазного потока, и отличающийся тем, что группу преобразователей располагают по окружности трубопровода в одной плоскости его сечения, принимают и фиксируют одновременно амплитуды и времена пробега прошедших и отраженных сигналов, преобразуют их в удобную для обработки цифровую форму и сравнивают с имеющимися в флэш-памяти микропроцессорного модуля набором цифровых эталонов, соответствующих различным многофазным потокам, и по результатам сравнения определяют характер многофазного потока. Этот способ позволяет качественно определить характер многофазного потока (пузырькового, расслоенного, кольцевого, обращенно-кольцевого, снарядного), но не позволяет определить количественные параметры многофазного потока, такие как расход каждой из фаз, газосодержание и обводненность.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, описанный в:

Дробков В.П. Разработка и исследование ультразвуковых методов и информационно-измерительной системы измерения расхода нефтеводогазового потока. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М., подписано в печать 20.04.2007 г.

Этот способ предполагает установку в вертикальный гидроканал измерительных преобразователей 5 типов: температуры, давления, скорости потока, газосодержания и обводненности. Каждый из этих измерительных преобразователей измеряет определенную физическую величину.

Преобразователь температуры измеряет температуру; давления - давление; преобразователь газосодержания измеряет истинное объемное локальное газосодержание .

Преобразователь скорости потока измеряет среднюю доплеровскую частоту f_d,

Преобразователь концентрации воды в эмульсии (обводненности) измеряет время пробега ультразвуковых импульсов фиксированного расстояния через слой эмульсии.

На проливочном стенде получают экспериментальные данные в виде характерных функций изменения газосодержания и доплеровской частоты от расхода газа при постоянных расходах жидкости.

Семейство аналогичных экспериментальных данных получено при других значениях температуры среды и обводненности. Промежуточные значения искомых величин определяются интерполяцией.

Полученные интерполяционные функции удовлетворительно описываются следующими специально подобранными аналитическими зависимостями:

локальное истинное объемное газосодержание:

локальная доплеровская частота:

В качестве локальных значений доплеровской частоты и газосодержания, использующихся в расчетах, используются их приведенные значения, определяемые из соотношений:

Здесь f_уц, f_уп , f_шц, f_шп, _уц, _уп, _шц, _шп - доплеровские частоты и газосодержания в узком (у) и широком (ш) сечениях для центрального (ц) и периферийного (п) датчиков.

Уравнения (1) и (2) представляют собой систему двух трансцендентных уравнений для определения расходов Q_ж и Q_г.

Измеряемой величиной преобразователя концентрации воды в эмульсии (обводненности) - W является время пробега ультразвуковых импульсов фиксированного расстояния через слой эмульсии:

где L - расстояние между излучателем и приемником; с_н и с_в - скорость звука в нефти и подтоварной воде соответственно.

Используя зависимости скорости звука в нефти и подтоварной воде, полученные во время калибровки системы, от температуры, и известную температуру получают скорости звука с_н и с_в.

Разрешая представленное уравнение (3), получают концентрацию воды в эмульсии (обводненность) - W.

Расход нефти - Q_н=Q_ж (1-W),

Расход воды - Q_в=Q_жW.

Выбранный в качестве прототипа способ имеет следующие недостатки.

1) Способ предполагает измерение определенных физических величин.

Согласно РМГ 29-99 Метрология. Основные термины и определения, измерение физической величины это «Совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины».

Что касается измерения давления и температуры, то здесь не представляются каких-либо трудности. Но измерение объемного локального газосодержания и средней доплеровской частоты представляет значительные технические трудности.

2) Взятое за прототип техническое решение предполагает, что показания датчика обводненности не зависят от расходов жидкости и газа. Показания реальных датчиков зависят не только от обводненности, но также и от расходов жидкости и газа, что приводит к дополнительной погрешности.

3) Взятое за прототип техническое решение предполагает, что во время калибровки в неявном виде определяются зависимости вязкости от обводненности и температуры. Вязкость среды зависит не только от температуры и обводненности, но также от химического состава нефтяной фракции. Если заранее известно, какая модельная жидкость используется - Конкретная марка масла или гидросила, то возможно проведение калибровки именно на этой модельной жидкости, на которой в последствии будут проводить проверку точностных параметров измерительной системы. Во время эксплуатации возникает проблема: вязкость нефти в разных месторождениях различная и в случае отличия ее от вязкости модельной жидкости, на которой проводилась калибровка, то эта разность приведет к дополнительной погрешности.

Задачей изобретения является определение параметров потока многофазной смеси жидкости и газа в случае, если не имеется возможность измерять датчиками, входящими в измерительную систему, каких-либо физических величин; повышение точности определения параметров потока многофазной смеси жидкости и газа при одновременном расширении диапазона измеряемых величин; повышение надежности.

Это достигается тем, что в способе определения параметров потока многофазной смеси по меньшей мере двух компонентов: жидкости и газа, заключающемся в том, что в измерительный гидроканал помещают датчики, имеющие различные зависимости своих показаний одновременно от по меньшей мере расходов компонентов потока, осуществляют калибровку при различных комбинациях параметров потока, по полученным при эксплуатации показаниям датчиков, с использованием калибровочных зависимостей, определяют характеристики потока многофазной смеси. Для получения зависимостей показаний датчиков от измеряемых параметров потока во время калибровки производят записи показаний датчиков при различных комбинациях расходов жидкости и газа и осуществляют последовательную интерполяцию.

Для определения расходов жидкости и газа потока двухкомпонентной смеси используют два датчика, зависимость показаний которых от расходов жидкости и газа разная, во время калибровки производят запись показаний датчиков при различных комбинациях расходов жидкости и газа, по полученным при эксплуатации показаниям датчиков, с использованием калибровочных зависимостей, определяют искомые расходы компонентов.

Для определения расходов двух взаимно нерастворимых жидкостей и газа потока трехкомпонентной смеси используют три датчика, зависимость показаний которых от расходов жидкостей и газа разная, во время калибровки производят запись показаний датчиков при различных комбинациях расходов жидкости и газа и разных сочетаниях расходов двух жидкостей, по полученным при эксплуатации показаниям датчиков, и полученным во время калибровки интерполяциям определяют соотношения расходов трех компонентов смеси, при которых показания датчиков соответствуют полученным.

Для определения расходов двух взаимно нерастворимых жидкостей, расхода газа и вязкости потока трехкомпонентной смеси используют четыре датчика, зависимость показаний которых от расходов жидкостей, газа и вязкости разная; во время калибровки производят запись показаний датчиков при различных комбинациях расходов жидкости и газа, разных сочетаниях расходов двух жидкостей и вязкости;

по полученным во время калибровки интерполяциям определяют соотношения расхода трех компонентов смеси и вязкости, при которых показания датчиков соответствуют полученным.

Однотипные датчики располагают в последовательно соединенных отрезках измерительного гидроканала разного диаметра.

Однотипные датчики располагают в измерительном гидроканале на различном расстоянии от его центра.

Применяют количество датчиков, превышающее количество неизвестных параметров потока, по различным комбинациям показаний датчиков определяют несколько значений параметров потока; полученные параметры потока усредняют.

Определяют работоспособность каждого датчика и по показаниям датчиков, признанных работоспособными, определяют параметры потока.

1.1. Способ по п.1 формулы осуществляют следующим образом.

Сущность изобретения состоит в том, что в измерительный гидроканал помещают различные датчики, которые имеют сложные зависимости своих показаний одновременно от разных параметров многофазного потока и эти зависимости различные.

Во время калибровки производят запись показаний датчиков при различных комбинациях параметров потока.

Производят интерполяцию зависимостей, полученных во время калибровки показаний этих датчиков от параметров потока, и по полученным показаниям датчиков, используя полученные во время калибровки зависимости, определяют параметры потока многофазной смеси.

1.2. Данное техническое решение не требует от отдельных датчиков, чтобы они измеряли какую-либо физическую величину, а требует, чтобы их показания зависели от измеряемых параметров.

1.3. На практике названия датчиков являются чисто условными. Например, показания ультразвукового доплеровского датчика зависят не только от скорости движения среды, но также от газосодержания, обводненности, степени дисперсности среды и степени турбулентности потока и т.д.

То же самое относится и к ультразвуковому датчику газосодержания. При небольшой скорости потока большую погрешность вносит такое явление, как плохое накалывание газового пузыря на зонд - поверхностное натяжение на границе раздела газ - жидкость препятствует попаданию газового пузыря в измерительный зазор. При больших скоростях происходит срыв потока вокруг зонда и заполнение полученной полости газом.

1.4. Известным техническим решением этой проблемы является введение корректирующих поправок и восстановление искаженных измеряемых физических величин (См. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Справочник. Глава 13). При этом датчики производят измерение, являются измерительными преобразователями и для них имеется возможность установить нормативные метрологические характеристики.

1.5. Однако на практике это часто невыполнимо по следующим причинам:

а) наблюдаемые физические явления чрезвычайно разнообразны и зависимости воздействий от мешающих факторов неизвестны;

б) сами мешающие факторы не известны.

1.6. В данном техническом решении предлагается определять зависимости показаний датчиков от параметров многофазного потока во время калибровки. Распространенным приемом является аппроксимация зависимостей некими аналитическими функциями. Но на практике это не всегда приводит к хорошей точности, так как вид этих функций заранее не известен. Поэтому применяем численные методы интерполяции. Можно применить любой из известных методов, описанный в литературе. См.: Самарский А.А. Гулин А.В. Численные методы: учебн. пособие для вузов. - М.: Наука, 1989.

1.7. Во время эксплуатации измерительной системы получаем показания датчиков, которые являются результатом воздействия на датчики неизвестных параметров потока многофазной смеси. Зависимость показаний датчиков, полученных во время калибровки и в эксплуатации, рассматриваем как систему уравнений и, разрешая ее, определяем параметры потока многофазной смеси.

Конкретный пример реализации способа в случае двух неизвестных параметров потока приведен в 2.10. Случай произвольного числа N неизвестных параметров потока приведен в п.4.

2. Способ по п.2 формулы осуществляют следующим образом.

Рассмотрим для начала простейший случай: имеются две неизвестные величины, например расходы жидкости Q_L и газа Q_G и два различных датчика. Показания этих датчиков обозначим u и .

2.1. Пусть имеются зависимости:

u=U(Q_L, Q_G); =Ф(Q_L, Q_G)

2.2. В литературе описаны многие методы интерполяции зависимостей от двух неизвестных. Здесь приводим один из методов для иллюстрации. Во время калибровки записываем показания этих датчиков при всех сочетаниях испытательных расходов Q_L1, Q_L2 Q_Ln, Q_G1, Q_G2 Q_Gm

При проведении калибровки невозможно выдержать расходы точно равными номинальным. Допустимо отклонение испытательных режимов от номинальных на несколько процентов. Поэтому замеряем и записываем величины реальных расходов, полученных по эталонным расходомерам. При этом допустима ситуация, при которой показания двух датчиков u и записывались при расходах, отличающихся друг от друга.

2.3. Описано много методов интерполяции, но для определенности берем метод сплайнов. Представляют интерес сплайны 1-го порядка, то есть кусочно-ломаная интерполяция и кубические сплайны, при которых в узлах интерполяции непрерывны первая и вторая производные.

См. Глава 5 §4 стр.212. Сведение многомерных задач к одномерным. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. - М.: Наука WWW.NEHUDLIT.RU.

2.4. Первым шагом является построение интерполяции и одновременно необходимо перейти к другой интерполяционной сетке. Возможен вариант, что для внутренних вычислений применяется интерполяционная сетка более густая, чем та, при которой записывались параметры u и . Для простоты рассмотрим вариант, когда за сетку интерполяции возьмем прямоугольную сетку номинальных значений испытательных расходов Q_L1, Q_L2. Q_Ln, Q_G1, Q_G2. Q_Gm

2.5. Переход к другой интерполяционной сетке производится с тремя целями:

1) обеспечение взаимозаменяемости датчиков, так как датчики могли калиброваться в разное время;

2) в дальнейшем, когда будем переходить к рассмотрению многомерных случаев, необходимо будет проводить интерполяцию зависимостей по другим переменным;

3) данный прием позволяет проводить калибровку не обязательно при постоянных расходах жидкости, как в способе, принятом за прототип, а при различных комбинациях расходов жидкости и газа.

2.6. Интерполяцию проводим в следующей последовательности:

1) интерполяция зависимости и при одном номинальном расходе газа от реальной, записанной по эталонным расходомерам, значениям расхода жидкости. По полученным интерполяциям вычисляем значения и при номинальных расходах жидкости. Таким образом, исключаем погрешность отклонения реальных расходов жидкости от номинальных;

2) ту же процедуру повторяем для компенсации отклонения реальных расходов газа от номинальных;

3) повторяем эти вычисления для второго параметра .

2.7. По полученной во время калибровки интерполяции определяют соотношение расходов обеих компонентов среды, при котором показания датчиков соответствуют полученным.

2.8. Для этого используем полученное на предыдущем этапе семейство интерполяционных кривых. Для определенности возьмем семейство интерполяций зависимостей u=U(Q_G) при фиксированном значении Q_L. Подставляем измеренное значение u и получаем набор значений Q_G и Q_L. Интерполируем и получаем Q_G=F_u(Q_L), полученную из показания первого датчика u.

Те же процедуры применяем к показаниям второго датчика и получаем Q_G=F (Q_L), полученную из показания второго датчика .

Q_G=F_u(Q_L ),

Q_G=F (Q_L),

2.9. Систему уравнений решаем численно. На первом этапе сравниваем значения в узлах интерполяционной сетки и находим интервал, где соотношение величин Q_G изменилось. На втором этапе методом последовательных приближений находим точку пересечения кривых и соответственно G_L и Q_G.

2.10. Для иллюстрации мы приводим конкретный пример из показаний датчиков, выпускаемых нашим предприятием системы «Ультрафлоу».

На фиг.1 приведена зависимость показаний датчика газосодержания от расхода жидкости при различных расходах газа.

Известно, что при постоянном расходе газа и увеличении расхода жидкости объемное газосодержание должно уменьшаться. На графиках зависимостей, приведенных на фиг.1, видно, что имеются области работы, когда показания датчика газосодержания увеличиваются с увеличением расходов жидкости. Это говорит о том, что используя только показания данного датчика без использования показаний других датчиков, невозможно определить истинное объемное газосодержание.

На фиг.2 приведена зависимость показаний датчика скорости от расхода жидкости при различных расходах газа.

На фиг.3 приведена зависимость показаний датчика скорости от расхода газа при различных расходах жидкости.

Известно, что при увеличении расхода жидкости и газа должно происходить увеличение скорости потока среды.

На графиках зависимостей, приведенных на фиг.2 видно, что при расходе газа 1000 м³ в сутки и увеличении расхода жидкости от 250 до 400 м³ в сутки не происходит увеличения показаний датчика скорости.

На графиках зависимостей, приведенных на фиг.3 видно, что при расходах жидкости 250 400 м³ в сутки и расходах газа 600 1000 м³ в сутки происходит уменьшение показаний датчика скорости при увеличении расхода газа. Это говорит о том, что используя только показания данного датчика без использования показаний других датчиков, невозможно определить скорости потока.

На фиг.4 проиллюстрированы соотношения расходов жидкости и газа, соответствующие определенным значениям показаний датчиков скорости и газосодержания. На этом чертеже отображены два семейства кривых.

Q_G=F_u (Q_L),

Q_G=F (Q_L),

полученных по методике, описанной в п.2.8.

Семейство пунктирных линий соответствует определенным постоянным показаниям датчика газосодержания.

Семейство сплошных линий соответствует определенным постоянным показаниям датчика скорости.

Из фиг.4 видно, что каждая из этих линий имеет одну точку пересечения, что говорит о возможности найти искомые расходы жидкости и газа.

На этом примере показано, что для данных датчиков, которые не производят измерений определенных физических величин, таких как объемное газосодержание и скорость, используя предложенный способ, имеется возможность получить положительный результат - определить расходы жидкой и газообразной фаз.

3. Способ по п.3 формулы осуществляют следующим образом.

Случай трехкомпонентной среды.

3.1. В измерительном гидроканале имеется три датчика. Зависимость показаний этих датчиков от расходов разных компонентов среды разная. Предположим для определенности, что измеряемые расходы две жидкие компоненты Q₁ и Q₂ и расход газа Q_G.

Вводим следующие обозначения:

Q _L=Q₁+Q₂ - расход жидких фаз;

W=Q₁/Q_L - объемная концентрация жидких компонент. Для случая смеси нефти и воды - обводненность.

3.2. Проводится калибровка системы путем записи показаний датчиков при различных соотношениях расходов трех компонентов среды.

3.3. По записанным показаниям производится интерполяция показаний датчиков от расходов трех компонентов среды.

3.4. При проведении измерений неизвестных расходов сначала определяют показания датчиков, обозначим их u, и .

Пусть имеются зависимости:

u=U(Q₁,Q₂,Q_G); =Ф(Q₁,Q₂,Q_G); = (Q₁,Q₂,Q_G) или

u=U(Q_L,Q_G,W); =Ф(Q_L,Q_G,W); = (Q_L,Q_G,W)

3.5. Эти системы уравнений эквивалентны и для решения поставленной задачи необходимо их решить относительно показаний датчиков u, и . Описано много способов решения подобных систем уравнений и можно применить любой из них. Приведем на наш взгляд наиболее наглядный.

3.6. Во время калибровки записываем показания этих датчиков при всех сочетаниях испытательных расходов Q_L1, Q_L2 Q_Ln, Q_G1, Q_G2 Q_Gm и различных значениях W.

3.7. Одновременно замеряем и записываем величины реальных расходов, полученных по эталонным расходомерам.

3.8. Вначале применяем полученное значение одного из датчиков, например .

3.9. По полученному значению разрешаем уравнение = (Q_L,Q_G,W) и получаем W=F (Q_L,Q_G). Значения W подставляем в u=U(Q_L,Q_G,W); =Ф(Q_L,Q_G,W) и получаем зависимости

u=U(Q_L,Q_G); =Ф(Q_L,Q_G)

3.10. Рассмотрим эти процедуры более подробно. По записанным данным сначала проводим исключение погрешности от отклонения реальных расходов жидкости и газа от номинальных, как описано для случая расходов двух компонентов п.2.6. Приводим показания всех датчиков к узлам интерполяционной сетки, состоящих из номинальных расходов Q_L1, Q _L2 Q_Ln, Q_G1, Q_G2 Q_Gm.

3.11. Для всех сочетаний расходов жидкости и газа проводим интерполяцию параметров u, и в зависимости от W. В качестве узлов интерполяции применяем значения W, записанные во время калибровки. Получаем зависимости u=U(W), =Ф(W) и = (W) для всех сочетаний Q_L, Q_G.

3.12. Разрешаем уравнение = (W) для каждого из сочетаний Q_L, Q_G , и подставляя найденное W в u=U(W), =Ф(W), находим значения u и для каждого из сочетаний Q_L, Q_G.

3.13. Таким образом, задача с тремя неизвестными сведена к задаче с двумя неизвестными.

3.14. По полученным значениям u и проводим интерполяцию, как описано в п.2.4. и находим неизвестные Q_L и Q_G. Подставляем Q _L и Q_G в W=F (Q_L,Q_G) и находим искомое W.

3.15. Рассмотрим это более подробно. Функция W=F (Q_L,Q_G) известна только в узлах интерполяционной сетки Q_L1, Q_L2 Q_Ln, Q_G1, Q_G2 Q_Gm. Для нахождения ее значения при любом значении Q_L и Q_G необходимо сначала провести интерполяции по одной координате, затем по другой.

Данный способ можно распространить на произвольное количество неизвестных параметров потока и равное количество датчиков.

3.16. Взятое за прототип техническое решение предполагает, что показания датчика обводненности не зависят от расходов жидкости и газа и в нем не предусмотрен учет зависимости показания датчика обводненности от расходов жидкости и газа.

Предложенный нами способ позволяет получить положительный результат в случае наличия зависимости показаний датчика обводненности не только от обводненности, а также от расходов жидкости и газа, что является существенным отличием от прототипа.

4. Случай произвольного числа N неизвестных параметров потока.

4.1. В измерительном гидроканале имеется N датчиков. Зависимость показаний этих датчиков от расходов разных компонентов среды u и различных параметров разная.

4.2 Проводим калибровку и интерполяции аналогично п.2.4. и п.3.4.

По полученному значению одного из датчиков получаем N-1 мерное многообразие аналогично п.3.9. 3.14.

Для точек этого многообразия вычисляем значения оставшихся N-1 датчиков аналогично п.3.13.

Применяем показания следующих датчиков аналогично п.3.9. 3.14. до тех пор, пока не придем к двумерному случаю, описанному в п.2.

5. Способ по п.4 формулы осуществляют следующим образом.

Особый практический интерес представляет случай, когда неизвестными величинами являются расходы трех фаз - нефти, подтоварной воды, попутного газа и вязкость нефти. Актуальность этого случая связана с тем, что заранее неизвестно, в каких условиях будет эксплуатироваться измерительная система.

5.1. Решение данной Проблемы возможно при применении четырех датчиков, зависимость показания которых от неизвестных величин разная. Например, разность показаний датчиков, расположенных в центре гидроканала и на периферии зависит от вязкости жидкости.

5.2. Во время калибровки системы записываем показания датчиков не только при различных комбинациях расходов, но и при различных вязкостях. Во время эксплуатации получим значения расходов и одновременно вязкости. Это техническое решение позволит проводить эксплуатацию на различных сортах нефти, отличающихся своей вязкостью, без дополнительной калибровки.

5.3. Поскольку вязкость углеводородов сильно зависит от температуры, то калибровку при различных вязкостях можно заменить калибровкой на одном сорте углеводородов, но при различной температуре.

Предложенный способ имеет существенное отличие от прототипа, так как оно во время эксплуатации не требует предварительного знания вязкости рабочей жидкости.

6. Способ по п.5 формулы осуществляют следующим образом.

С целью получения различных зависимостей от параметров потока однотипные датчики располагают в последовательно соединенных отрезках измерительного гидроканала разного диаметра.

6.1. Все предыдущие способы предполагают, что датчики имеют различные зависимости своих показаний от различных измеряемых величин. Очевидным способом является применение датчиков, отличающихся по конструкции. Предлагаемый метод отличается тем, что однотипные датчики располагают в отрезках гидроканала, имеющих разный диаметр. Изменение зависимости показаний обусловлено тем, что разные датчики работают при различных условиях эксплуатации, таких как скорость потока, степень турбулентности и т.д. Например, в суженном участке гидроканала, расположенном непосредственно после сужающего устройства, степень турбулентности потока значительно выше и, как следствие, показания датчиков, помещенных в него, изменяются.

7. Способ по п.6 формулы осуществляют следующим образом.

С целью получения различных зависимостей показаний датчиков от параметров потока однотипные датчики располагают в измерительном гидроканале на различном расстоянии от его центра.

7.1. Этот способ напоминает способ п.5, но для получения различных зависимостей от измеряемых величин является расположение однотипных датчиков на различном расстоянии от центра гидроканала.

7.2. Например, при снарядном режиме течения газожидкостной смеси в вертикальном гидроканале наблюдается следующая закономерность:

сумма показаний доплеровского датчика в центре и на периферии гидроканала в большей степени зависит от расхода жидкости и в меньшей степени от расхода газа;

разность показаний доплеровского датчика в центре и на периферии гидроканала в большей степени зависит от расхода газа и в меньшей степени от расхода жидкости.

7.3. Разный характер поведения этих датчиков позволяет разрешить систему уравнений и найти неизвестные параметры потока.

Предложенные технические решения по п.5. и п.6. формулы имеют существенные отличия от прототипа. В прототипе показания однотипных датчиков, расположенных в различных участках измерительного гидроканала, просто усредняют и используя только однотипные датчики невозможно определить параметры потока.

В предложенных нами способах используется тот факт, что однотипные датчики располагаются в различных участках измерительного гидроканала и этим обуславливается различие в зависимости их показаний от параметров потока. Используя эти различия, можно определить искомые параметры потока. Эта возможность не раскрыта в прототипе.

8. Способ по п.7, п.8, п.9 формулы осуществляют следующим образом.

В развитие технического решения в соответствии с п.1 применяем количество датчиков, превышающее количество неизвестных параметров потока; по различным комбинациям показаний датчиков определяются несколько значений параметров потока; полученные параметры потока усредняются.

8.1. Данное техническое решение позволяет повысить точность и надежность измерений. Точность измерений повышается за счет осреднения случайных ошибок.

К большим ошибкам может привести ситуация, когда при решении систем уравнений в соответствии с п.1 получается несколько корней. С целью исключения ошибочных решений определяем несколько групп значений параметров и за истинные принимаем те, для которых получены схожие результаты по показаниям различных комбинаций датчиков.

9. Способ по п.10, п.11, п.12. формулы осуществляют следующим образом.

9.1. В развитие технического решения в соответствии с п.8 с целью повышения и надежности определяется работоспособность каждого датчика и по показаниям датчиков, признанных работоспособными, определяются параметры потока.

9.2. Критерием отказа могут служить как результаты встроенных тестов, так и резкое отличие показаний датчика от ожидаемого.

Так как зависимость показаний датчиков от параметров потока разная, то нельзя непосредственно сравнивать показания датчиков. Но у нас есть зависимости показаний каждого датчика от измеряемых параметров, полученные во время калибровки. Имеется возможность вычислить ожидаемые показания каждого из датчиков по вычисленным результатам.

Данный способ по п.10, п.11. и п.12 формулы имеет существенные отличия от прототипа, так как в прототипе не описана процедура отключения отказавших датчиков.

10. Данные технические решения позволяют определить параметры потока многофазной смеси жидкости и газа в случае, если не имеется возможность измерять датчиками, входящими в измерительную систему, каких-либо физических величин; повысить точность определения характеристик потока многофазной смеси жидкости и газа при одновременном расширении диапазона измеряемых величин, повысить надежность, и имеют большое практическое применение при создании приборов для одновременного измерения расходов сырой нефти и попутного газа без их предварительной сепарации.