Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ДАТЧИКИ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Васильев С. И., Лапушова Л. А.,

Ультразвуковые (доплеровские) расходомеры

В основе работы расходомеров лежит ультразвуковой доплеровский метод измерения объемного расхода.

Принцип действия расходомера основан на определении частотных и временных параметров сигнала. В связи с этим температура и состав жидкости не сказывается на результатах измерения расхода. Скорость потока жидкости измеряется по доплеровскому сдвигу частоты между излучаемыми и отраженными от взвешенных в среде частиц сигналами ультразвуковой частоты, при этом определяется средняя скорость потока жидкости в сечении измерительного канала. Скорость потока жидкости измеряется ультразвуковым импульсно-доплеровским датчиком. Ультразвуковой сигнал излучается под углом (обычно 45°) против потока жидкости, где отражается от частиц и улавливается датчиком.

Для измерения объемного расхода используется метод «площадь-скорость» (умножение измеренного значения средней скорости протекающей жидкости на значение площади поперечного сечения потока) для конкретного типа трубопровода (желоба).

Преимущества:

■ простой монтаж и установка;

■ отсутствие вмешательства в конструкцию буровой;

■ лучшее соотношение цена-качество;

■ стабильность измерений;

■ высокая надежность и минимальная потребность в обслуживании;

■ возможность проводить измерения агрессивных сред;

■ возможность использования на каналах различных размеров.

Недостатки и ограничения при использовании ультразвуковых расходомеров:

■ относительно невысокая точность;

■ зависимость от контакта с трубой (подбор клей-герметика, ровная поверхность трубы, очистка от краски);

■ для измерения в среде постоянно должно присутствовать достаточное количество отражающих частиц;

■ результаты измерений зависят от скорости звука в среде;

■ показания сильно зависят от профиля потока.

Данный тип датчиков, учитывая все преимущества и недостатки, является наиболее используемым для технологических исследований при строительстве скважин. Встречаются датчики как с разнесенными излучателем и приемником, так и с совмещенными (рис. 64).

а б в

Рис. 64. Принципиальная схема работы доплеровских датчиков расхода
для напорных закрытых каналов с совмещенными излучателем и приемником (а), с разнесенными излучателем и приемником (б) и для открытых ненапорных каналов с совмещенными излучателем и приемником (в)

а б в

Рис. 65. Датчики расхода доплеровские:
а – ArtwikDFM 5.0 (Greyline, в составе СГТИ «КАМА» (ЗАО АМТ и ЗАО НППГА «Луч») «Леуза-2» (ОАО НПФ «Геофизика»), «Контур-2» (ООО НПФ «Геосфера») и др.);
б – ICS SQ (ООО «Геотек-Прибор»);
в – РУД-342-03М (ЗАО «ГЭЛС», в составе СГТИ Разрез-2)

Так же доплеровские расходомеры встречаются в накладном и погружном исполнении (рис. 65). Накладные используются для измерения скорости и объемного расхода потока в напорных закрытых полностью наполненных линиях. Погружные – для определения скорости и объемного расхода в открытых не напорных желобах, где измеряется вертикальная составляющая (регистрация уровня/глубины) совмещенным или вынесенным датчиком (излучение ультразвукового сигнала под прямым углом к поверхности потока). Технические характеристики ультразвуковых расходомеров приведены в табл. 29.

Таблица 29

Технические характеристики ультразвуковых расходомеров