1.2 Принцип работы системы «Ультрафлоу»

Задача измерения газосодержания развитого двухфазного потока решается использованием метода ультразвукового зондирования, основанного на определении

акустической проводимости малого объема контролируемой среды. Для подвода ультразвука к

локальному объёму используются металлические волноводы, помещаемые в контролируемый поток.

Для измерения концентрации газовой фазы в нефтеводогазовом потоке предложен метод акустического зондирования.

Акустические методы измерения скорости потока основаны на зависящих от расхода акустических эффектах, возникающих при проходе ультразвуковых колебаний через поток. В настоящее время применяют ультразвуковые расходомеры, основанные на перемещении ультразвуковых колебаний движущейся средой, на эффекте Доплера и корреляционные. Первые из них в зависимости от угла направления ультразвуковых колебаний можно разделить на угловые, осевые и со сносом луча.

Практическое применение акустических методов для контроля скорости осложняется рядом факторов. К ним относятся зависимость скорости ультразвука от физико-химических свойств контролируемой среды и сложность процесса выделения информационного сигнала, поскольку скорость ультразвука в среде много больше транспортной скорости потока. Негативным фактором является зависимость амплитуды принятого сигнала от наличия акустических рассеивателей в потоке, прежде всего, газовых пузырьков.

Методы, основанные на перемещении ультразвуковых колебаний движущейся средой, практически непригодны для использования в нефтеводогазовых средах ввиду их акустической непрозрачности. Низкая акустическая проводимость среды приводит к необходимости уменьшения дистанции между излучателями и приемниками до минимума, что затрудняет определение разницы времен распространения ультразвуковых импульсов по потоку и против него и нарушает гидродинамику в зондируемом объёме потока.

Методы основанные на Доплер-эффекте, наиболее пригодны для измерения скорости нефтеводогазового потока по следующим причинам: наличие рассеивателей в среде, необходимое для реализации этого метода; возможность использования одного датчика, работающего в режиме «излучение–прием»; простота определения измеряемого параметра (частоты), нечувствительность к значительному изменению амплитуды принимаемых сигналов.

В доплеровских расходомерах излучатель, питаемый генератором, возбуждает в потоке колебания частоты f. При наличии в потоке рассеивателей, перемещающихся со скоростью потока, возникает доплеровское смещение частоты исходных колебаний. Приемник принимает сигнал, имеющий частоту, отличающуюся от исходной на величину доплеровского смещения f_d . Скорость потока (м³/сут.) определяется по соотношению:

где  – угол, образуемый центральным лепестком диаграммы направленности излучателя (приемника) с осью потока.

У расходомеров этой группы отсутствует дрейф нуля, поскольку при остановке потока доплеровское смещение становится равным нулю.

Для измерения скорости нефтеводогазового потока предложен доплеровский метод.

Для определения обводненности эмульсии с помощью ультразвуковых методов используются: зависимость скорости распространения ультразвуковых колебаний от объёмного содержания компонентов смеси вода-нефть или зависимость поглощения ультразвука от обводненности. Однако приборы, построенные на принципе поглощения, имеют значительную погрешность. Отмечено, что приборы, построенные на принципе измерения скорости ультразвука, являются более точными.

Рассмотрены схемы влагомеров, основанные на использовании импульсного излучения ультразвука. В процессе измерений оценивается время прохождения акустических импульсов от излучателя к приемнику, которое зависит от состава нефтеводяной эмульсии. Фиксируется время прохождения акустическими импульсами зондируемого объема (длительность импульсов) и происходит преобразование этой длительности в амплитуду измерительных сигналов. При наличии газовой фазы происходит поглощение сигнала в контролируемой среде, и измерительная система фиксирует время отсутствия сигнала. Объемная доля воды в нефти оценивается путем измерения времени прохождения акустической волны от излучателя к приемнику при известных калибровочных значениях этой величины в нефти и воде и экспериментально установленной зависимости скорости звука в смеси «вода-нефть» от объемной концентрации воды и нефти.

Для измерения концентрации воды в нефтеводяной эмульсии предложен время-пролетный метод.

Далее отмечается, что для определения продуктивности скважины измеряемыми информационными параметрами целесообразно выбрать объемную концентрацию газовой фазы (метод акустического зондирования), скорость потока (доплеровский метод), обводнённость водонефтяной эмульсии – (по скорости звука).

Для преодоления барьера низкой акустической проводимости водонефтяной эмульсии следует использовать ультразвук достаточно высокой частоты (не менее 8МГц) и минимальную дистанцию между излучающим и приемным преобразователями.