Мультисенсорный анализатор покомпонентного состава и скорости трехкомпонентного потока нефтяных скважин

Мультисенсорный анализатор покомпонентного состава и скорости трехкомпонентного потока нефтяных скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности, например, для контроля дебита нефтяных скважин.

Известны анализаторы покомпонентного расхода трехкомпонентного газожидкостного потока нефтяных скважин, содержащие радиоволновый датчик покомпонентного состава потока, СВЧ-генератор и вычислительно-управляющий блок (см. патент РФ №2063615, МПК G01F 1/56, патент РФ №43068, МПК G01F 1/74 и патент РФ №2275604, МПК G01F 1/74). Указанные анализаторы позволяют контролировать покомпонентный расход газожидкостного потока, содержащего нефть, газ и воду. Однако, в случаях, когда вода, входящая в состав контролируемого потока, содержит растворенные соли, известные анализаторы оказываются неработоспособными.

Этот недостаток обусловлен затуханием микроволнового радиоизлучения СВЧ-генератора известных анализаторов в существенно электропроводной соленой воде. Поскольку содержание растворенных в скважинной воде солей, как правило, составляет десятки граммов на литр, такая вода обладает высокой электропроводностью, что делает ее фактически нерадиопрозрачной для микроволнового излучения и не дает возможности достоверного радиоконтроля водосодержания на сверхвысоких частотах.

От указанного недостатка свободен анализатор покомпонентного расхода трехкомпонентного газожидкостного потока нефтяных скважин, в состав которого входят радиоволновый датчик, содержащий высокочастотные резонаторы, каждый из которых представляет собой зигзагообразный проводник, коаксиально расположенный внутри трубчатого металлического корпуса на наружной поверхности трубчатого диэлектрического корпуса, а также вычислительно-управляющий блок и управляемый высокочастотный генератор, в качестве которого использован управляемый синтезатор частоты (см. заявку на изобретение РФ №2002100228/28, МПК G01F 1/00, G01F 5/00).

В этом анализаторе в качестве информативных параметров сигнала о компонентном составе контролируемой среды используются параметры резонансного поглощения средой высокочастотного электромагнитного поля на нескольких резонансных частотах, лежащих в ВЧ-диапазоне.

Для измерения скорости контролируемого потока в этом анализаторе выбран автокорреляционный метод, основанный на измерении времени прохождения некоторой базовой длины радиоволнового датчика локальной неоднородностью потока; указанное время определяется по максимуму взаимной корреляционной функции двух временных реализаций радиоволновых ВЧ-сигналов, характеризующих данную неоднородность.

В связи с тем, что в известном анализаторе в качестве зондирующего радиоволнового сигнала используется высокочастотное электромагнитное поле, он позволяет зондировать газожидкостный поток на относительно низкой, по сравнению с микроволновым излучением, частоте и тем самым дает возможность достоверно контролировать параметры газожидкостного потока даже при наличии в нем соленой воды.

Однако к недостаткам данного анализатора относятся, во-первых, недостаточная достоверность информации о массовом покомпонентном расходе и, во-вторых, - высокая погрешность измерения объемного покомпонентного расхода, возникающая в каждом из двух крайних режимов течения контролируемого потока: при вихревом неустановившемся течении и, наоборот, при ламинарном установившемся течении.

Первый из указанных недостатков вызван тем, что радиоволновый метод измерения покомпонентного расхода позволяет непосредственно контролировать лишь объемные расходы компонентов. Вследствие этого для получения массовых расходов компонентов необходимо дополнительно использовать недостаточно достоверную косвенную информацию о плотности каждого из компонентов, позволяющую вычислить массовый покомпонентный расход нефти, воды и газа.

Два других недостатка объясняются тем, что при существенно неустановившемся течении газожидкостной среды, характерном для большинства отечественных нефтяных скважин, компонентный состав и скорость потока быстро и хаотически изменяются во времени, в результате чего погрешность усреднения хаотических изменений режима течения может достигать существенных величин. В противоположном случае, при установившемся течении контролируемой среды, использование известного анализатора также затруднительно, поскольку положенный в основу его работы автокорреляционный радиоволновый метод измерения скорости потока может использоваться только при наличии в контролируемой среде ярко выраженных локальных неоднородностей, которые отсутствуют при установившемся течении.

Также известен рентгеновский анализатор компонентного состава и скорости газожидкостного потока, в состав которого входят металлический корпус с установленными в его стенке рентгенопрозрачными вставками, рентгеновская трубка с источником ее питания, первый и второй первичные и первый и второй вторичные коллиматоры рентгеновского излучения с несколькими коллимирующими отверстиями в каждом из них, первые и вторые сцинтилляционные детекторы, первые и вторые многоканальные фотоэлектронные умножители, а также вычислитель, первый и второй модули обработки и модуль управления, причем каждый из сцинтилляционных детекторов соединен с соответствующим входом соответствующего фотоэлектронного умножителя с помощью соответствующего многоканального световода, а выход вычислителя соединен со входом модуля управления, управляющего источником питания рентгеновской трубки (см. патент на полезную модель 76454, МПК⁷ G01 №100, G01 №9/24, G01 №23/00).

Недостатки этого анализатора заключаются в относительно малом сроке его службы и в существенной погрешности измерений скорости вихревых неосесимметричных потоков.

Первый из указанных недостатков объясняется относительно низким сроком службы одного из основных элементов известного анализатора - рентгеновской трубки, не позволяющим длительно и непрерывно эксплуатировать известный анализатор.

Второй недостаток связан с особенностью кросскорелляционного измерения скорости газожидкостного потока рентгенофлуоресцентным методом. Рентгенофлуоресцентный контроль скорости потока производится в моменты последовательного пересечения движущейся локальной неоднородностью потока двух рентгеновских пучков: вначале - первого рентгеновского пучка, сформированного первым первичным коллиматором рентгеновского излучения, а затем - второго пучка, сформированного вторым первичным коллиматором. При отклонении траектории движущейся неоднородности от прямолинейного соосного направления неоднородность может не пересечь второй рентгеновский пучок, что не позволит измерить время прохождения неоднородностью базового расстояния между двумя упомянутыми пучками и, соответственно, не дает возможности вычислить скорость ее перемещения.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является известный мультисенсорный анализатор покомпонентного состава и скорости трехкомпонентного потока нефтяных скважин (см. патент РФ №2307328, МПК G01F 1/74, G01F 1/66, G01N 22/00, Е21В 47/10). В состав известного анализатора входят вычислитель, соосно расположенные первый, второй и третий высокочастотные резонаторы, каждый из которых представляет собой короткозамкнутый зигзагообразный проводник, снабженный вводом-выводом, ограничительные короткозамкнутые витки и ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток, причем все упомянутые высокочастотные резонаторы и все короткозамкнутые витки расположены на наружной поверхности трубчатого диэлектрического корпуса, коаксиально установленного внутри трубчатого металлического корпуса. Известный анализатор также содержит первый, второй и третий приемопередающие тракты, каждый из которых соединяет ввод-вывод соответствующего резонатора с соответствующим входом вычислителя, высокочастотный генератор и управляющий блок, вход которого подключен к выходу вычислителя, а выход - к высокочастотному генератору. Кроме того, в состав анализатора входят первый и второй усилители, вход каждого из которых подсоединен к одному из выходов высокочастотного генератора, причем выход первого усилителя подключен ко входу первого приемопередающего тракта, а выход второго - ко входам второго и третьего приемопередающих трактов, а также контроллер режимов и установленный в стенке металлического корпуса датчик давления, при этом ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток расположен между вторым и третьим высокочастотными резонаторами. Данный анализатор принят за ближайший аналог (прототип) предложенного изобретения.

При работе известного анализатора высокочастотный генератор, управляемый вычислителем через управляющий блок, вырабатывает высокочастотный сигнал, который подается в каждый из резонаторов и возбуждает в них высокочастотное электромагнитное поле. При этом первый резонатор служит для получения информации об относительных объемных долях каждого из трех компонентов контролируемой среды, а второй и третий резонаторы служат для получения данных о скорости контролируемого потока.

Поскольку при заполнении каждого из резонаторов контролируемой средой происходит поглощение ею энергии высокочастотного электромагнитного поля, выходные сигналы резонаторов содержат в себе информацию о компонентном составе контролируемой среды.

Указанные выходные сигналы поступают в вычислитель, где вычисляются, во-первых, относительные объемные доли каждого из компонентов газожидкостного потока на основе сигналов первого резонатора и, во-вторых, на основе сигналов второго и третьего резонаторов определяются временные реализации выходных сигналов, причем в качестве временных реализаций используются зависимости от времени амплитуд этих сигналов.

После обработки временных реализаций определяется их взаимная корреляционная функция, производится смещение одной из реализации относительно другой, определяется время смещения, равное времени пробегания устойчивой локальной неоднородностью потока базовой длины между центрами второго и третьего резонаторов, и вычисляется скорость контролируемого потока.

Полученное значение скорости используется в вычислителе для определения мгновенных значений покомпонентных объемных расходов каждого из трех компонентов газожидкостного потока: нефти, воды и газа.

Для определения покомпонентных массовых расходов в вычислителе учитываются сигналы о мгновенных значениях давления контролируемой среды, полученные с помощью датчика давления, а также хранящиеся в памяти вычислителя данные о номинальных плотностях каждого из трех компонентов этой среды.

Таким образом, известный анализатор позволяет непосредственно определить покомпонентный объемный расход газожидкостного потока, а также, на основе косвенных данных, вычислить покомпонентный массовый расход каждого из трех компонентов потока в процессе непрерывной долговременной эксплуатации анализатора.

К недостаткам известного анализатора относятся невозможность прямого измерения покомпонентного массового расхода и существенная погрешность измерения покомпонентного расхода турбулентных потоков.

Первый из отмеченных недостатков приводит к необходимости использовать косвенные усредненные данные о номинальной плотности каждого из трех компонентов потока, что существенно снижает достоверность и точность измерения массового расхода.

Второй недостаток вызван тем, что локальная неоднородность потока, зафиксированная в центре второго резонатора, неизбежно «размывается» вихревым потоком при ее перемещении до центра третьего резонатора, поскольку расстояние между центрами второго и третьего резонаторов относительно велико. Размывание локальной неоднородности турбулентным потоком резко увеличивает погрешность измерения скорости контролируемого потока.

Задачей предложенного изобретения и его техническим результатом является повышение точности и достоверности измерений расхода компонентов газожидкостного потока, в том числе - массового расхода компонентов при турбулентном режиме течения в процессе непрерывной долговременной эксплуатации анализатора.

Для решения поставленной задачи изменены конструкция и состав элементов мультисенсорного анализатора покомпонентного состава и скорости трехкомпонентного потока нефтяных скважин.

В состав предложенного анализатора входят трубчатый металлический корпус и коаксиально установленный внутри него трубчатый диэлектрический корпус, соосно расположенные первый, второй и третий высокочастотные резонаторы, каждый из которых представляет собой зигзагообразный короткозамкнутый проводник, снабженный вводом-выводом, а также ограничительные короткозамкнутые витки и ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток, причем все упомянутые резонаторы и витки установлены внутри металлического корпуса соосно ему на наружной поверхности диэлектрического корпуса, а ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток расположен между вторым и третьим резонаторами.

В состав известного анализатора также входят первый вычислитель и первый, второй и третий приемопередающие тракты, каждый из которых соединяет ввод-вывод соответствующего резонатора с соответствующим входом первого вычислителя. Анализатор также содержит высокочастотный генератор и управляющий блок, многоканальный вход которого подключен к выходу первого вычислителя, а выход - к высокочастотному генератору, первый и второй усилители, вход каждого из которых связан с одним из выходов высокочастотного генератора, причем выход первого усилителя подключен ко входу первого приемопередающего тракта, а выход второго - ко входам второго и третьего приемопередающих трактов.

В состав анализатора входит также контроллер режимов.

В заявленном устройстве новым по отношению к прототипу является то, что согласно изобретению диэлектрический корпус состоит из двух диэлектрических труб: первой (по потоку) диэлектрической трубы и второй (по потоку) диэлектрической трубы, причем первый резонатор и установленный у каждого из его торцов ограничительный короткозамкнутый виток расположены на первой диэлектрической трубе, а на второй диэлектрической трубе установлены второй и третий резонаторы, у обоих торцов каждого из которых размещено по ограничительному короткозамкнутому витку, между которыми расположен ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток.

В состав анализатора дополнительно введены первая и вторая рентгеновские трубки, каждой из которых соответствует рентгенопрозрачная вставка, установленная в стенке металлического корпуса между первой и второй диэлектрическими трубами. Рентгенопрозрачные вставки отделены одна от другой и от первой и второй диэлектрических труб трубчатыми рентгеновскими экранами, расположенными внутри металлического корпуса соосно ему.

Кроме того, в состав анализатора дополнительно включены следующие, соответствующие первой рентгеновской трубке, элементы: первый первичный коллиматор, первый вторичный коллиматор и ортогональный коллиматор с несколькими коллимирующими отверстиями в каждом из них, а также первые детекторы, ортогональные детекторы и первые контрольные детекторы. Помимо этого в состав заявленного устройства введены соответствующие второй рентгеновской трубке элементы: второй первичный коллиматор и второй вторичный коллиматор с несколькими коллимирующими отверстиями в каждом из них, а также вторые детекторы, вторые контрольные детекторы и вторичные излучатели. При этом контрольные детекторы расположены таким образом, чтобы прямая линия, проходящая через центр излучения соответствующей рентгеновской трубки и центр соответствующего контрольного детектора, не пересекала металлический корпус.

В состав анализатора также введены второй вычислитель, таймер, измерительный преобразователь и датчик перепада давления, подключенный к соответствующему входу второго вычислителя через измерительный преобразователь.

Кроме перечисленного в заявленный анализатор дополнительно включены первый и второй модули обработки, модуль управления, выход которого подключен к источнику питания, а вход - к выходу второго вычислителя, контроллер трубок, соединенный с одним из выходов второго вычислителя и снабженный выходом для подключения к внешним системам, и струевыпрямитель, установленный на входе в металлический корпус.

В анализатор также введены первый и второй многоканальные фотоэлектронные умножители и первый многоканальный световод, соединяющий каждый из первых детекторов, каждый из первых контрольных детекторов и каждый из ортогональных детекторов с соответствующим входом первого фотоэлектронного умножителя.

Кроме того, анализатор содержит второй многоканальный световод, соединяющий каждый из вторых детекторов и каждый из вторых контрольных детекторов с соответствующим входом второго фотоэлектронного умножителя. При этом первый многоканальный фотоэлектронный умножитель с помощью многоканальной информационной связи соединен с первым модулем обработки, один из выходов которого подключен к соответствующему входу второго вычислителя, а другой выход - ко входу контроллера режимов.

Второй многоканальный фотоэлектронный умножитель с помощью многоканальной информационной связи соединен со вторым модулем обработки, выход которого подключен к соответствующему входу второго вычислителя.

Контроллер режимов заявленного анализатора соединен своим выходом с соответствующим входом таймера, а своим многоканальным выходом подключен ко второму вычислителю, при этом выход таймера подсоединен к соответствующему входу второго вычислителя, соединенного с первым вычислителем с помощью двунаправленной многоканальной информационной связи и снабженного многоканальным входом-выходом для подключения к внешним системам.

Датчик давления предложенного анализатора подсоединен к соответствующему входу первого вычислителя, каждый из вторичных излучателей выполнен в виде изготовленной из тяжелого металла, например гадолиния, трубки, установленной в одном из отверстий второго вторичного коллиматора. При этом глубина каждого из коллимирующих отверстий ортогонального коллиматора существенно больше его диаметра, а оси коллимирующих отверстий параллельны между собой и ортогональны оси излучения первой рентгеновской трубки.

В металлическом корпусе последовательно по потоку установлены следующие элементы: струевыпрямитель, первая диэлектрическая труба, первый рентгеновский экран, первая рентгенопрозрачная вставка, второй рентгеновский экран, вторая рентгенопрозрачная вставка, третий рентгеновский экран и вторая диэлектрическая труба.

Устройство и работа предложенного анализатора поясняются Фиг.1-Фиг.6.

На Фиг.1 представлена функциональная схема анализатора, на Фиг.2 - участок корпуса, содержащий диэлектрические трубы, рентгенопрозрачные вставки и рентгеновские экраны, на Фиг.3 - поперечное сечение корпуса плоскостью, содержащей ось излучения первой рентгеновской трубки, на Фиг.4 - поперечное сечение корпуса плоскостью, содержащей ось излучения второй рентгеновской трубки, на Фиг.5 - зависимость плотности потока рентгеновских фотонов от их энергии, а на Фиг.6 - временная последовательность оптических импульсов, соответствующих рентгеновским фотонам с различной энергией.

На Фигурах 1, 2 и 3 введены следующие обозначения: 1 - корпус, 2 - первая диэлектрическая труба, 3 и 4 - первая и вторая рентгенопрозрачные вставки, соответственно, 5 - вторая диэлектрическая труба, 6, 7, 8 - первый, второй и третий высокочастотные резонаторы, соответственно, 9 - ограничительный короткозамкнутый виток, 10 - ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток, 11 - ввод-вывод резонатора, 12 - диэлектрическая втулка, 13, 14 и 15 - первый, второй и третий приемопередающие тракты, соответственно, 16 - первый вычислитель, 17 - первый усилитель, 18 - высокочастотный генератор, 19 - второй усилитель, 20 - управляющий блок, 21 и 22 - первая и вторая рентгеновские трубки, соответственно, 23 - первый первичный коллиматор, 24 - второй первичный коллиматор, 25 - первые сцинтилляционные детекторы, 26 - первые контрольные сцинтилляционные детекторы, 27 - ортогональные коллиматоры, 28 - ортогональные сцинтилляционные детекторы, 29 - первый вторичный коллиматор, 30 - второй вторичный коллиматор, 31 - вторые сцинтилляционные детекторы, 32 - вторые контрольные сцинтилляционные детекторы, 33 - вторичные излучатели, 34 - первый многоканальный световод, 35 - первый многоканальный фотоэлектронный умножитель, 36 - второй многоканальный световод, 37 - второй многоканальный фотоэлектронный умножитель, 38 и 39 - первый и второй модули обработки, соответственно, 40 - второй вычислитель, 41 - контроллер режимов, 42 - таймер, 43 - модуль управления, 44 - источник питания, 45 - контроллер трубок, 46 - сужающий патрубок, 47 - датчик перепада давления, 48 - измерительный преобразователь, 49, 50 и 51 - первый, второй и третий рентгеновские экраны, соответственно, 52 - струевыпрямитель, 53 - внешние системы.

Предложенный анализатор содержит металлический корпус 1, представляющий собой отрезок трубопровода с фланцами на его концах, предназначенными для подсоединения корпуса 1 к внешней магистрали. Внутри корпуса 1 коаксиально ему последовательно по потоку расположены первая диэлектрическая труба 2, первая и вторая рентгенопрозрачные вставки 3 и 4, соответственно, и вторая диэлектрическая труба 5. На наружной стенке первой диэлектрической трубы 2 расположен первый резонатор 6, представляющий собой зигзагообразный короткозамкнутый проводник, а на наружной стенке второй диэлектрической трубы 5 последовательно по потоку расположены второй и третий резонаторы 7 и 8, соответственно, также представляющие собой зигзагообразные короткозамкнутые проводники. У каждого из торцов каждого из резонаторов 6, 7 и 8 на наружной поверхности диэлектрических труб 2 и 5 установлен ограничительный короткозамкнутый виток 9, а между ограничительными витками 9, расположенными между вторым и третьим резонаторами 7 и 8, соответственно, на наружной поверхности диэлектрической трубы 5 установлен ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток 10.

Каждый из резонаторов 6, 7 и 8 снабжен собственным вводом-выводом 11, проходящим через стенку корпуса 1 сквозь диэлектрическую втулку 12. Посредством соответствующего ввода-вывода 11 каждый из резонаторов 6, 7 и 8 соединен со входом-выходом соответствующего приемопередающего тракта 13, 14, 15: первый резонатор 6 соединен с первым приемопередающим трактом 13, второй резонатор 7 соединен со вторым приемопередающим трактом 14, а третий резонатор 8 соединен с третьим приемопередающим трактом 15. Каждый из упомянутых трактов 13, 14 и 15 подключен своим выходом к одному из соответствующих входов первого вычислителя 16.

Вход первого приемопередающего тракта 13 соединен с выходом первого усилителя 17, вход которого подключен к одному из выходов высокочастотного генератора 18, а вход второго и вход третьего приемопередающего тракта 14 и 15, соответственно, соединен с выходом второго усилителя 19, вход которого подключен к другому выходу высокочастотного генератора 18. Вход высокочастотного генератора 18 соединен с выходом управляющего блока 20, подключенного своим входом к многоканальному выходу первого вычислителя 16. У наружной поверхности корпуса 1 напротив рентгенопрозрачных вставок 3 и 4 установлены рентгеновские трубки 21 и 22, таким образом, чтобы ось излучения каждой из них проходила через соответствующую рентгенопрозрачную вставку 3 и 4. В плоскости расположения первой рентгенопрозрачной вставки 3 установлен первый первичный коллиматор 23, а в плоскости расположения второй рентгенопрозрачной вставки 4 установлен второй первичный коллиматор 24. В плоскости расположения первой рентгенопрозрачной вставки 3 также установлены (см. Фиг.3) первые детекторы 25, первые контрольные детекторы 26, ортогональные коллиматоры 27, ортогональные детекторы 28 и первые вторичные коллиматоры 29, а в плоскости расположения второй рентгенопрозрачной вставки 4 установлены (см. Фиг.4) второй вторичный коллиматор 30, вторые детекторы 31 и вторые контрольные детекторы 32. При этом контрольные детекторы 26 и 32 расположены таким образом, чтобы прямая линия, проходящая через центр излучения соответствующей рентгеновской трубки и центр соответствующего контрольного детектора, не пересекала корпус 1.

В отверстиях второго вторичного коллиматора 30 расположены вторичные излучатели 33, а оси коллимирующих отверстий каждого из ортогональных коллиматоров 27 перпендикулярны оси излучения первой рентгеновской трубки 21.

Каждый из первых детекторов 25, каждый из первых контрольных детекторов 26 и каждый из ортогональных детекторов 28 оптически соединен с помощью первого многоканального световода 34 с многоканальным оптическим входом первого фотоэлектронного умножителя 35, а каждый из вторых детекторов 31 и каждый из вторых контрольных детекторов 32 оптически соединен с помощью второго многоканального световода 36 с многоканальным оптическим входом второго фотоэлектронного умножителя 37.

Первый фотоэлектронный умножитель 35 подключен ко входу первого модуля обработки 38 с помощью многоканальной информационной связи, а второй фотоэлектронный умножитель 37 с помощью многоканальной информационной связи подключен ко входу второго модуля обработки 39. Один из выходов первого модуля обработки 38 соединен с соответствующим входом второго вычислителя 40, а другой выход этого модуля соединен со входом контроллера режимов 41, подключенного ко второму вычислителю 40 с помощью многоканальной информационной связи.

Выход контроллера режимов 41 соединен с одним из входов таймера 42, подключенного своим выходом к соответствующему входу второго вычислителя 40. Один из выходов второго вычислителя 40 соединен с модулем управления 43, подключенным к источнику питания 44 рентгеновских трубок 21 и 22, а другой выход второго вычислителя 40 соединен с контроллером 45 трубок.

На входе потока в корпус 1 установлен конфузорно-диффузорный сужающий патрубок 46 с датчиком перепада давления 47, подключенным ко входу измерительного преобразователя 48, выход которого соединен с соответствующим входом второго вычислителя 40. Внутри корпуса 1 последовательно по потоку установлены коаксиальные корпусу 1 первый, второй и третий трубчатые рентгеновские экраны 49, 50 и 51, соответственно, таким образом, чтобы первая рентгенопрозрачная вставка 3 находилась между первым экраном 49 и вторым экраном 50, а вторая рентгенопрозрачная вставка 4 находилась между вторым экраном 50 и третьим экраном 51. Кроме того, внутри корпуса 1 также установлен струевыпрямитель 52, расположенный на входе контролируемого потока в этот корпус перед сужающим патрубком 46.

Первый и второй вычислители 16 и 40, соответственно, соединены между собой двусторонней многоканальной информационной связью, при этом второй вычислитель 40 снабжен многоканальным входом-выходом для связи с внешними системами 53. Таймер 42 снабжен входом, а контроллер 45 трубок снабжен выходом, каждый из которых предназначен для подключения к внешним системам 53.

При подготовке к эксплуатации предложенный мультисенсорный анализатор покомпонентного состава и скорости трехкомпонентного потока нефтяных скважин работает следующим образом.

Поток контролируемой среды, движущейся со скоростью W, предварительно обрабатывается в струевыпрямителе 52 (см. Фиг.1). В процессе обработки газожидкостный поток перемешивается в упомянутом струевыпрямителе с целью повышения структурной однородности и, прежде всего, - с целью устранения локальных вихрей и крупных одиночных пузырей сопутствующего газа.

После подачи во второй вычислитель 40 сигнала запуска, например, из внешних систем 53 по двусторонней информационной связи, с выхода второго вычислителя 40 на вход модуля управления 43 поступает команда включения источника питания 44, который включается и запитывает рентгеновские трубки 21 и 22 напряжением, соответствующим номинальному режиму питания, заданному модулем управления 43. В результате на выходе первой и второй рентгеновских трубок 21 и 22 возбуждается и пересекает каждую из рентгенопрозрачных вставок 3, 4 и контролируемую среду, находящуюся внутри корпуса 1, низкоэнергетическое рентгеновское излучение, пучки которого формируются в каждом из коллимирующих отверстий первого первичного и второго первичного коллиматоров 23 и 24, соответственно.

Одновременно с этим второй вычислитель 40 транслирует полученный сигнал запуска по двусторонней информационной связи в первый вычислитель 16, формирующий пусковую команду, поступающую с выхода последнего на вход управляющего блока 20 и с его выхода - на вход высокочастотного генератора 18.

В соответствии с принятой командой упомянутый генератор вырабатывает высокочастотный сигнал с плавно изменяющейся во времени частотой. Указанный сигнал необходим для возбуждения высокочастотного электромагнитного поля в контролируемой среде, находящейся внутри первой диэлектрической трубы 2, охваченной первым резонатором 6, и внутри второй диэлектрической трубы 5, охваченной вторым и третьим резонаторами 7 и 8, соответственно. Для четкой фиксации границ электромагнитного поля внутри каждого из резонаторов 6, 7 и 8 применены ограничительные короткозамкнутые витки 9, а для исключения взаимного влияния друг на друга резонаторов 7 и 8 - ограничительно-разделительный короткозамкнутый виток 10.

После возбуждения в контролируемой среде рентгеновского излучения и высокочастотного электромагнитного поля предложенный мультисенсорный анализатор подготовлен к анализу состава и скорости трехкомпонентного газожидкостного потока нефтяных скважин.

Анализ параметров контролируемого потока выполняется в предложенном анализаторе с использованием двух взаимодополняющих методов: рентгенофлуоресцентного и радиоволнового. При этом рентгенофлуоресцентный метод используется в повторно-кратковременном режиме эксплуатации, а радиоволновый метод - в непрерывном режиме.

В процессе рентгенофлуоресцентного анализа параметров газожидкостного потока в предложенном анализаторе используется свойство контролируемой среды поглощать и рассеивать взаимодействующее с ней рентгеновское излучение. При этом каждый из первичных коллиматоров 23 и 24 формирует две группы взаимодействующих с контролируемой средой рентгеновских пучков, веерообразно расходящихся от центра излучения каждой из рентгеновских трубок 21, 22 по направлениям к соответствующим коллимирующим отверстиям соответствующих вторичных коллиматоров 29 и 30.

Первая группа веерообразно расходящихся пучков формируется первым первичным коллиматором 23 и лежит в плоскости поперечного сечения А-А корпуса 1, содержащей первую рентгенопрозрачную вставку 3 и ось излучения первой рентгеновской трубки 21 (см. Фиг.2). Основная часть пучков этой группы, за исключением двух крайних пучков, пересекает корпус 1 через первую рентгенопрозрачную вставку 3, а крайние пучки не пересекают корпус 1 и проходят у его противоположных сторон по воздуху (см. Фиг.3).

Вторая группа веерообразно расходящихся пучков формируется вторым первичным коллиматором 24 и лежит в плоскости поперечного сечения В-В корпуса 1, содержащей вторую рентгенопрозрачную вставку 4 и ось излучения второй рентгеновской трубки 22 (см. Фиг.2). Основная часть пучков этой группы, за исключением двух крайних, пересекает корпус 1 через вторую рентгенопрозрачную вставку 4, а крайние пучки не пересекают корпус 1 и проходят у его противоположных сторон по воздуху (см. Фиг.4).

Рентгеновские пучки первой группы, за исключением двух крайних пучков, последовательно пересекают переднюю (по ходу рентгеновских лучей) стенку рентгенопрозрачной вставки 3, контролируемою среду, находящуюся в корпусе 1, заднюю стенку рентгенопрозрачной вставки 3 и затем попадают в первый вторичный коллиматор 29, в каждом из отверстий которого происходит повторное формирование соответствующего рентгеновского пучка, после чего каждый из этих пучков падает на один из первых сцинтилляционных детекторов 25, в каждом из которых рентгеновские фотоны преобразуются в фотоны света.

Рентгеновские пучки второй группы, за исключением двух крайних пучков, таким же образом последовательно пересекают рентгенопрозрачную вставку 4 и контролируемую среду, повторно формируются в отверстиях второго вторичного коллиматора 30 и попадают на соответствующие вторые сцинтилляционные детекторы 31, где преобразуются в оптические сигналы. В каждом из этих рентгеновских пучков присутствуют вторичные рентгеновские фотоны с реперным значением энергии, необходимые для калибровки рентгенофлуоресцентных измерительных каналов. Вторичные рентгеновские фотоны генерируются вторичными излучателями 33, установленными в отверстиях второго вторичного коллиматора 30, за исключением двух крайних отверстий.

Крайние пучки первой и второй групп проходят по воздуху, минуя корпус 1, повторно формируются в крайних отверстиях первого и второго вторичных коллиматоров 29, 30, соответственно, и попадают на соответствующие первые и вторые контрольные детекторы 26 и 32, соответственно, где преобразуются в оптические сигналы.

Помимо двух рассмотренных групп рентгеновских пучков в предложенном анализаторе используется также группа ортогональных пучков рассеянного рентгеновского излучения, которые формируются ортогональными коллиматорами 27.

Рассеянное рентгеновское излучение возникает в результате упругого рассеяния первичного рентгеновского излучения, генерируемого первой рентгеновской трубкой 21, на атомах контролируемой среды.

Рассеянное рентгеновское излучение направлено, в основном, под большими углами к направлению первичного излучения, близкими к прямым углам. Поэтому на каждый из ортогональных детекторов 28, установленных в плоскости расположения второй рентгенопрозрачной вставки 4 на линии, нормальной оси излучения первой рентгеновской трубки 21, падает, в основном, рассеянное излучение. Для полного исключения попадания на вход ортогональных детекторов 28 первичного излучения первой рентгеновской трубки 21 перед каждым из них установлен ортогональный коллиматор 27, содержащий несколько коллимирующих отверстий, оси которых параллельны между собой и направлены под прямым углом к оси излучения первой рентгеновской трубки 21, а глубина каждого отверстия существенно превышает его диаметр. В ортогональных детекторах 28 рассеянное рентгеновское излучение преобразуется в оптические сигналы.

Для исключения попадания рентгеновского излучения в области внутри корпуса 1, непосредственно примыкающие к рентгенопрозрачным вставкам 3 и 4, предусмотрены трубчатые рентгеновские экраны 49, 50 и 51, изготовленные из тяжелого металла, например свинца.

Так как параметры рентгеновского излучения, прошедшего через газожидкостную среду, зависят от свойств этой среды, в том числе - от ее компонентного состава, они содержат информацию об относительном содержании компонентов контролируемого потока. Поэтому интенсивность светового потока на выходе каждого из сцинтилляционных детекторов, преобразующих взаимодействующее с контролируемой средой рентгеновское излучение в оптические сигналы, зависит от компонентного состава газожидкостной среды. Оптические сигналы, снимаемые с выходов первых, первых контрольных и ортогональных детекторов 25, 26 и 28, соответственно, передаются по оптическим каналам первого многоканального световода 34 на вход первого фотоэлектронного умножителя 35, где преобразуются в электрические сигналы, а оптические сигналы, выработанные вторыми детекторами и вторыми контрольными детекторами 31 и 32, соответственно, передаются по оптическим каналам второго многоканального световода 36 на вход второго фотоэлектронного умножителя 37, где преобразуются в электрические сигналы. При этом сигналы вторых детекторов 31 содержат в себе помимо информации о составе среды также информацию о реперном значении