Мультифазное измерение

Мультифазное измерение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка испрашивает приоритет заявки США № 61/376589, поданной 24 августа 2010 года и озаглавленной "СИСТЕМА МУЛЬТИФАЗНОГО ИЗМЕРЕНИЯ", а также заявки США № 61/405944, поданной 22 октября 2010 года и озаглавленной "СИСТЕМА МУЛЬТИФАЗНОГО ИЗМЕРЕНИЯ". Описания этих ранее поданных заявок введено во всей их полноте в настоящее описание.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к расходомерам.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Расходомеры поставляют информацию о передаваемых через трубопровод материалах. Например, масс-расходомеры обеспечивают измерение массы передаваемого через трубопровод материала. Аналогично, плотностные расходомеры или денситометры обеспечивают измерение плотности протекающего через трубопровод материала. Масс-расходомеры также могут обеспечивать измерение плотности материала.

Например, масс-расходомеры кориолисового типа основаны на эффекте Кориолиса, заключающемся в том, что материал, протекающий по вращающемуся трубопроводу подвергается воздействию силы Кориолиса и поэтому испытывает ускорение. Многие масс-расходомеры кориолисового типа индуцируют силу Кориолиса посредством синусоидальных колебаний трубопровода относительно оси поворота, перпендикулярной длине трубопровода. В таких масс-расходомерах реактивная сила Кориолиса, которую испытывает движущаяся масса текучей среды, передается на сам трубопровод и проявляется в виде отклонения или смещения трубопровода в направлении вектора силы Кориолиса в плоскости вращения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном общем аспекте способ включает в себя прохождение мультифазной текучей среды через кориолисов расходомер, при этом мультифазная текучая среда содержит две фазы во время первого временного периода и три фазы во время второго временного периода, прохождение мультифазного потока через измеритель содержания воды, определение того, что мультифазная текучая среда включает в себя две фазы во время первого временного периода, определение первой величины параметра мультифазной текучей среды с использованием величины, измеренной расходомером Кориолиса во время первого временного периода, определение второй величины параметра мультифазной текучей среды с использованием величины, измеренной измерителем содержания воды во время первого временного периода, сравнение первой величины со второй величиной, и определение на основании этого сравнения, что первая величина и вторая величина являются несовместимыми одна с другой.

Варианты исполнения могут включать в себя один или большее количество нижеследующих признаков. Параметром может являться плотность мультифазной текучей среды, при этом первой величиной является значение первой плотности, а второй величиной является значение второй плотности. Вторая плотность может быть определена с использованием выражения:

где ρ_о есть предполагаемая плотность нефти, ρ_w есть предполагаемая плотность воды,

δρ_wC=(ρ_m-ρ_о)/(ρ_w-ρ_о)×100% есть оценка содержания воды, а ρ_m есть первая плотность мультифазной текучей среды, измеренная расходомером Кориолиса. Параметром может являться содержание воды в мультифазной текучей среде, первая величина есть содержание воды, измеренное измерителем содержания воды, а вторая величина есть содержание воды, определенное с использованием показаний, полученных от расходомера Кориолиса.

Сравнение величины первой плотности с величиной второй плотности может включать определение процентной разницы между величиной первой плотности и величиной второй плотности. В некоторых вариантах исполнения на основании несовместимости может быть определено, что в измерителе содержания воды существует ошибка, или на основании несовместимости может быть определено, что существует ошибка в расходомере Кориолиса. Вследствие этой несовместимости может быть определено, что по меньшей мере одна из назначенных плотностей - назначенная плотность нефти или назначенная плотность воды - является неточной. В течение первого временного периода мультифазная текучая среда может быть только жидкостью. Определение на основании сравнения, что первая величина и вторая величина являются несовместимыми одна с другой, может включать определение того, что процентная разница между первой величиной и второй величиной превышает порог. Этот порог может составлять около 5%.

В другом общем аспекте система содержит измеритель содержания воды, сконфигурированный для приема текучей среды, и связанный с измерителем содержания воды расходомер Кориолиса. Расходомер Кориолиса сконфигурирован для приема текучей среды, при этом расходомер ориентирован так, что текучая среда протекает через расходомер Кориолиса сверху вниз.

Варианты исполнения могут включать в себя один или большее количество указанных далее признаков. Кроме того, система может включать в себя вычислительное устройство, сконфигурированное для определения того, что мультифазная текучая среда содержит две фазы в течение первого временного периода, определения первой величины параметра мультифазной текучей среды с использованием величины, измеренной расходомером Кориолиса в течение первого временного периода, определения второй величины параметра мультифазной текучей среды с использованием величины, измеренной посредством измерителя содержания воды в течение первого временного периода, сравнения первой величины со второй величиной и определения на основании этого сравнения, что первая величина и вторая величина являются несовместимыми одна с другой. Этим вычислительным устройством может быть процессор, включенный в передатчик, связанный с расходомером Кориолиса. Этим вычислительным устройством может быть процессор, включенный в компьютер потока, внешний относительно расходомера Кориолиса и измерителя содержания воды. В некоторых вариантах исполнения параметр может включать в себя плотность мультифазной текучей среды, при этом первая величина есть величина первой плотности, а вторая величина есть величина второй плотности. Вторая плотность может быть определена как

где ρ_о есть предполагаемая плотность нефти, ρ_w есть предполагаемая плотность воды,

δρ_wC=(ρ_m-ρ_о)/(ρ_w-ρ_о)×100% есть оценка содержания воды, а ρ_m есть первая плотность мультифазной текучей среды, измеренная расходомером Кориолиса.

Параметр может включать содержание воды мультифазной текучей среды, первая величина есть содержание воды, измеренное измерителем содержания воды, а вторая величина есть содержание воды, определенное с использованием показаний, считанных с расходомера Кориолиса.

Для сравнения величины первой плотности с величиной второй плотности вычислительное устройство может быть сконфигурировано для определения процентной разницы между величиной первой плотности и величиной второй плотности. В некоторых вариантах исполнения на основании несовместимости может быть определено, что в измерителе содержания воды существует ошибка. Кроме того, вычислительное устройство может быть сконфигурировано для определения на основании несовместимости, что в расходомере Кориолиса существует ошибка. Вычислительное устройство может быть дополнительно сконфигурировано для определения на основании несовместимости, что по меньшей мере одна из предполагаемых плотностей - предполагаемая плотность нефти или предполагаемая плотность воды неточна. Для определения на основе сравнения того, что первая величина и вторая величина несовместимы одна с другой, вычислительное устройство может быть сконфигурировано для определения превышения процентной разницы между первой величиной и второй величиной порогового уровня. Порог может составлять около 5%. В течение первого временного периода мультифазная текучая среда может быть просто жидкостью. Измеритель содержания воды может быть зондом жидкой фракции.

Реализации любого из вышеописанных механизмов может включать в себя способ или процесс, систему, расходомер или инструкции, сохраненные в устройстве памяти передатчика расходомера. Подробности конкретных исполнений приведены в следующем далее описании и сопроводительных чертежах. Другие признаки будут очевидны из нижеследующего описания, включая чертежи и пункты формулы изобретения.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1А представляет собой иллюстрацию расходомера Кориолиса с использованием изогнутой расходомерной трубки.

Фиг.1В представляет собой иллюстрацию расходомера Кориолиса с использованием прямой расходомерной трубки.

Фиг.2 представляет собой блок-схему расходомера Кориолиса.

Фиг.3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую работу расходомера Кориолиса по фиг.2.

Фиг.4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую механизм определения потоковых скоростей жидкости и газа для двухфазного потока.

Фиг.5А представляет собой блок-схему расходомера Кориолиса.

Фиг.5В представляет собой схему реализации системы по фиг.5А.

Фиг.6 представляет иллюстрацию другого варианта исполнения системы по фиг.5А.

Фиг.7 и 8 показывают примерные процессы для определения существования несовместимости между расходомером Кориолиса и измерителем содержания воды.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Типы расходомеров включают цифровые расходомеры. Например, патент США 6311136, который включен в настоящее описание в качестве ссылки, раскрывает использование цифрового расходомера и относящейся к нему технологии, включающей использование аппаратуры для обработки и измерения сигналов. Такие цифровые расходомеры могут производить очень точные измерения с малым или пренебрежимо малым шумом и могут быть способными обеспечивать широкий диапазон как положительного, так и отрицательного усиления в схеме привода для работы трубопровода. Таким образом, такие цифровые расходомеры являются предпочтительными во множестве установок. Например, патент США 6505519 (заявитель), который включен сюда в качестве ссылки, раскрывает использование усиления широкого диапазона и/или использование отрицательного усиления для предотвращения остановки потока, а также для более точного выполнения управления расходомерной трубкой даже при сложных условиях, таких как двухфазный поток (например, поток, содержащий смесь жидкости и газа).

Хотя цифровые расходомеры специально обсуждаются далее, например, применительно к фиг.1 и 2, следует понимать, что существуют также и аналоговые расходомеры. И хотя аналоговым расходомерам по сравнению с цифровыми расходомерами присущи типичные недостатки аналоговых схем, например низкая точность и высокий шум в измерениях, они также могут быть совместимыми с различными описываемыми здесь способами и вариантами исполнения. Таким образом, в нижеследующем описании термин "расходомер" или "измеритель" используется для обозначения любого типа устройства и/или системы, в которой система кориолисного расходомера использует различные системы управления и элементы, относящиеся к измерению массового расхода, плотности и/или других параметров материала или материалов, перемещающихся по расходомерной трубке или другому трубопроводу.

Фиг.1А представляет собой иллюстрацию цифрового расходомера, использующего изогнутую расходомерную трубку 102. Вообще говоря, изогнутый расходомер 102, как уже говорилось ранее, может быть использован для измерения одной или большего количества физических характеристик, например, (перемещающейся) текучей среды. На фиг.1А цифровой передатчик 104 обменивается сигналами датчика и привода с изогнутой расходомерной трубкой 102, таким образом, чтобы, соответственно, чувствовать осцилляцию изогнутой расходомерной трубки 102 и возбуждать эти осцилляции в изогнутой расходомерной трубке 102. Посредством быстрого и точного определения сигналов датчика и возбуждения цифровой передатчик 104, как говорилось ранее, обеспечивает быструю и точную работу изогнутой расходомерной трубки 102. Примеры цифрового передатчика 104, используемого с гнутым расходомером, приведены, например, в патенте США 6311136 (заявитель).

Фиг.1В представляет собой иллюстрацию цифрового расходомера, использующего прямую расходомерную трубку 106. Более подробно, на фиг.1В прямая расходомерная трубка 106 взаимодействует с цифровым передатчиком 104. Такая прямая расходомерная трубка работает подобно изогнутой расходомерной трубке 102 на концептуальном уровне и по сравнению с изогнутой расходомерной трубкой 102 имеет различные преимущества и недостатки. Например, прямая расходомерная трубка 106 может быть более легко наполнена и опустошена (полностью), чем изогнутая расходомерная трубка 102 - просто вследствие геометрии ее конструкции. Что касается работы, то изогнутая расходомерная трубка 102 может работать на частотах, например, 50-110 Гц, в то время как прямая расходомерная трубка 106 может работать на частотах, например, 300-1,000 Гц. Изогнутая расходомерная трубка 102 представляет расходомерные трубки, имеющие множество диаметров, которые могут работать при самых различных ориентациях, таких как вертикальная или горизонтальная ориентация.

Обратимся к фиг.2: показанный на ней цифровой массовый расходомер 200 включает в себя цифровой передатчик 104, один или большее количество датчиков 205 перемещения, один или большее количество приводов 210, расходомерную трубку 215 (которая может называться также трубопроводом и которая может быть представлена либо изогнутой расходомерной трубкой 102, либо прямой расходомерной трубкой 106 или расходомерной трубкой какого-либо иного типа). Цифровой передатчик 104 может быть реализован, например, с использованием одного или большего количества процессоров, процессора обработки цифрового сигнала (ПЦС), вентильной матрицы с эксплуатационным программированием, специализированной интегральной схемы, других программируемых логических или вентильных матриц или программируемых логических схем с процессорным ядром. Следует понимать, что, как описано в патенте 6311136, для работы приводов 210 в него могут быть включены связанные с ним цифро-аналоговые преобразователи, в то время как для преобразования сигналов датчика от датчиков 205 для использования их цифровым передатчиком 104 может быть использован аналогово-цифровой преобразователь.

Цифровой передатчик 104 производит измерение, например, плотности и/или массы потока, протекающего через расходомерную трубку 215 на основании по крайней мере сигналов, полученных от датчиков перемещения 205. Цифровой передатчик 104, кроме того, управляет приводами 210, которые возбуждают перемещение в расходомерной трубке 215. Это перемещение улавливается датчиками перемещения 205.

Измерение плотности материала, протекающего через расходомерную трубку, связано, например, с частотой перемещения расходомерной трубки 215, которая наводится в расходомерной трубке 215 движущей силой, исходящей от приводов 210, или с температурой расходомерной трубки 215. Аналогично, массовый поток через расходомерную трубку 215 связан с фазой и частотой перемещения расходомерной трубки 215, а также с температурой этой расходомерной трубки 215.

Температура расходомерной трубки 215, которая измеряется посредством датчика 220 температуры, влияет на некоторые характеристики расходомера, такие как его жесткость и размеры. Цифровой передатчик 104 может компенсировать эти температурные эффекты. Кроме того, на фиг.2 есть датчик давления 225, сообщающийся с передатчиком 104 и связанный с расходомерной трубкой 215, так что он может чувствовать давление проходящего по расходомерной трубке 215 материала. Следует понимать, что и давление текучей среды, входящей в расходомерной трубке 215 и падение давления по соответствующим точкам расходомера могут являться показателями определенного состояния потока. Кроме того, в то время как внешние температурные датчики могут быть использованы для измерения температуры текучей среды, эти датчики могут быть использованы дополнительно к внутреннему датчику расходомерной трубки, предназначенному для взятия температурных отсчетов при выполнении калибровок расходомерной трубки. Кроме того, некоторые расходомерные трубки используют множественные температурные датчики для целей коррекции измерений с учетом эффекта разностной температуры между рабочей текучей средой и окружением (например, поверхностной температуры корпуса расходомера). Как далее поясняется более подробно, одним из потенциальных применений результатов измерения входной температуры и давления текучей среды является вычисление на основе предопределенных формул действительных плотностей жидкости и газа в двухфазном потоке.

Зонд 230 жидкой фракции обозначает устройство для измерения объемной фракции жидкости, например воды, когда жидкость в расходомерной трубке 215 включает в себя воду и другую текучую среду, такую как нефть. Конечно, такой зонд или подобные зонды могут быть использованы для измерения объемной фракции текучей среды, отличной от воды, если такое измерение является предпочтительным или если жидкость не содержит воду. В нижеследующем описании в качестве примера обычно предполагается, что измеряемой жидкостью является вода, так что зонд 230 жидкой фракции обычно называется зондом 230 водяной фракции или зондом 230 содержания воды.

Датчик 235 «полых» фракций измеряет процент материала в расходомерной трубке 215, который имеет газообразную форму. Например, протекающая через расходомерную трубку 215 вода может содержать газ, возможно, в форме пузырьков. Такое состояние, при котором протекающий через расходомерную трубку 215 материал содержит более одного материала, обычно называют "двухфазным потоком". В частности, термин "двухфазный поток" может относиться к жидкости и газу, однако "двухфазный поток" может также относиться и к другим комбинациям материалов, таким как две жидкости (например, нефть и вода). Для измерения «полых» газообразных фракций в двухфазном потоке жидкости и газа (где «полая» газообразная фракция может рассматриваться как выраженная, например, в процентах объемная пропорция газа в смеси) существуют различные механизмы, представленные в общем виде на фиг.2 датчиком 235 «полой» фракции. Например, существуют различные датчики или зонды, которые могут быть введены в поток для определения «полых» газообразных фракций. Другим примером является трубка Вентури (то есть трубка с зауженным "горлышком", которая определяет давление и скорость потока посредством измерения разностного давления, созданного в этом "горлышке" при прохождении через трубку текучей среды), которая на основании того факта, что через зауженность газ обычно движется с большей скоростью, чем жидкость, может использоваться для определения градиента давления, что тем самым позволяет определить «полую» газообразную фракцию.

Измерения «полых» газообразных фракций могут быть получены с использованием оборудования, расположенного полностью внешне относительно расходомерной трубки. Например, для определения «полых» газообразных фракций могут выполняться звуковые измерения. В качестве конкретного примера такой системы, построенной на звуковых измерениях, может быть приведена система контроля «полых» газообразных фракций "SONARtracTM", выпускаемая компанией "CiDRA Corporation" в гор. Валлингфорд (Wallingford), шт. Коннектикут.

В данном описании количество газа в протекающей текучей среде, измеренное датчиком «полой» фракции, или полученное иным способом, может называться "полой фракцией" или α, и оно определяется как α = объем газа/общий объем = объем газа/(объем жидкости + объем газа). Соответственно, величина, которая называется здесь жидкой фракцией, определяется как 1-α.

Во многих задачах, в которых требуется производить измерения массового расхода, полая фракция потока может доходить до 20, 30, 40% и более. Однако при очень малых величинах полых фракций, составляющих 0,5%, основная теория, на которой основано действие кориолисового расходомера, становится менее пригодной. Кроме того, присутствие газа в потоке текучей среды также может влиять как на действительную, так и на измеренную величину плотности потока текучей среды, что обычно приводит к тому, что и измерение плотности, и считанный результат получается ниже, чем в случае, если бы текучая среда содержала бы только жидкую компоненту. То есть следует понимать, что плотность ρ_liquid жидкости, протекающей сама по себе по расходомерной трубке, будет выше, чем действительная плотность ρ_true двухфазного потока, содержащего жидкость и газ, поскольку в двухфазном потоке плотность газа (то есть воздуха) обычно ниже плотности жидкости (то есть воды). Другими словами, при добавлении газа в поток жидкости, который ранее содержал только жидкость, наблюдается падение плотности.

Отвлекаясь от этого физического явления, расходомер Кориолиса, измеряющий двухфазный поток текучей среды, может выдавать отсчет плотности ρ_apparent, который является непосредственной мерой объемной плотности этого двухфазного потока (например, комбинации воды и воздуха). Это первичное измерение ρ_apparent обычно будет отличным от действительной объемной плотности ρ_true двухфазного потока (оно будет меньше). Например, используемая расходомерной трубкой резонансная частота может быть той, которая необходима для ситуации, в которой присутствует только жидкостная компонента, но вследствие относительного перемещения газа в потоке текучей среды, что является причиной затушевывания признаков инерционности в расходомерной трубке (то есть приводит к тому, что в только жидкостном потоке сила инерции уменьшается по сравнению с тем, что должно было бы ожидаться), отсчет измерения плотности может быть более низким.

Следует понимать, что многие обычные расходомеры существующего уровня техники и не сталкивались с этой проблемой, поскольку большинство таких расходомеров не могли продолжать работать (то есть останавливались или давали неверные измерения) даже при малейшем наличии величинах полых фракций.

Патент США № 6505519, который ранее включен в описание в качестве ссылки, раскрывает, что такое отклонение плотности ρ_apparent (то есть указанного показания объемной плотности двухфазного потока, которое выдается расходомером Кориолиса) от плотности ρ_true (то есть действительной объемной плотности двухфазного потока) может быть объяснено различными способами. В результате измеренная плотность ρ_apparent может быть скорректирована для получения действительной объемной плотности ρ_corrected, которая, по крайней мере, приблизительно, равна ρ_true. В некоторой степени подобным же образом измеренная кориолисовым расходомером указанная объемная массовая потоковая скорость MF_apparent (то есть массовая потоковая скорость всего двухфазного потока) может быть отлична на предсказуемую или объяснимую величину от действительной объемной массовой потоковой скорости MF_true. Следует понимать, что механизм для получения скорректированной объемной массовой потоковой скорости MF_true может быть иным, чем механизм для получения скорректированной плотности. Например, в патенте США № 6505519 описываются различные способы коррекции измеренной величины MF_apparent для получения действительной величины MF_true (или, по крайней мере, величины MF_corrected).

Далее более подробно обсуждаются примеры механизмов коррекции величин ρ_apparent и MF_apparent, которые описаны также в патентах США №№ 7059199 и 7188534, включенных в настоящее описание в качестве ссылок. Вообще говоря, хотя цифровой передатчик - см. фиг.2 - показан как содержащий систему 240 коррекции плотности, которая имеет доступ к базе данных 245 коррекции плотности, а также систему 250 коррекции скорости массового расхода, которая имеет доступ к базе данных 255 коррекции скорости массового расхода. Как более подробно показано далее, базы данных 245 и 255 могут содержать, например, коррекционные алгоритмы, которые были выведены теоретически или получены эмпирическим путем, или таблицы коррекции, которые содержат скорректированные величины плотности или массового расхода для заданного набора входных параметров. Кроме того, базы данных 245 и 255 могут хранить большое количество информации других типов, которая может быть полезна для выполнения коррекции плотности или массового потока. Например, база данных коррекции плотности может содержать ряд значений ρ_liquid, соответствующих конкретным жидкостям, например воде или нефти.

Далее, показанная на фиг.2 система 260 определения и коррекции «полой» фракции предназначена для определения «полой» фракции двухфазного потока, включающего в себя жидкость и газ. Например, в одном варианте исполнения система 260 определения и коррекции «полой» фракции может определять действительную «полую» фракцию α_true на основании величины скорректированной плотности ρ_corrected. В другом варианте исполнения система 260 определения и коррекции «полой» фракции может вводить наблюдаемое или указанное измерение «полой» фракции, полученное датчиком 235 «полых» фракций, а также может корректировать это измерение на основании погрешности определения этих параметров подобно вышеописанной технике получения плотности и массового расхода. В другом варианте исполнения датчик 235 «полых» фракций может быть предназначен для непосредственного измерения действительной «полой» фракции α_true, и в этом случае система 260 определения и коррекции «полой» фракции просто вводит это измерение.

По окончании определения коэффициентов ρ_corrected, MF_corrected и α_corrected и, возможно, совместно с другими известными или получаемыми величинами, система 265 определения массовой потоковой скорости компонентов потока может работать на одновременное определение массовой потоковой скорости для компонентов жидкой фазы и массовой потоковой скорости для компонентов газовой фазы. То есть при этом передатчик 104 работает на определение отдельных потоковых скоростей компонентов потока MF_iquid и MF_gas, в отличие от просто определения объемной потоковой скорости комбинированного или общего двухфазного потока MF_true. Хотя, как уже только что говорилось, такие измерения могут быть выполнены и/или выданы одновременно, они также могут быть выполнены по отдельности или независимо одно от другого. Как только компоненты потоковых скоростей MF_liquid и MF_gas будут определены описанным ранее в общих чертах способом, эти начальные определения могут быть улучшены посредством процесса, который основан на поверхностных скоростях этих компонентов потока, скоростях проскальзывания между этими компонентами и/или на идентифицированном режиме потока. Таким образом, могут быть получены улучшенные значения для потоковых скоростей MF_liquid и MF_gas или же - при изменении скоростей этих потоков - могут быть получены со временем.

Упомянутые здесь поверхностные скорости представляют собой такие скорости, которые были бы в том случае, когда та же самая массовая потоковая скорость данной фазы имела бы место при прохождении по расходомерной трубке 215 однофазового потока. Система 270 определения/коррекции поверхностной скорости включена в передатчик 104, например, для определения видимой или скорректированной поверхностной скорости газа или жидкости в двухфазном потоке. Скорости проскальзывания относятся к условию, при котором газовая и жидкостная фазы в двухфазном потоке имеют различные средние скорости. То есть средняя скорость газа AV_gas отлична от средней скорости жидкости AV_liquid. При этом фазовый сдвиг S может быть определен как S=AV_gas/AV_liquid.

"Режим потока" есть термин, который относится к характеристике способа, которым две фазы протекают через расходомерную трубку 215 относительно одна другой или относительно расходомерной трубки 215, и может быть выражен, по крайней мере, частично, в терминах только что определенных поверхностных скоростей. Например, один режим потока известен как "пузырьковый режим", при котором газ содержится в жидкости в виде пузырьков. Другим примером является "прерывистый режим", которым называется последовательность жидких "пробок" или "порций", разделенных относительно большими газовыми "карманами". Например, в вертикальном потоке газ в прерывистом режиме потока может занимать почти всю площадь поперечного сечения расходомерной трубки 215, так что получившийся поток представляет собой перемежающуюся смесь участков с высоким содержанием жидкости и высоким содержанием газа. Известно также, что существуют другие режимы потока, которые имеют некоторые определенные характеристики, включая, например, кольцевой режим, режим дисперсного потока, режим пенистого потока и другие.

Известно, что на существование конкретного режима потока влияет множество факторов, включая, например, наличие в потоке текучей среды «полой» газовой фракции, ориентацию расходомерной трубки 215 (то есть вертикальная или горизонтальная), диаметр расходомерной трубки 215, материалы, присутствующие внутри двухфазного потока, и скорости (относительные скорости) материалов внутри двухфазного потока. В зависимости от этих и других факторов в течение данного отрезка времени конкретный режим потока может быть переходным между несколькими режимами потока.

Информация о фазовом сдвиге может быть определена, по крайней мере, частично, из знания типа режима. Например, в пузырьковом режиме потока, полагая, что пузырьки распределены равномерно, между фазами может быть лишь небольшое относительное движение. Если бы пузырьки собирались и соединялись, образуя менее равномерное распределение газовой фазы, между этими фазами имело бы место некоторое проскальзывание, причем газ стремился бы "пробиваться" сквозь жидкостную фазу. В фиг.2 включена система 275 определения режима потока, которая имеет доступ к базе данных 280 карт режима потока. Таким образом, информация о существующем режиме потока, включая информацию о фазовом сдвиге, может быть получена, сохранена и открыта для доступа с целью использования для одновременного определения массовых потоковых скоростей жидкости и газа внутри двухфазного потока.

Следует понимать, что показанные на фиг.2 различные компоненты цифрового передатчика 104 находятся во взаимной связи друг с другом, хотя для большей ясности рисунка некоторые связи явно не показаны. Кроме того, следует также понимать, что на фиг.2 не показаны обычные компоненты цифрового передатчика 104, - предполагается, что они либо присутствуют внутри цифрового передатчика 104, либо к ним имеется доступ. Например, цифровой передатчик 104 обычно содержит системы измерения (объемной) плотности и массовой потоковой скорости, а также схемы управления для управления приводом 210.

Фиг.3 представляет собой блок-схему 300, иллюстрирующую работу расходомера Кориолиса по фиг.2. Более конкретно, фиг.3 иллюстрирует механизмы, посредством которых расходомерная трубка 200 по фиг.2 выполняет одновременное определение потоковых скоростей MF_iquid и MF_gas для двухфазного потока. На фиг.3 определено, что в расходомерной трубке 215 (302) существует двухфазный поток газ - жидкость. Это может быть сделано, например, оператором во время конфигурации массового расходомера/денситометра для газо-жидкостного потока. В качестве другого примера этот определение может быть выполнено автоматически посредством использования способности расходомера Кориолиса определять наличие состояния двухфазного газо-жидкостного потока. В последнем случае такой механизм более подробно описан, например, в патенте США № 6311136 и в патенте США № 6505519, введенных ранее в данное описание в качестве ссылки.

После установления существования двухфазного потока устанавливается скорректированная объемная плотность ρ_corrected посредством системы 240 коррекции плотности с использованием базы данных 245 коррекции плотности передатчика 104. То есть указанная плотность ρ_apparent корректируется и получается ρ_corrected. Способы выполнения этой коррекции более подробно описываются ниже. Когда определена плотность ρ_corrected, посредством системы 260 определения и коррекции «полой» фракции может быть определена (306) скорректированная «полая» газовая фракция α_corrected. Кроме того, с помощью системы 250 коррекции скорости массового расхода определяется (308) скорректированный объемный массовый расход MF_corrected. Как и в случае с плотностью, механизм получения скорректированной «полой» фракции α_true и массового расхода MF_corrected более подробно обсуждаются ниже.

Из приведенной на фиг.3 блок-схемы 300 следует понимать, что определения величин ρ_corrected, α_corrected и MF_corrected может производиться несколькими последовательностями. Например, в одном варианте исполнения скорректированная величина «полой» фракции α_corrected определяется на основании ранее вычисленной плотности ρ_corrected, в то время как скорректированный массовый расход MF_corrected определяется на основании α_corrected. В другом варианте исполнения величины α_corrected и ρ_corrected могут быть вычислены независимо одна от другой, и величины ρ_corrected и MF_corrected также могут быть вычислены независимо одна от другой.

После того, как станут известными скорректированная плотность ρ_corrected, скорректированная «полая» фракция α_corrected и скорректированная массовая потоковая скорость MF_corrected, с помощью системы 265 определения массовой потоковой скорости компонентов потока определяются (310) массовые потоковые скорости газовых и жидкостных компонентов. Механизмы определения потоковых скоростей жидкостных и газовых компонентов более подробно обсуждаются ниже со ссылкой на фиг.4.

Будучи определены, потоковые скорости жидкостных и газовых компонентов могут быть выведены (312) на дисплей или выведены иным образом для использования оператором расходомерной трубки. Таким образом, оператору поставляется, возможно, одновременно, информация и о массовом потоковой скорости жидкости MF_liquid, и о массовой потоковой скорости газа MF_gas двухфазового потока.

В некоторых примерах этого определения может быть достаточно (314), и в таком случае выдача на выход потоковых скоростей жидкостных/газовых компонентов завершает технологический маршрут. Однако в других вариантах исполнения определение потоковых скоростей отдельных компонентов может быть улучшено посредством разложения информации, например, о поверхностных скоростях жидкостных/газовых компонентов, о потоковом режиме (режимах), и о фазовом сдвиге между компонентами, если он существует.

В частности, поверхностные скорости газа и жидкости SV_gas и SV_liquid определяются нижеуказанным образом. Поверхностная скорость газа SV_gas определяется как:

SV_gas=MF_gas/(ρ_gas×AT), (1)

где величина AT представляет площадь поперечного сечения расходомерной трубки 215, которая может быть взята в той точке, в которой измерена «полая» фракция потока.

Подобным же образом, поверхностная скорость жидкости SV_liquid определяется как:

SV_liquid=MF_liquid/(ρ_liquid×AT), (2)

Как показано в уравнениях 1 и 2, определение поверхностных скоростей в этом контексте основывается на более раннем определении величин MF_gas и MF_iquid. Следует понимать, что из вышеприведенного описания и из фиг.3, что величины MF_gas и MF_iquid представляют собой скорректированные или истинные массовые потоковые скорости MF_gas ^corrected и MF_iquid ^corrected, поскольку эти коэффициенты вычислены на основании величин α_true, ρ_true и MF_true. В результате поверхностные скорости SV_gas и SV_iquid представляют собой скорректированные величины SV_gas ^corrected и SV_iquid ^corrected.

Далее, величины плотности ρ_liquid и ρ_gas относятся, как говорилось выше, к известным искомым плотностям жидкости и газа, которые могут быть сохранены в базе данных 245 коррекции плотности. Как более подробно показано ниже относительно способов вычисления скорректированной плотности ρ_corrected, величины плотностей ρ