PL238514B1 - Method and measurement system of mass flow in drilling fluid and other two-phase systems - Google Patents

Method and measurement system of mass flow in drilling fluid and other two-phase systems Download PDF

Info

Publication number
PL238514B1
PL238514B1 PL412708A PL41270815A PL238514B1 PL 238514 B1 PL238514 B1 PL 238514B1 PL 412708 A PL412708 A PL 412708A PL 41270815 A PL41270815 A PL 41270815A PL 238514 B1 PL238514 B1 PL 238514B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
mass flow
measuring
analyzer
sensor
electrodes
Prior art date
Application number
PL412708A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL412708A1 (en
Inventor
Marcin Lackowski
Remigiusz Ornowski
Stanisław Żwan
Original Assignee
Instytut Masz Przeplywowych Im Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Instytut Masz Przeplywowych Im Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk filed Critical Instytut Masz Przeplywowych Im Roberta Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk
Priority to PL412708A priority Critical patent/PL238514B1/en
Publication of PL412708A1 publication Critical patent/PL412708A1/en
Publication of PL238514B1 publication Critical patent/PL238514B1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Sposób pomiaru przepływu masowego w płuczce wiertniczej i innych układach dwufazowych zawierający czujnik, przetworniki pomiarowe, analizator, polegający na tym, że w dwóch zespołach elektrod (4) i (5), za pomocą dwóch przetworników pomiarowych (6) i (7), mierzona jest pojemność analizowana w analizatorze (8), po czym po uwzględnieniu gęstości cieczy (1) i gazu (2), odległości (10) i pola przekroju korpusu (9) obliczany jest przepływ masowy układu dwufazowego. Układ pomiaru przepływu masowego w płuczce wiertniczej i innych układach dwufazowych zawierający czujnik, przetworniki pomiarowe, analizator, zbudowany jest w postaci dwóch zespołów elektrod (4) i (5) służących do pomiaru pojemności umieszczonych na zewnętrznej powierzchni korpusu czujnika (9), lub wewnątrz korpusu czujnika (9) w odległości (10), a wewnątrz korpusu czujnika (9) w kierunku (3) przepływa ciecz (1), która wraz z pęcherzami gazu (2) tworzy układ dwufazowy, przy czym zespoły elektrod (4) i (5) za pomocą przetworników pomiarowych (6) i (7) połączone są z analizatorem (8).A method of measuring mass flow in drilling mud and other two-phase systems containing a sensor, measurement transducers, and an analyzer, consisting in measuring in two sets of electrodes (4) and (5), using two measurement transducers (6) and (7), is the capacity analyzed in the analyzer (8), and then, after taking into account the density of the liquid (1) and gas (2), the distance (10) and the cross-sectional area of the body (9), the mass flow of the two-phase system is calculated. The mass flow measurement system in drilling mud and other two-phase systems, including a sensor, measurement transducers and an analyzer, is built in the form of two sets of electrodes (4) and (5) used to measure capacitance placed on the outer surface of the sensor body (9) or inside the body. sensor (9) at a distance (10), and inside the sensor body (9) in the direction (3) a liquid (1) flows, which together with gas bubbles (2) creates a two-phase system, with sets of electrodes (4) and (5 ) are connected to the analyzer (8) using measuring transducers (6) and (7).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest układ pomiaru masowego w płuczce wiertniczej i innych układach dwufazowych.The subject of the invention is a mass measurement system in drilling mud and other two-phase systems.

Znane jest rozwiązanie przepływomierzy o zmiennym przekroju, popularnie zwanych rotametrami. Mierzą one wydatek gazu, wypływającego do wolnej przestrzeni. Rezultat pomiaru odczytuje się ze skali, określając pozycję pływaka unoszonego przepływającym płynem. Wynik ten odniesiony jest do ustandaryzowanej temperatury i ciśnienia atmosferycznego. Aby wyznaczyć wydatek masy gazu konieczne jest uwzględnienie temperatury i ciśnienia barycznego w trakcie pomiaru. Ponadto przełożenie rezultatu na postać cyfrową jest trudne. Rotametry o zakresie pomiarowym spełniającym kryterium „małych wydatków gazu” są drogie i rzadko spotykane.There is a known solution of flow meters with a variable cross-section, popularly known as rotameters. They measure the flow of gas flowing into the free space. The result of the measurement is read from the scale, determining the position of the float lifted by the flowing fluid. This result is related to standardized temperature and atmospheric pressure. In order to determine the gas mass flow rate, it is necessary to take into account the temperature and barometric pressure during the measurement. Moreover, it is difficult to digitize the result. Rotameters with a measuring range meeting the criterion of "low gas flow" are expensive and rare.

Znane są również przepływomierze oparte o efekt przyspieszenia Coriolisa do wytworzenia siły proporcjonalnej do masowego natężenia przepływu. W tych przepływomierzach na ogół powoduje się powstanie pulsujących odkształceń sprężystych proporcjonalnie do siły Coriolisa wywołanej przepływem płynu poddanych następnie pomiarowi za pomocą czujników tensometrycznych, pojemnościowych lub indukcyjnych. Są one jednak przeznaczone głównie do pomiarów strumienia masy cieczy i nie spełniają wyżej określonego kryterium pomiaru „małych wydatków gazu”.Flow meters based on the Coriolis acceleration effect to produce a force proportional to the mass flow rate are also known. These flowmeters generally induce pulsating elastic strains proportional to the Coriolis force caused by the fluid flow which are then measured by strain gauges, capacitive or inductive sensors. However, they are mainly intended for mass flow measurements of liquids and do not meet the above-mentioned criterion for measuring "low gas flow".

Znane są również przepływomierze manometryczne (ciśnieniowe) oparte o pomiar spadku ciśnienia na elemencie spiętrzającym. Jako elementy spiętrzające stosuje się zwykle kryzy, dysze, itp. Niedogodnością większości znanych rozwiązań przepływomierzy manometrycznych jest ich nieliniowa charakterystyka. Ponadto, aby określić wydatek masy gazu należy uwzględnić, obok spadku ciśnienia na elemencie spiętrzającym, również temperaturę i ciśnienie gazu. Rezultatem tego jest niedogodność polegająca na konieczności wykonywania obliczeń uwzględniających wyniki pomiarów cząstkowych i zależności temperaturowej charakterystyki przepływomierza. Stopień skomplikowania obliczeń rośnie wraz z wymaganiami, co do dokładności końcowego rezultatu pomiaru.There are also known manometric (pressure) flow meters based on the measurement of the pressure drop on the weiring element. Usually, orifices, nozzles, etc. are used as damming elements. The disadvantage of most known solutions of manometric flow meters is their non-linear characteristics. Moreover, in order to determine the gas mass flow rate, the gas temperature and pressure should be taken into account in addition to the pressure drop across the damming element. The result is the inconvenience of having to perform calculations that take into account the results of partial measurements and the temperature dependence of the flowmeter characteristics. The complexity of the calculations increases with the requirements for the accuracy of the final measurement result.

Z polskiego opisu patentowego PL 168889 B1 znany jest oscylometryczny przepływomierz masowy z bezpośrednim pomiarem siły Coriolisa, zawierający, co najmniej jedną rurkę z kanałem płynowym połączoną z układem wzbudzenia drgań i sztywno zamocowaną w jarzmie. Jarzmo to stanowi równoważnię ułożyskowaną korzystnie sprężyście względem nieruchomego sztywnego korpusu podstawy w punkcie obrotu równoważni znajdującym się w osi symetrii całego układu mechanicznego. Do jarzma przymocowana jest jedna strona czujnika pomiaru siły, a druga strona tego czujnika przymocowana jest do nieruchomego korpusu podstawy.From the Polish patent specification PL 168889 B1 there is known an oscillometric mass flow meter with direct Coriolis force measurement, comprising at least one tube with a fluid channel connected to a vibration excitation system and rigidly fixed in the yoke. This yoke is a balance beam mounted preferably elastically in relation to the stationary rigid base body at the point of rotation of the balance sheet located in the axis of symmetry of the entire mechanical system. One side of the force sensor is attached to the yoke and the other side of the sensor is attached to the stationary body of the base.

Natomiast z polskiego opisu patentowego PL 215527 B1 znany jest masowy przepływomierz kapilarny pokazany na rys. 1, zwłaszcza do małych wydatków gazu oparty o pomiar spadku ciśnienia na elemencie spiętrzającym stanowiącym kapilarę.On the other hand, from the Polish patent specification PL 215527 B1 there is known a capillary mass flow meter shown in Fig. 1, especially for small gas flows, based on the measurement of the pressure drop on the capillary damming element.

Ponadto z polskiego opisu patentowego PL 198147 B1 znane jest urządzenie zawierające przepływomierz masowy umieszczony w torze przepływu strumienia substancji do generowania pierwszych sygnałów pomiaru prędkości masowego przepływu strumienia substancji, przy czym przepływomierz masowy jest przepływomierzem masowym Coriolisa i zawiera gęstościomierz. Korzystnie, interpreter/sterownik zawiera zespół obwodów elektrycznych do odbioru pierwszych sygnałów z przepływomierz Coriolisa i do wyznaczenia na podstawie tych sygnałów reprezentatywnej gęstości przepływu substancji. Korzystnie też, interpreter/sterownik zawiera zespół obwodów elektrycznych do określania entalpii przepływu substancji w oparciu o sygnał gęstościomierza.Moreover, from the Polish patent specification PL 198147 B1 there is known an apparatus comprising a mass flow meter arranged in the flow path of a substance stream for generating first signals to measure the mass flow velocity of a substance stream, the mass flow meter being a Coriolis mass flow meter and comprising a densimeter. Preferably, the interpreter / controller comprises a circuitry for receiving the first signals from the Coriolis flow meter and for determining a representative flow density of the substance based on these signals. Preferably, the interpreter / controller comprises circuitry for determining the enthalpy of substance flow based on the densimeter signal.

Istotą wynalazku jest układ pomiaru przepływu masowego w płuczce wiertniczej i innych układach dwufazowych zawierający czujnik, przetworniki pomiarowe, analizator, który zbudowany jest w postaci dwóch zespołów elektrod służących do pomiaru pojemności umieszczonych na zewnętrznej powierzchni korpusu czujnika, lub wewnątrz korpusu czujnika w odległości, a wewnątrz korpusu czujnika w kierunku przepływa ciecz, która wraz z pęcherzami gazu tworzy układ dwufazowy, przy czym zespoły elektrod i za pomocą przetworników pomiarowych i połączone są z analizatorem.The essence of the invention is the mass flow measurement system in drilling mud and other two-phase systems, containing a sensor, measuring transducers, an analyzer, which is constructed in the form of two sets of electrodes for measuring capacitance located on the outer surface of the sensor body, or inside the sensor body at a distance, and inside a liquid flows in the direction of the sensor body, which together with the gas bubbles form a two-phase system, where the electrode assemblies are connected to the analyzer by means of measuring transducers.

Układ przetwornika pomiarowego jest zbudowany w oparciu o układ przetwornika pojemnościowo-cyfrowego.The measuring transducer system is built on the basis of a capacitive-digital converter system.

Zaleta sposobu wynalazku polega na tym, że jest tani w wykonaniu, nie zaburza w żaden sposób przepływu układu dwufazowego, posiada dokładność wystarczająca do zastosowań przemysłowych.The advantage of the method of the invention is that it is cheap to implement, does not interfere with the flow of the two-phase system in any way, and has an accuracy sufficient for industrial applications.

Zaletą układu według wynalazku jest to, że jest prosty w konstrukcji, tani i niezawodny w działaniu, oraz odporny za zakłócenia zewnętrzne.The advantage of the system according to the invention is that it is simple in structure, cheap and reliable in operation, and resistant to external disturbances.

PL 238 514 B1PL 238 514 B1

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku w postaci schematu blokowego układu do pomiaru przepływu masowego w układach dwufazowych.The subject of the invention is shown in the drawing in the form of a block diagram of a system for measuring mass flow in two-phase systems.

Wynalazek ilustruje następujący przykład wykonania, nie stanowiący jego ograniczenia.The invention is illustrated by the following non-limiting embodiment.

Przepływomierz masowy pokazany na rysunku Fig. 1. zbudowany jest w postaci dwóch zespołów elektrod (4) i (5) umieszczonych na zewnętrznej powierzchni korpusu czujnika (9) w odległości (10). Wewnątrz korpusu czujnika (9) w kierunku (3) przepływa ciecz (1) która wraz z pęcherzami gazu (2) tworzy układ dwufazowy. W pierwszym zespole elektrod (4), za pomocą pierwszego przetwornika pomiarowego (6), mierzona jest pojemność zmieniająca się wraz ze zmianą procentowej zawartości cieczy (1) i gazu (2) w układzie dwufazowym.The mass flow meter shown in Fig. 1 is constructed in the form of two sets of electrodes (4) and (5) placed on the outer surface of the sensor body (9) at a distance (10). Inside the sensor body (9), a liquid (1) flows in the direction (3), which together with gas bubbles (2) form a two-phase system. In the first set of electrodes (4), the capacitance is measured by means of the first transducer (6), which changes with the change of the percentage of liquid (1) and gas (2) in a two-phase system.

Analogicznie w drugim zespole elektrod (5) umieszczonym w ściśle zdefiniowanej odległości (10) w kierunku przepływu cieczy (3), za pomocą drugiego przetwornika pomiarowego (7), również mierzona jest pojemność zmieniająca się wraz ze zmianą procentowej zawartości cieczy (1) i gazu (2) w układzie dwufazowym. Wyniki pomiarów pojemności z przetworników pomiarowych (6) i (7) są rejestrowane i analizowane w analizatorze (8). W wyniku operacji przeprowadzanych na bieżąco w analizatorze (8) otrzymujemy dwa przebiegi czasowe pojemności z układów elektrod (4) i (5), które to przebiegi poddawane są korelacji, dzięki czemu otrzymujemy czas w jakim układ dwufazowy potrzebuje na przebycie odległości (10) pomiędzy zespołami elektrod (4) i (5). Pozwala to na obliczenie prędkości przepływu układu dwufazowego, a po uwzględnieniu powierzchni przekroju korpusu czujnika (9) na obliczenie przepływu objętościowego układu dwufazowego. Ponieważ jednocześnie pomiar pojemności w układach elektrod (4) i (5) świadczy o zawartości procentowej faz możemy na tej podstawie obliczyć przepływ objętościowy każdej z faz. Niezależnie dokonany pomiar gęstości każdej z faz pozwala ostatecznie na obliczenie przepływu masowego zarówno układu dwufazowego, jak i przepływu masowego cieczy (1) i gazu (2) przez korpus czujnika (9).Similarly, in the second set of electrodes (5) placed at a strictly defined distance (10) in the direction of the liquid flow (3), by means of the second measuring transducer (7), the capacity is also measured, changing with the change of the percentage of liquid (1) and gas content. (2) in a two-phase system. The results of capacitance measurements from the measuring transducers (6) and (7) are recorded and analyzed in the analyzer (8). As a result of operations carried out on an ongoing basis in the analyzer (8), we obtain two time courses of capacitance from the electrode systems (4) and (5), which are subject to correlation, thanks to which we obtain the time in which the two-phase system needs to travel the distance (10) between electrode assemblies (4) and (5). This allows for the calculation of the flow velocity of the two-phase system, and after taking into account the cross-sectional area of the sensor body (9), for the calculation of the volumetric flow of the two-phase system. Since the measurement of capacitance in the electrode systems (4) and (5) at the same time shows the percentage of the phases, we can use this to calculate the volumetric flow of each of the phases. The independently performed density measurement of each of the phases allows the calculation of the mass flow of both the two-phase system and the mass flow of liquid (1) and gas (2) through the sensor body (9).

Indeks oznaczeńDesignation index

- przepływająca ciecz- flowing liquid

- pęcherze gazu zawarte w cieczy- gas bubbles contained in the liquid

- kierunek ruchu cieczy- the direction of movement of the fluid

- pierwszy zespół elektrod pomiarowych- the first set of measuring electrodes

- drugi zespół elektrod pomiarowych- the second set of measuring electrodes

- pierwszy przetwornik pomiarowy- the first measuring transducer

- drugi przetwornik pomiarowy- second measuring transducer

- analizator- analyzer

- korpus czujnika- sensor body

- odległość pomiędzy zespołami elektrod- the distance between the electrode assemblies

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowePatent claims 1. Układ pomiaru przepływu masowego w płuczce wiertniczej i innych układach dwufazowych zawierający czujnik, przetworniki pomiarowe, analizator, znamienny tym, że zbudowany jest w postaci dwóch zespołów elektrod (4) i (5) służących do pomiaru pojemności umieszczonych na zewnętrznej powierzchni korpusu czujnika (9), lub wewnątrz korpusu czujnika (9) w odległości (10), a wewnątrz korpusu czujnika (9) w kierunku (3) przepływa ciecz (1), która wraz z pęcherzami gazu (2) tworzy układ dwufazowy, przy czym zespoły elektrod (4) i (5) za pomocą przetworników pomiarowych (6) i (7) połączone są z analizatorem (8).1. Mass flow measurement system in drilling mud and other two-phase systems, including a sensor, measuring transducers, and analyzer, characterized by the fact that it is constructed in the form of two sets of electrodes (4) and (5) for measuring the capacitance located on the outer surface of the sensor body ( 9), or inside the sensor body (9) at a distance (10), and inside the sensor body (9) in the direction (3) a liquid (1) flows, which together with gas bubbles (2) form a two-phase system, the electrode assemblies (4) and (5) are connected to the analyzer (8) by means of measuring transducers (6) and (7). 2. Układ według zastrz.2, znamienny tym, że układ przetwornika pomiarowego jest zbudowany w oparciu o układ przetwornika pojemnościowo-cyfrowego.The system according to claim 2, characterized in that the measuring transducer system is built on the basis of a capacitive-digital converter system.
PL412708A 2015-06-15 2015-06-15 Method and measurement system of mass flow in drilling fluid and other two-phase systems PL238514B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL412708A PL238514B1 (en) 2015-06-15 2015-06-15 Method and measurement system of mass flow in drilling fluid and other two-phase systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL412708A PL238514B1 (en) 2015-06-15 2015-06-15 Method and measurement system of mass flow in drilling fluid and other two-phase systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL412708A1 PL412708A1 (en) 2016-12-19
PL238514B1 true PL238514B1 (en) 2021-08-30

Family

ID=57542478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL412708A PL238514B1 (en) 2015-06-15 2015-06-15 Method and measurement system of mass flow in drilling fluid and other two-phase systems

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL238514B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL412708A1 (en) 2016-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10209112B2 (en) Apparatus and method for detecting asymmetric flow in vibrating flowmeters
US3251226A (en) Apparatus for measuring mass flow and density
CA2833329C (en) Nuclear magnetic flow meter and method for operation of nuclear magnetic flow meters
KR101868375B1 (en) Detection of a change in the cross-sectional area of a fluid tube in a vibrating meter by determining a lateral mode stiffness
US9976890B2 (en) Vibrating flowmeter and related methods
EP3164679B1 (en) Fluid momentum detection method and related apparatus
Groenesteijn et al. Towards nanogram per second coriolis mass flow sensing
US20090205438A1 (en) Magneto-inductive flow rate meter
RU2359247C1 (en) Density metre-flow metre for liquid and gaseous media
WO2016109073A1 (en) Ultrasonic viscometer
JP2018534580A (en) Tapered tube area flowmeter using magnetostrictive distance measurement
CN204027613U (en) Electromagnetic flowmeter
RU72763U1 (en) DENSITY-FLOW METER OF LIQUID OR GAS MEDIA
RU2351900C2 (en) Rate-of-flow indicator of liquid mediums in pipelines
RU2488781C1 (en) Device for determining mass flow rate of fluid media
CN107478285B (en) Coriolis mass flowmeter
RU2299419C2 (en) Method and device for determining density of liquids
GB2614497A (en) Method and apparatus for measuring wet gas utilizing an augmented coriolis flow meter
Rajput et al. A Parametric Study of Stube Coriolis Mass Flow Meter
Hakvoort et al. Scaling down Coriolis-based mass flow rate sensing
HK1213043B (en) Improved detection of a change in the cross-sectional area of a fluid tube in a vibrating meter
PL215527B1 (en) Capillary mass flowmeter, preferably for the gas low outputs
PL412708A1 (en) Method and measurement system of mass flow in drilling fluid and other two-phase systems