Устройство для контроля плотности и компонентного состава бурового раствора в трубопроводе

1. Устройство для контроля плотности и компонентного состава бурового раствора в трубопроводе, содержащее первый источник гамма-излучения в первом защитном блоке с коллиматором и первый детектор гамма-излучения, расположенные с противоположных сторон измерительного участка трубопровода, второй источник гамма-излучения, первую и вторую схемы формирования и выделения импульсов, первый и второй измерители средней частоты импульсов, вычислительный блок, индикаторный блок, причем вход первой схемы формирования и выделения импульсов соединен с выходом первого детектора, а выход схемы подключен к входу первого измерителя средней частоты импульсов, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, выход которого соединен с индикаторным блоком, а выход второй схемы формирования и выделения импульсов соединен с входом второго измерителя средней частоты импульсов, выход которого подключен к второму входу вычислительного блока, отличающееся тем, что дополнительно введены второй защитный блок с коллиматором для второго источника излучения, второй и третий детекторы, третья схема формирования и выделения импульсов, третий измеритель средней частоты импульсов, первая и вторая схемы сравнения сигналов, первая и вторая схемы НЕ, триггер адреса рабочего детектора, схема И управления электропитанием второго детектора, причем выход второго детектора соединен с входом второй схемы формирования и выделения импульсов, выход третьего детектора соединен с входом третьей схемы формирования и выделения импульсов, выход которой соединен с входом третьего измерителя средней частоты импульсов, выход которого подключен к третьему входу вычислительного блока и входам схем сравнения, выход первой схемы сравнения соединен через первую схему НЕ с нулевым входом триггера, а выход второй схемы сравнения подключен к единичному входу триггера и входу второй схемы НЕ, выход которой соединен с первым входом схемы И, второй вход которой подключен к общей шине управления электропитанием детекторов, выход схемы И соединен со входом управления электропитанием второго детектора, а прямой выход триггера подключен к четвертому входу вычислительного блока, причем второй и третий детекторы расположены вблизи друг друга с противоположной стороны измерительного участка трубопровода относительно второго источника излучения, который установлен вдоль трубопровода на фиксированном расстоянии L от первого источника излучения, а третий детектор расположен за экраном с заданным коэффициентом ослабления излучения второго источника.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина экрана h_э третьего детектора определяется предварительно из выражения:

где К - кратность ослабления излучения экраном для уменьшения интенсивности регистрируемого излучения третьим детектором по сравнению со вторым детектором;

_э - линейный коэффициент ослабления излучения второго источника в материале экрана;

а - коэффициент корректировки (для узкого пучка излучения а=1), а значение К определяется из соотношений:

n_3min=n_2min ; A=(0,8÷0,9),

где (n_2min÷ n_2max) - допустимый рабочий диапазон значений средней частоты импульсов со второго детектора;

n _2min, n_3min - минимальные значения средней частоты импульсов, соответственно, со второго и третьего детекторов, необходимые для измерения параметров раствора с заданной погрешностью за установленное время измерения (осреднения) сигнала;

n_2max - максимальное значение средней частоты импульсов со второго детектора, превышение которого приводит к появлению недопустимых искажений функции сигнала от параметров раствора из-за больших загрузок детектора.

3. Устройство по п.1 и 2, отличающееся тем, что в первой и второй схемах сравнения сигналов установлены значения первого n₃₁ и второго n₃₂ уровней срабатывания схем, которые определяются соотношениями:

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительный участок трубопровода выполнен в виде трубной вставки с фланцами для соединения с основным трубопроводом, а материал и толщина стенок вставки выбраны из условий меньшего ослабления излучения, чем в основном трубопроводе, и соответствия требованиям к рабочему давлению в трубопроводе.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фиксированное расстояние L между первым и вторым источниками излучения вдоль измерительного участка трубопровода выбирается минимальным при выполнении условия:

где n₂(И2) - частота импульсов со второго детектора от второго источника излучения;

n₂(И1) - частота импульсов со второго детектора от первого источника излучения;

- допустимое значение относительного вклада в сигнал со второго детектора от первого источника излучения при любом значении n₂.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что объемные концентрации с₁, с ₂, c₃ компонентов раствора определяются в вычислительном блоке из соотношений:

где

или

a₁₂=₁₂-₁₁; а₁₃=₁₃-₁₁; a₂₂=₂₂-₂₁; a₂₃=₂₃-₂₁;

₁₁, ₁₂, ₁₃ - линейные коэффициенты ослабления излучения первого источника, соответственно, в веществах первого, второго и третьего компонентов бурового раствора;

₂₁, ₂₂, ₂₃ - линейные коэффициенты ослабления излучения второго источника, соответственно, в веществах первого, второго и третьего компонентов бурового раствора;

h, h ₁, h₂, h₃ - общая толщина контролируемого раствора в трубопроводе и, соответственно, парциальные толщины компонентов раствора;

n ₁, n₂, n₃ - текущие значения средней частоты импульсов, соответственно, с первого, второго и третьего детекторов;

n ₀₁, n₀₂ - измеренные или расчетные значения средней частоты импульсов при отсутствии раствора в трубопроводе соответственно с первого и второго детекторов,

а плотность раствора _p вычисляется по формуле

_p=^.1c₁+^.2c₂+^.3c₃,

где ₁, ₂, ₃ - плотность жидкости и минеральные плотности компонентов твердой фазы.