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孔板流量计在油气井生产过程中的关头技术

作者: 来源: 公布时候:2018-04-14 09:46:19

    在孔板流量测量体系中, 孔板流量是测量精度的一个首要目标。三畅仪表介绍了孔板流量计的事情道理, 设想了一款以压电陶瓷为敏感质料的合用于孔板流量测量体系, 并在尝试室的摹拟环境下进行了多次实验, 成果表白该孔板探头适合利用于标准孔板流量监测体系中, 精度较高。
1弁言
    油气井生产过程中会伴随随砂粒、水、气泡等物质产生, 井下的温度、压力、粘度和导电率等身分也会影响测量精度, 是以, 从这一身分考虑则应当利用标准孔板流量计。由多普勒道理知:发出的超声波频次与观察者察看到的超声波频次因为存在相对活动而不合。超声波在此种流体中的传播途径会产生改变, 产生多普勒效应, 当流体运动时, 不产生多普勒频移, 所以没有零点漂移问题。
2孔板流量计探头事情道理
    孔板流量计体系设想有两个探头, 一个用于发射, 鼓励源供应给探头一个电振荡旌旗灯号, 使得探头的磁场产生转变, 机器振动体系产活泼力, 探头处于震惊状况。领受探头与发射探头相反, 发射探头促使与之打仗的介质也产朝气械振动, 经由过程流体的传播, 领受探头也处于震惊状况, 从而领受探头的磁场产生转变, 在探头的领受端产生一个电旌旗灯号。
    压电效应就是孔板流量计探头的事情道理。压电效应分为正压电效应和逆压电效应。当电介质遭到必然标的目标的外力感化时, 会产生极化征象, 即:在电介质的两端呈现正负相反的电荷, 当落空外力时, 此征象消逝, 电介质两端无电荷, 这类征象称为正压电效应, 且外力的年夜小与构成的电荷量成正比, 如图1所示。逆压电效应与之相反, 在电介质的两端加上电场, 电介质产生形变, 去失落电场时, 形变也同时消逝, 此为逆压电效应, 如图2所示。


图1 正压电效应

图1 正压电效应
 
图2 逆压电效应
图2 逆压电效应


 
发射探头构成的机器振动使得领受探头也处于震惊状况, 这就相当于给压电陶瓷一个压力, 同时探头就有电荷输入。电荷年夜小Q与感化力F之间的关系为
 
Q=dF(1)
 
d代表压电陶瓷的压力系数。
压电陶瓷可以看作为一个电容C, 则电容U、电压Q与电荷之间的关系为
 
Q=CU
 
由关系式 (1) 和 (2) 得


 
计算公式


 
所以, 压电陶瓷的压力系数与输入电压成正比, 压力系数越年夜, 探头的活络度越高, 输入电压越年夜。
3流量监测摹拟体系
3.1 摹拟体系布局及事情道理
三畅设想了一套用于测试该压电陶瓷传感器机能的流量监测摹拟体系, 如图3所示。


图3 流量监测模拟系统
图3 流量监测摹拟体系


 
此中1是循环桶;装有必然比例异化起来的石油和水;2是动力体系, 为体系循环供应动力;3是循环管道, 流体进步门路;4是超声波多普勒传感器, 发射和领受超声旌旗灯号;5是硬件电路, 措置体系中流体的流速信息并显现;6标准流量计, 测量此装配内的流体流量。
循环体系的动力上电后, 流体从油桶中流出, 经管道循环经由过程传感器和流量计后又流入油桶。装配中操纵压电陶瓷制作的超声波流量监测传感器, 装置在流体管道的两侧, 按照多普勒道理测试流体中的数据, 阐发传感器的活络度和体系的测试精度。
该体系装配操纵多普勒道理来测量管道内的流体的速率, 然后再按照流速与管道横截面积的关系从而获得流体的流量信息。流量的计较公式为


 
计算公式


 
此中D代表管道的内径, c代表超声波的波速。是以若获得了管道内径;孔板T发射的频次fT;孔板进入流体中的标的目标角θ与多普勒频差Δf便可计较出流体的流量Q年夜小。
3.2 旌旗灯号措置道理
旌旗灯号措置采取美国德州仪器 (TI) 公司研发的TMS320F2812芯片, 该芯片在C2000系列中性价比高、在产业上利用遍及。其12位16通道的高机能数模转换模块, 还可以实现双通道旌旗灯号同步采样服从, 并且它32位的高运算精度和150MIP的体系措置服从等服从模块使它特别合用于孔板测流体流量。CPU发出号令使探头驱动电路驱动压电陶瓷传感器发射超声波旌旗灯号, 由多普勒效应可知, 领受探头处领遭到的超声波旌旗灯号频次已产生改变, 并由旌旗灯号领受电路将领遭到的旌旗灯号传输给低噪声放年夜电路, 经解调电路产生差频旌旗灯号传输给DSP, 中心措置器对获得的差频旌旗灯号模数转换, 从而获得流体的流速与流量信息。本文设想的孔板流量旌旗灯号措置体系道理框图如图4所示。
 


图4 流量信号处理系统原理框图
 
 

4尝试成果与阐发
在上述摹拟体系环境下调剂动力机, 将油和水遵循必然的比例异化, 翻开动力循环体系充分搅拌, 待辖德澉量不变后, 将三畅仪表供应的孔板流量计探头接入测量装配中, 开端测量流体的流量, 察看并记录该频差法流量计的示数和浅显流量计的示数。尝试是在常温常压下进行的, 选用的油为32号矿物机器油, 水为自来水, 在不合油、水比例下多次实验获得以下的尝试数据:

表1 40Hz转速下得到的实验数据


表1所示数据是在动力机转速频次为40Hz, 循环体系中流体流量为3.584m3/h, 含水率别离为18.6%, 32.5%, 43.1%时测得的数据。此次实验中偏差zui年夜为0.53%, 偏差zui小时为0.03%, 在这三种油水比例9次实验中统共有3次尝试偏差为0.03%, 1次0.08%, 2次0.14%, 1次0.20%, 1次0.42%, 1次0.53%。偏差均匀值为0.1%摆布, 偏差相对较小。

表2 50Hz转速下得到的实验数据


表2所示数据是在动力机转速频次为50Hz, 循环体系中流体流量为4.415m3/h, 含水率别离为18.6%, 32.5%, 43.1%时测得的数据。此次实验中偏差zui年夜为0.54%, 偏差zui小时为0.05%。这9此尝试中有1次0.05%, 3次0.07%, 1次0.09%, 2次0.11%, 1次0.36%, 1次0.54%。偏差均匀值为0.1%摆布, 偏差相对较小。
成果表白:这六组18次尝试获得的数据与循环体系中流体的实在数据附近, 团体偏差在0.1%摆布, 偏差相对较小。是以该压电陶瓷探头可以用作孔板流量计的传感器, 在此摹拟体系的根本上可略加改进利用于油田现场。

相关保举:雷达液位计电磁流量计

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