Design af en råolie ultralydsflowmålersensor

indledning

På nuværende tidspunkt er et af de vanskelige problemer, man står over for ved udvinding af råolie i oliefelter, onlinemålingen af ​​den udvundne råolie. Hovedårsagen er, at sammensætningen af ​​råolie er meget kompleks. Råolien indeholder olie, vand, gas og andre urenheder. Det er en flerfaset og kompleks væske, og enkeltbrønds råolie flyder med mellemrum, så generelle ultralydsflowmålere kan ikke opfylde kravene. Dette papir designer et målesystem baseret på ultralydsbølgekorrelationsflowberegning, som løser problemet med berøringsfri onlinemåling af råolie.

Princippet for ultralydsflowmåler

Korrelationsmetoden bruger relaterede teknikker til at måle væskeflow. Målenøjagtigheden af ultrasonisk flowmåler transducer har intet at gøre med lydens hastighed i væsken, og målenøjagtigheden er høj. Den er velegnet til måling af flerfaset flow og stor interferensvæske. Når væsken strømmer i rørledningen, hvis den indeholder andre urenheder, vil der være en række tilfældige forstyrrelser indeni, som vil generere strømningssignaler relateret til strømningsforholdene og have visse statistiske karakteristika. Strukturen af ​​korrelationsmetodens flowmåler er vist to sæt ultralydstransducere og -modtagende transducere, og L er afstanden mellem opstrømstransduceren og nedstrømstransduceren. Når ultralydssignalet passerer gennem rørledningen, vil ultralydssignalet blive moduleret af støjen i væsken. Det modulerede ultralydssignal indeholder informationen om væskehastighedsfeltet. Ultralydssignalet analyseres for at udtrække strømningssignalet A(t) og B(t) og udføre korrelationsoperationer på A(t) og B(t).

2 Enkeltbrønds råolie ultralydsrelateret flowmålesystemstruktur

Enkeltbrønds flowmålesystemet er hovedsageligt sammensat af tre dele: gas-væske-separation forbehandling, ultralydsdetektion og signalbehandling. De tre dele analyseres separat nedenfor.

2.1 Gas-væske-separation forbehandlingsdel

Strukturen af ​​forbehandlingsdelen er vist. Funktionen af ​​forbehandlingsdelen er at udføre væske-gas-separation (den råolie, der pumpes af pumpeenheden, indeholder gas og andre urenheder ud over olieblandingen. Gassen vil medføre større fejl til oliemålingen, så olie Gas-væske-separationen skal udføres under måling); den anden er at løse problemet med fuld rørmåling under intermitterende strømning (den råolie, der pumpes ud hver gang, når pumpeenheden arbejder, er ikke ens, og den strømmer intermitterende, så olien i rørledningen måske ikke er fuld, eller Bring stor målefejl). Af disse grunde bør der udføres forbehandling før oliemålingen. Efter forbehandlingen passerer gas-væske-separationen og det oliefyldte rør gennem måleolierøret for at reducere målefejlen. Arbejdsprincippet er: råolien kommer ind i olielagertanken fra olieindløbet gennem sedimentationstanken, og olien og gassen adskilles i olielagertanken. Den separerede gas udsendes fra ventilen (udløbsventilen) på olielagertanken gennem gasrørledningen. Når olien når en vis højde, flyder den flydende kugle op for at åbne den nederste ventil (olieudløbsventil), og samtidig blokerer den øverste ventil gasporten for at opbygge tryk. Olien i olielagertanken strømmer til olieudløbet gennem målerørledningen under påvirkning af tryk. Når olielagertanken falder til et vist niveau, synker den flydende kugle for at blokere den nedre ventil og åbner den øvre ventil, så det gentagne arbejde fuldender gas-væske-separationen.

...

2.2 Ultralydstestdel

Detektionsdelen er hovedsageligt sammensat af to par ultralydssensorer. Detektering af ultralydssensorer sker ved at transmittere og modtage energi fra ultralydsbølger. Transducerens kerne (konvertering af ultralydsenergi til elektrisk energi eller omdannelse af elektrisk energi til ultralydsenergi. Reversibel transducer betyder, at de to former for Transducerens energi omdannes til hinanden). Almindelige ultralydstransducere inkluderer piezoelektriske krystalvibratorer, magnetostriktive vibratorer og så videre. Ultralydsbølger, der bruges til relaterede flowmålinger, har generelt to former: sinusbølge og pulsbølge. De relaterede flowmålere for pulseret ultralyd og sinusbølge integrerer hastighedsinformationen for tværsnittet af strømningsfeltet for at opnå strømningshastigheden. Dette design bruger en piezoelektrisk krystal ultralydssensor med en centerfrekvens på 200 kHz. For at overvinde påvirkningen af ​​stående bølger bruger ultralyd en faselåst sløjfepulssignalgenerator.

...

2.3 Signalbehandlingsdel

Signalbehandlingsdelen er hovedsageligt sammensat af en ultralydsmodtagetransducer. Signalbehandlingskredsløbet består af en modtagende transducer, et tre-trins forstærkerkredsløb, et filterkredsløb og et konvolutdetekteringskredsløb. Forforstærkeren er sammensat af MAX410 instrumentforstærkermodul, den sekundære forstærker og slutforstærker er sammensat af INA128 præcisions laveffekt instrumentforstærker; filterkredsløbet er et båndpasfilter sammensat af MAX275 analogt integreret filter, centerfrekvensen er 200 kHz, et lavpasfilter er dannet af TL14, og signalet efter detektion tages hovedsageligt ud. Envelope-detekteringskredsløbet er sammensat af en diode og en kondensator til dannelse af en spidsdetektor.

Den anden del er et dataopsamlings- og behandlingskredsløb sammensat af moduler. Dette kredsløb af ultralydsvandstrømssensor vælger TMS320F2812DSP-chippen fra TI Company. I det nuværende proceskontrolfelt er det den mest avancerede DSP-mikroprocessor. Sammenlignet med traditionelle single-chip mikrocomputere har den enestående ydeevne såsom stærke funktioner, rige ressourcer og lavt strømforbrug. Den har perfekt ydeevne og den bedste integrerede perifere grænseflade. Den integrerer flashhukommelse, højhastigheds A/D-konverter, højtydende CAN-modul osv.

Under måling udsender opstrøms og nedstrøms transmittertransducere højfrekvente ultralydsbølger. Når ultralydsbølgerne forplanter sig i væsken, vil flowsignalet modulere ultralydsbølgerne i amplitude, fase og frekvens. Det højfrekvente modulerede signal modtaget af transduceren modtages og filtreres. Efter demodulation og forstærkning opnås strømningssignalet og sendes til A/D-konverteren til dataindsamling, og den indsamlede information sendes til den relaterede behandling for at opnå væskens strømningshastighed.

3 Systemprogrammering

Softwaresystemet inkluderer initialisering, beregningsmodul, flowdisplay, afbrydelsesbehandlingsmodul og andre dele. Hovedprogrammets flowdiagram er vist. Efter at hovedprogrammet er initialiseret, går det ind i et loop-program for at behandle de samplede data og reagerer på eksterne A/D-afbrydelsesanmodninger, seriel kommunikationsafbrydelsesanmodninger og timer-afbrydelsesanmodninger til enhver tid. Bestemmelse af, om visningstidspunktet for flowhastigheden er nået. Hovedprogrammet reagerer på ovenstående afbrydelsesanmodninger og kalder hvert tilsvarende behandlingsprogram for at fuldføre dataindsamling og -behandling.

Initialisering er på den ene side at sætte arbejdsmiljøet i DSP'en op, og på den anden side at forberede den efterfølgende signalbehandling. Systeminitialiseringsprogrammet inkluderer den interne initialisering, der påvirker driften af ​​DSP-chip-CPU'en og den perifere initialisering, der påvirker arbejdet for hver perifer enhed, såvel som initialiseringen af ​​perifere programmerbare enheder (såsom A/D, D/A osv.), specifikt inklusive følgende funktioner: Indstil urgeneratoren, indstil timeren, åbning af afbrydelsesregistre osv.

Interrupt-behandlingsmodulet inkluderer tre interrupts: timer-interrupt-behandlingsmodulet bruges til at starte A/D-konverteren og styre samplingsfrekvensen, seriel kommunikationsafbrydelsesbehandlingsmodulet bruges til at kommunikere med den øverste computer, og A/D-interruptbehandlingsmodulet bruges til at læse A/D-konverteren prøver dataene, og dets flowdiagram er vist.

 Displaymodulet opdaterer måleren regelmæssigt for at vise den øjeblikkelige flowværdi og den kumulative flowværdi. Systembehandlingsprocessen er at indstille tidsperioden, timeren genererer en afbrydelse, denne afbrydelse starter A/D-konverteren, efter konverteringen anmoder A/D-konverteren DSP'en om at læse dataafbrydelsen, og DSPD-forespørgslen reagerer på A/D-omformeren, der kalder afbrydelsen/afbrydelsen. modul, læs de samplede data og send dem til databufferen. Da væsken flyder intermitterende, efter at DSP'en har modtaget N-punktsdataene for opstrøms- og nedstrømssignalerne, udfører den fourier-analyse på dataene for at bestemme, om væsken strømmer. Hvis det flyder, kaldes beregningsprogrammet til at udføre relaterede operationer på de samplede data og finde de relaterede funktioner. Bestem transittiden T, og få den øjeblikkelige flowværdi og kumulative flowværdi i henhold til instrumentparametrene og temperaturkompensation, og gem resultatet i datalagerenheden til visning af displayinstrumentet.

I korrelationsflowmålingen er et af nøglespørgsmålene vedr messing ultralyds flowmålersensor er beregningsmetoden for korrelationsfunktionen, som kræver højhastigheds og nøjagtig gennemførelse af erhvervelsen af ​​et stort antal tilfældige moduleringssignaler, korrelationsintegrationsberegninger og peaksøgningen af ​​korrelationsfunktionen. Korrelationsfunktionsalgoritmen har hovedsageligt to slags polaritetsgentagelsesmetode og nulkrydsningsmetode. For at forbedre driftshastigheden anvender dette system korrelationsoperation i frekvensdomænet. Efter at inputdata er transformeret af FFT, kan korrelationsoperationen i frekvensdomænet opnås. Herefter kan korrelationsresultatet i tidsdomænet fås gennem IFFT, som kan bruges til peak search.

4 Konklusion

På basis af analyse af arbejdsforholdene for en enkelt brønd i oliefeltet og princippet om relaterede strømningsmålinger blev der designet en anordning, der var egnet til måling af enkelt brønd råolie. Felttesten har opnået gode resultater med en fejl på mindre end 2 %. Der er dog stadig følgende problemer: For det første svinger signalet meget, hvilket hovedsageligt har, at råolien indeholder gas og urenheder. Derfor er signalforskellen stor, og detektionskredsløbet skal øge AGC-kredsløbet. Den anden har svært ved at indstille korrektionskoefficienten. Forskellige brønde har forskelligt vandindhold og olieviskositet. Samtidig varierer oliens fluiditet meget ved forskellige temperaturer, så den skal justeres flere gange under forskellige miljøer. Korrektionsfaktoren medfører ulejlighed at bruge. For det tredje er fejlen relativt stor, når strømningshastigheden er lav. Det er disse områder, der skal forbedres i fremtidig forskning.