Design av en råolje-ultrasonisk strømningsmålersensor

introduksjon

For tiden er et av de vanskelige problemene som står overfor ved utvinning av råolje i oljefelt online måling av den utvunnede råoljen. Hovedårsaken er at sammensetningen av råolje er svært kompleks. Råoljen inneholder olje, vann, gass og andre urenheter. Det er en flerfaset og kompleks væske, og enkeltbrønns råolje strømmer med jevne mellomrom, så generelle ultralydstrømmålere kan ikke oppfylle kravene. Denne artikkelen utformer et målesystem basert på ultralydbølgekorrelasjonsstrømberegning, som løser problemet med berøringsfri online måling av råolje.

Prinsippet for ultralydstrømningsmåler

Korrelasjonsmetoden bruker relaterte teknikker for å måle væskestrøm. Målenøyaktigheten til ultrasonisk strømningsmåler transduser har ingenting å gjøre med lydhastigheten i væsken, og målenøyaktigheten er høy. Den er egnet for måling av flerfasestrøm og stor interferensvæske. Når væsken strømmer i rørledningen, hvis den inneholder andre urenheter, vil det være en rekke tilfeldige forstyrrelser inne, som vil generere strømningssignaler relatert til strømningsforholdene og ha visse statistiske egenskaper. Strukturen til korrelasjonsmetodens strømningsmåler er vist to sett med ultralydsendere og -mottakende transdusere, og L er avstanden mellom oppstrømstransduseren og nedstrømstransduseren. Når ultralydsignalet passerer gjennom rørledningen, vil ultralydsignalet bli modulert av støyen i væsken. Det modulerte ultralydsignalet inneholder informasjonen om væskehastighetsfeltet. Ultralydsignalet analyseres for å trekke ut strømningssignalet A(t) og B(t), og utføre korrelasjonsoperasjoner på A(t) og B(t).

2 Enbrønns råolje-ultralydrelatert struktur for strømningsmålesystem

Enkeltbrønns strømningsmålingssystemet består hovedsakelig av tre deler: gass-væske separasjon forbehandling, ultralyddeteksjon og signalbehandling. De tre delene analyseres separat nedenfor.

2.1 Gass-væske separasjon forbehandlingsdel

Strukturen til forbehandlingsdelen er vist. Funksjonen til forbehandlingsdelen er å utføre væske-gass-separasjon (råoljen pumpet av pumpeenheten inneholder gass og andre urenheter i tillegg til oljeblandingen. Gassen vil gi større feil i oljemålingen, så oljen Gass-væske separasjonen må utføres under måling); det andre er å løse problemet med full rørmåling under periodisk strømning (råoljen som pumpes ut hver gang pumpeenheten fungerer er ikke lik, og den flyter med jevne mellomrom, slik at oljen i rørledningen kanskje ikke er full, eller Bring stor målefeil). Av disse grunner bør forbehandling utføres før oljemålingen. Etter forbehandling går gass-væskeseparasjonen og det oljefylte røret gjennom måleoljerøret for å redusere målefeilen. Arbeidsprinsippet er: råoljen kommer inn i oljelagertanken fra oljeinntaket gjennom sedimentasjonstanken, og oljen og gassen separeres i oljelagertanken. Den separerte gassen føres ut fra ventilen (utløpsventilen) på oljelagringstanken gjennom gassrørledningen. Når oljen når en viss høyde, flyter den flytende kulen opp for å åpne den nedre ventilen (oljeutløpsventilen), og samtidig blokkerer den øvre ventilen gassporten for å bygge opp trykk. Oljen i oljelagringstanken strømmer til oljeutløpet gjennom målerørledningen under påvirkning av trykk. Når oljelagringstanken synker til et visst nivå, synker den flytende kulen for å blokkere den nedre ventilen og åpner den øvre ventilen, slik at det gjentatte arbeidet fullfører gass-væske-separasjonen.

...

2.2 Ultralydtestdel

Deteksjonsdelen består hovedsakelig av to par ultralydsensorer. Deteksjonen av ultralydsensorer gjøres ved å sende og motta energi fra ultralydbølger. Transduserens kjerne (konvertering av ultralydenergi til elektrisk energi eller konvertering av elektrisk energi til ultralydenergi. Reversibel transduser betyr at de to formene for Transduserens energi omdannes til hverandre). Vanlige ultralydsvingere inkluderer piezoelektriske krystallvibratorer, magnetostriktive vibratorer og så videre. Ultralydbølger som brukes til relatert strømningsmåling har vanligvis to former: sinusbølge og pulsbølge. De relaterte strømningsmålerne for pulsert ultralyd og sinusbølge integrerer hastighetsinformasjonen til tverrsnittet av strømningsfeltet for å oppnå strømningshastigheten. Denne designen bruker en piezoelektrisk krystall ultralydsensor med en senterfrekvens på 200 kHz. For å overvinne påvirkningen av stående bølger, bruker ultralyd en faselåst sløyfepulssignalgenerator.

...

2.3 Signalbehandlingsdel

Signalbehandlingsdelen er hovedsakelig sammensatt av ultralydmottakende transduser. Signalbehandlingskretsen består av en mottakstransduser, en tre-trinns forsterkerkrets, en filterkrets og en konvoluttdeteksjonskrets. Forforsterkeren er sammensatt av MAX410 instrumentforsterkermodul, sekundærforsterkeren og sluttforsterkeren er sammensatt av INA128 presisjon laveffekts instrumentforsterker; filterkretsen er et båndpassfilter sammensatt av MAX275 analogt integrert filter, senterfrekvensen er 200 kHz, et lavpassfilter dannes av TL14, og signalet etter deteksjon tas hovedsakelig ut. Envelopedeteksjonskretsen er sammensatt av en diode og en kondensator for å danne en toppdetektor.

Den andre delen er en datainnsamlings- og prosesseringskrets sammensatt av moduler. Denne kretsen av ultrasonisk vannstrømssensor velger TMS320F2812DSP-brikken til TI Company. I det gjeldende prosesskontrollfeltet er det den mest avanserte DSP-mikroprosessoren. Sammenlignet med tradisjonelle enkeltbrikke mikrodatamaskiner har den enestående ytelse som sterke funksjoner, rike ressurser og lavt strømforbruk. Den har perfekt ytelse og det beste integrerte perifere grensesnittet. Den integrerer flash-minne, høyhastighets A/D-omformer, høyytelses CAN-modul, etc.

Under måling sender transduserne oppstrøms og nedstrøms ut høyfrekvente ultralydbølger. Når ultralydbølgene forplanter seg i væsken, vil strømningssignalet modulere ultralydbølgene i amplitude, fase og frekvens. Det høyfrekvente modulerte signalet mottatt av transduseren mottas og filtreres. Etter demodulering og forsterkning innhentes strømningssignalet og sendes til A/D-omformeren for datainnsamling, og den innsamlede informasjonen sendes til den relaterte behandlingen for å oppnå strømningshastigheten til fluidet.

3 Systemprogrammering

Programvaresystemet inkluderer initialisering, beregningsmodul, flytvisning, avbruddsbehandlingsmodul og andre deler. Hovedprogrammets flytskjema er vist. Etter at hovedprogrammet er initialisert, går det inn i et sløyfeprogram for å behandle de samplede dataene, og svarer på eksterne A/D-avbruddsforespørsler, seriell kommunikasjonsavbruddsforespørsler og timeravbruddsforespørsler når som helst. Bestemmer om visningstidspunktet for strømningshastigheten er nådd. Hovedprogrammet svarer på avbruddsforespørslene ovenfor og kaller hvert tilsvarende behandlingsprogram for å fullføre datainnsamling og behandling.

Initialisering er på den ene siden for å sette opp arbeidsmiljøet til DSP, og på den andre siden for å forberede den påfølgende signalbehandlingen. Systeminitialiseringsprogrammet inkluderer den interne initialiseringen som påvirker driften av DSP-brikken CPU og den perifere initialiseringen som påvirker arbeidet til hver perifer enhet, samt initialiseringen av perifere programmerbare enheter (som A/D, D/A, etc.), spesielt inkludert følgende funksjoner: stille inn klokkegeneratoren, stille inn timeren, åpne avbruddsregistrene osv.

Avbruddsbehandlingsmodulen inkluderer tre avbrudd: tidsavbruddsbehandlingsmodulen brukes til å starte A/D-omformeren og kontrollere samplingsfrekvensen, avbruddsbehandlingsmodulen for seriell kommunikasjon brukes til å kommunisere med den øvre datamaskinen, og A/D-avbruddsbehandlingsmodulen brukes til å lese A/D-omformeren prøver dataene, og flytskjemaet er vist i flytskjemaet.

 Displaymodulen oppdaterer måleren regelmessig for å vise den øyeblikkelige strømningsverdien og den kumulative strømningsverdien. Systembehandlingsprosessen er å stille inn tidsperioden, tidtakeren genererer et avbrudd, dette avbruddet starter A/D-omformeren, etter konverteringen ber A/D-omformeren DSP om å lese dataavbruddet, og DSPD-forespørselen svarer på A/D-avbruddet/avbruddsprosessen. modul, les samplede data og send dem til databufferen. Siden væsken strømmer intermitterende, etter at DSP mottar N-punktsdataene til oppstrøms- og nedstrømssignalene, utfører den Fourier-analyse på dataene for å bestemme om væsken strømmer. Hvis det flyter, kalles beregningsprogrammet for å utføre relaterte operasjoner på de samplede dataene og finne de relaterte funksjonene. Bestem transitttiden T, og få øyeblikkelig strømningsverdi og kumulativ strømningsverdi i henhold til instrumentparametrene og temperaturkompensasjon, og lagre resultatet i datalagringsenheten for visning av displayinstrumentet.

I korrelasjonsflytmålingen er en av nøkkelspørsmålene ved messing ultralyd flowmeter sensor er beregningsmetoden for korrelasjonsfunksjonen, som krever høyhastighets og nøyaktig fullføring av anskaffelsen av et stort antall tilfeldige modulasjonssignaler, korrelasjonsintegrasjonsberegninger og toppsøket av korrelasjonsfunksjonen. Korrelasjonsfunksjonsalgoritmen har hovedsakelig to typer polaritetsrepetisjonsmetode og nullkryssingsmetode. For å forbedre driftshastigheten bruker dette systemet korrelasjonsoperasjon i frekvensdomenet. Etter at inngangsdataene er transformert av FFT, kan korrelasjonsoperasjonen i frekvensdomenet oppnås. Da kan korrelasjonsresultatet i tidsdomenet fås gjennom IFFT, som kan brukes til toppsøk.

4 Konklusjon

På grunnlag av å analysere arbeidsforholdene til en enkelt brønn i oljefeltet og prinsippet for relatert strømningsmåling, ble en enhet egnet for enkeltbrønn-råoljemåling designet. Felttesten har gitt gode resultater med en feil på under 2 %. Imidlertid er det fortsatt følgende problemer: For det første svinger signalet sterkt, noe som hovedsakelig har at råoljen inneholder gass og urenheter. Derfor er signalforskjellen stor, og deteksjonskretsen må øke AGC-kretsen. Den andre har vanskeligheten med å sette korreksjonskoeffisienten. Ulike brønner har forskjellig vanninnhold og oljeviskositet. Samtidig varierer fluiditeten til oljen mye ved forskjellige temperaturer, så den må justeres flere ganger under forskjellige miljøer. Korreksjonsfaktoren medfører ulemper ved bruk. For det tredje er feilen relativt stor når strømningshastigheten er lav. Dette er områdene som skal forbedres i fremtidig forskning.