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孔板流量计在油气井出产进程中的关头手艺

作者: 来历: 宣布时候:2017-04-14 09:46:19

    在孔板流量丈量体系中, 孔板流量是丈量精度的一个主要目标。三畅仪表先容了孔板流量计的任务道理, 设想了一款以压电陶瓷为敏感资料的合用于孔板流量丈量体系, 并在尝试室的摹拟情况下停止了屡次尝试, 成果标明该孔板探头合适操纵于规范孔板流量监测体系中, 精度较高。
1弁言
    油气井出产进程中会陪同有砂粒、水、气泡等物资发生, 井下的温度、压力、粘度和导电率等身分也会影响丈量精度, 是以, 从这一身分斟酌则应当操纵规范孔板流量计。由多普勒道理知:收回的超声波频次与察看者察看到的超声波频次因为存在绝对活动而差别。超声波在此种流体中的传布途径会发生转变, 发生多普勒效应, 当流体运动时, 不发生多普勒频移, 以是不零点漂移题目。
2孔板流量计探头任务道理
    孔板流量计体系设想有两个探头, 一个用于发射, 鼓励源供给给探头一个电振荡旌旗灯号, 使得探头的磁场发生变更, 机器振动体系发生能源, 探头处于震撼状况。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发生机器振动, 经由过程流体的传布, 领受探头也处于震撼状况, 从而领受探头的磁场发生变更, 在探头的领受端发生一个电旌旗灯号。
    压电效应便是孔板流量计探头的任务道理。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的的外力感化时, 会发生极化景象, 即:在电介质的两头呈现正负相反的电荷, 当落空外力时, 此景象消逝, 电介质两头无电荷, 这类景象称为正压电效应, 且外力的巨细与构成的电荷量成反比, 如图1所示。逆压电效应与之相反, 在电介质的两头加上电场, 电介质发生形变, 去掉电场时, 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撼状况, 这就相称于给压电陶瓷一个压力, 同时探头就有电荷输入。电荷巨细Q与感化力F之间的干系为
 
Q=dF(1)
 
d代表压电陶瓷的压力系数。
压电陶瓷能够看做为一个电容C, 则电容U、电压Q与电荷之间的干系为
 
Q=CU
 
由干系式 (1) 和 (2) 得


 
计较公式


 
以是, 压电陶瓷的压力系数与输入电压成反比, 压力系数越大, 探头的活络度越高, 输入电压越大。
3流量监测摹拟体系
3.1 摹拟体系布局及任务道理
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 流量监测摹拟体系
图3 流量监测摹拟体系


 
此中1是轮回桶;装有必然比例夹杂起来的煤油和水;2是能源体系, 为体系轮回供给能源;3是轮回管道, 流体进步途径;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, 处置体系中流体的流速信息并显现;6规范流量计, 丈量此装配内的流体流量。
轮回体系的能源上电后, 流体从油桶中流出, 经管道轮回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建造的超声波流量监测传感器, 装配在流体管道的两侧, 根据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丈量管道内的流体的速率, 而后再根据流速与管道横截面积的干系从而获得流体的流量信息。流量的计较公式为


 
计较公式


 
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的角θ与多普勒频差Δf便可计较出流体的流量Q巨细。
3.2 旌旗灯号处置道理
旌旗灯号处置接纳美国德州仪器 (TI) 公司研发的TMS320F2812芯片, 该芯片在C2000系列中性价比高、在产业上操纵普遍。其12位16通道的高机能数模转换模块, 还能够完成双通道旌旗灯号同步采样功效, 并且它32位的高运算精度和150MIP的体系处置功效等功效模块使它特别合用于孔板测流体流量。CPU收回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发生转变, 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缩小电路, 经解调电路发生差频旌旗灯号传输给DSP, 中间处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处置体系道理框图如图4所示。
 


图4 流量旌旗灯号处置体系道理框图
 
 

4尝试成果与阐发
在上述摹拟体系情况下调剂能源机, 将油和水根据必然的比例夹杂, 翻开能源轮回体系充实搅拌, 待体系流量不变后, 将三畅仪表供给的孔板流量计探头接入丈量装配中, 起头丈量流体的流量, 察看并记实该频差法流量计的示数和通俗流量计的示数。尝试是在常温常压下停止的, 选用的油为32号矿物机器油, 水为自来水, 在差别油、水比例下屡次尝试获得以下的尝试数据:

表1 40Hz转速下获得的尝试数据


表1所示数据是在能源机转速频次为40Hz, 轮回体系中流体流量为3.584m3/h, 含水率别离为18.6%, 32.5%, 43.1%时测得的数据。这次尝试中偏差zui大为0.53%, 偏差zui小时为0.03%, 在这三种油水比例9次尝试中统共有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, 偏差绝对较小。

表2 50Hz转速下获得的尝试数据


表2所示数据是在能源机转速频次为50Hz, 轮回体系中流体流量为4.415m3/h, 含水率别离为18.6%, 32.5%, 43.1%时测得的数据。这次尝试中偏差zui大为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, 偏差绝对较小。
成果标明:这六组18次尝试获得的数据与轮回体系中流体的实在数据附近, 全体偏差在0.1%摆布, 偏差绝对较小。是以该压电陶瓷探头能够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良操纵于油田现场。

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