一種原油超聲波相關(guān)流量計(jì)的設(shè)計(jì)
摘要:針對(duì)油田單井計(jì)量的困局,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種單井原油流量測量儀器。氣液分離預(yù)處理環(huán)節(jié)解決氣液分離和油液滿管通過計(jì)量油管,由兩對(duì)超聲波傳感器構(gòu)成的檢測環(huán)節(jié)解決非接觸測量,而由超聲波接收換能器和DSP構(gòu)成的信號(hào)處理環(huán)節(jié)解決快速在線計(jì)量,在軟件上運(yùn)用基于超聲波傳感器的相關(guān)算法解決測量精度?,F(xiàn)場測試表明,該流量計(jì)的計(jì)量誤差很小。其特點(diǎn)在于從硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面較好地解決了原油非接觸在線計(jì)量。
關(guān)鍵詞:超聲波;相關(guān)流量計(jì);預(yù)處理;檢測;DSP
0 引言
目前,在油田原油開采中面臨的一個(gè)困難問題就是對(duì)開采的原油進(jìn)行在線計(jì)量。主要原因是原油的成分非常復(fù)雜,原油中含油、水、氣和其他雜質(zhì),屬于多相復(fù)雜的流體,而且單井原油又是間歇流動(dòng),因此一般的流量計(jì)是無法滿足的。本文設(shè)計(jì)了基于超聲波相關(guān)流量計(jì)算的計(jì)量系統(tǒng),較好地解決了原油非接觸在線計(jì)量問題。
1 超聲波相關(guān)流量計(jì)原理
相關(guān)法利用相關(guān)技術(shù)測量流體流量。測量精度與流體中的聲速無關(guān),測量精度高,適用于多相流,干擾大的流體的測量。當(dāng)流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí),如果含有其他雜質(zhì),其內(nèi)部就存在著各種各樣的隨機(jī)擾動(dòng),從而產(chǎn)生了與流動(dòng)狀況有關(guān)的流動(dòng)信號(hào),并具有一定的統(tǒng)計(jì)特性。相關(guān)法流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。A,A’和B,B’是兩組超聲波發(fā)射和接收換能器,L為上游換能器和下游換能器之間的距離。當(dāng)超聲波信號(hào)穿過管道時(shí),超聲波信號(hào)會(huì)受到流體中噪聲的調(diào)制,調(diào)制后的超聲波信號(hào)中就包含了流體速度場的信息,對(duì)此超聲波信號(hào)進(jìn)行分析,提取與流動(dòng)狀況有關(guān)的流動(dòng)信號(hào)A(t)和B(t),且將A(t)和B(t)作相關(guān)運(yùn)算,得到相關(guān)函數(shù)RAB(τ):
該函數(shù)峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間位移為τ,就是流體從上游換能器傳遞到下游換能器的時(shí)間,即該系統(tǒng)中的傳遞時(shí)間(也稱渡越時(shí)間)。流速的計(jì)算公式為:
根據(jù)流速,進(jìn)而求得流量:
式中:D為管道的直徑。
2 單井原油超聲波相關(guān)流量測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
如圖1所示,單井流量測量系統(tǒng)主要由氣液分離預(yù)處理,超聲波檢測,信號(hào)處理三部分構(gòu)成。下面分別對(duì)這三部分進(jìn)行分析。
2.1 氣液分離預(yù)處理部分
預(yù)處理部分其結(jié)構(gòu)如圖2所示。預(yù)處理部分的功能一是進(jìn)行液氣分離(抽油機(jī)抽出的原油中除了油液混合外,還含有氣體和其他雜質(zhì),氣體對(duì)油液測量會(huì)帶來較大的誤差,所以在對(duì)油液測量時(shí)必須進(jìn)行氣液分離);二是解決間歇流動(dòng)時(shí)的滿管測量(抽油機(jī)工作時(shí)每次抽出的原油不等,而且是間歇流動(dòng),這樣造成管道中油液可能不是滿管,也會(huì)帶來很大的測量誤差)?;谶@些原因在對(duì)油液測量前要進(jìn)行預(yù)處理,經(jīng)過預(yù)處理后實(shí)現(xiàn)氣液分離和油液滿管通過計(jì)量油管,減小計(jì)量誤差。工作原理是:原油從進(jìn)油口經(jīng)沉沙罐后進(jìn)入儲(chǔ)油罐,在儲(chǔ)油罐里進(jìn)行油氣分離,分離的氣體從儲(chǔ)油罐上閥門(出氣閥)經(jīng)氣管道輸出,當(dāng)儲(chǔ)油罐中的油液達(dá)到一定高度時(shí),浮球上浮打開下閥門(出油閥),同時(shí)上閥門封堵氣口,建立壓力,儲(chǔ)油罐中的油在壓力的作用下,通過測量管道流向出油口,當(dāng)儲(chǔ)油罐中的油液下降到一定的液位時(shí),浮球下沉封堵下閥門,打開上閥門,這樣重復(fù)工作完成氣液分離。
評(píng)論