PTCR油井注入液體流速檢測系統(tǒng).docx

1、PTCR油井注入液體流速檢測系統(tǒng)方華軍，等PTCR油井注入液體流速檢測系統(tǒng)PTCRFlowVelocityDetectingSstemforInjectedLiquidofOilWell方華礦很殷忠2(汁華弋學(xué)成電子學(xué)珂充所北京100084；黑犯江大敏感技術(shù)研充所，哈木濱150080)摘荽仆紹了由井下FTWR炫散式流速傳感器和井口單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成的油井注入液體流速檢測系統(tǒng)<解決了井下高粘度、低流速流體測量的問題，美健詞流速測量液體流速油井注人被PTCR自然耗散AbstractTheflowvelocitydetectingsystwnvfoilwellinjectedliquidi

2、sintnxiui'ed.Til?systfmncotnpiHedoftlu*FTCRhealdis&ipativeflowvekchytraniJucerinthepitandthesinglechipcorrputerbaseddataai-quisitionsxstmiatthewellhrAd.1Ywsystemsolvedtheproblemofmeasurenwitforflowvelocityoffluid*iihhighEscusity51lo*flowrate.KeywordsMeasurementofflowvelocityFkmvelocityofliqu

3、idInjrclcdlicpjklufoilwellPTCR(punitivetemperaturecoefficientresistance)Selfdishiptilionofheat0引言在三次采油石油生產(chǎn)工藝中，需向井下注入聚丙烯酰胺水解液.流速范圍在040cm/j工作溫度范圍為5060弋,井下8001200m,壓力范圍約在1.17xibkPa.且具有一定粘度。對這種油井注入液體的流速等物理參數(shù)的檢測，直接關(guān)系到每口油井的產(chǎn)址.因而檢刪手段是穩(wěn)產(chǎn)'高產(chǎn)的必要前提。油井注入液體流速檢測的對象是注入生產(chǎn)油井聚丙稀酰胺水解液在含油剖面各點的流速，由于被檢測對象為井管中流體，因此，應(yīng)屬

4、于管道測址.但井下流速測量有其特殊性即：井下空間狹窄只能使用插人式測髭儀器。井管口徑約6cm或8cm,為減少傳感器對流速的影響，傳感器的外徑應(yīng)小于3cm;現(xiàn)場工作壓力較大.傳感器必須密封且能承受高壓；環(huán)境工作溫度偏高，且溫度波動較大；被測流體一聚丙稀酰胺粘度較大，為非牛頓流體；油井較深.井下信號遠(yuǎn)距離傳輸困誰：要求使用的電纜數(shù)目較少.一般為24根；井下環(huán)境復(fù)雜，模擬標(biāo)定困難；對于井口數(shù)據(jù)采集儀器.要求堅固可泉，抗干擾能力強(qiáng)正是由于井下測量具有上述碓點.傳統(tǒng)流速、流呈檢測儀器不適合井下流速測童。目前，國內(nèi)針對三次采油井下注入的聚丙稀酰胺水解體流速測最間題.許多科研單位相繼研制了一些檢測儀器.這些

5、儀器有適于井下測量特點的井下浮子式流依計、井下渦輪式流短汁、井下電磁流量計等c上述儀器對低壓、低粘度、高流速測量精度高.但對井F高粘度、低流速流體測最還有待進(jìn)一步研究,1工作原理通過討已有流速、流量檢測儀器現(xiàn)狀的回顧與分析，結(jié)合油田井下流速測量的特點，PTCR油井注入液體流速檢測系統(tǒng)采用PTCR(positivelernperaiurecoefil-cieniresistance)為探頭，利用自熱耗散原理來檢測流體速度變化.同時,利用集成溫度傳感器采集溫度信號，作為溫度補(bǔ)償信號，將兩路采集信號進(jìn)行放大，分時進(jìn)行壓頻變換，脈寬整形.電流驅(qū)動，提高信號遠(yuǎn)距離傳輸能力后，再將其載至電菠電纜.傳輸?shù)骄?/p>

6、口。整個傳感器僅有3根接口線。井口單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以通過其中I根控制線控制井下傳感器的溫度/PTCR信號分時送行壓/傾轉(zhuǎn)換.將電源傳輸線上反饋回來的頻率信號下載.經(jīng)微處理器計頻，數(shù)據(jù)綜合處理.非線性修正與溫度補(bǔ)償后，轉(zhuǎn)換為流速、溫度信號.顯示、存儲和打印輸出。2系統(tǒng)構(gòu)成整個系統(tǒng)由1根三芯屏蔽測井鋼絲電纜連接井下傳感器和井口數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)兩大部分.如圖I所71c整個流速檢測系統(tǒng)實現(xiàn)的功能是： 傳感器分時采集流速和溫度信號；O井下傳感信號處理；信號載波傳輸及控制；井口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)動態(tài)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的輸入和校_1L圖1PTCR油井注'液體濾速憐測系統(tǒng)方框圖準(zhǔn)表格自動建立；數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)對

7、溫度和PTCR信號的非線性及溫度漂移進(jìn)行綜合處理與修正；©存儲校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和設(shè)定時間內(nèi)的測量數(shù)據(jù)；顯示、打印輸出C測磁系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)：田流速范圍040cm/s 使用溫度50-60TQ測量精度w2%FS2.1井下流速傳感器采用PTCR作為流速傳感元件的流速傳感器其外型結(jié)構(gòu)如圖2所示rtjtftz:7'7I.PTtAe«MSO點口電好云，段圖2井下濾速?；笃魍庑驼緲?gòu)圖傳感器的頭部為保護(hù)罩和導(dǎo)流管,防止PTCR在井下受到損傷c傳感器的中部為信號處理電路板安裝腔.內(nèi)部安裝整個傳感器的信號放大、補(bǔ)供、轉(zhuǎn)換、載波電路、，在傳感器的尾部設(shè)計為與專用測井鋼絲電纜相接的鋼絲電纜轉(zhuǎn)接體

8、°整個傳感器由不銹鋼制成導(dǎo)流管、安裝腔、鋼絲電纜轉(zhuǎn)接體三個部分可靈活拆卸。傳感器全長約lm.為減小傳感器對流場的影響.傳感器直徑設(shè)計為3cm（油井管直徑為6cm或8cm）測最時傳感器由測試車通過測井鋼絲電纜送至井T1200m左右深處，傳感器經(jīng)電纜與井口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接。為增加傳感器的穩(wěn)定性，傳感器的下部可吊接相當(dāng)重址的鉛花C測星時,聚丙稀酰胺水解液從入水口流入導(dǎo)流管.當(dāng)聚丙稀酰胺水解液流經(jīng)FTCR時.根據(jù)熱耗散原理.改變FTCR自然耗散系數(shù).引起電阻值的變化，從而將流速信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y量的電信號。井下流速傳感器的1：作原理如圖3所示。虛線內(nèi)為井下流速傳感器的電麻理框圖c傳感器在井口數(shù)

9、據(jù)采集系統(tǒng)配合下工作C圖3井下沆迅傳感器電路原理框圖2.2井口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)prcR油井注入液體流速檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及處理采用89C52單片微處理器，對傳感器的信號采集及處理進(jìn)行控制.并利用軟件綜合解決傳感器的非線性及溫度漂移硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示。1<5|(光貽JS|<3=|-|b.1.atstan圖4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)樞圖整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各單元完成的主要功能如下： 微處理器通過光耦隔離對兩路傳感信號的輸入進(jìn)行選擇控制； 微處理器利用本身所帶計數(shù)器對解調(diào)電信號定時計頻采集： 利用鍵盤輸入校準(zhǔn)數(shù)據(jù)參數(shù)及進(jìn)行校準(zhǔn)、測最、打印選擇; 對采集信號進(jìn)行數(shù)字濾波、非線性修正等數(shù)字化處理.計算流速、溫

10、度值； 8個LEE數(shù)碼管顯示瞬時流速、溫度值.校準(zhǔn)時顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)； 利用非易失性RAM存儲校準(zhǔn)數(shù)據(jù)及測最數(shù)據(jù)； 微型打印機(jī)可將非易失性RAM中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)打印輸出，或打印已設(shè)定存儲的一段時間流速、溫度值； 時鐘、日歷功能,提供測最時間、校準(zhǔn)時間、打印時間信息。在PTCR油井注入液體流速檢測軟件設(shè)計方面,流儀表罕見的故障原因蔡武昌利用線性插值法校正溫度值，對于PTCR傳感信號的非線性修正和溫度補(bǔ)償暗題，采用二元線性插值的辦法,綜合考慮流速測成的溫度補(bǔ)償和非線性處理的問3實驗分析為解決標(biāo)定難題，本系統(tǒng)標(biāo)定采用標(biāo)準(zhǔn)流量計對比法對PTCR油井注入液體流速檢測系統(tǒng)進(jìn)行初步標(biāo)定。標(biāo)定系統(tǒng)使用專用的流速標(biāo)定設(shè)

11、備，標(biāo)定時，根據(jù)溫度儀表和標(biāo)準(zhǔn)流跟:計測量值，可靈活地由按鍵在線輸入校準(zhǔn)散據(jù)，系統(tǒng)自動建立校準(zhǔn)表格，首先標(biāo)定溫度值，然后標(biāo)定流速值。標(biāo)定時使用非易失性數(shù)據(jù)存儲器存儲校準(zhǔn)表格，標(biāo)定完畢后，可由面板式微型打印機(jī)打印出校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。實驗表明檢測系統(tǒng)具有良好的重夏性、可靠性。滿量程精度優(yōu)于2%e經(jīng)過油田采油現(xiàn)場初步試用逍一步證實了其性能滿足石油測井需要-從實驗中發(fā)現(xiàn)，在低流速情況下.PTCR流速傳感器表現(xiàn)出較高的靈敏度。圖5示出某一溫度下PTCR差動放大器輸出電壓隨流速變化情況°隨著流速增大，靈敏度逐漸降低。以熱耗散原理分析，這是由于流速增大，倒溫電阻體溫度降低，能量耗散較大，測溫電阻體溫度變化

12、逐漸變小的緣故。在實驗中也發(fā)現(xiàn)，PTCH流速傳感器具有較快速的響應(yīng)，這在一定程度上，堵加了對流體的脈動和流場的不穩(wěn)定的敏感性°縮短PTCR流速傳感器的響應(yīng)時間，可以發(fā)展PTCR流速傳感器住流體脈動速度測量方面的應(yīng)用。在井口數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，加強(qiáng)濾波，增加滑動平均值濾波的參加數(shù)據(jù)個數(shù)，可濾除脈動成分，獲得穩(wěn)定的平均流速：另外，在實驗過程中還發(fā)現(xiàn)，對于流體的不均勻溫度分布，由于PTCR和溫度補(bǔ)償傳感器的時間常數(shù)略微不同，表現(xiàn)出短暫的補(bǔ)怯不同步。在改進(jìn)PFC流速傳感器時，應(yīng)選取適當(dāng)時間常數(shù)的PTCR和溫度補(bǔ)ft元件，使二者達(dá)到匹配：4結(jié)束語利用PTCR自然效應(yīng)研制的PTCR油井注入液體流速檢

13、測系統(tǒng)，在低流速、高粘度液體流速測度方面表現(xiàn)出了優(yōu)良的性能。在流速范圍040cm/s,工作溫度范闈為50-60.壓力約在l.bxlbkPa,井下8001200m工作時，滿憤程精度優(yōu)于2%°解決了油井注入液體測量時,井下空間狹窄、流體粘度大、溫度偏高、環(huán)境壓力偏大等測鼠難點，對三次采油生產(chǎn)有重要價值C參考文獻(xiàn)1朱德忠.愁物理惻量技木.北京：清華大學(xué)出版社【19902徐開先.葉澆民.貌敏電阻器.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1%13漆新民，王燕芳.單片做型計算機(jī)實用系統(tǒng)設(shè)計.北京：人民郵電出版社，1992啥太濱中科蜃寅點攻關(guān)功目資助(9811211081),政¥日期：2001-03-11“第一作者方華*,',1972年生，