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(cè)量?jī)x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(guò)計(jì)量油管，由兩對(duì)超聲波傳感器構(gòu)成的檢測(cè)環(huán)節(jié)解決非接觸測(cè)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(cè)量精度?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(cè)；DSP

0 引言
目前，在油田原油開(kāi)采中面臨的一個(gè)困難問(wèn)題就是對(duì)開(kāi)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(wú)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(wèn)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(cè)量流體流量。測(cè)量精度與流體中的聲速無(wú)關(guān)，測(cè)量精度高，適用于多相流，干擾大的流體的測(cè)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(guò)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(chǎng)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(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
如圖1所示，單井流量測(cè)量系統(tǒng)主要由氣液分離預(yù)處理，超聲波檢測(cè)，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(cè)量會(huì)帶來(lái)較大的誤差，所以在對(duì)油液測(cè)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(cè)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(lái)很大的測(cè)量誤差)?；谶@些原因在對(duì)油液測(cè)量前要進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后實(shí)現(xiàn)氣液分離和油液滿管通過(guò)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(mén)(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(kāi)下閥門(mén)(出油閥)，同時(shí)上閥門(mén)封堵氣口，建立壓力，儲(chǔ)油罐中的油在壓力的作用下，通過(guò)測(cè)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(mén)，打開(kāi)上閥門(mén)，這樣重復(fù)工作完成氣液分離。