Entwurf eines Rohöl -Ultraschall -Durchflussmessersensors

Einleitung

Gegenwärtig war eines der schwierigen Probleme bei der Extraktion von Rohöl in Ölfeldern die Online -Messung des extrahierten Rohöls. Der Hauptgrund ist, dass die Zusammensetzung von Rohöl sehr komplex ist. Das Rohöl enthält Öl, Wasser, Gas und andere Unreinheiten. Es handelt sich um eine Mehrphasen- und komplexe Flüssigkeit, und ein Einzel-Hell-Rohölströme zeitweise, sodass allgemeine Ultraschalldurchflussmessgeräte die Anforderungen nicht erfüllen können. Dieses Papier entwirft ein Messsystem basierend auf der Berechnung der Korrelationsströmung von Ultraschallwellen, das das Problem der Nichtkontakt-Online-Messung von Rohöl löst.

Prinzip des Ultraschallflusses

Die Korrelationsmethode verwendet verwandte Techniken, um den Flüssigkeitsfluss zu messen. Die Messgenauigkeit vonUltraschallflussmesserwandlerhat nichts mit der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit zu tun, und die Messgenauigkeit ist hoch. Es ist für die Messung des Mehrphasenflusses und der großen Interferenzflüssigkeit geeignet. Wenn die Flüssigkeit in der Pipeline fließt und andere Verunreinigungen enthält, gibt es eine Vielzahl von zufälligen Störungen im Inneren, die Flusssignale im Zusammenhang mit den Durchflussbedingungen erzeugen und bestimmte statistische Eigenschaften aufweisen. Die Struktur des Korrelationsmethodeflussmessers ist zwei Sätze von Ultraschallübertragungs- und Empfangsschichtern gezeigt, und L ist der Abstand zwischen dem stromaufwärts gelegenen Wandler und dem nachgeschalteten Wandler. Wenn das Ultraschallsignal durch die Pipeline fließt, wird das Ultraschallsignal durch das Rauschen im Flüssigkeit moduliert. Das modulierte Ultraschallsignal enthält die Informationen des Fluidgeschwindigkeitsfeldes. Das Ultraschallsignal wird analysiert, um das Durchflusssignal A (T) und B (T) zu extrahieren und Korrelationsoperationen auf A (T) und B (T) durchzuführen.

2 Rohöl-ultraschallbezogene Durchflussmesssystemstruktur von Rohöls

Das Ein-Trenn-Durchflussmesssystem besteht hauptsächlich aus drei Teilen: Vorbehandlung, Ultraschallerkennung und Signalverarbeitung. Die drei Teile werden unten getrennt analysiert.

2.1 Vorbehandlungsteil für Gas-Flüssig-Trennung

Die Struktur des Vorverarbeitungsteils wird gezeigt. Die Funktion des Vorbehandlungsteils besteht darin, die Trennung von Flüssigkeitsgas durchzuführen (das von der Pumpeinheit gepumptete Rohöl enthält zusätzlich zum Ölgemisch Gas und andere Verunreinigungen. Das Gas führt zu einem größeren Fehler bei der Ölmessung, sodass das Ölgas so -Is -Liquid -Trennung muss während der Messung durchgeführt werden); Die zweite besteht darin, das Problem der vollständigen Rohrmessung während des intermittierenden Flusses zu lösen (das Rohöl wird jedes Mal ausgepumpt, wenn die Pumpeinheit funktioniert Einen großen Messfehler mitbringen). Aus diesen Gründen sollte die Vorbehandlung vor der Ölmessung durchgeführt werden. Nach der Vorbehandlung führt die Gas-Flüssigkeits-Trennung und das mit Öl gefüllte Rohr durch das Messölrohr, um den Messfehler zu verringern. Das Arbeitsprinzip lautet: Das Rohöl tritt durch den Sedimentationstank in den Ölspeichertank aus dem Öleinlass ein, und das Öl und das Gas werden im Ölspeichertank getrennt. Das getrennte Gas wird aus dem Ventil (Auslassventil) am Ölspeichertank durch die Gasrohrleitung ausgegeben. Wenn das Öl eine bestimmte Höhe erreicht, schwimmt die schwimmende Kugel nach oben, um das untere Ventil (Ölauslassventil) zu öffnen, und gleichzeitig blockiert das obere Ventil den Gasanschluss, um Druck aufzubauen. Das Öl im Ölspeichertank fließt durch die Messrohrlinie unter Druck aus. Wenn der Ölspeichertank auf ein bestimmtes Niveau fällt, sinkt die schwimmende Kugel, um das untere Ventil zu blockieren, und öffnet das obere Ventil, so dass die wiederholte Arbeit die Gas-Flüssigkeits-Trennung abschließt.

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2.2 Ultraschalltestteil

Der Nachweisteil besteht hauptsächlich aus zwei Paaren von Ultraschallsensoren. Der Nachweis von Ultraschallsensoren erfolgt durch Übertragen und Empfangen von Energie von Ultraschallwellen. Der Kern des Wandlers (Ultraschallenergie in elektrische Energie umwandeln oder elektrische Energie in Ultraschallenergie umwandeln. Reversibler Wandler bedeutet, dass die beiden Formen der Energie des Wandlers ineinander umgewandelt werden). Zu den häufigen Ultraschallwandlern zählen piezoelektrische Kristallvibratoren, magnetostriktive Vibratoren usw. Ultraschallwellen, die für die damit verbundene Durchflussmessung verwendet werden, haben im Allgemeinen zwei Formen: Sinuswellen- und Impulswelle. Die verwandten Fließmeter von gepulsten Ultraschall- und Sinuswellen integrieren die Geschwindigkeitsinformationen des Querschnitts des Flussfeldes, um die Flussgeschwindigkeit zu erhalten. Dieses Design verwendet einen piezoelektrischen Kristall -Ultraschallsensor mit einer Mittelfrequenz von 200 kHz. Um den Einfluss stehender Wellen zu überwinden, verwendet Ultraschall einen phasenverriegelten Schleifenimpulssignalgenerator.

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2.3 Signalverarbeitungsteil

Der Signalverarbeitungsteil besteht hauptsächlich aus Ultraschallempfänger-Wandler. Die Signalkonditionierungsschaltung besteht aus einem Empfangswandler, einem dreistufigen Verstärkerkreis, einem Filterkreis und einem Hüllkreiskreislauf. Der Vorverstärker besteht aus dem maximalen Verstärkerverstärkermodul, dem sekundären Verstärker und dem endgültigen Verstärker bestehen aus dem Verstärker von Ina128 -Präzisions -Leistungsinstrumenten; Die Filterschaltung ist ein Bandenpassfilter, das aus einem analogen integrierten Filter von MAX275 besteht, die Mittelfrequenz 200 kHz, ein Tiefpassfilter durch TL14 und das Signal nach der Erkennung hauptsächlich herausgenommen wird. Der Hüllkennungskreis besteht aus einer Diode und einem Kondensator zur Bildung eines Peak -Detektors.

Der andere Teil ist eine Datenerfassung und Verarbeitungsschaltung, die aus Modulen besteht. Dieser Schaltkreis vonUltraschallwasserflusssensorWählt den TMS320F2812DSP -Chip der TI -Firma aus. Im aktuellen Prozesskontrollfeld ist es der fortschrittlichste DSP -Mikroprozessor. Im Vergleich zu herkömmlichen Single-Chip-Mikrocomputern verfügt es über herausragende Leistung wie starke Funktionen, reichhaltige Ressourcen und geringem Stromverbrauch. Es hat eine perfekte Leistung und die beste integrierte periphere Schnittstelle. Es integriert Flash-Speicher, Hochgeschwindigkeits-A/D-Konverter, Hochleistungsdarsteller usw.

Während der Messung emittieren die stromaufwärts- und nachgeschalteten Senderwandler hochfrequente Ultraschallwellen. Wenn sich die Ultraschallwellen in der Flüssigkeit ausbreiten, moduliert das Durchflusssignal die Ultraschallwellen in Amplitude, Phase und Frequenz. Das vom Wandler empfangene Hochfrequenz-modulierte Signal wird empfangen und gefiltert. Nach der Demodulation und Verstärkung wird das Durchflusssignal für die Datenerfassung erhalten und an den A/D -Wandler gesendet, und die gesammelten Informationen werden an die damit verbundene Verarbeitung gesendet, um die Durchflussrate der Flüssigkeit zu erhalten.

3 Systemprogrammierung

Das Softwaresystem umfasst Initialisierung, Berechnungsmodul, Durchflussanzeige, Interrupt -Verarbeitungsmodul und andere Teile. Das Hauptprogrammflussdiagramm wird angezeigt. Nach der Initialisierung des Hauptprogramms gibt es ein Schleifenprogramm, um die Stichprobendaten zu verarbeiten, und reagiert jederzeit auf externe A/D -Interrupt -Anforderungen, serielle Kommunikations -Interrupt -Anforderungen und Timer -Interrupt -Anforderungen. Bestimmen Sie, ob das Timing der Durchflussrate angezeigt wird. Das Hauptprogramm reagiert auf die oben genannten Interrupt -Anforderungen und ruft jedes entsprechende Verarbeitungsprogramm auf, um die Datenerfassung und -verarbeitung abzuschließen.

Die Initialisierung dient einerseits, um die Arbeitsumgebung des DSP und andererseits auf die nachfolgende Signalverarbeitung vorzubereiten. Das Systeminitialisierungsprogramm umfasst die interne Initialisierung, die den Betrieb der DSP -Chip -CPU beeinflusst, und die periphere Initialisierung, die die Arbeit jeder Peripherie sowie die Initialisierung peripherer programmierbarer Geräte (wie A/D, D/A usw.) beeinflusst .), speziell die folgenden Funktionen einbeziehen: Stellen Sie den Taktgenerator ein, setzen Sie den Timer ein, initialisieren Sie die Statusregister, öffnen Interrupts usw.

Das Interrupt -Verarbeitungsmodul enthält drei Interrupts: Das Timer -Interrupt -Verarbeitungsmodul wird verwendet, um den A/D -Wandler zu starten und die Abtastfrequenz zu steuern. Das serielle Kommunikations -Interrupt -Verarbeitungsmodul wird verwendet, um mit dem oberen Computer zu kommunizieren, und die A/D -Interrupt -Verarbeitung Das Modul wird verwendet, um die A/D -Wandlerproben zu lesen, und sein Durchflussdiagramm ist in der Abbildung dargestellt.

Das Anzeigemodul aktualisiert das Messgerät regelmäßig, um den sofortigen Durchflusswert und den kumulativen Flusswert anzuzeigen. Der Systemverarbeitungsprozess besteht darin A/D -Konverter fordert den DSP zum Lesen des Dateninterrupts an, und der DSP antwortet auf die A/D -Konverter -Interrupt -Anforderung, ruft das A/D -Interrupt -Verarbeitungsmodul auf, lesen Sie die Stichprobendaten und senden Sie sie an den Datenpuffer. Da die Flüssigkeit zeitweise fließend fließt, führt nach dem Empfang der N-Punkt-Daten der vorgelagerten und nachgeschalteten Signale eine Fourier-Analyse der Daten durch, um festzustellen, ob die Flüssigkeit fließt. Wenn es fließt, wird das Berechnungsprogramm aufgerufen, um verwandte Operationen in den Stichprobendaten auszuführen und die damit verbundenen Funktionen zu finden. Bestimmen Sie die Transitzeit T und erhalten Sie den momentanen Durchflusswert und den kumulativen Durchflusswert gemäß den Instrumentenparametern und der Temperaturkompensation und speichern Sie das Ergebnis in der Datenspeichereinheit für die Anzeige durch das Anzeigeinstrument.

In der Korrelationsströmungsmessung eines der Schlüsselprobleme vonMessing -Ultraschallflusssensorist die Berechnungsmethode der Korrelationsfunktion, für die Hochgeschwindigkeit und genaue Vervollständigung der Erfassung einer großen Anzahl von Zufallsmodulationssignalen, Korrelationsintegrationsberechnungen und der Spitzensuchung der Korrelationsfunktion erforderlich sind. Der Korrelationsfunktionalgorithmus hat hauptsächlich zwei Arten von Polaritäts -Wiederholungsmethoden und keine Überkreuzungsmethode. Um die Betriebsgeschwindigkeit zu verbessern, übernimmt dieses System den Korrelationsbetrieb im Frequenzbereich. Nachdem die Eingabedaten durch FFT transformiert wurden, kann der Korrelationsvorgang in der Frequenzdomäne erhalten werden. Dann kann das Korrelationsergebnis in der Zeitdomäne durch IFFT erhalten werden, die für die Peak -Suche verwendet werden kann.

4. Fazit

Auf der Grundlage der Analyse der Arbeitsbedingungen eines einzelnen Bohrlochs im Ölfeld und des Prinzips der damit verbundenen Durchflussmessung wurde ein Gerät für eine einzelne Wellrohölmessung entworfen. Der Feldtest hat gute Ergebnisse mit einem Fehler von weniger als 2%erzielt. Es gibt jedoch immer noch die folgenden Probleme: Erstens schwankt das Signal stark, wobei das Rohöl hauptsächlich Gas und Unreinheit enthält. Daher ist die Signalunterschiede groß, und der Erkennungskreis muss den AGC -Schaltkreis erhöhen. Die zweite hat die Schwierigkeit, den Korrekturkoeffizienten festzulegen. Unterschiedliche Brunnen haben unterschiedlichen Wassergehalt und Ölviskosität. Gleichzeitig variiert die Fluidität des Öls bei unterschiedlichen Temperaturen stark, so dass es unter verschiedenen Umgebungen mehrmals durch mehrmals angepasst werden muss. Der Korrekturfaktor bringt Unannehmlichkeiten zu verwenden. Drittens ist der Fehler relativ groß, wenn die Durchflussrate niedrig ist. Dies sind die Bereiche, die in der zukünftigen Forschung verbessert werden müssen.