Diseño de un sensor de caudalímetro ultrasónico Petróleo Crudo

Introducción

En la actualidad, uno de los problemas difíciles que enfrentan en la extracción de petróleo crudo en campos de petróleo es la medición en línea del aceite crudo extraído. La razón principal es que la composición del petróleo crudo es muy complejo. El petróleo crudo contiene aceite, agua, gas y otras impurezas. Es un multi-fase y el líquido complejo, y de un solo pozo de petróleo crudo flujos intermitentemente, metros tan general de flujo ultrasónicos no pueden cumplir los requisitos. En este trabajo se diseña un sistema de medición basado en la onda ultrasónica cálculo del flujo de correlación, que resuelve el problema de petróleo crudo sin contacto de medición en línea.

Principio de caudalímetro ultrasónico

El método de correlación utiliza técnicas relacionadas para medir el flujo de fluido. La precisión de la medición deTransductor de flujo ultrasónicoNo tiene nada que ver con la velocidad del sonido en el fluido, y la precisión de la medición es alta. Es adecuado para la medición del flujo multifásico y un gran fluido de interferencia. Cuando el fluido fluye en la tubería, si contiene otras impurezas, habrá una variedad de trastornos aleatorios en el interior, lo que generará señales de flujo relacionadas con las condiciones de flujo y tendrá ciertas características estadísticas. La estructura del método del método de correlación se muestra dos conjuntos de transductores de transmisión y recepción ultrasónica, y L es la distancia entre el transductor ascendente y el transductor corriente abajo. Cuando la señal ultrasónica pasa a través de la tubería, la señal ultrasónica será modulada por el ruido en el fluido. La señal ultrasónica modulada contiene la información del campo de velocidad de fluidos. La señal ultrasónica se analiza para extraer la señal de flujo A (T) y B (T) y realiza operaciones de correlación en A (T) y B (T).

2 Estructura del sistema de medición de flujo de flujo ultrasónico ultrasónico de aceite de crudo único

El sistema de medición de flujo de un solo pozo se compone principalmente de tres partes: pretratamiento de separación de gas-líquido, detección ultrasónica y procesamiento de señales. Las tres partes se analizan por separado a continuación.

2.1 separación de gas-líquido Pieza de pretratamiento

Se muestra la estructura de la parte de preprocesamiento. La función de la parte de pretratamiento es llevar a cabo la separación de gas líquido (el aceite crudo bombeado por la unidad de bombeo contiene gas y otras impurezas además de la mezcla de aceite. El gas aportará un mayor error a la medición del aceite, por lo que el gas de petróleo -La separación de políquidos debe llevarse a cabo durante la medición); el segundo es resolver el problema de la medición completa de la tubería durante el flujo intermitente (el aceite crudo bombeado cada vez que funciona la unidad de bombeo no es igual, y fluye de forma intermitente, de modo que el aceite en la tubería puede no estar lleno, o Traer un gran error de medición). Por estas razones, el tratamiento previo debe realizarse antes de la medición del aceite. Después del tratamiento previo, la separación de gas-líquido y el tubo lleno de aceite pasan a través del tubo de aceite de medición para reducir el error de medición. El principio de funcionamiento es: el petróleo crudo entra en el tanque de almacenamiento de aceite de la entrada de aceite a través del tanque de sedimentación, y el aceite y el gas se separan en el tanque de almacenamiento de aceite. El gas separado se emite desde la válvula (válvula de salida) en el tanque de almacenamiento de aceite a través de la tubería de gas. Cuando el aceite alcanza una cierta altura, la bola flotante flota para abrir la válvula inferior (válvula de salida de aceite) y, al mismo tiempo, la válvula superior bloquea el puerto de gas para acumular presión. El aceite en el tanque de almacenamiento de aceite fluye hacia la salida de aceite a través de la tubería de medición bajo la acción de la presión. Cuando el tanque de almacenamiento de aceite cae a un cierto nivel, la bola flotante se hunde para bloquear la válvula inferior y abre la válvula superior, de modo que el trabajo repetido completa la separación de gas-líquido.

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2.2 Parte de prueba ultrasónica

La parte de detección se compone principalmente de dos pares de sensores de ultrasonidos. La detección de los sensores de ultrasonidos se realiza mediante la transmisión y recepción de energía de ondas ultrasónicas. El núcleo del transductor (conversión de la energía ultrasónica en energía eléctrica o la conversión de energía eléctrica en energía ultrasónica. Medios transductores reversibles que las dos formas de la energía del transductor se convierte en uno del otro). transductores ultrasónicos comunes incluyen vibradores de cristal piezoeléctrico, vibradores magnetoestrictivos y así sucesivamente. Las ondas ultrasónicas utilizadas para la medición de flujo relacionada generalmente tienen dos formas: onda sinusoidal y onda del pulso. Los caudalímetros relacionados de la onda ultrasónica y el seno pulsadas integrar la información de velocidad de la sección transversal del campo de flujo para obtener la velocidad de flujo. Este diseño utiliza un sensor ultrasónico cristal piezoeléctrico con una frecuencia central de 200 kHz. A fin de superar la influencia de las ondas estacionarias, usos ultrasónicas de un generador de señal de impulso de bucle de enganche de fase.

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2,3 parte de procesamiento de señal

La parte de procesamiento de señal se compone principalmente de circuito de acondicionamiento de señal de recepción transducer.The ultrasónica se compone de un transductor de recepción, un circuito de amplificador de tres etapas, un circuito de filtro y un circuito de detección de envolvente. El preamplificador se compone de módulo amplificador de instrumento MAX410, el amplificador secundaria y amplificador final se componen de INA128 precisión amplificador de bajo instrumento de potencia; el circuito de filtro es un filtro de paso de banda compuesta de filtro integrado MAX275 analógica, la frecuencia central es de 200 kHz, un filtro de paso bajo está formada por TL14, y la señal después de la detección es principalmente sacada. El circuito de detección de envolvente se compone de un diodo y un condensador para formar un detector de pico.

La otra parte es un circuito de adquisición y procesamiento de datos compuesta de módulos. Este circuito desensor de flujo ultrasónico de aguaSelecciona el chip de TMS320F2812DSP de TI Company. En el campo de control de proceso actual, que es el más avanzado microprocesador DSP. En comparación con los microordenadores tradicionales de un solo chip, que tiene un rendimiento excepcional como las funciones fuertes, ricos recursos y bajo consumo de energía. Tiene un rendimiento perfecto y la interfaz periférica mejor integrado. Se integra memoria flash de alta velocidad, el convertidor A / D, el módulo CAN de alto rendimiento, etc.

Durante la medición, los transductores transmisores de aguas arriba y aguas abajo emiten ondas ultrasónicas de alta frecuencia. Cuando las ondas ultrasónicas se propagan en el fluido, la señal de flujo modulará las ondas ultrasónicas en la amplitud, fase y frecuencia. La señal modulada de alta frecuencia recibida por el transductor se recibe y se filtró. Después de la demodulación y la amplificación, se obtiene la señal de flujo y se envía al convertidor A / D para la recogida de datos, y la información recogida se envía al procesamiento relacionado para obtener la velocidad de flujo del fluido.

Sistema de programación 3

El sistema de software incluye la inicialización, el módulo de cálculo, la pantalla de flujo, el módulo de procesamiento de interrupción y otras partes. Se muestra el diagrama de flujo del programa principal. Una vez que se inicializa el programa principal, ingresa un programa de bucle para procesar los datos muestreados y responde a las solicitudes de interrupción de A / D externas, solicitudes de interrupción de comunicación en serie y solicitudes de interrupción del temporizador en cualquier momento. Determinar si se alcanza el tiempo de visualización del caudal. El programa principal responde a las solicitudes de interrupción anteriores y llama a cada programa de procesamiento correspondiente para completar la recopilación y el procesamiento de datos.

La inicialización es, por un lado, para configurar el entorno de trabajo del DSP, y, por otro lado, para prepararse para el procesamiento posterior de la señal. El programa de inicialización del sistema incluye la inicialización interna que afecta el funcionamiento de la CPU del FRIP DSP y la inicialización periférica que afecta el trabajo de cada periférico, así como la inicialización de dispositivos programables periféricos (como A / D, D / A, etc. .), específicamente, incluidas las siguientes funciones: configure el generador de reloj, configure el temporizador, inicialice los registros de estado, interrupciones abiertas, etc.

El módulo de procesamiento de interrupciones incluye tres interrupciones: el módulo de procesamiento de interrupción del temporizador se usa para iniciar el convertidor A / D y controlar la frecuencia de muestreo, el módulo de procesamiento de interrupciones de comunicación en serie se usa para comunicarse con la computadora superior y el procesamiento de interrupciones A / D El módulo se utiliza para leer las muestras del convertidor A / D, y su diagrama de flujo se muestra en la figura.

El módulo de visualización actualiza regularmente el medidor para mostrar el valor de flujo instantáneo y el valor de flujo acumulado. El proceso de procesamiento del sistema es establecer el período de tiempo, el temporizador genera una interrupción, esta interrupción inicia el convertidor A / D, después de la conversión, la A / D Converter solicita al DSP que lea la interrupción de datos, y el DSP responde a la solicitud de interrupción del convertidor A / D, llame al módulo de procesamiento de interrupciones A / D, lea los datos muestreados y envíelo al búfer de datos. Dado que los flujos de fluidos se desarrollan de manera intermitente, después de que el DSP recibe los datos de N-Point de las señales ascendentes y descendentes, realiza un análisis de Fourier sobre los datos para determinar si el fluido está fluyendo. Si está fluyendo, el programa de cálculo se llama para realizar operaciones relacionadas en los datos muestreados y encontrar las funciones relacionadas. Determine el tiempo de tránsito T, y obtenga el valor de flujo instantáneo y el valor de flujo acumulativo de acuerdo con los parámetros del instrumento y la compensación de la temperatura, y almacene el resultado en la unidad de almacenamiento de datos para mostrar el instrumento de visualización.

En la medición del flujo de correlación, uno de los problemas clave deSensor de flujo ultrasónico de latónes el método de cálculo de la función de correlación, que requiere una finalización de alta velocidad y precisa de la adquisición de una gran cantidad de señales de modulación aleatorias, cálculos de integración de correlación y la búsqueda máxima de la función de correlación. El algoritmo de función de correlación tiene principalmente dos tipos de método de repetición de polaridad y método de cruce cero. Para mejorar la velocidad de operación, este sistema adopta una operación de correlación en el dominio de frecuencia. Después de que los datos de entrada se transformen por FFT, se puede obtener la operación de correlación en el dominio de frecuencia. Luego, el resultado de la correlación en el dominio del tiempo se puede obtener a través de IFFT, que se puede utilizar para la búsqueda máxima.

4. Conclusión

Sobre la base de analizar las condiciones de trabajo de un solo pozo en el campo de aceite y el principio de medición de flujo relacionado, se diseñó un dispositivo adecuado para la medición de petróleo de pozo único. La prueba de campo ha logrado buenos resultados con un error de menos del 2%. Sin embargo, todavía hay los siguientes problemas: primero, la señal fluctúa enormemente, lo que principalmente tiene el petróleo crudo contiene gas e impureza. Por lo tanto, la diferencia de señal es grande, y el circuito de detección debe aumentar el circuito AGC. El segundo tiene la dificultad de establecer el coeficiente de corrección. Diferentes pozos tienen diferentes contenidos de agua y viscosidad de petróleo. Al mismo tiempo, la fluidez del aceite varía mucho a diferentes temperaturas, por lo que debe ajustarse por varias veces en diferentes entornos. El factor de corrección trae inconvenientes a usar. Tercero, el error es relativamente grande cuando el caudal es bajo. Estas son las áreas a mejorar en futuras investigaciones.