PTCR油井注入液体流速检测系统.docx

1、PTCR油井注入液体流速检测系统方华军，等PTCR油井注入液体流速检测系统PTCRFlowVelocityDetectingSstemforInjectedLiquidofOilWell方华矿很殷忠2(汁华弋学成电子学珂充所北京100084；黑犯江大敏感技术研充所，哈木滨150080)摘荽仆绍了由井下FTWR炫散式流速传感器和井口单片机数据采集系统组成的油井注入液体流速检测系统<解决了井下高粘度、低流速流体测量的问题，美健词流速测量液体流速油井注人被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产工艺中，需向井下注入聚丙烯酰胺水解液.流速范围在040cm/j工作温度范围为5060弋,井下8001200m,压力范围约在1.17xibkPa.且具有一定粘度。对这种油井注入液体的流速等物理参数的检测，直接关系到每口油井的产址.因而检删手段是稳产'高产的必要前提。油井注入液体流速检测的对象是注入生产油井聚丙稀酰胺水解液在含油剖面各点的流速，由于被检测对象为井管中流体，因此，应属

4、于管道测址.但井下流速测量有其特殊性即：井下空间狭窄只能使用插人式测髭仪器。井管口径约6cm或8cm,为减少传感器对流速的影响，传感器的外径应小于3cm;现场工作压力较大.传感器必须密封且能承受高压；环境工作温度偏高，且温度波动较大；被测流体一聚丙稀酰胺粘度较大，为非牛顿流体；油井较深.井下信号远距离传输困谁：要求使用的电缆数目较少.一般为24根；井下环境复杂，模拟标定困难；对于井口数据采集仪器.要求坚固可泉，抗干扰能力强正是由于井下测量具有上述碓点.传统流速、流呈检测仪器不适合井下流速测童。目前，国内针对三次采油井下注入的聚丙稀酰胺水解体流速测最间题.许多科研单位相继研制了一些检测仪器.这些

5、仪器有适于井下测量特点的井下浮子式流依计、井下涡轮式流短汁、井下电磁流量计等c上述仪器对低压、低粘度、高流速测量精度高.但对井F高粘度、低流速流体测最还有待进一步研究,1工作原理通过讨已有流速、流量检测仪器现状的回顾与分析，结合油田井下流速测量的特点，PTCR油井注入液体流速检测系统采用PTCR(positivelernperaiurecoefil-cieniresistance)为探头，利用自热耗散原理来检测流体速度变化.同时,利用集成温度传感器采集温度信号，作为温度补偿信号，将两路采集信号进行放大，分时进行压频变换，脉宽整形.电流驱动，提高信号远距离传输能力后，再将其载至电菠电缆.传输到井

6、口。整个传感器仅有3根接口线。井口单片机数据采集系统可以通过其中I根控制线控制井下传感器的温度/PTCR信号分时送行压/倾转换.将电源传输线上反馈回来的频率信号下载.经微处理器计频，数据综合处理.非线性修正与温度补偿后，转换为流速、温度信号.显示、存储和打印输出。2系统构成整个系统由1根三芯屏蔽测井钢丝电缆连接井下传感器和井口数据采集处理系统两大部分.如图I所71c整个流速检测系统实现的功能是： 传感器分时采集流速和温度信号；O井下传感信号处理；信号载波传输及控制；井口数据采集系统动态校准数据的输入和校_1L图1PTCR油井注'液体滤速怜测系统方框图准表格自动建立；数据采集、处理系统对

7、温度和PTCR信号的非线性及温度漂移进行综合处理与修正；©存储校准数据和设定时间内的测量数据；显示、打印输出C测磁系统的设计技术指标：田流速范围040cm/s 使用温度50-60TQ测量精度w2%FS2.1井下流速传感器采用PTCR作为流速传感元件的流速传感器其外型结构如图2所示rtjtftz:7'7I.PTtAe«MSO点口电好云，段图2井下滤速停惑器外型站构图传感器的头部为保护罩和导流管,防止PTCR在井下受到损伤c传感器的中部为信号处理电路板安装腔.内部安装整个传感器的信号放大、补供、转换、载波电路、，在传感器的尾部设计为与专用测井钢丝电缆相接的钢丝电缆转接体

8、°整个传感器由不锈钢制成导流管、安装腔、钢丝电缆转接体三个部分可灵活拆卸。传感器全长约lm.为减小传感器对流场的影响.传感器直径设计为3cm（油井管直径为6cm或8cm）测最时传感器由测试车通过测井钢丝电缆送至井T1200m左右深处，传感器经电缆与井口数据采集系统相连接。为增加传感器的稳定性，传感器的下部可吊接相当重址的铅花C测星时,聚丙稀酰胺水解液从入水口流入导流管.当聚丙稀酰胺水解液流经FTCR时.根据热耗散原理.改变FTCR自然耗散系数.引起电阻值的变化，从而将流速信号转变为可测量的电信号。井下流速传感器的1：作原理如图3所示。虚线内为井下流速传感器的电麻理框图c传感器在井口数

9、据采集系统配合下工作C图3井下沆迅传感器电路原理框图2.2井口数据采集系统prcR油井注入液体流速检测系统的数据采集及处理采用89C52单片微处理器，对传感器的信号采集及处理进行控制.并利用软件综合解决传感器的非线性及温度漂移硬件结构如图4所示。1<5|(光贻JS|<3=|-|b.1.atstan图4数据采集系统枢图整个数据采集系统的各单元完成的主要功能如下： 微处理器通过光耦隔离对两路传感信号的输入进行选择控制； 微处理器利用本身所带计数器对解调电信号定时计频采集： 利用键盘输入校准数据参数及进行校准、测最、打印选择; 对采集信号进行数字滤波、非线性修正等数字化处理.计算流速、温

10、度值； 8个LEE数码管显示瞬时流速、温度值.校准时显示相应数据； 利用非易失性RAM存储校准数据及测最数据； 微型打印机可将非易失性RAM中的校准数据打印输出，或打印已设定存储的一段时间流速、温度值； 时钟、日历功能,提供测最时间、校准时间、打印时间信息。在PTCR油井注入液体流速检测软件设计方面,流仪表罕见的故障原因蔡武昌利用线性插值法校正温度值，对于PTCR传感信号的非线性修正和温度补偿暗题，采用二元线性插值的办法,综合考虑流速测成的温度补偿和非线性处理的问3实验分析为解决标定难题，本系统标定采用标准流量计对比法对PTCR油井注入液体流速检测系统进行初步标定。标定系统使用专用的流速标定设

11、备，标定时，根据温度仪表和标准流跟:计测量值，可灵活地由按键在线输入校准散据，系统自动建立校准表格，首先标定温度值，然后标定流速值。标定时使用非易失性数据存储器存储校准表格，标定完毕后，可由面板式微型打印机打印出校准数据。实验表明检测系统具有良好的重夏性、可靠性。满量程精度优于2%e经过油田采油现场初步试用逍一步证实了其性能满足石油测井需要-从实验中发现，在低流速情况下.PTCR流速传感器表现出较高的灵敏度。图5示出某一温度下PTCR差动放大器输出电压随流速变化情况°随着流速增大，灵敏度逐渐降低。以热耗散原理分析，这是由于流速增大，倒温电阻体温度降低，能量耗散较大，测温电阻体温度变化

12、逐渐变小的缘故。在实验中也发现，PTCH流速传感器具有较快速的响应，这在一定程度上，堵加了对流体的脉动和流场的不稳定的敏感性°缩短PTCR流速传感器的响应时间，可以发展PTCR流速传感器住流体脉动速度测量方面的应用。在井口数据处理系统中，加强滤波，增加滑动平均值滤波的参加数据个数，可滤除脉动成分，获得稳定的平均流速：另外，在实验过程中还发现，对于流体的不均匀温度分布，由于PTCR和温度补偿传感器的时间常数略微不同，表现出短暂的补怯不同步。在改进PFC流速传感器时，应选取适当时间常数的PTCR和温度补ft元件，使二者达到匹配：4结束语利用PTCR自然效应研制的PTCR油井注入液体流速检

13、测系统，在低流速、高粘度液体流速测度方面表现出了优良的性能。在流速范围040cm/s,工作温度范闱为50-60.压力约在l.bxlbkPa,井下8001200m工作时，满愤程精度优于2%°解决了油井注入液体测量时,井下空间狭窄、流体粘度大、温度偏高、环境压力偏大等测鼠难点，对三次采油生产有重要价值C参考文献1朱德忠.愁物理恻量技木.北京：清华大学出版社【19902徐开先.叶浇民.貌敏电阻器.北京：机械工业出版社,1%13漆新民，王燕芳.单片做型计算机实用系统设计.北京：人民邮电出版社，1992啥太滨中科蜃寅点攻关功目资助(9811211081),政¥日期：2001-03-11“第一作者方华*,',1972年生，