Conception d'un capteur de débitmètre à ultrasons d'huile brute

introduction

À l'heure actuelle, l'un des problèmes difficiles rencontrés dans l'extraction du pétrole brut dans les champs de pétrole est la mesure en ligne du pétrole brut extrait. La raison principale est que la composition du pétrole brut est très complexe. Le pétrole brut contient du pétrole, de l'eau, du gaz et d'autres impuretés. Il s'agit d'un fluide multi-phases et complexe, et des flux d'huile brut à puits à puits de manière intermittente, de sorte que les débitmètres ultrasoniques généraux ne peuvent pas répondre aux exigences. Cet article conçoit un système de mesure basé sur le calcul du flux de corrélation d'ondes à ultrasons, qui résout le problème de la mesure en ligne non en contact avec le pétrole brut.

Principe du débitmètre à ultrasons

La méthode de corrélation utilise des techniques connexes pour mesurer l'écoulement du fluide. La précision de mesure detransducteur de débitmètre à ultrasonsn'a rien à voir avec la vitesse du son dans le liquide, et la précision de mesure est élevée. Il convient à la mesure du débit multiphasique et du grand fluide d'interférence. Lorsque le fluide coule dans le pipeline, s'il contient d'autres impuretés, il y aura une variété de perturbations aléatoires à l'intérieur, ce qui générera des signaux d'écoulement liés aux conditions d'écoulement et aura certaines caractéristiques statistiques. La structure du débitmètre de la méthode de corrélation est représentée deux ensembles de transducteurs de transmission et de réception à ultrasons, et L est la distance entre le transducteur en amont et le transducteur en aval. Lorsque le signal à ultrasons passe par le pipeline, le signal ultrasonique sera modulé par le bruit dans le fluide. Le signal ultrasonique modulé contient les informations du champ de vitesse du fluide. Le signal à ultrasons est analysé pour extraire le signal d'écoulement A (t) et B (t), et effectuer des opérations de corrélation sur A (t) et B (t).

2 Structure du système de mesure du débit lié à ultrasons brut à puits à puits à puits

Le système de mesure du débit unique est principalement composé de trois parties: prétraitement de séparation de gaz-liquide, détection ultrasonique et traitement du signal. Les trois parties sont analysées séparément ci-dessous.

2.1 partie de prétraitement de séparation de gaz-liquide

La structure de la pièce de prétraitement est indiquée. La fonction de la partie de prétraitement consiste à effectuer une séparation des gaz liquides (le pétrole brut pompé par l'unité de pompage contient du gaz et d'autres impuretés en plus du mélange d'huile. Le gaz apportera une plus grande erreur à la mesure du pétrole, de sorte que le gaz pétrolier est -La séparation des liquides doit être effectuée pendant la mesure); La seconde consiste à résoudre le problème de la mesure complète des tuyaux pendant l'écoulement intermittent (l'huile brute pompée à chaque fois lorsque l'unité de pompage fonctionne n'est pas égale, et elle circule par intermittence, afin que l'huile dans le pipeline ne soit pas pleine, ou Apporter une grande erreur de mesure). Pour ces raisons, le prétraitement doit être effectué avant la mesure du pétrole. Après le prétraitement, la séparation de gaz-liquide et le tuyau rempli d'huile passent à travers le tuyau d'huile de mesure pour réduire l'erreur de mesure. Le principe de travail est: le pétrole brut pénètre dans le réservoir de stockage du pétrole de l'entrée d'huile à travers le réservoir de sédimentation, et l'huile et le gaz sont séparés dans le réservoir de stockage d'huile. Le gaz séparé est sorti de la soupape (soupape de sortie) sur le réservoir de stockage d'huile à travers le gazoduc. Lorsque l'huile atteint une certaine hauteur, la boule flottante flotte pour ouvrir la soupape inférieure (soupape de sortie d'huile), et en même temps, la soupape supérieure bloque le port de gaz pour augmenter la pression. L'huile dans le réservoir de stockage d'huile s'écoule vers la sortie d'huile à travers le pipeline de mesure sous l'action de la pression. Lorsque le réservoir de stockage d'huile tombe à un certain niveau, la balle flottante coule pour bloquer la vanne inférieure et ouvre la vanne supérieure, de sorte que le travail répété termine la séparation de gaz-liquide.

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2.2 Pièce de tests ultrasoniques

La partie de détection est principalement composée de deux paires de capteurs à ultrasons. La détection de capteurs à ultrasons se fait en transmettant et en recevant de l'énergie des ondes ultrasoniques. Le cœur du transducteur (convertissant l'énergie ultrasonique en énergie électrique ou convertissant l'énergie électrique en énergie ultrasonique. Le transducteur réversible signifie que les deux formes de l'énergie du transducteur sont converties les unes dans les autres). Les transducteurs ultrasoniques communs comprennent les vibrateurs de cristal piézoélectriques, les vibrateurs magnétostrictifs, etc. Les ondes ultrasoniques utilisées pour la mesure du débit connexe ont généralement deux formes: l'onde sinusoïdale et l'onde d'impulsion. Les débitmètres connexes d'onde ultrasonique et sinusoïdale pulsés intègrent les informations de vitesse de la section transversale du champ d'écoulement pour obtenir la vitesse d'écoulement. Cette conception utilise un capteur à ultrasons cristallin piézoélectrique avec une fréquence centrale de 200 kHz. Afin de surmonter l'influence des ondes debout, Ultrasonic utilise un générateur de signal d'impulsion en boucle à verrouillage de phase.

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2.3 Pièce de traitement du signal

La partie de traitement du signal est principalement composée de transducteur de réception à ultrasons. Le préamplificateur est composé du module d'amplificateur d'instruments MAX410, l'amplificateur secondaire et l'amplificateur final sont composés d'amplificateur d'instruments à faible puissance de précision INA128; Le circuit de filtre est un filtre de pass de bande composé d'un filtre intégré analogique Max275, la fréquence centrale est de 200 kHz, un filtre passe-bas est formé par TL14 et le signal après la détection est principalement retiré. Le circuit de détection d'enveloppe est composé d'une diode et d'un condensateur pour former un détecteur de pointe.

L'autre partie est un circuit d'acquisition et de traitement de données composé de modules. Ce circuit decapteur d'écoulement à ultrasonsSélectionne la puce TMS320F2812DSP de la société TI. Dans le champ de contrôle de processus actuel, il s'agit du microprocesseur DSP le plus avancé. Par rapport aux micro-ordinateurs traditionnels à puce, il a des performances exceptionnelles telles que des fonctions solides, des ressources riches et une faible consommation d'énergie. Il a des performances parfaites et la meilleure interface périphérique intégrée. Il intègre la mémoire flash, le convertisseur A / D à grande vitesse, le module de canettes haute performance, etc.

Pendant la mesure, les transducteurs d'émetteur en amont et en aval émettent des ondes ultrasoniques à haute fréquence. Lorsque les ondes ultrasoniques se propagent dans le fluide, le signal d'écoulement modulera les ondes ultrasoniques en amplitude, en phase et en fréquence. Le signal modulé à haute fréquence reçu par le transducteur est reçu et filtré. Après démodulation et amplification, le signal d'écoulement est obtenu et envoyé au convertisseur A / D pour la collecte de données, et les informations collectées sont envoyées au traitement connexe pour obtenir le débit du fluide.

3 programmation système

Le système logiciel comprend l'initialisation, le module de calcul, l'affichage de débit, le module de traitement d'interruption et d'autres parties. Le tableau de flux principal du programme est affiché. Une fois le programme principal initialisé, il entre dans un programme de boucle pour traiter les données échantillonnées et répond aux demandes d'interruption A / D externes, aux demandes d'interruption de communication série et aux demandes d'interruption de temporisation à tout moment. Déterminer si la synchronisation de l'affichage du débit est atteinte. Le programme principal répond aux demandes d'interruption ci-dessus et appelle chaque programme de traitement correspondant pour compléter la collecte et le traitement des données.

L'initialisation est d'une part pour configurer l'environnement de travail du DSP, et d'autre part pour se préparer au traitement du signal ultérieur. Le programme d'initialisation du système comprend l'initialisation interne qui affecte le fonctionnement du CPU de puce DSP et l'initialisation périphérique qui affecte le travail de chaque périphérique, ainsi que l'initialisation des dispositifs programmables périphériques (tels que A / D, D / A, etc. .), Incluant spécifiquement les fonctions suivantes: définissez le générateur d'horloge, définissez la minuterie, initialisez les registres d'état, les interruptions ouvertes, etc.

Le module de traitement d'interruption comprend trois interruptions: le module de traitement d'interruption de la minuterie est utilisé pour démarrer le convertisseur A / D et contrôler la fréquence d'échantillonnage, le module de traitement d'interruption de communication série est utilisé pour communiquer avec l'ordinateur supérieur et le traitement d'interruption A / D Le module est utilisé pour lire les échantillons de convertisseur A / D Les données, et son organigramme est illustré sur la figure.

Le module d'affichage rafraîchit régulièrement le compteur pour afficher la valeur de débit instantanée et la valeur de débit cumulative. Le convertisseur A / D demande au DSP de lire l'interruption de données, et le DSP répond à la demande d'interruption du convertisseur A / D, appelez le module de traitement d'interruption A / D, lisez les données échantillonnées et les envoie dans le tampon de données. Étant donné que le fluide circule par intermittence, après que le DSP a reçu les données du point N des signaux en amont et en aval, il effectue une analyse de Fourier sur les données pour déterminer si le fluide coule. S'il circule, le programme de calcul est appelé pour effectuer des opérations connexes sur les données échantillonnées et trouver les fonctions associées. Déterminez le temps de transit t et obtenez la valeur de débit instantanée et la valeur de débit cumulative en fonction des paramètres de l'instrument et de la compensation de température, et stockez le résultat dans l'unité de stockage de données pour l'affichage par l'instrument d'affichage.

Dans la mesure du flux de corrélation, l'un des principaux problèmes decapteur de débitmètre ultrasonique en laitonest la méthode de calcul de la fonction de corrélation, qui nécessite une complétion à grande vitesse et précise de l'acquisition d'un grand nombre de signaux de modulation aléatoires, des calculs d'intégration de corrélation et de la recherche maximale de la fonction de corrélation. L'algorithme de fonction de corrélation a principalement deux types de méthode de répétition de polarité et de méthode de croisement zéro. Afin d'améliorer la vitesse de fonctionnement, ce système adopte le fonctionnement de corrélation dans le domaine de fréquence. Une fois les données d'entrée transformées par FFT, le fonctionnement de corrélation dans le domaine de fréquence peut être obtenu. Ensuite, la corrélation entraîne le domaine temporel peut être obtenu via IFFT, qui peut être utilisé pour la recherche de pointe.

4. Conclusion

Sur la base de l'analyse des conditions de travail d'un seul puits dans le champ d'huile et du principe de la mesure du débit associée, un dispositif adapté à la mesure du pétrole brut puits unique a été conçu. Le test sur le terrain a obtenu de bons résultats avec une erreur inférieure à 2%. Cependant, il y a toujours les problèmes suivants: Premièrement, le signal fluctue considérablement, qui a principalement le pétrole brut contient du gaz et de l'impureté. Par conséquent, la différence de signal est importante et le circuit de détection doit augmenter le circuit AGC. Le second a la difficulté de régler le coefficient de correction. Différents puits ont une teneur en eau et une viscosité d'huile différentes. Dans le même temps, la fluidité de l'huile varie considérablement à différentes températures, elle doit donc être ajustée par plusieurs fois dans différents environnements. Le facteur de correction apporte des inconvénients à utiliser. Troisièmement, l'erreur est relativement importante lorsque le débit est faible. Ce sont les domaines à améliorer dans les recherches futures.