专利名称：一种用于井下管道的多相流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于井下管道的多相流量计，属于数据采集处理系统，适合于油田等领域。
背景技术：
当前，全球能源危机，石油价格已超过100美元/桶，为了更好的开采石油，节约能源，对开采石油中的数据处理要求越来越高。在石油开采中主要用到的技术为需要测量若干数据后，再根据这些数据计算出各相的流量，使流量精度受到很大影响，目前市场上大多数多相流量计在大部分流态下各相测量误差为士 10% ；所有目前用于多相计量的技术都要求必须掌握流体的特性，如介电常数、质量吸收系数等，才能比较精确地计量。如果流体特性出现变化或多相流量计用于多井计量，必须频繁的评价和标定多相流量计的传感器。存在的问题和缺点为市场上几种主要多相流量计的最高适用含气率为0. 9% 1.0%，随着含气率的增加，液相的计量精度将受到影响；多相流量计普遍采用像微波等辐射源，而有关法规对使用辐射源有严格的限制；现在的多相流量计标定设施只能较好地标定组分测量仪器，而对流速测量尚未有令人满意的标定方法。
发明内容要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种一种用于井下管道的多相流量计，根据多相流体光折射率的变化推出各组分的比例，无需对多相流进行分离就可以实现对原油品质的实时判别，从而达到快速修正采油工艺的目的。本发明的思想在于设计了以TMS320LFM07A芯片为核心的多相流量计信号处理电路；设计了应用于该种多相流量计的光纤传感器；设计传感器信号变送传输电路。技术方案一种用于井下管道的多相流量计，其特征在于包括井下采集子系统和井上处理子系统；所述井下采集子系统包括光纤传感器组、温度传感器、压力传感器和与各自联接的电压电流转换器，温度传感器和压力传感器设置在油井管道出口处管道一侧的管壁上，温度传感器的温度信号通过电压电流转换器转换后成电流信号传输至井上处理子系统，压力传感器的压力信号通过电压电流转换器转换后成电流信号传输至井上处理子系统；光纤传感器组包括光源、两个蓝宝石透镜、两个光强调制型光纤传感器和相位调制型光纤传感器，在管壁的一侧并行设置光源、光强调制型光纤传感器和相位调制型光纤传感器，光强调制型光纤传感器测量经过管道的反射光强度，并通过光电转换器和电压电流转换器转换后成电流信号传输至井上处理子系统；在另一侧管壁面向光源的光轴线上设有光强调制型光纤传感器，测量经过管道的透射光强度，并通过光电转换器和电压电流转换器转换后成电流信号传输至井上处理子系统；在光源的发射端和相对一侧的光强调制型光纤传感器的接收端设有蓝宝石透镜；所述井上处理子系统包括电流电压转换器、A/D转换器、整形器、计数器和DSP数字处理器，电流电压转换器接收井下采集子系统的数据，经过电流电压转换器转换为电压信号，经过A/D转换器进后形成数字信号输出至DSP数字处理器；整形器将电流电压转换器的信号整形为脉冲信号，输出至计数器对脉冲信号进行计数。 所述DSP数字处理器采用TMS320LF2407A芯片。 所述光源为大功率发光二极管。有益效果本发明提出的一种用于井下管道的多相流量计，具有两个明显优点一、数据采集精度高。由于光学传感器在油井内部，原油中气体尚未挥发，这样得到的数据可靠性高； 二、DSP快速分析数据，本系统采用TMS320LF2407A作为数字信号处理器，可同时处理多路信号，并能保证系统高效稳定。

图1 本发明系统原理图；图2 本发明传感器安装原理图；图3 本发明光路原理图；图4 本发明实施例频率信号的整型器、计数器电路原理图；图5 本发明实施例温度传感器的电压电流转换器；图6 本发明实施例压力传感器的电压电流转换器。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述本发明实施例见附图1，包括井下采集子系统和井上处理子系统，井下采集子系统将采集到的信号送至井上处理子系统，井上处理子系统将平均流速V、光透射率It、光反射率Ik、压力P、温度T这5个信号的模拟信号转换为数字信号后进行处理，得到测量结果。所述的井上信号处理子系统见图1、图4 包括电流电压转换器、A/D转换器、整形器、计数器和DSP数字处理器，电流电压转换器接收井下采集子系统的数据，经过电流电压转换器转换为电压信号，经过A/D转换器进后形成数字信号输出至DSP数字处理器；整形器将电流电压转换器的信号整形为脉冲信号，输出至计数器对脉冲信号进行计数。井下采集子系统送出的四路4 20mA电流信号和一路频率信号。直接通过150 Ω 精密电阻转换为0. 6 3V的电压信号，由A/D转换器进行采集；4 20mA的频率信号转换成电压信号后，由电压整形器将之整形为脉冲信号，利用计数器对脉冲信号计数(见图 5)，一段特定时间间隔内的计数结果经过锁存以后，可被处理器的I/O接口采集。A/D转换器采用AD公司的AD574芯片，它将模拟信号转换成DSP数字处理器可以处理的数字信号。 DSP采用TMS 320LFM07A芯片，对采集到的数字信号进行处理。将处理结果依次存入片外 FLASH存储器，上位机通过RS-485串行通信接口定时读取。平均流速V、光透射率It、光反射率Ik、压力P、温度T这5个信号被处理器获得以后，即可以根据一定的关系计算或查表得出油气水比例和各单相的流量。将数据存入片外 FLASH存储器，由上位机通过RS-485串行通信接口定时读取。采样时间间隔和计数时间长度需要根据现场实际情况，在采集控制软件中设置。油气水比例与信号量之间的关系暂时还没有严格的数学推导公式，需要根据实验数据标定，得到经验公式。所述井下采集子系统见图2、图3，包括光纤传感器组、温度传感器、压力传感器和与各自联接的电压电流转换器，温度传感器和压力传感器设置在油井管道出口处管道一侧的管壁上，温度传感器的温度信号通过电压电流转换器转换后成电流信号传输至井上处理子系统，压力传感器的压力信号通过电压电流转换器转换后成电流信号传输至井上处理子系统；光纤传感器组包括光源、两个蓝宝石透镜、两个光强调制型光纤传感器和相位调制型光纤传感器，在管壁的一侧并行设置光源、光强调制型光纤传感器和相位调制型光纤传感器，光强调制型光纤传感器测量经过管道的反射光强度，并通过光电转换器和电压电流转换器转换后成电流信号传输至井上处理子系统；在另一侧管壁面向光源的光轴线上设有光强调制型光纤传感器，测量经过管道的透射光强度，并通过光电转换器和电压电流转换器转换后成电流信号传输至井上处理子系统；在光源的发射端和相对一侧的光强调制型光纤传感器的接收端设有蓝宝石透镜。A为原油，B为光源1发出的光束，C为蓝宝石透镜，D为反射光束。光强调制型光纤传感器2，测量光透射率It、光反射率Ik ；相位调制型光纤传感器3，测量平均流速V ；用压力传感器4，测量压力P ；用温度传感器5，测量温度T。光纤传感器得到的信号首先要通过光纤电压传感器，转换成电压信号。由于井下的传感器和地面处理器之间距离较长，为了减少信号衰减和干扰的影响，传感器信号在送到处理器之前还需要经过电压电流变换，转换成4 20mA的电流信号。IT、IK、V的电压电流转换电路、光电转换器，采用成熟的产品针对 P和T的电压电流转换器，见图5，图6。本系统中选用芯径为62. 5um的石英阶跃多模光纤，为提高系统工作的可靠性，在光纤外加金属或塑料保护套，避免光纤在恶劣的工作环境中收到损伤。采用大功率发光二极管作为光纤传感器的光源。利用光强调制型光纤传感器，将传感器探头置入管道内5 10mm，利用两个光电管分别检测透射光和反射光强度的变化，就可以通过一定关系计算出油气水三者的比例。光纤传感器要求光源非常稳定，并且功率在毫瓦级以上，否则无法穿透混合液体。使用相位调制型光纤处理器测量混合液体平均流速，根据光学多普勒现象，加载了流速信号的反射光束与另一路参考反射光束相干后投射到光探测器上得到一组频率信号，频率的高低代表了平均流速的大小。流速和油水气比例的测定可以用同一光源。
权利要求1.一种用于井下管道的多相流量计，其特征在于包括井下采集子系统和井上处理子系统；所述井下采集子系统包括光纤传感器组、温度传感器、压力传感器和与各自联接的电压电流转换器，温度传感器和压力传感器设置在油井管道出口处管道一侧的管壁上，温度传感器的温度信号通过电压电流转换器转换后成电流信号传输至井上处理子系统，压力传感器的压力信号通过电压电流转换器转换后成电流信号传输至井上处理子系统；光纤传感器组包括光源、两个蓝宝石透镜、两个光强调制型光纤传感器和相位调制型光纤传感器，在管壁的一侧并行设置光源、光强调制型光纤传感器和相位调制型光纤传感器，光强调制型光纤传感器测量经过管道的反射光强度，并通过光电转换器和电压电流转换器转换后成电流信号传输至井上处理子系统；在另一侧管壁面向光源的光轴线上设有光强调制型光纤传感器，测量经过管道的透射光强度，并通过光电转换器和电压电流转换器转换后成电流信号传输至井上处理子系统；在光源的发射端和相对一侧的光强调制型光纤传感器的接收端设有蓝宝石透镜；所述井上处理子系统包括电流电压转换器、A/D转换器、整形器、计数器和 DSP数字处理器，电流电压转换器接收井下采集子系统的数据，经过电流电压转换器转换为电压信号，经过A/D转换器进后形成数字信号输出至DSP数字处理器；整形器将电流电压转换器的信号整形为脉冲信号，输出至计数器对脉冲信号进行计数。
2.根据权利要求1所述用于井下管道的多相流量计，其特征在于所述DSP数字处理器采用TMS320LF2407A芯片。
3.根据权利要求1所述用于井下管道的多相流量计，其特征在于所述光源为大功率发光二极管。
专利摘要本实用新型涉及一种用于井下管道的多相流量计，其特征在于将两组光强调制型光纤传感器安装在油井管道的出口处，分别测量原油的光反射率和光透射率，经过处理可以推算出油气水三相混合液体单位时间内各相所占的比例，再利用相位调制型光纤传感器测量混合液体单位时间内的平均流量，根据比例关系计算出每一个单相单位时间内的流量。利用TMS320LF2407A将数据综合分析处理，可对原油品质进行实时判别，从而为快速修正采油工艺提供必要的数据。本实用新型具有采集数据精确度高，多相流量分辨效果好，使用方便，操作灵活，是一种实用的多相流量计，在油田等领域具有广泛的应用前景。
文档编号G01F7/00GK202221325SQ20112030232
公开日2012年5月16日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者李环, 邢小军, 闫建国 申请人:西北工业大学