專利名稱：測(cè)量井下原油流量的超聲波互相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及原油流量測(cè)量領(lǐng)域，提供一種能夠準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量井下原油流量的方法。
井下流量這一參數(shù)對(duì)石油開采來說相當(dāng)重要，對(duì)于了解井下原油的流量情況，及每天的產(chǎn)量，和監(jiān)視井下原油的活動(dòng)情況都有重要的意義。但是，由于井下溫度在90℃左右，且原油成分復(fù)雜，除了油以外，還包括水、氣、沙、石蠟等多種物質(zhì)；同時(shí)，可安裝傳感器的空間小、環(huán)境惡劣，因此，現(xiàn)行渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、差壓流量計(jì)等傳統(tǒng)地流量測(cè)量裝置不能在該領(lǐng)域取得到較好的應(yīng)用效果。本發(fā)明可以實(shí)時(shí)檢測(cè)井下原油流量的大小，進(jìn)而為解決能源的合理搭配等提供依據(jù)。
本發(fā)明的任務(wù)是測(cè)量井下原油流量。
本發(fā)明的任務(wù)是以如下方式完成的應(yīng)用信號(hào)的相關(guān)理論，采用兩組超聲波傳感器作為敏感元件，一組發(fā)射超聲波，一組接收超聲波，當(dāng)發(fā)射的超聲波信號(hào)在流體中傳播時(shí)會(huì)受到原油流速噪聲信號(hào)的調(diào)制，包含流體速度信息的被調(diào)制后的超聲波信號(hào)，由超聲波接收器接收到，再輸入到處理單元計(jì)算出兩路信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)，找出其峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，即為流體通過已知距離的時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出流速、流量。
以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的原理示意圖。
參照附圖1，超聲波發(fā)射器1和超聲波接收器2均固定在內(nèi)管3的外壁，由于超聲波發(fā)射器1和接收器2的體積小，安裝后它們介于內(nèi)管3和外管4之間。微處理器10產(chǎn)生控制信號(hào)，對(duì)數(shù)字頻率合成器11的頻率進(jìn)行調(diào)整，使其輸出頻率與超聲波發(fā)射器1的固有頻率相等；再經(jīng)過功率放大器12對(duì)兩路信號(hào)分別進(jìn)行放大，用于驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器1；受到原油5的流速調(diào)制后的超聲波接收器2的信號(hào)，通過放大器6放大到規(guī)定的幅度，進(jìn)入極性比較器7，并輸出+1和-1兩個(gè)邏輯值，再通過數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)8，對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行極性互相關(guān)運(yùn)算，計(jì)算出流速和流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)，兩參數(shù)實(shí)時(shí)存入存儲(chǔ)器9。參照?qǐng)D2，原油流速的波動(dòng)信號(hào)13，通過間距為L(zhǎng)的超聲波接收器2，兩路信號(hào)分別為14和15，對(duì)這兩路信號(hào)進(jìn)行極性互相關(guān)運(yùn)算得到極性互相關(guān)函數(shù)曲線16，該曲線最高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間值即為原油5流過已知距離L的時(shí)間，進(jìn)而得到流速；內(nèi)管3的內(nèi)徑為已知，流速乘以內(nèi)管內(nèi)徑的橫截面積，得到流量。
本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)
1、非接觸。與流體的介質(zhì)成分無關(guān)，由于非接觸，因此不會(huì)產(chǎn)生壓力損失，可以很好的解決防爆、防堵等。
2、測(cè)量結(jié)果與工況參數(shù)無關(guān)，如壓力、溫度等物理參數(shù)不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。
3、測(cè)量結(jié)果獨(dú)立于超聲波的傳播速度。
4、流量測(cè)量結(jié)果只取決于管道內(nèi)介質(zhì)軸向方向的速度，而對(duì)徑向流速分量不敏感。
5、體積小，可安裝在井下油管的套管中。
實(shí)現(xiàn)本專利的最好方式為超聲波發(fā)射傳感器的諧振頻率為1MHz，直徑為14mm，厚度1．5mm；超聲波接收傳感器的諧振頻率為1MHz，直徑為14mm，厚度1．5mm；數(shù)字信號(hào)處理單元算法采用極性互相關(guān)方法對(duì)兩路超聲波信號(hào)進(jìn)行計(jì)算；超聲波發(fā)射器和接收器安裝于采油內(nèi)管外壁，與原油不接觸；數(shù)字信號(hào)處理單元采用DSP芯片，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，保證實(shí)時(shí)性；采用數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生超聲波發(fā)射器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
權(quán)利要求
1、測(cè)量井下原油流量的超聲波互相關(guān)方法，其特征是用信號(hào)的相關(guān)理論，采用兩組超聲波傳感器(1)(2)作為敏感元件；應(yīng)用數(shù)字頻率合成器(11)產(chǎn)生超聲波發(fā)射器(1)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；當(dāng)發(fā)射的超聲波信號(hào)在原油(5)中傳播時(shí)會(huì)受到流動(dòng)噪聲的調(diào)制，包含流體速度信息的被調(diào)制信號(hào)，由超聲波接收器(2)接收，再通過數(shù)字信號(hào)處理單元(8)計(jì)算出兩路接收信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)，找出其峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，即流體通過已知距離的時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出流速、流量。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量井下原油流量的超聲波互相關(guān)方法，其特征是超聲波發(fā)射傳感器(1)的諧振頻率為1MHz，直徑為14mm，厚度1．5mm。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量井下原油流量的超聲波互相關(guān)方法，其特征是超聲波接收傳感器(2)的諧振頻率為1MHz，直徑為14mm，厚度1．5mm。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量井下原油流量的超聲波互相關(guān)方法，其特征是數(shù)字信號(hào)處理單元(8)算法采用極性互相關(guān)方法對(duì)兩路超聲波信號(hào)進(jìn)行計(jì)算。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量井下原油流量的超聲波互相關(guān)方法，其特征是超聲波發(fā)射器(1)和接收器(2)安裝于采油內(nèi)管外壁，與原油不接觸。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量井下原油流量的超聲波互相關(guān)方法，其特征是數(shù)字信號(hào)處理單元(8)采用DSP芯片，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，保證實(shí)時(shí)性。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量井下原油流量的超聲波互相關(guān)方法，其特征是采用數(shù)字頻率合成器(11)產(chǎn)生超聲波發(fā)射器(1)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量井下原油流量的方法,屬于井下原油流量測(cè)量領(lǐng)域。它是由超聲波發(fā)射傳感器、超聲波接收傳感器、信號(hào)放大器、極性比較器、數(shù)字信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器、微處理器、數(shù)字頻率合成器、功率放大器等部分等組成。其工作原理是:經(jīng)過調(diào)制后的超聲波信號(hào)通過極性比較器后,輸入到數(shù)字信號(hào)處理器,計(jì)算出兩路信號(hào)的極性互相關(guān)函數(shù),找出其峰值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間,即流體通過已知距離的時(shí)間,進(jìn)而計(jì)算出流速、流量。
文檔編號(hào)G01F1/66GK1289916SQ9911586
公開日2001年4月4日 申請(qǐng)日期1999年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月29日
發(fā)明者王智慧, 李忠慧, 王磊, 傅增祥 申請(qǐng)人:王智慧, 李忠慧, 傅增祥