井下热示踪流量测量电路研究与设计

井下热示踪流量测量电路研究与设计

作者：郭启超李贤丽赵志超刘昭廷

来源：《电子世界》2013年第07期

【摘要】本文介绍一种基于在线加热方式无可动部件的井下热示踪相关流量测量电路。测量装置由热源发生器、温度传感器阵列以及测量与控制电路构成。热源发生器通过电容在极短时间的充放电来加热流体，当被加热的流体经过传感器阵列时，由于温差传感器阵列产生信号突变，测出脉冲信号的渡越时间以及传感器阵列的物理距离就可以测出油水两相流的流量，经实验验证，效果良好。

【关键词】热示踪；相关算法；油水两相流

1.引言

流量是表征油井动态变化和评价油层生产特征的一个重要参数，在原油井下开采中具有重要的应用价值。如果井下流体流量测量不准确，将直接影响原油开采量，会造成很大的能源浪费[1-2]。在国内油井生产测试中，采用皮球或布伞集流形式进行油井产液剖面测量。其测量效果都不理想。在井下原油中含有大量的砂粒和固体异物的沉积，涡轮流量计易砂卡，造成测试失败，为了充分开采原油就要及时测出井下流体流量的准确值，检测井下流体流量是石油开采过程中被普遍关注的问题。针对上述情况本文介绍一种井下热示踪相关流量测量方法[3]。热示踪法具有高可靠性、无可动部件、测量准确等特点，适用于井下油水两相流的流量测量。

2.测量原理

3.系统硬件构成

本仪器共包含两个部分：井下测量模块。井下测量模块与井上控制模块通过曼码进行传输数据。井上控制模块对井下和井上的脉冲信号进行显示、处理并保存。

主要是接收井下采集模块发送的数据并进行图像显示，观测出时间差。井下测量模块与井上控制模块通过曼码进行传输数据[7-8]，通过井上数据处理解析流量。

井下测量模块包含：充放电控制、电容器模组、滤波电压放大、热源发生器、温度传感器、电源以及耐压耐高温外壳等部分。主要是对井下油水流速测量并发送到井上显示模块，系统总框图如图2所示。

3.1 系统供电电源

本系统电压分为单片机的+5V电压，AD620及OP07运放输入的±5V电压，单独

MAX485+5V电压及电容器模组的50V电压。

3.2 热源发生器

热源发生器是系统的核心部分，它的工作直接影响到装置测量的准确性。其工作原理如图4所示。主控电路采用脉冲的方式控制光耦开关，从而控制电容的充放电[9]。电容器模组是由20个2.5V/4.7F超级电容串联，这样在极短的时间可以提供较大的功率。考虑到响应时间和灵敏度的问题，选择铂电阻Pt1000为温度检测传感器，温度传感器阵列之间的间隔为50mm。

3.3 温度传感器

4.结论

本文提出的热示踪测量流量的方法，包括前端弱信号检测和放大调理、滤波，温度及单片机数据采集处理和存储等功能，同时开发相应上位机处理软件和终端系统，测井模拟实验室进行测量实验，系统长期运行稳定，温度和压力精度较高，完全适合现场油井测试应用。测量系统采用固定部件、不受井底泥沙的影响、不影响流体的流速，具有较高的可靠性和准确性。

参考文献

[1]王志春，张文景，李文涛.一种两相流浓度测量传感器的仿真研究[J].计算机测量与控制，2011（03）.

[2]马希金，邵莲.相关流量计量技术综述[J].流体传动与控制，2008（01）.

[3]邢娟，张涛.利用涡街流量计测量油水两相流流量[J].仪器仪表学报，2009（04）.

[4]Rrancois Auzerais.油井井下检测新技术[J].国外测井技术，2002，17（2）：40-50.

[5]姜洪雨.一中新型高精度高温度稳定性恒流源研究[J].现代电子技术，2008，14：3-5.

[6]桂永芳，傅新，等.基于互相关理论的超声波气体流量测量电路系统[J].工业仪表与自动化装置，2004，1（2）：15-17.

[7]吴世旗，钟兴福，刘兴斌等.水平井产出剖面测井技术及应用[J].油气井测试，2005，14（2）.

[8]王建国，孙敬华，曹丙霞.基于AVR单片机的曼彻斯特编解码及其应用[J].计算机工程，2006（20）.

[9]冯继成，刘萍，赵家昌，唐博合金，徐菁利.超级电容器复合电极材料应用研究进展[J].上海工程技术大学学报，2009（03）.