1、PTCR油井注入液體流速檢測系統方華軍，等PTCR油井注入液體流速檢測系統PTCRFlowVelocityDetectingSstemforInjectedLiquidofOilWell方華礦很殷忠2(汁華弋學成電子學珂充所北京100084；黑犯江大敏感技術研充所，哈木濱150080)摘荽仆紹了由井下FTWR炫散式流速傳感器和井口單片機數據采集系統組成的油井注入液體流速檢測系統<解決了井下高粘度、低流速流體測量的問題，美健詞流速測量液體流速油井注人被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產工藝中，需向井下注入聚丙烯酰胺水解液.流速范圍在040cm/j工作溫度范圍為5060弋,井下8001200m,壓力范圍約在1.17xibkPa.且具有一定粘度。對這種油井注入液體的流速等物理參數的檢測，直接關系到每口油井的產址.因而檢刪手段是穩產'高產的必要前提。油井注入液體流速檢測的對象是注入生產油井聚丙稀酰胺水解液在含油剖面各點的流速，由于被檢測對象為井管中流體，因此，應屬

4、于管道測址.但井下流速測量有其特殊性即：井下空間狹窄只能使用插人式測髭儀器。井管口徑約6cm或8cm,為減少傳感器對流速的影響，傳感器的外徑應小于3cm;現場工作壓力較大.傳感器必須密封且能承受高壓；環境工作溫度偏高，且溫度波動較大；被測流體一聚丙稀酰胺粘度較大，為非牛頓流體；油井較深.井下信號遠距離傳輸困誰：要求使用的電纜數目較少.一般為24根；井下環境復雜，模擬標定困難；對于井口數據采集儀器.要求堅固可泉，抗干擾能力強正是由于井下測量具有上述碓點.傳統流速、流呈檢測儀器不適合井下流速測童。目前，國內針對三次采油井下注入的聚丙稀酰胺水解體流速測最間題.許多科研單位相繼研制了一些檢測儀器.這些

5、儀器有適于井下測量特點的井下浮子式流依計、井下渦輪式流短汁、井下電磁流量計等c上述儀器對低壓、低粘度、高流速測量精度高.但對井F高粘度、低流速流體測最還有待進一步研究,1工作原理通過討已有流速、流量檢測儀器現狀的回顧與分析，結合油田井下流速測量的特點，PTCR油井注入液體流速檢測系統采用PTCR(positivelernperaiurecoefil-cieniresistance)為探頭，利用自熱耗散原理來檢測流體速度變化.同時,利用集成溫度傳感器采集溫度信號，作為溫度補償信號，將兩路采集信號進行放大，分時進行壓頻變換，脈寬整形.電流驅動，提高信號遠距離傳輸能力后，再將其載至電菠電纜.傳輸到井

6、口。整個傳感器僅有3根接口線。井口單片機數據采集系統可以通過其中I根控制線控制井下傳感器的溫度/PTCR信號分時送行壓/傾轉換.將電源傳輸線上反饋回來的頻率信號下載.經微處理器計頻，數據綜合處理.非線性修正與溫度補償后，轉換為流速、溫度信號.顯示、存儲和打印輸出。2系統構成整個系統由1根三芯屏蔽測井鋼絲電纜連接井下傳感器和井口數據采集處理系統兩大部分.如圖I所71c整個流速檢測系統實現的功能是： 傳感器分時采集流速和溫度信號；O井下傳感信號處理；信號載波傳輸及控制；井口數據采集系統動態校準數據的輸入和校_1L圖1PTCR油井注'液體濾速憐測系統方框圖準表格自動建立；數據采集、處理系統對

7、溫度和PTCR信號的非線性及溫度漂移進行綜合處理與修正；©存儲校準數據和設定時間內的測量數據；顯示、打印輸出C測磁系統的設計技術指標：田流速范圍040cm/s 使用溫度50-60TQ測量精度w2%FS2.1井下流速傳感器采用PTCR作為流速傳感元件的流速傳感器其外型結構如圖2所示rtjtftz:7'7I.PTtAe«MSO點口電好云，段圖2井下濾速停惑器外型站構圖傳感器的頭部為保護罩和導流管,防止PTCR在井下受到損傷c傳感器的中部為信號處理電路板安裝腔.內部安裝整個傳感器的信號放大、補供、轉換、載波電路、，在傳感器的尾部設計為與專用測井鋼絲電纜相接的鋼絲電纜轉接體

8、°整個傳感器由不銹鋼制成導流管、安裝腔、鋼絲電纜轉接體三個部分可靈活拆卸。傳感器全長約lm.為減小傳感器對流場的影響.傳感器直徑設計為3cm（油井管直徑為6cm或8cm）測最時傳感器由測試車通過測井鋼絲電纜送至井T1200m左右深處，傳感器經電纜與井口數據采集系統相連接。為增加傳感器的穩定性，傳感器的下部可吊接相當重址的鉛花C測星時,聚丙稀酰胺水解液從入水口流入導流管.當聚丙稀酰胺水解液流經FTCR時.根據熱耗散原理.改變FTCR自然耗散系數.引起電阻值的變化，從而將流速信號轉變為可測量的電信號。井下流速傳感器的1：作原理如圖3所示。虛線內為井下流速傳感器的電麻理框圖c傳感器在井口數

9、據采集系統配合下工作C圖3井下沆迅傳感器電路原理框圖2.2井口數據采集系統prcR油井注入液體流速檢測系統的數據采集及處理采用89C52單片微處理器，對傳感器的信號采集及處理進行控制.并利用軟件綜合解決傳感器的非線性及溫度漂移硬件結構如圖4所示。1<5|(光貽JS|<3=|-|b.1.atstan圖4數據采集系統樞圖整個數據采集系統的各單元完成的主要功能如下： 微處理器通過光耦隔離對兩路傳感信號的輸入進行選擇控制； 微處理器利用本身所帶計數器對解調電信號定時計頻采集： 利用鍵盤輸入校準數據參數及進行校準、測最、打印選擇; 對采集信號進行數字濾波、非線性修正等數字化處理.計算流速、溫

10、度值； 8個LEE數碼管顯示瞬時流速、溫度值.校準時顯示相應數據； 利用非易失性RAM存儲校準數據及測最數據； 微型打印機可將非易失性RAM中的校準數據打印輸出，或打印已設定存儲的一段時間流速、溫度值； 時鐘、日歷功能,提供測最時間、校準時間、打印時間信息。在PTCR油井注入液體流速檢測軟件設計方面,流儀表罕見的故障原因蔡武昌利用線性插值法校正溫度值，對于PTCR傳感信號的非線性修正和溫度補償暗題，采用二元線性插值的辦法,綜合考慮流速測成的溫度補償和非線性處理的問3實驗分析為解決標定難題，本系統標定采用標準流量計對比法對PTCR油井注入液體流速檢測系統進行初步標定。標定系統使用專用的流速標定設

11、備，標定時，根據溫度儀表和標準流跟:計測量值，可靈活地由按鍵在線輸入校準散據，系統自動建立校準表格，首先標定溫度值，然后標定流速值。標定時使用非易失性數據存儲器存儲校準表格，標定完畢后，可由面板式微型打印機打印出校準數據。實驗表明檢測系統具有良好的重夏性、可靠性。滿量程精度優于2%e經過油田采油現場初步試用逍一步證實了其性能滿足石油測井需要-從實驗中發現，在低流速情況下.PTCR流速傳感器表現出較高的靈敏度。圖5示出某一溫度下PTCR差動放大器輸出電壓隨流速變化情況°隨著流速增大，靈敏度逐漸降低。以熱耗散原理分析，這是由于流速增大，倒溫電阻體溫度降低，能量耗散較大，測溫電阻體溫度變化

12、逐漸變小的緣故。在實驗中也發現，PTCH流速傳感器具有較快速的響應，這在一定程度上，堵加了對流體的脈動和流場的不穩定的敏感性°縮短PTCR流速傳感器的響應時間，可以發展PTCR流速傳感器住流體脈動速度測量方面的應用。在井口數據處理系統中，加強濾波，增加滑動平均值濾波的參加數據個數，可濾除脈動成分，獲得穩定的平均流速：另外，在實驗過程中還發現，對于流體的不均勻溫度分布，由于PTCR和溫度補償傳感器的時間常數略微不同，表現出短暫的補怯不同步。在改進PFC流速傳感器時，應選取適當時間常數的PTCR和溫度補ft元件，使二者達到匹配：4結束語利用PTCR自然效應研制的PTCR油井注入液體流速檢

13、測系統，在低流速、高粘度液體流速測度方面表現出了優良的性能。在流速范圍040cm/s,工作溫度范闈為50-60.壓力約在l.bxlbkPa,井下8001200m工作時，滿憤程精度優于2%°解決了油井注入液體測量時,井下空間狹窄、流體粘度大、溫度偏高、環境壓力偏大等測鼠難點，對三次采油生產有重要價值C參考文獻1朱德忠.愁物理惻量技木.北京：清華大學出版社【19902徐開先.葉澆民.貌敏電阻器.北京：機械工業出版社,1%13漆新民，王燕芳.單片做型計算機實用系統設計.北京：人民郵電出版社，1992啥太濱中科蜃寅點攻關功目資助(9811211081),政¥日期：2001-03-11“第一作者方華*,',1972年生，