一种原油超声波相关流量计的设计 (1)
2011-05-27 22:26:36   作者：张乐芳 黄天录 孔凡东   来源:现代电子技术  
 
　　摘要：针对油田单井计量的困局，设计并实现了一种单井原油流量测量仪器。气液分离预处理环节解决气液分离和油液满管通过计量油管，由两对超声波传感器构成的检测环节解决非接触测量，而由超声波接收换能器和DSP构成的信号处理环节解决快速在线计量，在软件上运用基于超声波传感器的相关算法解决测量精度。现场测试表明，该流量计的计量误差很小。其特点在于从硬件结构和软件设计两个方面较好地解决了原油非接触在线计量。
　　0 引言
　　目前，在油田原油开采中面临的一个困难问题就是对开采的原油进行在线计量。主要原因是原油的成分非常复杂，原油中含油、水、气和其他杂质，属于多相复杂的流体，而且单井原油又是间歇流动，因此一般的流量计是无法满足的。本文设计了基于超声波相关流量计算的计量系统，较好地解决了原油非接触在线计量问题。
　　1 超声波相关流量计原理
　　相关法利用相关技术测量流体流量。测量精度与流体中的声速无关，测量精度高，适用于多相流，干扰大的流体的测量。当流体在管道内流动时，如果含有其他杂质，其内部就存在着各种各样的随机扰动，从而产生了与流动状况有关的流动信号，并具有一定的统计特性。相关法流量计的结构如图1所示。A，A’和B，B’是两组超声波发射和接收换能器，L为上游换能器和下游换能器之间的距离。当超声波信号穿过管道时，超声波信号会受到流体中噪声的调制，调制后的超声波信号中就包含了流体速度场的信息，对此超声波信号进行分析，提取与流动状况有关的流动信号A(t)和B(t)，且将A(t)和B(t)作相关运算，得到相关函数RAB(τ)：

　　该函数峰值所对应的时间位移为τ，就是流体从上游换能器传递到下游换能器的时间，即该系统中的传递时间(也称渡越时间)。流速的计算公式为：

　　根据流速，进而求得流量：

　　式中：D为管道的直径。