超声波频差法在注水井分层流量测量中的应用研究
发布时间：2021-02-12 01:08
随着油田开发技术的发展,分层注水技术因其可以恢复油井压力、提高油田采收率而广泛应用于各大油田。而对注水量的精确计量可以有效提高分层注水的效率,但井下温度及压力等环境因素会对注水量的测量产生影响。因此在分层注水的过程中,补偿环境因素对测量结果的影响以及提高对注水量的测量精度尤为重要。本文的研究工作主要包括以下几方面:传统频差测量法将超声波在流体内传播的声速作为常量看待,忽略了因环境因素而造成的流量测量误差。针对上述缺陷,将超声波声速作为变量看待,分析了各类环境因素对声速的影响及其对超声波回波信号及注水量测量结果的影响。通过MATLAB对典型数据进行了曲面拟合,建立了超声波频差法注水量误差补偿数学模型。基于频差法提出了一种考虑地层温度和井下压力综合影响的注水量误差校正方法。误差分析表明,拟合曲面与数据高度相关,整体趋势一致,拟合效果良好。针对超声波回波信号的处理方法,本文对比了Zoomfft算法及CZT算法等。从计算量及精度方面进行了比较,最终采用了Zoomfft算法并应用于实际信号处理中。设计了一套基于频差法的注水量测量系统,硬件系统包括发射信号产生及放大电路、回波信号处理电路等,软件系...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声波频差法测量原理图
西安石油大学硕士学位论文10图2-2等压条件下超声波在水中传输速度与井下温度的关系由图2-2可知，在压力一定时，超声波在水中传输速度c与温度t间存在非线性关系，先随温度的升高而加快，后随温度的升高而放慢。将△c带入回波信号频率公式(2-3)可知，回波信号的频率会随波速发生变化，受到井下温度变化的影响，如式（2-10）所示：)sin("VccffTR温温(2-10)将△c带入频差公式(2-6)可得：温cvffLTsin2(2-11)由式(2-11)可知，频差信号的频率会收到波速波动的影响，二者之间呈反比关系，又因为超声波在水中传输速度与温度间存在非线性关系，因此在温度较低时频差信号的频率随温度的升高而减小，在温度较高时随温度的升高而增大，造成频差法流量测量误差。如图2-2所示，对三种压力下的温度-波速曲线进行多项式趋势线拟合，可以看到在三种压力下，拟合曲线各项拟合系数均不相同。无法单一的将某一压力下的温度-波速拟合曲线作为误差拟合标准。因此在从波速的角度对频差法流量测量公式进行误差补偿时，要综合考虑温度和压力对超声波波速产生的影响。才能最大限度降低环境因素对流量测量结果的影响，降低部分环境误差，提高测量精度。2.2.2井下压力对超声波回波信号的影响井下压力主要是指管道内的压力，这个压力的主要来源是注水泵加压产生的对流体的压力，由上一小节可以知道在流体中，超声波传播速度与流体的体积弹性模量和密度
第二章基于超声波频差法的注水量测量原理及误差分析13图2-3等温条件下超声波在水中传输速度与井下压力的关系图由图2-3可知，在温度一定时，超声波在水中波速与压力呈正比例关系，波速随着压力的增加而增大。将△c带入式（2-3）可知，回波信号的频率会随波速发生变化，如式（2-13）所示：)sin("VccffTR压压(2-13)将△c带入式（2-6）可知，频差信号随着波速的增大而减小，如式（2-14）所示：压cvffLTsin2(2-14)由式(2-14)可知，在温度一定时频差信号频率会随压力的增大而减小，随压力的减小而增大，造成频差法流量测量误差。对三种温度下的压力与波速曲线进行趋势线拟合，可以看到在不同温度下，拟合曲线的斜率不同，无法单一的将某一温度下的压力-波速拟合曲线作为误差拟合标准。因此在从波速的角度对频差法流量测量公式进行误差补偿时，要综合考虑温度和压力对超声波波速产生的影响。才能最大限度降低环境因素对流量测量结果的影响，降低部分环境误差，提高测量精度。对井下温度与压力造成的测量误差进行补偿的注水井流量校正方法将会在本章后节统一介绍。2.2.3超声波探头安装方法对超声波传输的影响超声波频差法是典型的非接触式测量方法，即超声波探头是不接触待测流体的。探头在注水井的管壁上的安装位置和安装角度不同，都会对测量情况产生影响，下面将从安装位置和安装角度两方面来简要分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]径向振动压电超声换能器的发展及应用[J]. 刘世清,麻磊磊. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2020(03)
[2]基于超声波检测技术和声波散射衰减方法的混凝土内部缺陷研究[J]. 陆益军,方俊,王晓妮. 工程技术研究. 2020(02)
[3]发动机特性数字化处理与数学建模[J]. 管湘源,储江伟,高伟健,赵小婷. 森林工程. 2020(01)
[4]基于嵌入式系统STM32的超声波介质传输速度测试系统的设计[J]. 谢永超,杨利,严俊. 计算机测量与控制. 2019(12)
[5]油田注水井分层流量监测及控制工艺研究[J]. 王小军,甄浩. 粘接. 2019(12)
[6]单片机STM32F103C8T6的红外遥控器解码系统设计[J]. 胡进德. 单片机与嵌入式系统应用. 2019 (10)
[7]基于STM32F103单片机电流电压采集系统设计[J]. 叶锐文,植瑶瑶,于智荣,蒙露,张海东,覃赵军. 通信电源技术. 2019(08)
[8]基于STM32的多串口通信系统设计[J]. 张海超,张北伟. 国外电子测量技术. 2019(02)
[9]多普勒法超声波流量测量系统传感器设计[J]. 王鉴钊,谢雁,顾雨晴. 电子测试. 2019(02)
[10]超声频差法液体流量测量仪的优化设计[J]. 王星富,黄国栋,王罗娜. 电子测试. 2019(02)
博士论文
[1]基于超声多普勒方法的管道流量测量研究[D]. 罗守南.清华大学 2004
硕士论文
[1]声波透射法检测模式比较研究[D]. 黄克勤.华中科技大学 2019
[2]超声波频差法井下流量测量[D]. 张丽娟.西安石油大学 2018
[3]多相流计量装置的研究与应用[D]. 钟荣强.西南石油大学 2017
[4]分层注水井下流量测控系统的设计与开发[D]. 田原.中国石油大学(华东) 2017
[5]超声波非均匀介质传播衰减特性研究[D]. 张全兴.沈阳工业大学 2015
[6]超声波流量信号采集与处理技术研究[D]. 时文娟.西安石油大学 2014
[7]基于压差流量测量的注水井分层测试理论与实验研究[D]. 姜月.东北石油大学 2013
[8]超声波流量计的流速测量的研究[D]. 陈强.沈阳工业大学 2007
[9]超声波流量测量系统的关键技术研究与实现[D]. 何群.哈尔滨工程大学 2004
[10]数字信号处理技术在多普勒流量计中的应用研究[D]. 刘宇.西安理工大学 2001
本文编号：3030004
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声波频差法测量原理图
西安石油大学硕士学位论文10图2-2等压条件下超声波在水中传输速度与井下温度的关系由图2-2可知，在压力一定时，超声波在水中传输速度c与温度t间存在非线性关系，先随温度的升高而加快，后随温度的升高而放慢。将△c带入回波信号频率公式(2-3)可知，回波信号的频率会随波速发生变化，受到井下温度变化的影响，如式（2-10）所示：)sin("VccffTR温温(2-10)将△c带入频差公式(2-6)可得：温cvffLTsin2(2-11)由式(2-11)可知，频差信号的频率会收到波速波动的影响，二者之间呈反比关系，又因为超声波在水中传输速度与温度间存在非线性关系，因此在温度较低时频差信号的频率随温度的升高而减小，在温度较高时随温度的升高而增大，造成频差法流量测量误差。如图2-2所示，对三种压力下的温度-波速曲线进行多项式趋势线拟合，可以看到在三种压力下，拟合曲线各项拟合系数均不相同。无法单一的将某一压力下的温度-波速拟合曲线作为误差拟合标准。因此在从波速的角度对频差法流量测量公式进行误差补偿时，要综合考虑温度和压力对超声波波速产生的影响。才能最大限度降低环境因素对流量测量结果的影响，降低部分环境误差，提高测量精度。2.2.2井下压力对超声波回波信号的影响井下压力主要是指管道内的压力，这个压力的主要来源是注水泵加压产生的对流体的压力，由上一小节可以知道在流体中，超声波传播速度与流体的体积弹性模量和密度
第二章基于超声波频差法的注水量测量原理及误差分析13图2-3等温条件下超声波在水中传输速度与井下压力的关系图由图2-3可知，在温度一定时，超声波在水中波速与压力呈正比例关系，波速随着压力的增加而增大。将△c带入式（2-3）可知，回波信号的频率会随波速发生变化，如式（2-13）所示：)sin("VccffTR压压(2-13)将△c带入式（2-6）可知，频差信号随着波速的增大而减小，如式（2-14）所示：压cvffLTsin2(2-14)由式(2-14)可知，在温度一定时频差信号频率会随压力的增大而减小，随压力的减小而增大，造成频差法流量测量误差。对三种温度下的压力与波速曲线进行趋势线拟合，可以看到在不同温度下，拟合曲线的斜率不同，无法单一的将某一温度下的压力-波速拟合曲线作为误差拟合标准。因此在从波速的角度对频差法流量测量公式进行误差补偿时，要综合考虑温度和压力对超声波波速产生的影响。才能最大限度降低环境因素对流量测量结果的影响，降低部分环境误差，提高测量精度。对井下温度与压力造成的测量误差进行补偿的注水井流量校正方法将会在本章后节统一介绍。2.2.3超声波探头安装方法对超声波传输的影响超声波频差法是典型的非接触式测量方法，即超声波探头是不接触待测流体的。探头在注水井的管壁上的安装位置和安装角度不同，都会对测量情况产生影响，下面将从安装位置和安装角度两方面来简要分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]径向振动压电超声换能器的发展及应用[J]. 刘世清,麻磊磊. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2020(03)
[2]基于超声波检测技术和声波散射衰减方法的混凝土内部缺陷研究[J]. 陆益军,方俊,王晓妮. 工程技术研究. 2020(02)
[3]发动机特性数字化处理与数学建模[J]. 管湘源,储江伟,高伟健,赵小婷. 森林工程. 2020(01)
[4]基于嵌入式系统STM32的超声波介质传输速度测试系统的设计[J]. 谢永超,杨利,严俊. 计算机测量与控制. 2019(12)
[5]油田注水井分层流量监测及控制工艺研究[J]. 王小军,甄浩. 粘接. 2019(12)
[6]单片机STM32F103C8T6的红外遥控器解码系统设计[J]. 胡进德. 单片机与嵌入式系统应用. 2019 (10)
[7]基于STM32F103单片机电流电压采集系统设计[J]. 叶锐文,植瑶瑶,于智荣,蒙露,张海东,覃赵军. 通信电源技术. 2019(08)
[8]基于STM32的多串口通信系统设计[J]. 张海超,张北伟. 国外电子测量技术. 2019(02)
[9]多普勒法超声波流量测量系统传感器设计[J]. 王鉴钊,谢雁,顾雨晴. 电子测试. 2019(02)
[10]超声频差法液体流量测量仪的优化设计[J]. 王星富,黄国栋,王罗娜. 电子测试. 2019(02)
博士论文
[1]基于超声多普勒方法的管道流量测量研究[D]. 罗守南.清华大学 2004
硕士论文
[1]声波透射法检测模式比较研究[D]. 黄克勤.华中科技大学 2019
[2]超声波频差法井下流量测量[D]. 张丽娟.西安石油大学 2018
[3]多相流计量装置的研究与应用[D]. 钟荣强.西南石油大学 2017
[4]分层注水井下流量测控系统的设计与开发[D]. 田原.中国石油大学(华东) 2017
[5]超声波非均匀介质传播衰减特性研究[D]. 张全兴.沈阳工业大学 2015
[6]超声波流量信号采集与处理技术研究[D]. 时文娟.西安石油大学 2014
[7]基于压差流量测量的注水井分层测试理论与实验研究[D]. 姜月.东北石油大学 2013
[8]超声波流量计的流速测量的研究[D]. 陈强.沈阳工业大学 2007
[9]超声波流量测量系统的关键技术研究与实现[D]. 何群.哈尔滨工程大学 2004
[10]数字信号处理技术在多普勒流量计中的应用研究[D]. 刘宇.西安理工大学 2001
本文编号：3030004
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