專利名稱：測量井下原油流量的超聲波互相關方法
技術領域：
本發(fā)明涉及原油流量測量領域，提供一種能夠準確、可靠的測量井下原油流量的方法。
井下流量這一參數(shù)對石油開采來說相當重要，對于了解井下原油的流量情況，及每天的產量，和監(jiān)視井下原油的活動情況都有重要的意義。但是，由于井下溫度在90℃左右，且原油成分復雜，除了油以外，還包括水、氣、沙、石蠟等多種物質；同時，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、電磁流量計、差壓流量計等傳統(tǒng)地流量測量裝置不能在該領域取得到較好的應用效果。本發(fā)明可以實時檢測井下原油流量的大小，進而為解決能源的合理搭配等提供依據(jù)。
本發(fā)明的任務是測量井下原油流量。
本發(fā)明的任務是以如下方式完成的應用信號的相關理論，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，當發(fā)射的超聲波信號在流體中傳播時會受到原油流速噪聲信號的調制，包含流體速度信息的被調制后的超聲波信號，由超聲波接收器接收到，再輸入到處理單元計算出兩路信號的互相關函數(shù)，找出其峰值點所對應的時間，即為流體通過已知距離的時間，進而計算出流速、流量。
以下將結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細描述。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
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，安裝后它們介于內管3和外管4之間。微處理器10產生控制信號，對數(shù)字頻率合成器11的頻率進行調整，使其輸出頻率與超聲波發(fā)射器1的固有頻率相等；再經過功率放大器12對兩路信號分別進行放大，用于驅動超聲波發(fā)射器1；受到原油5的流速調制后的超聲波接收器2的信號，通過放大器6放大到規(guī)定的幅度，進入極性比較器7，并輸出+1和-1兩個邏輯值，再通過數(shù)字信號處理器(DSP)8，對兩路信號進行極性互相關運算，計算出流速和流量兩個參數(shù)，兩參數(shù)實時存入存儲器9。參照圖2，原油流速的波動信號13，通過間距為L的超聲波接收器2，兩路信號分別為14和15，對這兩路信號進行極性互相關運算得到極性互相關函數(shù)曲線16，該曲線最高點所對應的時間值即為原油5流過已知距離L的時間，進而得到流速；內管3的內徑為已知，流速乘以內管內徑的橫截面積，得到流量。
本發(fā)明具有如下的優(yōu)點
1、非接觸。與流體的介質成分無關，由于非接觸，因此不會產生壓力損失，可以很好的解決防爆、防堵等。
2、測量結果與工況參數(shù)無關，如壓力、溫度等物理參數(shù)不會對測量結果產生影響。
3、測量結果獨立于超聲波的傳播速度。
4、流量測量結果只取決于管道內介質軸向方向的速度，而對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)字信號處理單元算法采用極性互相關方法對兩路超聲波信號進行計算；超聲波發(fā)射器和接收器安裝于采油內管外壁，與原油不接觸；數(shù)字信號處理單元采用DSP芯片，對信號進行處理，保證實時性；采用數(shù)字頻率合成器產生超聲波發(fā)射器的驅動信號。
權利要求
1、測量井下原油流量的超聲波互相關方法，其特征是用信號的相關理論，采用兩組超聲波傳感器(1)(2)作為敏感元件；應用數(shù)字頻率合成器(11)產生超聲波發(fā)射器(1)的驅動信號；當發(fā)射的超聲波信號在原油(5)中傳播時會受到流動噪聲的調制，包含流體速度信息的被調制信號，由超聲波接收器(2)接收，再通過數(shù)字信號處理單元(8)計算出兩路接收信號的互相關函數(shù)，找出其峰值點所對應的時間，即流體通過已知距離的時間，進而計算出流速、流量。
2、根據(jù)權利要求1所述的測量井下原油流量的超聲波互相關方法，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)權利要求1所述的測量井下原油流量的超聲波互相關方法，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)權利要求1所述的測量井下原油流量的超聲波互相關方法，其特征是數(shù)字信號處理單元(8)算法采用極性互相關方法對兩路超聲波信號進行計算。
5、根據(jù)權利要求1所述的測量井下原油流量的超聲波互相關方法，其特征是超聲波發(fā)射器(1)和接收器(2)安裝于采油內管外壁，與原油不接觸。
6、根據(jù)權利要求1所述的測量井下原油流量的超聲波互相關方法，其特征是數(shù)字信號處理單元(8)采用DSP芯片，對信號進行處理，保證實時性。
7、根據(jù)權利要求1所述的測量井下原油流量的超聲波互相關方法，其特征是采用數(shù)字頻率合成器(11)產生超聲波發(fā)射器(1)的驅動信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠準確、可靠的測量井下原油流量的方法,屬于井下原油流量測量領域。它是由超聲波發(fā)射傳感器、超聲波接收傳感器、信號放大器、極性比較器、數(shù)字信號處理器、存儲器、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:經過調制后的超聲波信號通過極性比較器后,輸入到數(shù)字信號處理器,計算出兩路信號的極性互相關函數(shù),找出其峰值點所對應的時間,即流體通過已知距離的時間,進而計算出流速、流量。
文檔編號G01F1/66GK1289916SQ9911586
公開日2001年4月4日 申請日期1999年9月29日 優(yōu)先權日1999年9月29日
發(fā)明者王智慧, 李忠慧, 王磊, 傅增祥 申請人:王智慧, 李忠慧, 傅增祥