隨著油田開發(fā)技術的發(fā)展,分層注水技術因其可以恢復油井壓力、提高油田采收率而廣泛應用于各大油田。而對注水量的精確計量可以有效提高分層注水的效率,但井下溫度及壓力等環(huán)境因素會對注水量的測量產生影響。因此在分層注水的過程中,補償環(huán)境因素對測量結果的影響以及提高對注水量的測量精度尤為重要。本文的研究工作主要包括以下幾方面:傳統頻差測量法將超聲波在流體內傳播的聲速作為常量看待,忽略了因環(huán)境因素而造成的流量測量誤差。針對上述缺陷,將超聲波聲速作為變量看待,分析了各類環(huán)境因素對聲速的影響及其對超聲波回波信號及注水量測量結果的影響。通過MATLAB對典型數據進行了曲面擬合,建立了超聲波頻差法注水量誤差補償數學模型�；陬l差法提出了一種考慮地層溫度和井下壓力綜合影響的注水量誤差校正方法。誤差分析表明,擬合曲面與數據高度相關,整體趨勢一致,擬合效果良好。針對超聲波回波信號的處理方法,本文對比了Zoomfft算法及CZT算法等。從計算量及精度方面進行了比較,最終采用了Zoomfft算法并應用于實際信號處理中。設計了一套基于頻差法的注水量測量系統,硬件系統包括發(fā)射信號產生及放大電路、回波信號處理電路等,軟件系... 

【文章來源】：西安石油大學陜西省

【文章頁數】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

超聲波頻差法測量原理圖

西安石油大學碩士學位論文10圖2-2等壓條件下超聲波在水中傳輸速度與井下溫度的關系由圖2-2可知，在壓力一定時，超聲波在水中傳輸速度c與溫度t間存在非線性關系，先隨溫度的升高而加快，后隨溫度的升高而放慢。將△c帶入回波信號頻率公式(2-3)可知，回波信號的頻率會隨波速發(fā)生變化，受到井下溫度變化的影響，如式（2-10）所示：)sin("VccffTR溫溫(2-10)將△c帶入頻差公式(2-6)可得：溫cvffLTsin2(2-11)由式(2-11)可知，頻差信號的頻率會收到波速波動的影響，二者之間呈反比關系，又因為超聲波在水中傳輸速度與溫度間存在非線性關系，因此在溫度較低時頻差信號的頻率隨溫度的升高而減小，在溫度較高時隨溫度的升高而增大，造成頻差法流量測量誤差。如圖2-2所示，對三種壓力下的溫度-波速曲線進行多項式趨勢線擬合，可以看到在三種壓力下，擬合曲線各項擬合系數均不相同。無法單一的將某一壓力下的溫度-波速擬合曲線作為誤差擬合標準。因此在從波速的角度對頻差法流量測量公式進行誤差補償時，要綜合考慮溫度和壓力對超聲波波速產生的影響。才能最大限度降低環(huán)境因素對流量測量結果的影響，降低部分環(huán)境誤差，提高測量精度。2.2.2井下壓力對超聲波回波信號的影響井下壓力主要是指管道內的壓力，這個壓力的主要來源是注水泵加壓產生的對流體的壓力，由上一小節(jié)可以知道在流體中，超聲波傳播速度與流體的體積彈性模量和密度

第二章基于超聲波頻差法的注水量測量原理及誤差分析13圖2-3等溫條件下超聲波在水中傳輸速度與井下壓力的關系圖由圖2-3可知，在溫度一定時，超聲波在水中波速與壓力呈正比例關系，波速隨著壓力的增加而增大。將△c帶入式（2-3）可知，回波信號的頻率會隨波速發(fā)生變化，如式（2-13）所示：)sin("VccffTR壓壓(2-13)將△c帶入式（2-6）可知，頻差信號隨著波速的增大而減小，如式（2-14）所示：壓cvffLTsin2(2-14)由式(2-14)可知，在溫度一定時頻差信號頻率會隨壓力的增大而減小，隨壓力的減小而增大，造成頻差法流量測量誤差。對三種溫度下的壓力與波速曲線進行趨勢線擬合，可以看到在不同溫度下，擬合曲線的斜率不同，無法單一的將某一溫度下的壓力-波速擬合曲線作為誤差擬合標準。因此在從波速的角度對頻差法流量測量公式進行誤差補償時，要綜合考慮溫度和壓力對超聲波波速產生的影響。才能最大限度降低環(huán)境因素對流量測量結果的影響，降低部分環(huán)境誤差，提高測量精度。對井下溫度與壓力造成的測量誤差進行補償的注水井流量校正方法將會在本章后節(jié)統一介紹。2.2.3超聲波探頭安裝方法對超聲波傳輸的影響超聲波頻差法是典型的非接觸式測量方法，即超聲波探頭是不接觸待測流體的。探頭在注水井的管壁上的安裝位置和安裝角度不同，都會對測量情況產生影響，下面將從安裝位置和安裝角度兩方面來簡要分析。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]徑向振動壓電超聲換能器的發(fā)展及應用[J]. 劉世清,麻磊磊.  陜西師范大學學報(自然科學版). 2020(03)
[2]基于超聲波檢測技術和聲波散射衰減方法的混凝土內部缺陷研究[J]. 陸益軍,方俊,王曉妮.  工程技術研究. 2020(02)
[3]發(fā)動機特性數字化處理與數學建模[J]. 管湘源,儲江偉,高偉健,趙小婷.  森林工程. 2020(01)
[4]基于嵌入式系統STM32的超聲波介質傳輸速度測試系統的設計[J]. 謝永超,楊利,嚴俊.  計算機測量與控制. 2019(12)
[5]油田注水井分層流量監(jiān)測及控制工藝研究[J]. 王小軍,甄浩.  粘接. 2019(12)
[6]單片機STM32F103C8T6的紅外遙控器解碼系統設計[J]. 胡進德.  單片機與嵌入式系統應用. 2019 (10)
[7]基于STM32F103單片機電流電壓采集系統設計[J]. 葉銳文,植瑤瑤,于智榮,蒙露,張海東,覃趙軍.  通信電源技術. 2019(08)
[8]基于STM32的多串口通信系統設計[J]. 張海超,張北偉.  國外電子測量技術. 2019(02)
[9]多普勒法超聲波流量測量系統傳感器設計[J]. 王鑒釗,謝雁,顧雨晴.  電子測試. 2019(02)
[10]超聲頻差法液體流量測量儀的優(yōu)化設計[J]. 王星富,黃國棟,王羅娜.  電子測試. 2019(02)

博士論文
[1]基于超聲多普勒方法的管道流量測量研究[D]. 羅守南.清華大學 2004

碩士論文
[1]聲波透射法檢測模式比較研究[D]. 黃克勤.華中科技大學 2019
[2]超聲波頻差法井下流量測量[D]. 張麗娟.西安石油大學 2018
[3]多相流計量裝置的研究與應用[D]. 鐘榮強.西南石油大學 2017
[4]分層注水井下流量測控系統的設計與開發(fā)[D]. 田原.中國石油大學(華東) 2017
[5]超聲波非均勻介質傳播衰減特性研究[D]. 張全興.沈陽工業(yè)大學 2015
[6]超聲波流量信號采集與處理技術研究[D]. 時文娟.西安石油大學 2014
[7]基于壓差流量測量的注水井分層測試理論與實驗研究[D]. 姜月.東北石油大學 2013
[8]超聲波流量計的流速測量的研究[D]. 陳強.沈陽工業(yè)大學 2007
[9]超聲波流量測量系統的關鍵技術研究與實現[D]. 何群.哈爾濱工程大學 2004
[10]數字信號處理技術在多普勒流量計中的應用研究[D]. 劉宇.西安理工大學 2001



本文編號：3030004