井下超声波多普勒流量测量技术研究

论文摘要

在油气田开发过程中,油、气、水三相流流量的准确测量有着重要的意义,是油气田的优化生产和智能完井的关键技术,对流量控制、储层保护、延长油气井寿命、评价增产措施的实施效果和分析储层特性起着重要的作用。然而由于三相流在管道内流动时存在多种流型,生产过程中原油成分、含水率、含气率及乳化现象等不断发生变化,给准确测量带来了一定的困难,因而油气水三相流的精确测量一直是国内外的前沿本文。本文以油、气、水三相流量测量为研究内容,提出了一套适用于井下流量测量的超声波多普勒流量测量技术；根据测量环境和测量对象的特点,研制了井下超声多普勒换能器；设计并实现了井下超声多普勒硬件电路；最终完成了超声多普勒井下流量测量样机。井下超声多普勒流量测量技术具有非侵入、实时在线测量、成本低等特点。在室内进行试验的基础上,利用陆地试验井进行了井下试验。经过大量的室内外试验研究,证实了所研制的井下超声多普勒流量测量系统性能良好、结构合理,在国家重大专项“深水井下流量测量系统研究”中得到了实际应用,为井下流量测量系统的研制和性能试验发挥了重要的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 超声多普勒流量测量的国内外研究现状
• 1.2.1 超声波流量计的发展
• 1.2.2 超声波多普勒流量计的发展
• 1.3 论文研究内容及组织结构
• 第二章 超声多普勒流量测量技术研究
• 2.1 井下超声多普勒流量测量方案
• 2.1.1 三相流流量测量方法
• 2.1.2 基于超声多普勒的井下三相流总体测量方案
• 2.2 超声多普勒流量测量技术研究
• 2.2.1 多普勒效应
• 2.2.2 超声多普勒流量测量原理
• 2.2.3 温度对多普勒频移的影响
• 2.2.4 超声波多普勒流量计算
• 2.3 流量测量修正系数K
• 2.4 本章小结
• 第三章 超声换能器研制
• 3.1 超声传感器原理
• 3.1.1 压电效应
• 3.1.2 压电方程
• 3.1.3 压电材料
• 3.2 超声多普勒流量计换能器的研制
• 3.2.1 探头外形结构
• 3.2.2 压电晶片
• 3.2.3 探头被衬面
• 3.2.4 声楔及匹配元件
• 3.3 换能器等效电路及匹配原理
• 3.4 超声波的散射和衰减
• 3.5 超声换能器性能
• 3.5.1 阻抗特性
• 3.5.2 响应频率特性
• 3.6 本章小结
• 第四章 超声多普勒流量测量系统的硬件设计与实现
• 4.1 多普勒流量测量硬件电路总体设计
• 4.1.1 井下超声波多普勒流量测量硬件方案
• 4.1.2 DSP芯片TMS320F28335
• 4.2 超声波发射电路
• 4.2.1 超声多普勒探头发射电路结构
• 4.2.2 换能器发射电路
• 4.2.3 场效应管驱动电路
• 4.3 超声波接收电路
• 4.3.1 带通滤波及放大电路
• 4.3.2 低通滤波
• 4.4 串口通信电路
• 4.5 系统抗干扰设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 系统实验与调试
• 5.1 超声波探头的安装技术及性能测试
• 5.2 系统调试
• 5.3 井下流量测量系统样机室内实验及结果分析
• 5.3.1 室内标定系统总体设计
• 5.3.2 实验条件
• 5.3.3 流量测量试验结果与分析
• 5.3.4 试验结论
• 5.4 井下流量测量系统样机现场试验
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 完成的工作
• 6.2 主要创新点
• 6.3 有待完善的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 详细摘要