無源傳感器用于管道內(nèi)原油動態(tài)參數(shù)的測定

萬家佑 朱衛(wèi)霞 武昌理工學(xué)院信息工程學(xué)院

無源傳感器用于管道內(nèi)原油動態(tài)參數(shù)的測定

萬家佑 朱衛(wèi)霞 武昌理工學(xué)院信息工程學(xué)院

新一代無源傳感器其靈敏度比傳統(tǒng)傳感器高，不但可以感應(yīng)介質(zhì)內(nèi)部的溫度、光線強度、濕度，并且可以對地表中的酸堿度加以識別。目前的光傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比具有穩(wěn)定性能好、檢測范圍大、傳輸帶寬高的特點。無源流量感應(yīng)指針檢測石油管道內(nèi)液體流速時，通過井內(nèi)單質(zhì)流體和其他摻雜混合流體的密度、壓強及流速來計算出相對流量。傳感系統(tǒng)主要由模擬式與數(shù)字式系統(tǒng)兩部分組成。檢測監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以對運行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，也可以在油田勘測時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以提高運行系統(tǒng)的效率。

無源傳感器；石油企業(yè)；流量；溫度；模塊

為了擴(kuò)大石油勘探范圍，油井設(shè)備與管道內(nèi)部統(tǒng)一安裝傳感器，以獲得地下環(huán)境數(shù)據(jù)參數(shù)。但是傳統(tǒng)設(shè)備存在感應(yīng)盲區(qū)范圍大、易于受到外界電磁波的干擾等弊端，并且用電設(shè)施沿用傳統(tǒng)交變電流，每次應(yīng)用需變換到直流電流供設(shè)備使用，降低了工作效率。對該設(shè)備凸顯的缺點進(jìn)行改造，研制了新一代無源傳感器，其靈敏度比傳統(tǒng)傳感器高，不但可以感應(yīng)內(nèi)部的溫度、光線強度、濕度，并且可以對地表中的酸堿度加以識別。

1 集成處理系統(tǒng)

集成處理模塊將系統(tǒng)各部分整合到一個系統(tǒng)模式中，使其能夠?qū)崿F(xiàn)彼此之間信息的傳遞，因此多數(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計時都采用相同或相異的協(xié)調(diào)功能，以實現(xiàn)彼此交換需求。這種流程分配與傳統(tǒng)監(jiān)控流程相比，增加了多個參考接口的配置模式，可以讓油井監(jiān)控在無人看守狀態(tài)下自動完成模式參數(shù)轉(zhuǎn)化功能。

在傳感器接口配置中優(yōu)化了系統(tǒng)各部分的功能，能夠在模型中給出簡單的分析過程，流程見圖1。這種優(yōu)化方式可在運行程序中自動給出分析過程，它是傳感集成系統(tǒng)中最核心的配置模型。

圖1 傳感器配置接口流程

2 無源傳感器的應(yīng)用

（1）光感應(yīng)強度測定。當(dāng)光感應(yīng)器感應(yīng)到外界強光照射時，會引起儀表參數(shù)的變化，接著電源模塊產(chǎn)生變化，將交變電流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏?。與此同時，放大器上信號開始放大，然后傳送到光接收端，系統(tǒng)開始判定光照強度是否符合油井照明強度的標(biāo)準(zhǔn)。目前的光傳感器與傳統(tǒng)傳感器進(jìn)行比較，具有許多優(yōu)點：①穩(wěn)定性能好，始終將光線設(shè)定在一個參數(shù)值上，不會因為外界的干擾而發(fā)生改變；②檢測范圍大，傳統(tǒng)傳感器只能檢測方圓1m左右范圍的土質(zhì)，應(yīng)用光傳感器當(dāng)開采過程中土質(zhì)發(fā)生松動或巖層有變化時，信息能夠傳達(dá)給管理人員，提前做好預(yù)防工作；③傳輸帶寬高，由于油井傳輸信息的流量不斷增加，因此需要不斷擴(kuò)寬載頻，如今新型傳感器帶寬已達(dá)到500M，可確保傳輸?shù)男畔踩竭_(dá)終端設(shè)備。

（2）管道內(nèi)液體流量測定。用無源流量感應(yīng)指針檢測石油管道內(nèi)液體流速，通過井內(nèi)單質(zhì)流體和其他摻雜混合流體的密度、壓強及流速來計算出相對流量。在檢測過程中，如果每立方米液體的相對密度不一致，那么在測定范圍內(nèi)呈現(xiàn)的誤差值在±10%左右。為了減少誤差值，在測定流量時要選擇流體速度比較平緩的位置進(jìn)行測定，此時的液體密度比較單一，并且壓強保持在一定的范圍內(nèi)，不會有太大的起伏。液體流量的大小與液體的流速呈正比關(guān)系，流速越大相對應(yīng)此時的流量也就越大。這種測量標(biāo)準(zhǔn)與原有測量標(biāo)準(zhǔn)誤差保持在0.3%左右，測量的精確度更高。

（3）運行溫度及壓力測定。在石油管道中，由于流體內(nèi)含有的雜質(zhì)經(jīng)常與石油管道的內(nèi)壁產(chǎn)生摩擦，這必然會導(dǎo)致局部溫度的上升。通常運輸過程中，管道表皮溫度在100～200℃之間，但是由于不同程度摩擦而產(chǎn)生的熱量有時會達(dá)到300～400℃，甚至有可能高達(dá)500～600℃。目前小型油井溫度測量限度為200℃左右，無法測量雜質(zhì)密度大的油井。石油管道內(nèi)部過濾的部分雜質(zhì)由于無法排出，而導(dǎo)致石油管道內(nèi)雜質(zhì)堆積，進(jìn)而使液體流速放慢，隨時間推移便可能使石油停留在管道內(nèi)。為了解決這一問題，部分油田企業(yè)基于ODK技術(shù)原理研制出吊墜型無源溫度檢測計，當(dāng)雜質(zhì)與管壁摩擦?xí)r，這種檢測計會自動控制雜質(zhì)的排放量。假如體積較大的雜質(zhì)塊流到管道接口部位，便會加快液體流速，使其加大對雜質(zhì)塊的沖擊力。通過P=F/S函數(shù)定義式可知，在壓強一定的情況下，通過增大受力面積來增大壓力，使其內(nèi)部組織軟化，最后雜質(zhì)以流沙的形式排出，保證管道內(nèi)部不被堵塞，減少生產(chǎn)流程的延期現(xiàn)象。

（4）傳感系統(tǒng)的運行測定。傳感系統(tǒng)主要由模擬式與數(shù)字式系統(tǒng)兩部分組成。其中模擬式系統(tǒng)是以模擬控制裝置為基礎(chǔ)，對油田發(fā)電系統(tǒng)三相分離、緩沖罐液位等工藝技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)字式系統(tǒng)則是由直接數(shù)字系統(tǒng)、可編程控制器檢測監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。直接數(shù)字系統(tǒng)通過對無源傳感器控制，可以對多油井中管道流速進(jìn)行檢測，以達(dá)到對緩沖罐液位的控制目的，并且還可以在發(fā)電系統(tǒng)過程中進(jìn)行閉環(huán)循環(huán)檢測。檢測監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以對運行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，也可以在油田系統(tǒng)勘測時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以提高運行系統(tǒng)的效率。傳感器測定系統(tǒng)在控制協(xié)議中采用的是RTU遠(yuǎn)程三層結(jié)構(gòu)控制模式。以小型局域網(wǎng)的通信設(shè)施對整個油田區(qū)域附近的電力系統(tǒng)進(jìn)行全方位的自動檢測。自動檢測系統(tǒng)務(wù)必要保證傳輸線路的暢通，通過模糊邏輯檢測，對傳輸通道內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行定向檢測。測定系統(tǒng)主要任務(wù)是自動測定油田傳輸系統(tǒng)中線路的阻值，并對阻值的大小進(jìn)行測定分析。在測定過程中，當(dāng)電阻值超出原線路設(shè)定的阻值，傳輸系統(tǒng)便會根據(jù)待測的預(yù)定值與實際值進(jìn)行分析：若發(fā)生的差值在允許誤差內(nèi)，則可繼續(xù)向終端設(shè)備傳輸；若大于預(yù)測誤差，則傳輸系統(tǒng)終止輸電線路的傳輸，確保傳輸線路的安全性。

3 結(jié)語

隨著國內(nèi)石油行業(yè)的不斷發(fā)展，科研成果日新月異的變化，無源傳感器給石油行業(yè)帶來了新的希望。在檢測設(shè)備運轉(zhuǎn)和外界環(huán)境參數(shù)時，其檢測精確度基本符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。該設(shè)備不僅可應(yīng)用于石油行業(yè)當(dāng)中，也能廣泛應(yīng)用于其他工業(yè)領(lǐng)域，可為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出巨大的貢獻(xiàn)。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.037