分层注水井下流量测控系统的设计与开发

摘要

分层注水是油田提高原油开采率、减小层间干扰、维持油田长期稳产的有效技术途径。目前油田使用的偏心调注工艺，设备维护成本高、测量精度低、调控工作量大，无法实现流量的自动控制。针对这些不足和问题，结合实际的工艺与测控需求，本文提出了一种流量测控系统，能够实时测量井下各注水层参数，并利用改进的PID算法控制电机转动状态，控制水嘴开度，从而调控各层注水流量。论文的主要工作和研究成果如下： 结合现场注水工艺以及井下高温、高压、强腐蚀、空间小等恶劣因素，完成分层注水流量测控系统的整体方案设计。 基于压阻传感器对压力、温度敏感的特性，无需温度传感器的条件下，实现利用一个压阻传感器同时测量压力、温度两个参数。从理论上分析了压力温度同时测量的原理，利用回归分析方法对压阻传感器的测试数据进行建模分析，确定了压力温度测量模型。在满足压力、温度测量精度的前提下，减小井下占用空间和成本，也简化了安装要求。 根据实际注水工艺及注水量的要求，选择差压式流量计测量流量；针对3种不同管径，利用Fluent软件仿真确定了不同流量下的最佳节流件开孔直径；分析了温度、管道倾斜角对流量测量的影响，确定了修正模型。 完成了分层注水流量测控系统的软硬件设计。硬件设计考虑了井下高温、高压、空间小等因素，以dsPIC33F控制芯片为核心，设计了电源电路、测量电路以及流量控制电路；通过软件实现了数据采集、流量测量与控制和电机控制，采用改进的PID控制算法，设置控制带，超出控制带才进行控制作用，减少了电机动作，延长了电机寿命；设置地面和井下两种控制模式，使现场控制更加灵活。 该系统通过模拟井测试，压力测量精度达0.5%FS，温度测量精度达±0.5℃，流量测量精度达3%FS，流量控制误差小于5%，达到预期的效果。

目录

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第1章 绪论

1.2国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3课题研究内容

第2章 系统设计

2.2.1 系统总体结构

2.2.2 系统结构组成

2.5本章小结

第3章 压阻传感器压力温度测量

3.1.2 压阻传感器的选择

3.1.3 压阻传感器工作原理

3.2压阻传感器压力温度同时测量

3.2.1 温度对压阻传感器的影响

3.2.2 压阻传感器压力温度同时测量原理

3.3压阻传感器温压实验

3.3.1 压阻传感器温压实验目的

3.3.2 压阻传感器温压实验

3.3.3 压阻传感器测压测温模型

3.3.4 模型检验

3.4本章小结

第4章 差压式流量计设计与仿真

4.1.1 流量计选择

4.1.2 差压式流量计工作原理

4.1.3 差压传感器

4.1.4 节流件

4.2节流件设计与仿真

4.2.1 节流件仿真

4.2.2 仿真结果及分析

4.3流量补偿

4.3.1 温度对流量测量影响

4.3.2 倾斜角对流量测量影响

4.4本章小结

第5章 测控系统软硬件设计

5.2测控系统硬件设计

5.2.1 电源模块 设计

5.2.2 测量电路设计

5.2.3 流量控制电路设计

5.3测控系统软件设计

5.3.1 流量控制算法

5.3.2 流量控制模式

5.3.3 测控系统程序设计

5.4本章小结

第6章 分层注水流量测控系统实验

6.1.1 流量检验实验

6.1.2 流量控制实验

6.3本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研项目

致谢