专利名称：测量井下原油流量的超声波互相关方法
技术领域：
本发明涉及原油流量测量领域，提供一种能够准确、可靠的测量井下原油流量的方法。
井下流量这一参数对石油开采来说相当重要，对于了解井下原油的流量情况，及每天的产量，和监视井下原油的活动情况都有重要的意义。但是，由于井下温度在90℃左右，且原油成分复杂，除了油以外，还包括水、气、沙、石蜡等多种物质；同时，可安装传感器的空间小、环境恶劣，因此，现行涡轮流量计、电磁流量计、差压流量计等传统地流量测量装置不能在该领域取得到较好的应用效果。本发明可以实时检测井下原油流量的大小，进而为解决能源的合理搭配等提供依据。
本发明的任务是测量井下原油流量。
本发明的任务是以如下方式完成的应用信号的相关理论，采用两组超声波传感器作为敏感元件，一组发射超声波，一组接收超声波，当发射的超声波信号在流体中传播时会受到原油流速噪声信号的调制，包含流体速度信息的被调制后的超声波信号，由超声波接收器接收到，再输入到处理单元计算出两路信号的互相关函数，找出其峰值点所对应的时间，即为流体通过已知距离的时间，进而计算出流速、流量。
以下将结合附图对本发明做进一步的详细描述。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的原理示意图。
参照附图1，超声波发射器1和超声波接收器2均固定在内管3的外壁，由于超声波发射器1和接收器2的体积小，安装后它们介于内管3和外管4之间。微处理器10产生控制信号，对数字频率合成器11的频率进行调整，使其输出频率与超声波发射器1的固有频率相等；再经过功率放大器12对两路信号分别进行放大，用于驱动超声波发射器1；受到原油5的流速调制后的超声波接收器2的信号，通过放大器6放大到规定的幅度，进入极性比较器7，并输出+1和-1两个逻辑值，再通过数字信号处理器(DSP)8，对两路信号进行极性互相关运算，计算出流速和流量两个参数，两参数实时存入存储器9。参照图2，原油流速的波动信号13，通过间距为L的超声波接收器2，两路信号分别为14和15，对这两路信号进行极性互相关运算得到极性互相关函数曲线16，该曲线最高点所对应的时间值即为原油5流过已知距离L的时间，进而得到流速；内管3的内径为已知，流速乘以内管内径的横截面积，得到流量。
本发明具有如下的优点
1、非接触。与流体的介质成分无关，由于非接触，因此不会产生压力损失，可以很好的解决防爆、防堵等。
2、测量结果与工况参数无关，如压力、温度等物理参数不会对测量结果产生影响。
3、测量结果独立于超声波的传播速度。
4、流量测量结果只取决于管道内介质轴向方向的速度，而对径向流速分量不敏感。
5、体积小，可安装在井下油管的套管中。
实现本专利的最好方式为超声波发射传感器的谐振频率为1MHz，直径为14mm，厚度1．5mm；超声波接收传感器的谐振频率为1MHz，直径为14mm，厚度1．5mm；数字信号处理单元算法采用极性互相关方法对两路超声波信号进行计算；超声波发射器和接收器安装于采油内管外壁，与原油不接触；数字信号处理单元采用DSP芯片，对信号进行处理，保证实时性；采用数字频率合成器产生超声波发射器的驱动信号。
权利要求
1、测量井下原油流量的超声波互相关方法，其特征是用信号的相关理论，采用两组超声波传感器(1)(2)作为敏感元件；应用数字频率合成器(11)产生超声波发射器(1)的驱动信号；当发射的超声波信号在原油(5)中传播时会受到流动噪声的调制，包含流体速度信息的被调制信号，由超声波接收器(2)接收，再通过数字信号处理单元(8)计算出两路接收信号的互相关函数，找出其峰值点所对应的时间，即流体通过已知距离的时间，进而计算出流速、流量。
2、根据权利要求1所述的测量井下原油流量的超声波互相关方法，其特征是超声波发射传感器(1)的谐振频率为1MHz，直径为14mm，厚度1．5mm。
3、根据权利要求1所述的测量井下原油流量的超声波互相关方法，其特征是超声波接收传感器(2)的谐振频率为1MHz，直径为14mm，厚度1．5mm。
4、根据权利要求1所述的测量井下原油流量的超声波互相关方法，其特征是数字信号处理单元(8)算法采用极性互相关方法对两路超声波信号进行计算。
5、根据权利要求1所述的测量井下原油流量的超声波互相关方法，其特征是超声波发射器(1)和接收器(2)安装于采油内管外壁，与原油不接触。
6、根据权利要求1所述的测量井下原油流量的超声波互相关方法，其特征是数字信号处理单元(8)采用DSP芯片，对信号进行处理，保证实时性。
7、根据权利要求1所述的测量井下原油流量的超声波互相关方法，其特征是采用数字频率合成器(11)产生超声波发射器(1)的驱动信号。
全文摘要
本发明公开了一种能够准确、可靠的测量井下原油流量的方法,属于井下原油流量测量领域。它是由超声波发射传感器、超声波接收传感器、信号放大器、极性比较器、数字信号处理器、存储器、微处理器、数字频率合成器、功率放大器等部分等组成。其工作原理是:经过调制后的超声波信号通过极性比较器后,输入到数字信号处理器,计算出两路信号的极性互相关函数,找出其峰值点所对应的时间,即流体通过已知距离的时间,进而计算出流速、流量。
文档编号G01F1/66GK1289916SQ9911586
公开日2001年4月4日 申请日期1999年9月29日 优先权日1999年9月29日
发明者王智慧, 李忠慧, 王磊, 傅增祥 申请人:王智慧, 李忠慧, 傅增祥