熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在火驅(qū)注井中的研發(fā)和運(yùn)用

    火驅(qū)注氣井熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的研發(fā)及運(yùn)用,為掌握火驅(qū)注氣井中各層系呼吸狀況, 研發(fā)了一種根據(jù)恒溫度差基本原理的熱式氣體質(zhì)量流量計(jì), 其特性是能夠精確測(cè)量小總流量, 可靠性和可信性高,該儀器設(shè)備能夠完成火驅(qū)注氣井溫度、工作壓力、氣體引入占比、液位、磁精準(zhǔn)定位的檢測(cè), 對(duì)掌握火驅(qū)注氣井礦井狀況十分關(guān)鍵,當(dāng)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息說(shuō)明, 該儀器測(cè)試實(shí)際效果優(yōu)良。

    針對(duì)稠油采掘, 因?yàn)槠湔扯容^高, 熱采是比較必需的對(duì)策, 而可以提升石油采出程度所選用的熱效的技術(shù)性便是火驅(qū)。火驅(qū)就是指將空氣壓縮引入地層中, 隨后根據(jù)點(diǎn)火器加溫地層。當(dāng)做到一定溫度時(shí), 地層石油便會(huì)引燃, 造成驅(qū)替功效, 提升采出程度[1]。在其中, 氣體是地層引燃的必備條件。
    在注氣全過(guò)程中, 因?yàn)闅怏w進(jìn)到的層系不一樣, 會(huì)對(duì)火烤預(yù)期目標(biāo)造成不一樣的危害。因而對(duì)火驅(qū)井中各層系的注氣占比的分辨, 既能夠掌握引入氣體的動(dòng)向, 又可以在地層引燃后, 分辨并檢測(cè)地層的點(diǎn)燃狀況。
1、氣體流量測(cè)試基本原理：
熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)能夠檢測(cè)氣體總流量、溫度、工作壓力、磁精準(zhǔn)定位等主要參數(shù), 其氣體總流量的精確測(cè)量是根據(jù)對(duì)流換熱的基本原理完成的。選用兩只并列的鉑熱電阻做為攝像頭, 一支為不加溫的溫度測(cè)量攝像頭, 另一支為加溫?cái)z像頭, 物質(zhì)處在靜態(tài)數(shù)據(jù)時(shí), 讓兩只鉑熱電阻維持一定溫度差。當(dāng)物質(zhì)流動(dòng)性時(shí), 被加溫的鉑熱電阻的發(fā)熱量被帶去, 根據(jù)精確測(cè)量發(fā)熱量轉(zhuǎn)變來(lái)得到總流量尺寸狀況。依照鉑熱電阻的加溫方法能夠分成恒溫度差式和恒輸出功率式二種熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)是能夠精確測(cè)量細(xì)微氣體總流量、可靠性好、可信性高。
  流量測(cè)試能夠掌握各層呼吸占比;溫度完成檢測(cè)鉑熱電阻完成, 能夠體現(xiàn)火驅(qū)井井中溫度模型, 分辨各層系點(diǎn)燃狀況;穩(wěn)定性測(cè)試體現(xiàn)井中工作壓力模型, 氣體蔓延到狀況及其井中液位部位;磁精準(zhǔn)定位明確井中各層深層等狀況。總而言之, 熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)對(duì)掌握火驅(qū)注氣井礦井狀況十分關(guān)鍵。
2、蒸汽流量計(jì)：
2.1、蒸汽流量計(jì)電源電路：
    文中研發(fā)的是恒溫度差式熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)。恒溫度差的基本原理是根據(jù)意見(jiàn)反饋控制回路操縱加溫的鉑熱電阻, 促使加溫鉑熱電阻和精確測(cè)量氣體本身溫度值的另一個(gè)不加溫鉑熱電阻中間維持穩(wěn)定的溫度差。當(dāng)液體流動(dòng)性時(shí), 會(huì)帶去加溫鉑熱電阻上的發(fā)熱量, 加溫鉑熱電阻的溫度會(huì)降低。這時(shí), 根據(jù)增加電流量給加溫鉑熱電阻加溫, 該電流量就與氣體的總流量正相關(guān)。
    儀器設(shè)備選用的關(guān)鍵CPUMCU是ADI企業(yè)的數(shù)據(jù)收集集成icADu C834, 為主板芯片 。ADu C834www.szyibiao.com內(nèi)部集成化了雙路單獨(dú)的Σ-ΔADC, 在其中主通道ADC為24位, 輔助安全通道ADC為16位。根據(jù)雙路單獨(dú)的Σ-ΔADC, 完成了內(nèi)溫及其工作壓力數(shù)據(jù)信號(hào)的收集, 根據(jù)MCU內(nèi)部?jī)?nèi)置的單脈沖電子計(jì)數(shù)器進(jìn)行磁精準(zhǔn)定位的收集。
總流量的收集控制模塊選用AD7799集成ic以及外圍電路進(jìn)行。AD7799具備3個(gè)差分信號(hào)鍵入安全通道, 在其中2個(gè)安全通道聯(lián)接空氣流量計(jì), 并與ADu C834相接, 進(jìn)行空氣流量計(jì)的外溫檢測(cè)、流量測(cè)試及恒溫度差操縱。
2.2、蒸汽流量計(jì)的程序流程：
蒸汽流量計(jì)的編程設(shè)計(jì)完成了電源電路的作用, 蒸汽流量計(jì)選用C語(yǔ)言進(jìn)行程序流程撰寫(xiě)。該蒸汽流量計(jì)對(duì)礦井的總流量、工作壓力、溫度、磁精準(zhǔn)定位開(kāi)展數(shù)據(jù)收集并儲(chǔ)存, 可以設(shè)定主要參數(shù), 也可以被獲取數(shù)據(jù)。
圖上通訊方式包含主要參數(shù)的設(shè)定、主要參數(shù)的載入、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)信息的載入。通訊進(jìn)行以后, 再次等候手機(jī)客戶(hù)端的命令。
 取樣方式能夠完成礦井的總流量、工作壓力、溫度、磁精準(zhǔn)定位等數(shù)據(jù)的采集。在其中溫度、總流量的收集頻率是500 ms/次, 工作壓力的收集頻率是1 s/次, 磁精準(zhǔn)定位的收集頻率是50 ms/次。取樣方式被設(shè)定為幾段, 一段是休眠狀態(tài)時(shí)間, 一段是收集時(shí)間。剛開(kāi)始時(shí)系統(tǒng)軟件進(jìn)到休眠狀態(tài), 當(dāng)休眠狀態(tài)時(shí)間完畢時(shí), 終斷喊醒全部系統(tǒng)軟件, 進(jìn)而進(jìn)到收集時(shí)間。當(dāng)數(shù)據(jù)收集結(jié)束時(shí), 系統(tǒng)軟件完全開(kāi)展睡眠質(zhì)量, 已不被喊醒, 等候關(guān)閉電源并獲取數(shù)據(jù)。
; 當(dāng)充電電池關(guān)閉電源后再次通電時(shí), 系統(tǒng)軟件從頭開(kāi)始實(shí)行, 載入取樣方案, 從頭開(kāi)始取樣。
3、試驗(yàn)誤差分析及解決：
在火驅(qū)注氣井中, 數(shù)次應(yīng)用熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)對(duì)引入各白邊填充液段的氣體總流量開(kāi)展檢測(cè), 數(shù)據(jù)顯示有檢測(cè)偏差。經(jīng)剖析, 偏差來(lái)源于關(guān)鍵有:自然環(huán)境溫度、氣體的環(huán)境濕度、儀器設(shè)備下發(fā)速率、儀器設(shè)備在油氣井中方向。為了更好地將氣體總流量的檢測(cè)精確度操縱在3%之內(nèi)。選用了以下方法來(lái)減少偏差:
1) 對(duì)于自然環(huán)境溫度對(duì)檢測(cè)精確度的危害。在儀器設(shè)備內(nèi)部存在溫漂校準(zhǔn)表, 數(shù)據(jù)測(cè)試會(huì)開(kāi)展溫漂校準(zhǔn), 減少了溫度對(duì)儀器設(shè)備流量測(cè)試產(chǎn)生的危害;
2) 對(duì)于氣體的環(huán)境濕度對(duì)儀器設(shè)備量程的危害。因?yàn)闊崾搅髁繙y(cè)試基本原理, 在開(kāi)展呼吸模型檢測(cè)時(shí), 氣體的環(huán)境濕度越大, 發(fā)熱量蒸發(fā)越快, 儀器設(shè)備量程會(huì)增大。為繞開(kāi)這一要素產(chǎn)生的危害, 選用測(cè)算各層呼吸占比的方法, 而不是測(cè)算總流量值的方法來(lái)開(kāi)展檢測(cè), 由于氣體環(huán)境濕度在同一時(shí)間、同一地址基本一致。
3) 儀器設(shè)備下發(fā)速率產(chǎn)生的危害。當(dāng)儀器設(shè)備下發(fā)時(shí), 其方位與氣體引入方位是一致的, 當(dāng)速率越大時(shí), 相對(duì)運(yùn)動(dòng)就越小, 儀器設(shè)備量程越大。速度量程是反向轉(zhuǎn)變的。因而, 只有根據(jù)操縱下發(fā)速率來(lái)處理。儀器設(shè)備下發(fā)時(shí), 其速率盡量維持較低均速, 才可以減少檢測(cè)的偏差。
4) 一般狀況下, 儀器設(shè)備緊貼著油氣井內(nèi)壁檢測(cè)時(shí)比照處在油氣井正中間檢測(cè)時(shí)聽(tīng)獲的量程要小。對(duì)于儀器設(shè)備在井中方向?qū)x器設(shè)備量程的危害, 選用牽正器將儀器設(shè)備固定不動(dòng)在油氣井正中間部位放入井中。
根據(jù)所述一系列的方法, 終究會(huì)儀器設(shè)備的流量測(cè)試精確度操縱在3%之內(nèi), 極大地提高了火驅(qū)注氣井各層呼吸占比檢測(cè)的精確度。
4、運(yùn)用案例：
運(yùn)用該檢測(cè)儀對(duì)遼河油田某火驅(qū)注氣井開(kāi)展檢測(cè), 以728 m3/h的注供氣量 (在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓情況) 將氣體引入油氣井中, 油氣井有1、2、3、4等4個(gè)白邊填充液段, 選用該儀器測(cè)試氣體引入每一個(gè)白邊填充液的占比。儀器設(shè)備放入第一、2、3層時(shí)其量程縮小, 當(dāng)?shù)诌_(dá)井中974 m時(shí), 儀器設(shè)備由氣體物質(zhì)進(jìn)到液體物質(zhì), 總流量量程增大 (在液體中, 液體比氣體能帶去大量的動(dòng)能。因?yàn)橐后w的熱傳導(dǎo)比氣體快, 因而蒸汽流量計(jì)沒(méi)法迅速開(kāi)展溫度差賠償, 造成其檢測(cè)值大幅度擴(kuò)大) 。因而11號(hào)層呼吸為0%。
各層的引入占比能夠依據(jù)量程的尺寸誤差開(kāi)展測(cè)算。如:
計(jì)算方法
式中:ΔF1——2號(hào)層左右總流量值降低值;
ΔF2——2號(hào)層左右總流量值降低值;
ΔF3——3號(hào)層左右總流量值降低值
以此類(lèi)推測(cè)算, 2號(hào)層占比為:38%, 2號(hào)層占比為:17%;3號(hào)層占比為45%。
5、總結(jié)：
選用恒溫度差基本原理設(shè)計(jì)方案的熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)可以運(yùn)用于火驅(qū)注氣井中, 其檢測(cè)結(jié)果能較精確地體現(xiàn)火驅(qū)注氣井的溫度、工作壓力、總流量的轉(zhuǎn)變, 也可以體現(xiàn)注氣井各白邊填充液段的注氣占比。對(duì)火驅(qū)注氣井打火有一定的指導(dǎo)作用。采用一系列對(duì)策后, 將儀器設(shè)備的流量測(cè)試精確度操縱在3%之內(nèi)。當(dāng)儀器設(shè)備進(jìn)到液位后, 其量程會(huì)大幅度增大, 證實(shí)其不可以運(yùn)用于液體中。具體運(yùn)用說(shuō)明, 該檢測(cè)儀能不錯(cuò)地運(yùn)用于火驅(qū)注氣井流量測(cè)試。