熱式氣體質量流量計在火驅注井中的研發和運用

    火驅注氣井熱式氣體質量流量計的研發及運用,為掌握火驅注氣井中各層系呼吸狀況, 研發了一種根據恒溫度差基本原理的熱式氣體質量流量計, 其特性是能夠精確測量小總流量, 可靠性和可信性高,該儀器設備能夠完成火驅注氣井溫度、工作壓力、氣體引入占比、液位、磁精準定位的檢測, 對掌握火驅注氣井礦井狀況十分關鍵,當場數據信息說明, 該儀器測試實際效果優良。

    針對稠油采掘, 因為其粘度較高, 熱采是比較必需的對策, 而可以提升石油采出程度所選用的熱效的技術性便是火驅。火驅就是指將空氣壓縮引入地層中, 隨后根據點火器加溫地層。當做到一定溫度時, 地層石油便會引燃, 造成驅替功效, 提升采出程度[1]。在其中, 氣體是地層引燃的必備條件。
    在注氣全過程中, 因為氣體進到的層系不一樣, 會對火烤預期目標造成不一樣的危害。因而對火驅井中各層系的注氣占比的分辨, 既能夠掌握引入氣體的動向, 又可以在地層引燃后, 分辨并檢測地層的點燃狀況。
1、氣體流量測試基本原理：
熱式氣體質量流量計能夠檢測氣體總流量、溫度、工作壓力、磁精準定位等主要參數, 其氣體總流量的精確測量是根據對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量攝像頭, 另一支為加溫攝像頭, 物質處在靜態數據時, 讓兩只鉑熱電阻維持一定溫度差。當物質流動性時, 被加溫的鉑熱電阻的發熱量被帶去, 根據精確測量發熱量轉變來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量流量計。熱式氣體質量流量計的優勢是能夠精確測量細微氣體總流量、可靠性好、可信性高。
  流量測試能夠掌握各層呼吸占比;溫度完成檢測鉑熱電阻完成, 能夠體現火驅井井中溫度模型, 分辨各層系點燃狀況;穩定性測試體現井中工作壓力模型, 氣體蔓延到狀況及其井中液位部位;磁精準定位明確井中各層深層等狀況。總而言之, 熱式氣體質量流量計對掌握火驅注氣井礦井狀況十分關鍵。
2、蒸汽流量計：
2.1、蒸汽流量計電源電路：
    文中研發的是恒溫度差式熱式氣體質量流量計。恒溫度差的基本原理是根據意見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量氣體本身溫度值的另一個不加溫鉑熱電阻中間維持穩定的溫度差。當液體流動性時, 會帶去加溫鉑熱電阻上的發熱量, 加溫鉑熱電阻的溫度會降低。這時, 根據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。
    儀器設備選用的關鍵CPUMCU是ADI企業的數據收集集成icADu C834, 為主板芯片 。ADu C834www.szyibiao.com內部集成化了雙路單獨的Σ-ΔADC, 在其中主通道ADC為24位, 輔助安全通道ADC為16位。根據雙路單獨的Σ-ΔADC, 完成了內溫及其工作壓力數據信號的收集, 根據MCU內部內置的單脈沖電子計數器進行磁精準定位的收集。
總流量的收集控制模塊選用AD7799集成ic以及外圍電路進行。AD7799具備3個差分信號鍵入安全通道, 在其中2個安全通道聯接空氣流量計, 并與ADu C834相接, 進行空氣流量計的外溫檢測、流量測試及恒溫度差操縱。
2.2、蒸汽流量計的程序流程：
蒸汽流量計的編程設計完成了電源電路的作用, 蒸汽流量計選用C語言進行程序流程撰寫。該蒸汽流量計對礦井的總流量、工作壓力、溫度、磁精準定位開展數據收集并儲存, 可以設定主要參數, 也可以被獲取數據。
圖上通訊方式包含主要參數的設定、主要參數的載入、儲存數據信息的載入。通訊進行以后, 再次等候手機客戶端的命令。
 取樣方式能夠完成礦井的總流量、工作壓力、溫度、磁精準定位等數據的采集。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, 磁精準定位的收集頻率是50 ms/次。取樣方式被設定為幾段, 一段是休眠狀態時間, 一段是收集時間。剛開始時系統軟件進到休眠狀態, 當休眠狀態時間完畢時, 終斷喊醒全部系統軟件, 進而進到收集時間。當數據收集結束時, 系統軟件完全開展睡眠質量, 已不被喊醒, 等候關閉電源并獲取數據。
; 當充電電池關閉電源后再次通電時, 系統軟件從頭開始實行, 載入取樣方案, 從頭開始取樣。
3、試驗誤差分析及解決：
在火驅注氣井中, 數次應用熱式氣體質量流量計對引入各白邊填充液段的氣體總流量開展檢測, 數據顯示有檢測偏差。經剖析, 偏差來源于關鍵有:自然環境溫度、氣體的環境濕度、儀器設備下發速率、儀器設備在油氣井中方向。為了更好地將氣體總流量的檢測精確度操縱在3%之內。選用了以下方法來減少偏差:
1) 對于自然環境溫度對檢測精確度的危害。在儀器設備內部存在溫漂校準表, 數據測試會開展溫漂校準, 減少了溫度對儀器設備流量測試產生的危害;
2) 對于氣體的環境濕度對儀器設備量程的危害。因為熱式流量測試基本原理, 在開展呼吸模型檢測時, 氣體的環境濕度越大, 發熱量蒸發越快, 儀器設備量程會增大。為繞開這一要素產生的危害, 選用測算各層呼吸占比的方法, 而不是測算總流量值的方法來開展檢測, 由于氣體環境濕度在同一時間、同一地址基本一致。
3) 儀器設備下發速率產生的危害。當儀器設備下發時, 其方位與氣體引入方位是一致的, 當速率越大時, 相對運動就越小, 儀器設備量程越大。速度量程是反向轉變的。因而, 只有根據操縱下發速率來處理。儀器設備下發時, 其速率盡量維持較低均速, 才可以減少檢測的偏差。
4) 一般狀況下, 儀器設備緊貼著油氣井內壁檢測時比照處在油氣井正中間檢測時聽獲的量程要小。對于儀器設備在井中方向對儀器設備量程的危害, 選用牽正器將儀器設備固定不動在油氣井正中間部位放入井中。
根據所述一系列的方法, 終究會儀器設備的流量測試精確度操縱在3%之內, 極大地提高了火驅注氣井各層呼吸占比檢測的精確度。
4、運用案例：
運用該檢測儀對遼河油田某火驅注氣井開展檢測, 以728 m3/h的注供氣量 (在標準大氣壓情況) 將氣體引入油氣井中, 油氣井有1、2、3、4等4個白邊填充液段, 選用該儀器測試氣體引入每一個白邊填充液的占比。儀器設備放入第一、2、3層時其量程縮小, 當抵達井中974 m時, 儀器設備由氣體物質進到液體物質, 總流量量程增大 (在液體中, 液體比氣體能帶去大量的動能。因為液體的熱傳導比氣體快, 因而蒸汽流量計沒法迅速開展溫度差賠償, 造成其檢測值大幅度擴大) 。因而11號層呼吸為0%。
各層的引入占比能夠依據量程的尺寸誤差開展測算。如:
計算方法
式中:ΔF1——2號層左右總流量值降低值;
ΔF2——2號層左右總流量值降低值;
ΔF3——3號層左右總流量值降低值
以此類推測算, 2號層占比為:38%, 2號層占比為:17%;3號層占比為45%。
5、總結：
選用恒溫度差基本原理設計方案的熱式氣體質量流量計可以運用于火驅注氣井中, 其檢測結果能較精確地體現火驅注氣井的溫度、工作壓力、總流量的轉變, 也可以體現注氣井各白邊填充液段的注氣占比。對火驅注氣井打火有一定的指導作用。采用一系列對策后, 將儀器設備的流量測試精確度操縱在3%之內。當儀器設備進到液位后, 其量程會大幅度增大, 證實其不可以運用于液體中。具體運用說明, 該檢測儀能不錯地運用于火驅注氣井流量測試。