油田分层注水流量计的研究

　　1引言

　　注水抽油是当前国内普遍采用的一种原油开采方式。通常情况一口注水井要同时对多个油层进行注水。目前普遍采用的方式是对每口注水井的注水量进行计量，但由于地质条件不同各个油层的含油量也不同，因而向各层注水得到的产油效率也就不同。采用目前的计量方式，会造成水资源的浪费。特别是在水资源日益短缺的形势下，如何合理有效地利用有限的淡水资源已经成为一个非常重要的问题。本设计采用的方式为在每个油层的出水口分别加装流量计，确定各个油层的合理耗水量，从而为研究各油层的地质情况提供重　　要的数据，同时又达到节水的目的。

　　2流量计结构

　　油田分层注水流量计设计为两部分:一部分是安装于井下每个油层的井下测量仪;另一部分是置于井上的井上显示仪。当井下测量计与井上显示仪连接时双方通过异步串行通讯方式进行数据传输，如图1所示。

　　井下测量仪安装于注水管中，受注水管管径的限制，将其设计为直径32mm，长160mm的圆柱型外部结构，传感器部分采用涡轮传感器，信息处理部分采用了以单片机为核心的智能化方式，工作时由电池供电单独在井下运行，无需与井上显示仪连接，完成对注水量的测量、累加、存储及对涡轮传感器的非线性修正。

　　井上显示仪完成对井下测量仪存储的流量数据进行的读取、显示及设定对涡轮传感器进行非线性信号处理所采用的数学模型。

　　3传感器工作原理及信号处理

　　井下测量仪的传感器选用涡轮传感器。涡轮传感器属于叶轮式速度流量计的一种。其工作原理是:置流体中的叶轮的旋转角速度与流速成正比，通过测量叶轮的旋转角速度就可以得到流体速度，从而得到管道内的流量值。涡轮流量传感器的原理示意图如图2，在管道中心安放一个涡轮，两端由轴承支撑，一端安装由永久磁钢及外部缠绕导线感应线圈所组成的磁电感应转换器。当涡轮旋转时，涡轮叶片将切割由永久磁钢产生的磁场的磁力线。因为叶片在永久磁钢正下方时，磁阻最小;两叶片空隙在磁钢下方时，磁阻最大，故涡轮旋转将不断的改变磁路的磁通量，使线圈中产生强弱变化的感应电势，将其送入比较放大电路，就可以得到与速度成正比的电脉冲信号。

　　由于涡轮是流量计的传感器部分，为了提高计量的精度，深入的考察涡轮的工作特性是很有必要的。故对涡轮的工作过程建立如下的数学模型:当流体通过管道时，冲击涡轮叶片产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体速度成正比。因此，流体速度可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量。由此可以建立涡轮的运动微分方程如下: