萬家佑 朱衛(wèi)霞 武昌理工學院信息工程學院

無源傳感器用于管道內原油動態(tài)參數的測定

萬家佑 朱衛(wèi)霞 武昌理工學院信息工程學院

新一代無源傳感器其靈敏度比傳統(tǒng)傳感器高，不但可以感應介質內部的溫度、光線強度、濕度，并且可以對地表中的酸堿度加以識別。目前的光傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比具有穩(wěn)定性能好、檢測范圍大、傳輸帶寬高的特點。無源流量感應指針檢測石油管道內液體流速時，通過井內單質流體和其他摻雜混合流體的密度、壓強及流速來計算出相對流量。傳感系統(tǒng)主要由模擬式與數字式系統(tǒng)兩部分組成。檢測監(jiān)控和數據采集系統(tǒng)可以對運行設備進行監(jiān)控，也可以在油田勘測時進行數據采集，以提高運行系統(tǒng)的效率。

無源傳感器；石油企業(yè)；流量；溫度；模塊

為了擴大石油勘探范圍，油井設備與管道內部統(tǒng)一安裝傳感器，以獲得地下環(huán)境數據參數。但是傳統(tǒng)設備存在感應盲區(qū)范圍大、易于受到外界電磁波的干擾等弊端，并且用電設施沿用傳統(tǒng)交變電流，每次應用需變換到直流電流供設備使用，降低了工作效率。對該設備凸顯的缺點進行改造，研制了新一代無源傳感器，其靈敏度比傳統(tǒng)傳感器高，不但可以感應內部的溫度、光線強度、濕度，并且可以對地表中的酸堿度加以識別。

1 集成處理系統(tǒng)

集成處理模塊將系統(tǒng)各部分整合到一個系統(tǒng)模式中，使其能夠實現彼此之間信息的傳遞，因此多數系統(tǒng)結構設計時都采用相同或相異的協調功能，以實現彼此交換需求。這種流程分配與傳統(tǒng)監(jiān)控流程相比，增加了多個參考接口的配置模式，可以讓油井監(jiān)控在無人看守狀態(tài)下自動完成模式參數轉化功能。

在傳感器接口配置中優(yōu)化了系統(tǒng)各部分的功能，能夠在模型中給出簡單的分析過程，流程見圖1。這種優(yōu)化方式可在運行程序中自動給出分析過程，它是傳感集成系統(tǒng)中最核心的配置模型。

圖1 傳感器配置接口流程

2 無源傳感器的應用

（1）光感應強度測定。當光感應器感應到外界強光照射時，會引起儀表參數的變化，接著電源模塊產生變化，將交變電流轉變?yōu)橹绷麟娏?。與此同時，放大器上信號開始放大，然后傳送到光接收端，系統(tǒng)開始判定光照強度是否符合油井照明強度的標準。目前的光傳感器與傳統(tǒng)傳感器進行比較，具有許多優(yōu)點：①穩(wěn)定性能好，始終將光線設定在一個參數值上，不會因為外界的干擾而發(fā)生改變；②檢測范圍大，傳統(tǒng)傳感器只能檢測方圓1m左右范圍的土質，應用光傳感器當開采過程中土質發(fā)生松動或巖層有變化時，信息能夠傳達給管理人員，提前做好預防工作；③傳輸帶寬高，由于油井傳輸信息的流量不斷增加，因此需要不斷擴寬載頻，如今新型傳感器帶寬已達到500M，可確保傳輸的信息安全到達終端設備。

（2）管道內液體流量測定。用無源流量感應指針檢測石油管道內液體流速，通過井內單質流體和其他摻雜混合流體的密度、壓強及流速來計算出相對流量。在檢測過程中，如果每立方米液體的相對密度不一致，那么在測定范圍內呈現的誤差值在±10%左右。為了減少誤差值，在測定流量時要選擇流體速度比較平緩的位置進行測定，此時的液體密度比較單一，并且壓強保持在一定的范圍內，不會有太大的起伏。液體流量的大小與液體的流速呈正比關系，流速越大相對應此時的流量也就越大。這種測量標準與原有測量標準誤差保持在0.3%左右，測量的精確度更高。

（3）運行溫度及壓力測定。在石油管道中，由于流體內含有的雜質經常與石油管道的內壁產生摩擦，這必然會導致局部溫度的上升。通常運輸過程中，管道表皮溫度在100～200℃之間，但是由于不同程度摩擦而產生的熱量有時會達到300～400℃，甚至有可能高達500～600℃。目前小型油井溫度測量限度為200℃左右，無法測量雜質密度大的油井。石油管道內部過濾的部分雜質由于無法排出，而導致石油管道內雜質堆積，進而使液體流速放慢，隨時間推移便可能使石油停留在管道內。為了解決這一問題，部分油田企業(yè)基于ODK技術原理研制出吊墜型無源溫度檢測計，當雜質與管壁摩擦時，這種檢測計會自動控制雜質的排放量。假如體積較大的雜質塊流到管道接口部位，便會加快液體流速，使其加大對雜質塊的沖擊力。通過P=F/S函數定義式可知，在壓強一定的情況下，通過增大受力面積來增大壓力，使其內部組織軟化，最后雜質以流沙的形式排出，保證管道內部不被堵塞，減少生產流程的延期現象。

（4）傳感系統(tǒng)的運行測定。傳感系統(tǒng)主要由模擬式與數字式系統(tǒng)兩部分組成。其中模擬式系統(tǒng)是以模擬控制裝置為基礎，對油田發(fā)電系統(tǒng)三相分離、緩沖罐液位等工藝技術進行數據采集。數字式系統(tǒng)則是由直接數字系統(tǒng)、可編程控制器檢測監(jiān)控與數據采集系統(tǒng)等組成。直接數字系統(tǒng)通過對無源傳感器控制，可以對多油井中管道流速進行檢測，以達到對緩沖罐液位的控制目的，并且還可以在發(fā)電系統(tǒng)過程中進行閉環(huán)循環(huán)檢測。檢測監(jiān)控和數據采集系統(tǒng)可以對運行設備進行監(jiān)控，也可以在油田系統(tǒng)勘測時進行數據采集，以提高運行系統(tǒng)的效率。傳感器測定系統(tǒng)在控制協議中采用的是RTU遠程三層結構控制模式。以小型局域網的通信設施對整個油田區(qū)域附近的電力系統(tǒng)進行全方位的自動檢測。自動檢測系統(tǒng)務必要保證傳輸線路的暢通，通過模糊邏輯檢測，對傳輸通道內的數據進行定向檢測。測定系統(tǒng)主要任務是自動測定油田傳輸系統(tǒng)中線路的阻值，并對阻值的大小進行測定分析。在測定過程中，當電阻值超出原線路設定的阻值，傳輸系統(tǒng)便會根據待測的預定值與實際值進行分析：若發(fā)生的差值在允許誤差內，則可繼續(xù)向終端設備傳輸；若大于預測誤差，則傳輸系統(tǒng)終止輸電線路的傳輸，確保傳輸線路的安全性。

3 結語

隨著國內石油行業(yè)的不斷發(fā)展，科研成果日新月異的變化，無源傳感器給石油行業(yè)帶來了新的希望。在檢測設備運轉和外界環(huán)境參數時，其檢測精確度基本符合生產標準。該設備不僅可應用于石油行業(yè)當中，也能廣泛應用于其他工業(yè)領域，可為我國經濟建設做出巨大的貢獻。

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.037