自动液面（共7篇）
自动液面 篇1
目前, 已经有一些油井动液面连续监测产品, 是将以前的井口测试装置通过改进, 加入无线通讯技术, 结合自动控制技术, 实现声波的定时发射、数据采集、分析、数据上传等, 完成在连续的的动液面自动监测功能[1]。
但这类产品存在着一些问题, 一是液面测试单元和通讯控制单元分体, 导致现场控制箱体较多, 较凌乱;二是安装于油井套管口的液面测试单元, 必须从控制单元引出高压电源线和信号通讯线, 井口引高压电源线存在安全隐患;三是液面测试单元安装于井口, 影响油井作业过程, 对油井热洗、加药和维修作业施工带来不便;液面测试设备容易被无意损坏。此外, 液面测试单元箱体单独安装在井口, 防盗效果差, 容易受到人为破坏。
针对以上实际存在的问题, 油田液面测试领域亟需一种能够集连续性、安全性、组合性于一体的自动测试设备。
1 动液面自动测试装置技术研究
1.1 系统工作原理的研究
1.1.1 设计采用亚声波作为回波信号, 频率小于20Hz的亚声波在油套环形空间内传播距离远, 能量消失的慢, 回波信号易于识别;并设计可以在有无套压的情况下都能测试动液面数据;
1.1.2 设计系统可以自动采集回波曲线, 并可以自动识别回波曲线, 找出回波起始点、和结束点, 计算出动液面数据;
1.1.3 设计动液面采集数据自动传输功能, 并且可以兼容其他的通讯方式;
1.1.4 设计简单、安全的设备结构, 便于现场安装和维护。
2.2 发声与接收的研究
2.2.1 设计套压压差释放技术:
在有套压情况下, 打开内嵌气阀, 气流瞬间释放并通过设备机械发生机构, 发出次声波;无套压情况下, 通过气泵加压后, 打开内嵌气阀, 气体是从外向内通过设备机械发生机构, 发出次声波。
2.2.2 声波接收:
通过微音接收回波信号, 系统将收集4-20HZ的回波信号, 提交给声波识别装置进行信号分离和解析。
2.3 回波识别技术的研究
2.3.1 传统的声波识别技术:
国内在用主要回声仪普遍采用高低频信号处理, 即所谓“双频道”, 通过现场试验我们发现即使双频道, 由于传感器灵敏度因素, 致使一些油井液面的测试结果不理想, 深井、无压井的液面波、接箍波不清晰, 对计算结果产生一定误差。
2.3.2“三频道”液面识别技术:
我们通过现场调研和研究, 研发出真正适合油田使用精准的测试仪应该具备“三频道”, 即回收波, 节箍波和液面回波。
2.4 软件平台的研究
2.4.1 在现有的数据采集系统中加入动液面数据通讯协议;
2.4.2 修改数据库结构, 存放动液面数据;
2.4.3 修改监控客户端程序, 可以修改采集参数、闭环控制参数;
2.4.4 修改数据展示平台, 可以查看动液面数据、回波曲线、动液面历史曲线动。
2.5 系统安全性的研究
2.5.1 系统结构:
将采集系统分为两部分, 其中连接市电 (220V) 的部分安装配电柜或数据采集终端柜一侧, 将声波发声装置放置在原理配电柜的位置;
2.5.2 供电系统:
由于液面测试单元需要连接套管气, 因此系统系统采用12V DC供电;液面测试单元与油井井口之间不使用任何电源线和信号通讯线, 井口安全无漏电隐患;
2.5.3 安装方式:
将液面测试单元固定在距离井口5米以外的位置, 通过一个高压胶管与油井套管口连接, 作为液面测试声波信号的通道;
2.5.4 作业处理:
套管口安装闸门再连接高压胶管, 油井热洗、加药和维修作业施工时, 只要把三通与胶管之间的高压阀门关闭即可, 不影响作业和施工。
2.5.5
设备结构的研究
2.5.6
安装方式的研究
3 现场安装情况
自2011年立项开始, 整个研究过程历时两年, 2013年我们在在大港油田采油三厂现场试验, 现场安装图片见图1。
截至目前, 该装置已经在油田应用了36台套, 从应用效果看, 该装置具有液面回波自动识别功能, 实现了液面数据的实时监测, 动液面数据采集精度较高, 实现了抽油机井的在线动态控制。
摘要：针对目前已有的一些油井动液面连续监测产品箱体较多、安全性差、防盗效果差等缺点, 提出一种能够集连续性、安全性、组合性于一体的自动测试设备。本文将从工作原理、发声与接收、回波识别、软件平台、安全性、设备结构、安装方式等7个方面分别介绍了基于亚声波的动液面自动测试装置的相关技术研究。现场应用情况表明, 该装置实现了液面数据的实时监测, 动液面数据采集精度较高, 实现了抽油机井的在线动态控制。
关键词：载荷,神经网络,电参数
参考文献
[1]闫贵堂, 动液面连续检测技术在间抽油井上的应用[J].石油工程建设, 2013.10;61-63.
自动液面 篇2
混砂车是压裂机组的核心设备, 承担着整套机组的供液加砂工作, 其控制系统的完好与否直接关系到压裂施工的成败。而SS2000型混砂车的自动液面控制系统在日常的施工中尤为重要。2012年8月份, 100B B L混砂车在施工中出现自动液面控制系统失灵的现象, 只好采用手动控制, 给安全生产带来很大的隐患。液面在手动控制时, 吸入泵转速将稳定在某一固定转速上, 吸入排量为一恒定值, 存在以下弊端:
(1) 随着大罐液面不断下降, 液体自压能力减弱, 混砂罐液面也将不断下降, 混砂罐液面需要不断调整。在加砂过程中, 随着阶段砂量的增加, 混砂罐液面也需要不断调整。而这种调整由于靠人手工操作, 液面受人为因素影响较大, 混砂罐液面上下波动也较大, 这种波动会影响含砂浓度曲线的平稳性。
(2) 当压裂车需快速提高排量时, 如果混砂车吸入排量调整不及时, 混砂罐有可能被抽空。
(3) 当压裂施工结束或出现砂堵等意外情况停泵时, 混砂罐易溢罐。同时, 混砂车操作室内看不见混砂罐液面, 混砂罐要有专人监视混砂罐液面, 随时指挥操作人员。所以, 必须及时修复混砂罐液面自动控制电路。
2 自动液面控制系统简介
2.1 超声波传感器A7
超声波传感器由发射和接收两部分组成, 发射头和接收头在同一线路板上。一般工业用超声波发射头产生约40KHz超声波信号, 经前置放大、带通滤波、功率放大后驱动发射器发出超声波信号。此信号在发射区域内如遇到介质的反射, 将反射很强的、具有一定方向性的超声波信号。反射回的超声波信号被接收头接收, 经40KH带通滤波后, 进行电子开关检波, 进入阀值控制电路, 产生输出电压, 经U/I转换, 电流放大, 输出4-20M A标准工业控制电流。
2.2 控制模块A5、A6
模块A5主要用于将手动液面调节钮R3设定的0-12V直流电压转换为对应的4-20MA电流控制吸入泵液压系统调节阀, 调节输入泵转速, 只用于手动控制。
模块A6用于自动液面控制, 主要由“输入切换/计算、信号放大/零点调节、光电隔离、末级驱动”等几个单元组成。超声波传感器4-20MA电流信号与设定电阻R4产生的0-12V电压信号通过引脚A、B、COM进入输入切换/计算电路, 计算出的电压信号进入由反相输入运算放大器组成的电压跟随器、再经过零点/量程调节电路后进入光电隔离电路, 实现后级与前级的电隔离。光电隔离电路输出的电压信号经末级运放U/I转换, 驱动场效应管输出4-20MA标准工业控制电流。控制模块A6外部接线图如图1所示:
2.3 自动液面控制电路工作原理
液面自动控制系统的核心就是对吸入泵转速的自动控制, 通过不断调整吸入泵转速, 即吸入排量来稳定混砂罐液面高度。模块A5、A6功能基本相同, 只是模块A6有两组控制信号输入, 一组为0-12V控制电压, 一组为4-20MA控制电流。当液位控制置于手动位置时, 继电器K9控制线圈不得电, 手动模块A5控制吸入泵液压系统调节电磁阀。通过手动调节电阻R3, 模块A5将输出4-20MA线性控制电流驱动吸入泵运转, 维持混砂罐液位稳定在某一位置, 但在手动位置, 吸入泵不能自动根据派出排量调整混砂罐液面位置。当液位控制置于自动状态时, 继电器K9控制线圈得电, 自动控制模块A6工作, 超声波液位传感器能根据液位高低输出4-20MA电流, 模块A6将输出驱动电流, 电磁阀开启, 吸入泵加速转动, 混砂罐液面上升。同时, 超声波液位传感器输出电流随液面升高而下降, 当此电流经I/U转换后, 模块A6输出驱动电流减少, 电磁阀开启度减少, 吸入泵转速减低, 混砂罐液面停止上升, 液面将稳定在某一个位置。
自动液面控制原理图与系统结构图2所示:
3 故障排除与控制系统调试
3.1 故障现象
在某口井的施工中, 将液面控制置于自动状态时, 混砂罐液面不能根据排出排量及时补充液面, 而停泵后又不能及时停止吸入泵供液, 造成混砂罐溢罐。
3.2 故障排除与调试
由于调节自动液面设定钮R3时, 液面能随之变化, 说明吸入泵液压系统调节电磁阀正常, 模块A6输出电路正常, 判断A6输入切换/计算单元电路损坏, 更换控制模块A6, 断开A6与吸入泵液压系统调节电磁阀之间的连线, 串入万用表, 调至电流档, 调零点调节钮和量程调节钮, 使输出电流为4-20MA左右, 接好连线, 试车, 液面自动控制还是不能正常使用。A6模块调节钮如图3所示:
断开A6模块4脚与超声波传感器之间的连线, 串入万用表, 调至电流档, 将混砂罐浮子上下移动, 发现传感器输出电流不能随之变化, 而是一直稳定在22MA, 检查传感器与控制模块之间的连线, 未见异常, 说明超声波传感器已损坏。更换传感器, 重新调节量程调节钮和零点调节钮, 使输出电流为3.8-20.5MA, 投入使用。在现场使用中发现, 液面下降时, 吸入泵能加速转动, 液面能上升, 但是控制很不平稳, 液面在较大的范围内波动, 当排出排量为2.5M3/min时, 吸入排量最小为1.7 M3min, 最大为3.8 M3/min, 吸入排量控制不理想。通过实际现场施工实测, 反复调节量程调节钮和零点调节钮, 吸入排量波动范围逐渐减小, 最小为2.3 M3/min, 最大为2.6 M3/min, 目测混砂罐液面非常稳定, 测量A6电流输出范围为3-22.5MA。达到系统设计要求, 在后续的上百口井施工中自动控制电路工作非常稳定。
4 结束语
从以上的原理分析和维修、调试过程可以看出, SS2000混砂车混砂罐自动液面控制电路具有很高的自动化程度, 液面控制非常平稳, 调试也比较复杂, 调节量程调节钮和零点调节钮时会互相影响, 需反复调整。比较好的调试方法是先将A6输出电流调节在4-20MA附近, 然后在施工过程中微调量程调节钮和零点调节钮, 同时监测输入排量的变化情况, 反复调节, 直至控制理想。
参考文献
[1]张保弟, 张晓东.自动控制混砂车液压系统设计[J].石油机械, 2005, 5 (33) :36-39
[2]袁旭军, 吴汉川.从我国压裂市场现状谈大型压裂机组的研制[J].石油天然气学报, 2010, 32 (3) :383-385
液面升降问题分析 篇3
例1, 如图1所示, 在盛水容器的水面上漂浮着一个装有实心铁球的铝盒, 若将铁球放入容器中, 盒仍漂浮在水面上, 则容器的水面将_____。 (选填“上升”“下降”或“不变”)
分析:
容器中的水面是否变化以及如何变化, 取决于变化前后两次物体排开水的体积V排与V'排的关系:
若:V排=V'排, 水面高度不变。
V排>V'排, 水面高度下降。
V排
所以解此类题的关键是分析物体受力, 比较变化前后两次物体所受浮力的大小, 进而用阿基米德原理F浮=ρ液g V排, 判断出变化前后两次物体排开水的体积关系。
此题中, 变化前将铝盒与铁球看成一个整体, 进行受力分析, 铁球在铝盒内时, 整体漂浮, 所以F浮=G总=G盒+G球, 如图2所示:变化后, 各物体受力如图3所示, 因为铝盒漂浮, 铁球沉底, 所以F浮盒=G铝, F浮球=G球-F支, 所以, F′浮=F浮盒+F浮球=G铝盒+G球-F支, 比较F浮与F′浮的关系, 由阿基米德原理可知, V排>V′排, 即变化后V′排变小, 水面下降。
例2, 若上题中, 把铝盒内的A、B两个小球放入容器中, B球处于悬浮、A球处于漂浮状态, 容器中的水面将_____。
分析:
变化前, 将球与铝盒看作一个整体进行受力分析, 如图4所示, 球在盒内时整体漂浮, 所以, F浮=G总=GA+GB+G铝。
变化后, 各物体受力如图5所示, 因为铝盒漂浮、小球悬浮或漂浮, 所以F浮铝=G铝, F浮球A=GA, F浮球B=GB, F浮′=F浮铝+F浮球=G铝+GA+GB, 比较F浮与F浮′的关系, F浮=F浮′, 即V排=V排′, 所以液面不变。
[学法突破]
从以上两个例题中可看出:
第一, 把球从盒中放入水中, 容器中液体密度没有发生变化, 若 (1) ρ物>ρ水, 物体沉底, 即变化前无沉体, 变化后有沉体, 液面下降。 (2) ρ物≤ρ水, 物体漂浮或悬浮, 即变化前后均无沉体出现, 液面不变。
第二, 若从水中把物体放入盒中, (1) 若ρ物>ρ水, 变化前有沉体, 变化后无沉体, 水面上升。 (2) 若ρ物≤ρ水, 变化前后均无沉体出现则水面不变。
结论:
变化前后液体密度不变时, (1) 若变化前无沉体, 变化后有沉体, 水面下降; (2) 变化前有沉体, 变化后无沉体, 水面上升; (3) 变化前后均无沉体出现, 则水面不变。
例3, 烧杯内装有浓盐水, 一块冰浮在液面上, 当冰完全熔化后则液面_____。 (液体不会溢出)
分析:
冰化成水后, 烧杯内液体密度发生变化, 不能套用上面结论, 应具体问题具体分析。
冰块原来在浓盐水面上处于漂浮状态, 其一部分浸没在浓盐水中, 排开了一定量的浓盐水;冰块完全熔化后变成了水, 这些水也要占一定的空间。我们只需比较冰块原来排开的浓盐水的体积V排盐水和冰块完全熔化成水后体积V水就可以了。因为冰块原来处于漂浮状态, 所以F浮=G冰=G排盐水=ρ盐水g V排盐水, 冰块完全化成水后重力不变, 所以G冰=G水=ρ水g V水, 通过观察这两式可以看出G水=G排盐水, 即ρ水g V水=ρ盐水g V盐水, 又因为ρ盐水>ρ水, 所以V水>V排盐水, 所以液面上升。
[发散思维训练]
(1) 一个漂浮在小型游泳池水面上的小船, 一个人从池水中捞出以下几种物体放入船中, 其中能使池中水面升高的是 () 。
A.从池中捞铁块B.从池中捞木块
C.从池中捞石块D.将池中的一些水装入船中
(2) 烧杯内装有水, 冰漂浮在水面上, 当冰完全融化后, 则液面将 () ;若漂浮的冰块中含有一小石块, 则冰融化后, 液面将 () ;若漂浮的冰块中含有一小木块, 则冰融化后, 液面将 () 。 (液面不溢出)
(3) 如图6所示, 一块0℃的冰块放在盛有0℃的容器中, 已知冰块与容器底部相接触并相互间有压力, 则当冰完全熔化为0℃的水后, 容器中水面将_______。
(4) 一容器中盛有酒精, 一块冰在酒精中静止不动, 当冰块完全熔化后, 容器中的液面将_____。 (液体不会溢出, ρ冰>ρ酒精)
发散思维训练答案:
液面变化问题解法探讨 篇4
例1 如图 1:一冰块漂浮在水中, 当冰块溶化后, 液面如何变?
解法1:比较两个体积, 思路如图 2:
设冰块的质量为m, 冰块漂浮时受的浮力:F浮=G= mg
冰块排开水的体积:V排undefined
冰块溶化成水的体积:undefined
因为 V排= V所以液面不变。
解法2:由V排的变化判断
冰块溶化前受的浮力:F浮= G = mg
排开水的体积:V排undefined
冰块溶化后, 假想冰化成的水集中为一水团, 则水团应悬浮在水中。此时化成的水所受的浮力:F浮′= G = mg
排开水的体积:V排undefined
因为V排 = V排′, 所以液面不变。
解法3:由F浮的变化判断, 冰块溶化前, 冰块在水中漂浮F浮=G。冰块溶化后, 溶化的水在水中可看作是悬浮F浮′=G。因为浮力没有变, 所以液面不变。
解法4:由状态的变化判断, 冰溶化前, 冰在水中漂浮。冰溶化后, 假想冰化成的水集中为一水团, 则水团应悬浮在水中。因为变化前后液体中的物体都处于漂浮、悬浮状态, 所以液面不变。
小结: 若变化前后液体中的物体都处于漂浮、悬浮状态, 则液面不变;若液体中的物体, 在变化前漂浮、悬浮, 而变化后有物体下沉, 则液面下降;若液体中的物体, 在变化前有物体下沉, 而变化后无物体下沉, 则液面升高。 说明: a.漂浮和悬浮看作是一种状态, 下沉看作另一种状态。b.条件: 变化前后液体中物体的总质量保持不变;容器中液体的密度不变。
如图3:容器中的液体一定, 液面的变化是由V排的变化直接决定的, 根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排, V排的变化是由F浮的变化决定的, 而F浮的变化又是由状态的变化决定的。因此判断液面的变化有三种基本方法: (1) 由V排的变化判断; (2) 由F浮的变化判断; (3) 由状态的变化判断。常用的是 (2) 、 (3) 两种方法。
例2 一冰块漂浮在水面上, 冰块中含有一木块, 当冰块溶化后, 水面如何变?变式:若冰中含有一铁块, 水面如何变?若冰中含有一气泡, 水面如何变? (不考虑气泡的质量) 。
解法1: (1) 含木块时, 冰溶化前整体受的浮力:
F浮=G木+G冰
冰溶化后, 溶化成的水在水中悬浮, 木块在水中漂浮,
整体受的浮力:F浮′=G木+G冰
因为F浮=F浮′, 所以液面不变。
(2) 含铁块时冰溶化前整体受的浮力:F浮=G冰+G铁
冰溶化后, 溶化成的水在水中悬浮, 铁块在水中下沉,
整体受的浮力:F浮′=G冰+F浮铁 (F浮铁
因为F浮′﹤F浮所以液面下降。
(3) 含气泡时的解法和含木块时的相似。
解法2: (1) 含木块时冰溶化前, 木块和冰处于漂浮状态, 溶化后木块漂浮, 溶化成的水悬浮, 因为变化前后液体中的物体都处于漂浮、悬浮状态, 所以液面不变。
(2) 含铁块时冰溶化前, 铁块和冰处于漂浮状态, 溶化后化成的水在水中悬浮, 铁块下沉, 因为在变化前漂浮, 而变化后有物体下沉, 则液面下降。
(3) 含气泡时的解法和含木块时的相似。
小结: 漂浮在水中的冰块, 若冰块中含有密度小于、等于水的物体, 则冰溶化后液面不变;若冰中包含密度大于水的物体则冰溶化后, 液面下降。
练习1:容器中一冰块漂浮在煤油面上, 当冰块溶化后煤油面如何变? (ρ冰<ρ油<ρ水) 答案:不变。
练习2:将一个实心铁球A和一个密度小于水的木球B放在一个小盒中, 再将小盒放在水槽中, 小盒漂浮在水面上。那么下列说法中正确的是 ( )
A. 只将A从盒中拿出放到水槽的水中, 水槽中水面高度不变
B. 只将A从盒中拿出放到水槽的水中, 水槽中水面高度下降
C. 只将B从盒中拿出放到水槽的水中, 水槽中水面高度下降
D. 将两个小球从盒中拿出放到水槽的水中, 水槽中水面高度下降
答案:B、D
练习3:在盛水的缸底有一个实心铁球, 水面上漂浮着一个脸盆.若将铁球捞出放入盆中, 盆仍漂浮在水面上, 则缸里的水面 ( )
A.下降 B.上升 C.不变 D.无法判断
石油钻井泥浆液面检测方法探究 篇5
1石油钻井泥浆液面检测方法探究
1.1超声波式液面检测方法
超声波式液面检测方法中,常见的超声发生器主要包括机械方式产生超声波与电气方式产生超声波两种,其中电气超声波发生器应用较为广泛。超声波式液面检测原理为: 通过超声波发射器发生超声波并计时,超声波在介质中传播,在传播过程中一旦受到障碍则会返回,接收器接收到发射波停止计时。在石油钻井作业中,应用超声波式液面检测方法可以实现对钻井液面的实时检测,并判断出是否出现溢流井涌。通过超声波发射波及反射波,可以计算出发射及接收时间差,并计算出液面高度,实现液面检测。
在泥浆液面检测中,超声波式液面检测方法其装置安装与维护操作较为简单,响应时间较短,因其工作原理, 可以实现非接触测量,可以对有毒液体、腐蚀性液体等进行测量。然而这种方式要求其检测对象可以充分反射声波,且超声波在传递过程中,容易受到介质种类、密度、 周围环境温度、压力等因素影响,导致其测量精度稳定性较差。
1.2标尺式液面检测方法
标尺式液面检测装置主要包括气室、气室连通管、浮筒、游动标尺、气喇叭等部分,通过螺栓连接游动标尺及浮筒,游动标尺上设置触板,在阀座上安装报警阀,一旦泥浆液面出现变化时,浮筒则会带动游动标尺进行上下移动,并带动报警阀报警,从而实现对井喷、溢流、井涌预警。这种检测方法不需要派专人看管,装置结构简单,制造成本较低,在各种类型的液面检测中应用效果较好。然而这种方法容易受到液体黏度影响,导致测量精度不足。
1.3光纤式液面检测方法
光纤式液面检测装置主要包括输出及输入光纤束、光电转换器、传感器壳体等。其测量原理主要是根据光导纤维中光在不同介质中传输特性的改变来实现。装置发光器件将发射出的光传输给敏感元件,如容器中不存在液体, 则敏感元件透射光量与反射光量则为一定值,当容器中存在液体时,则敏感元件透光量增加,反射量降低,实现对泥浆液面的检测。
光纤式液面检测装安全防爆、抗腐蚀性较好、体积较小、支持远距离传输,在多种液体液面检测时质量较好, 在易燃易爆腐蚀性较好的溶液检测中适用性较好,精度较高。然而该装置故障率较高,且安装较为困难。
1.4激光式液面检测方法
激光式液面检测方法与超声波式检测方法原理类似, 通过接收反射或散射激光脉冲实现对液面检测,其装置具有较好的抗干扰性,维护较为方便,安全防爆,然而其装置部分容易受到污染,导致其测量结果精度不稳定。
1.5电容式液面检测
电容式液面检测原理可以用以下公式来描述:
其中CH代表传感器电容量,H代表液面高度,D代表外筒直径,εT代表被测液体介电常数,ε0代表绝对介电常数,一般取值为8. 85 × 10- 12F /m。因介电常数及外筒直径等属于定制,影响电容量的参数只有H,即液面高度值。采取电容式液面检查方法,其误差较小,灵敏性较好,环境适应性较强,整体效果优良。
1.6差压式与磁致伸缩式液面检测方法
差压式检测装置为密封封装,其灵敏性较高,性能稳定,在液面测量中广泛应用。磁致伸缩式液面检测装置应用稳定性良好,测量范围较大,环境适应性较强,温度变化对其测量影响较小,具备良好的防雷及抗干扰性,在多参数、高精度液面测量中应用效果较好。然而其造价较高,应用推广较为困难。
2石油钻井泥浆液面检测方法综合评价
综合对比各种石油钻井泥浆液面检测方法,并进行综合评价。超声波式液面检测装置在石油钻井现场应用较为广泛,测量精度较高,安装及维护方便,造价适中,然而存在着一定测量盲区,液面波动引起其测量准确度不稳定; 标尺式液面检测装置结构简单,成本较低,在钻井现场应用十分普遍,然而因其液体黏度会对其工作性能造成一定影响,导致其测量精度不佳; 光纤式液面检测装置故障率较高,机械传动部件较多,安装较为复杂,在钻井泥浆液面检测中适用性较低。电容式液面检测装置在检测中,因内外筒液面高度并不能全面真实反映钻井泥液面高度,从而引起检测误差较大,导致其不适用于泥浆液面检测作业中; 差压式检测装置在检测中容易受到钻井液组分及温度变化影响,导致其测量误差较大,在泥浆液面检测中适用性较低; 磁致伸缩式液面检测装置造价较高,随测量液体密度变化,其测量精度不稳定,不适用于钻井泥浆液面检测工作。
3石油钻井泥浆液面检测方法应用的建议
综合考虑多种泥浆液面检测方法及其适用性,考虑泥浆液面特性,为保障液面检测质量,保障石油钻井安全性,可以在钻井现场选择应用两套或两套以上检测装置, 提高液面检测质量。为避免检测装置受到泥浆液面波动影响,可以在检测区域设置缓冲隔离带,消除液面波动所引起的误差。考虑到钻井液表面积较大,如出现小溢流量, 则其液面变化不明显,无法及时发现溢流问题,为此,可以在钻井液出口位置设置流量计。提高泥浆液面检测装置整体质量,当前,液位传感器在科学发展的推动下其智能化及集成化趋势越发明显,通过应用多种新型传感器,可以有效提高泥浆液面检测质量及效率,保障石油钻井作业的安全性。
4结论
基于电容探测的智能液面探测技术 篇6
关键词：智能液面探测技术,电容探测,单片机,单针探头,比较输出,探测灵敏度
0前言
液面探测系统是自动化学发光免疫分析测控系统的重要组成部分[1], 用于控制采样针探入液体的深度, 从而最大限度减少挂滴, 使自动加样过程稳定可靠。电容式液面探测技术[2]原理简单、成本低、易于实现, 是应用最为广泛的液面探测方法。本文主要通过对电容式液面探测技术进行改进, 阐述提高液面探测系统灵敏度、降低最少探液量以保持系统长期稳定工作, 降低其维护成本的方法。
1 电容式液面探测原理
金属采样针通过空间环境与电路系统形成空间分布电容, 利用时基电路产生脉宽调制输出[3,4], 当采样针与导电溶液接触时增加了空间分布电容, 输出脉宽变大, 检出此事件就可探测到液面接触信息。基本原理, 见图1。R1、R2、采样针与时基电路构成单稳态触发电路, 当外部触发时开始充电, 输出高电平, 当充电到VCC/3输出反转为低电平。脉冲周期由外部触发控制, 触发频率一般在20~100k Hz, 触发周期以略大于探测到液面最大空间分布电容情况时的最大脉宽为佳, 由最大探液量及应用环境决定。
2 检测方法
脉宽调制信息经二阶低通滤波器转化为准直流电平, 当探测到液面时电平跃变升高, 跃变电平与参考电平输入比较器得到液面探测脉冲信息图。具体电路, 见图2。由U2A线性放大提供略大于本底电平的参考电平, 由于迟滞电路有一定的延时和带宽, 使得比较电路在未探测到液面时输出低电平, 探测到液面时在一段时间内输出高电平。
3 智能化设计
用时基电路提供触发源, 结合上述电路可以实现全硬件电路的液面探测系统, 但液面探测脉冲在小液量时不易被捕获, 易受干扰, 不能实现稳定可靠的探测。图2中由迟滞电路提供的参考电平在实际应用中需要反复调试, 且由于季节、气候变化, 可调电阻触点老化等原因参考电平不能一直保持稳定, 往往每隔两三个月需要人工调节一次, 这无形中增加了维护成本。
引入单片机控制液面探测[5,6]可以有效提高探测质量。原理框图, 见图3。由单片机输出一路PWM信号提供稳定的触发频率, 触发信号自图1中2脚输入, 当低于VCC/3时, 触发器置位, 3脚输出高电平, 同时放电开关管关闭, 单稳态触发器进入充电过程。为不影响脉宽调制, 选取低电平时短PWM信号作为触发信号。
根据检测原理, 稳定的参考电平不应因是否探测到液面而发生变化。可通过单片机输出另一路PWM信号经二阶低通滤波器生成直流参考电平, 并经A/D转换对其进行实时监测, 通过自适应算法自动调节占宽比使其输出与设定值一致的稳定参考电平, 探测精度要求高时需要经D/A转换来提供稳定可控的参考电平。液面探测模拟电路, 见图4。
由外部控制本底信息采集, 本底采集时间为0.2 s, 经A/D转换 (ADC) 、256个数据循环池滑动平均得到平均值, 在此基础上加一个增量作为参考电平值, 此增量的大小决定了探测的灵敏度, 通过2个单片机引脚调节该增量并自动存储到单片机EEPROM中。系统中A/D、D/A转换分别为10位精度IC。表1为在测量点AINF处本底和各种液体容量的模数转换值与数字万用表实测电压值的关系。
注:表中电压数据由于人工介入测量引入一定环境电容改变, 其测量值仅作参考。
探测到液面时的比较输出是一个稳定的高电平。为提高探测的抗干扰能力, 单片机实时跟踪比较输出:当跟踪到持续的高电平信号时输出信号;当跟踪到脉冲干扰信号时单片机通过判断持续时间予以删除, 这是提高小液量探测灵敏度的关键。100μL液面探测示波器检测结果, 见图5。
4 结论
依据电容式探测原理, 经智能化处理后的液面探测系统的灵敏度得到了大幅度提高, 最小探液量可达100μL, 优于预期最小探液量 (150μL) , 有效提高了试剂最大使用量, 降低了样本的需求量。此设计方案已应用于临床检测的某自动化学发光免疫分析仪中。
参考文献
[1]朱险峰, 张阔, 曾思思, 等.全自动临床检验仪器中液面探测技术的进展[J].生物医学工程学杂志, 2010, (4) :949-952.
[2]纪国伟.AU5400生化仪液面探测原理分析[J].中国医学装备, 2010, (7) :52-54.
[3]李书旗, 沈金荣.液位测量传感器系统的设计与实现[J].计算机测量与控制, 2009, 17 (11) :2131-2133.
[4]招惠玲, 周美娟, 胡远忠.电容式液位测量系统的设计[J].传感器技术, 2004, 23 (3) :40-42.
[5]程剑锋.基于单片机的接触式液面检测系统[J].机械工程与自动化, 2009, (6) :48-49.
自动液面 篇7
目前, 我厂油井液面测试主要采用声波测试法, 随着工作量呈逐年上升趋势, 由于液面测试结果无法判断造成重复测试次数增多, 严重影响到生产, 同时也造成成本浪费。
2 液面测试存在问题及原因分析
2.1 液面波不清楚或无液面波
分析原因可能为:
(1) 仪器本身出现故障不击发或测试中途漏气;
(2) 井筒内杂质太多, 测试产生干扰;
(3) 井太深, 声波在井筒内传播逐渐减弱, 到达液面后反射不清楚;
2.2 液面监测时, 液面数据以等距离线性上升, 不符合压力恢复规律
分析原因可能为:
(1) 井筒太脏或套管变形, 导致仪器测试出假液面;
(2) 套压过高或套压为零, 导致声波在井内传播衰减过快, 衰减完毕仪器即自动计算液面位置直至测试结束。
2.3 液面波清晰明显, 但解释计算结果在泵挂以下
分析原因可能为:
(1) 计算方法上的系统误差, 声音在井内传播随能量的衰减音速逐渐减小, 计算中却始终以初始音速作为平均音速进行计算, 从而导致计算结果偏大;
(2) 解释时接箍波选择太少或选取不合理。
3 测试仪器、技术的探讨与改进
针对测试中出现的问题, 在经过可行性分析后, 我们在测试仪器与测试技术方面进行了探讨和改进。
3.1 引进气体发声装置, 降低井筒杂质, 提高液面测试成功率
2 0 11年之前, 测试均采用子弹作为声源, 现场应用中发现:子弹爆炸后产生的残留物增加了测试干扰, 造成测试资料准确度降低;2011年, 我们引进了氮气发声装置, 该装置测试原理与声弹基本相同, 但一次击发后可在5秒内实现复位, 以氮气作为激发源, 无化学反应, 不会有残留物留在腔体内, 安全环保, 很好的解决了微音器的污染和腐蚀问题, 保证了微音器接收信号的能力, 从而确保了测试资料的准确度和清晰度。目前, 我厂95%的井均采用了氮气测试液面, 测试效果良好。
3.2 改进井口连接器, 避免因套管口密封不严“漏气”造成液面波不清楚
液面测试采用氮气作为发生源, 高度压缩的气体在瞬间释放产生脉冲波, 因此测试过程中需保证充入气源密封, 但在测试过程中发现不少油井套管无卡箍头或套管口丝扣磨损严重, 这些井测试出的液面波信号都相当弱, 处理资料过程中很难辨认, 给测试解释带来很大困扰, 为此, 我们对井口连接器进行了设计改进, 在原进口连接器尾部增加一个软密封的“大小头”, 这样测试过程中即使丝扣磨损或井口连接器因振动产生移动, 也不会产生漏气, 软密封的“大小头”始终与套管内壁保持密封, 声波的传播得到维持, 从而保证了测试资料的成功率和准确性。
3.3 完善液面监测仪结构, 合理利用套管气
我们针对液面监测仪器加工了气瓶直通阀, 对于套压大 (汽油比大) 的井采用直通阀后气体是缓慢充入的, 该装置能充分利用套管内积压的气体, 起到了一定的卸压作用, 测试出的液面波相对较清晰。
3.4 采用“憋压法”解决深井测不出液面的问题
2011年测试过程中发现井深超过1500米的井测试时液面波不清楚, 我们排除人为原因后从源头上分析, 应该是油井长期放套管气生产, 声波衰减较快。在高集区块对20多口液面超过1500米深的井采用“憋压法”, 测试前提前半小时憋压, 使油井套压大于0后再测试, 测试成功率大大提高, 深井液面能够清楚的测出。
4 结论
综合以上原因及改进实验, 解决了部分影响液面测试成功率及准确度的因素, 但在计算方面产生的系统误差尚未完全解决, 下一步将在这方面进行分析和研究。另外, 为提高液面测试数据的准确度, 在测试过程中应注意以下几点:
确保测试仪器性能良好并严格执行操作规程, 定期校验和维护;
套压高的井测试前放套管气, 有效地消除环空内泡沫层段的存在, 测试过程尽量采用放气方式;
对液面深的井应采取增强声能的办法来避免声能的过快衰减影响音速, 同时保证接收信号的微音器性能好;
增加接箍波的利用数目, 最好将清晰的节箍波都利用起来, 以减少计算产生系统误差。
摘要：探测油井的井下液面深度, 可以了解油井的供液能力, 制定合理的油井工作制度, 对合理开发油田具有重要意义。但在实际生产中, 由于受诸多因素的影响, 液面结果的准确度往往令人担忧。本文从影响液面测试结果的原因进行分析, 从仪器改进、测试工艺等方面提出了切实可行的措施, 有效提高了测试水平。