CN105841764B - 一种用于多相流量计中测量多相流体比例的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于多相流量计中确定多相流体比例的系统，包括：高频振荡源，提供交流电能；多个平板式电容器，与高频振荡源连接，将水、油、气三相产生的介电常数变化转换为电容量变化；整流放大电路，与多个平板式电容器连接，将电容量变化转换为电压信号并整流放大输出；比较电路，与整流放大电路连接，比较油、气、水三相的电压并将结果输出；单片机，与整流放大电路、比较电路连接，控制整流放大电路的前级与平板式电容器依次单独导通，控制比较电路的门限值来区分水、油、气三相并计算出油、气、水三相的占比。本发明通过采集各相流体的电压信号大小进行比较，由单片机判别计算出各相流体的占比。

Description

一种用于多相流量计中测量多相流体比例的系统
技术领域
本发明涉及多相流体测量技术领域，尤其是一种用于多相流量计中测量多相流体比例的系统。
背景技术
多相流量计是油田开采的原油在向管道中输送时进行油、气、水三相流量计量的仪表，油、气、水多相流体的在线计量在油田开采，尤其是海上油田和陆上油田具有特别大的经济价值。目前的方法还不能直接测量流体中油、气、水三相的质量流量，而是采用间接测量的方法。传统的多相流量计的计量原理是将待计量的流体引入计量管线，进入计量分离器分离成油、气、水三相后，再用常规单相流量计计量各相流体。例如用孔板流量计计量气相速度，用容积式或涡轮流量计计量液相。传统的流量计技术较成熟，计量精度较高。但这种计量方式具有占地面积大、投资大，各相计量间的切换时间长的缺点，降低了多相流量计的实用性。目前多相流量计的设计趋势是将各相计量设备有机组合，从而形成一体化的多相流量计。这种流量计可节约安装时间、资金并能连续计量井口及混输管线的流量。
精确的计量多相流各相比计量单相流复杂的多，原因如下：1、多相流各组成成分并不能均匀混合，各成分趋于分离状态，例如水不能和油很好混合，气相和液相会发生分离等；2、各组成成分以不同的流速流动，相间存在滑差；3、可能出现混合异常情况，当各成分混合时，粘度、质量、密度会发生变化，其混合结果难以预测；4、各相之间存在相互反应，溶液液体可能会吸收或放出气体，液体可能析蜡及产出凝析液；5、多相流动流型变化复杂。
以上原因造成多相计量计的制造十分复杂和困难。近年来，随着技术的进步，多能源级γ射线吸收法、阻抗法、微波法、脉冲中子法等方法已经逐步应用到了多相流流量计量中。其中，基于γ射线的测量方法因不受流体相态变化影响、测量部件不与流体接触等优点而被广泛使用，但是该方法在高含气的油、气、水三相流体的条件下含水率测量精度较差，导致原油计量精度不当，不能完全满足实际需求，且近年来大幅度提高了对放射线的使用监管，不鼓励放射线的使用，致使放射线测量技术在油田上未能继续发展和推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种用于多相流量计中确定多相流体比例的系统，通过采集各相流体的电压信号大小进行比较，由单片机判别计算出各相流体的占比。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种用于多相流量计中确定多相流体比例的系统，包括：高频振荡源，提供交流电能；多个平板式电容器，与高频振荡源连接，将水、油、气三相产生的介电常数变化转换为电容量变化；整流放大电路，与多个平板式电容器连接，将电容量变化转换为电压信号并整流放大输出；比较电路，与整流放大电路连接，比较油、气、水三相的电压并将结果输出；单片机，与整流放大电路、比较电路连接，控制整流放大电路的前级与平板式电容器依次单独导通，控制比较电路的门限值来区分水、油、气三相并计算出油、气、水三相的占比。
进一步地，多个平板式电容器均匀分布在非金属材料制成的回形管顶端。
进一步地，多个平板式电容器是并联设置的。
进一步地，整流放大电路包括光耦和运算放大器电路，光耦与多个平板式电容器、单片机连接，单片机通过输入信号至光耦来控制单个平板式电容器与光耦导通。
进一步地，比较电路包括内部有独立电压比较器的电压比较器芯片，每个电压比较器的输入端设置一个门限值，输出端输出高、低电平至单片机，由单片机判别区分出水、油、气三相，并叠加计算得出各相占比。
本发明的有益效果：高频振荡源提供高频交流电，经单片机控制依次测量多个平板式电容器的电容变化量，并经整流放大输出电压信号进行比较，再由单片机控制判别并叠加计算出各相流体的占比，从而方便涡轮流量计测量出各相流体的质量流量，简化了测量的过程，降低了测量的难度，测量精度由单片机控制，满足实际需求。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明中多个平板式电容器的分布俯视图；
图3为本发明中多个平板式电容器的分布剖视图；
图4为本发明的一个优先实施例的原理简图。
具体实施方式
本发明所列举的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。
如图1所示，一种用于多相流量计中测量多相流体比例的系统，包括：由电子元件组成的高频振荡源1，提供交流电能；多个平板式电容器2，与高频振荡源1连接，将水、油、气三相产生的介电常数变化转换为电容量变化；整流放大电路3，与多个平板式电容器2连接，将电容量变化转换为电压信号并整流放大输出；比较电路4，与整流放大电路3连接，比较油、气、水三相的电压并将结果输出；单片机5，单片机5的型号为AT89052，可采用ARM芯片替代，与整流放大电路3、比较电路4连接，控制整流放大电路3的前级与平板式电容器2依次单独导通，控制比较电路4的门限值来区分水、油、气三相并计算出油、气、水三相的占比。
如图2-3所示，多个平板式电容器2均匀分布在非金属材料制成的回形管6顶端，且多个平板式电容器2是并联设置的。平板式电容器2也可采用半圆型电容器替代。
整流放大电路3包括光耦和运算放大器电路，光耦中三极管的其中两端分别与多个平板式电容器2、单片机5连接，光耦中三极管的另一端与运算放大器电路连接，单片机5通过输入信号至光耦来控制单个平板式电容器2与光耦导通。光耦的型号为TIL117，运算放大器电路中运放的型号为OP07。
比较电路4包括电压比较器芯片，电压比较器芯片的型号为LM339，电压比较器芯片内部的两个独立的电压比较器41，每个电压比较器41的输入端设置一个门限值，输出端输出高、低电平至单片机5，由单片机5判别区分出水、油、气三相，并叠加计算得出各相占比。
如图4所示，该系统的工作原理：高频振荡源1提供高频交流电，水、油、气三相流体流过平板式电容器2，平板式电容器2将流过的水、油、气三相产生的介电常数变化转换为电容量变化输出，单片机5控制一个平板式电容器2与整流放大电路3导通，整流放大电路3将电容量变化转换为电压信号并整流放大输出至两个电压比较器41，一般水的电压高于油的电压，油的电压高于气的电压，设第一个电压比较器41的“-”输入端的电压值为1V，输出端为An，An端输出高电平为“1”，低电平为“0”，设第二个电压比较器41的“-”输入端的电压值为0.5V，输出端为Bn，Bn端输出高电平为“1”，低电平为“0”，其余均为Cn＝1，由单片机5判别计算：如果A1＝1，B1＝1，C1＝1时，取A1＝1，如果A1＝0，B1＝1，C1＝1时，取B1＝1，如果A1＝0，B1＝0，C1＝1时，取C1＝1，以此类推，直到n次，n为100的倍数，设A为水，B为油，C为气，那么A＝A1+A2+……+An1，B＝B1+B2+……+Bn2，C＝C1+C2+……+Cn3，当n＝100时，因此，A％＝n1A1％，B％＝n2B1％，C％＝100％-A％-B％，再经单片机5控制与涡轮流量计相结合，最后量示出水、油、气三相的质量流量。
本发明通过高频振荡源1提供高频交流电，经单片机5控制依次测量多个平板式电容器2的电容变化量，并经整流放大输出电压信号进行比较，再由单片机5控制判别并叠加计算出各相流体的占比，从而方便涡轮流量计测量出各相流体的质量流量，简化了测量的过程，降低了测量的难度，测量精度由单片机控制，满足实际需求。

Claims (5)

1.一种用于多相流量计中测量多相流体比例的系统，其特征在于，包括：高频振荡源(1)，提供交流电能；多个平板式电容器(2)，与高频振荡源(1)连接，将水、油、气三相产生的介电常数变化转换为电容量变化；整流放大电路(3)，与多个平板式电容器(2)连接，将电容量变化转换为电压信号并整流放大输出；比较电路(4)，与整流放大电路(3)连接，比较油、气、水三相的电压并将结果输出；单片机(5)，与整流放大电路(3)、比较电路(4)连接，控制整流放大电路(3)的前级与平板式电容器(2)依次单独导通，控制比较电路(4)的门限值来区分水、油、气三相并计算出油、气、水三相的占比。
2.根据权利要求1所述的用于多相流量计中测量多相流体比例的系统，其特征在于，所述多个平板式电容器(2)均匀分布在非金属材料制成的回形管(6)顶端。
3.根据权利要求1所述的用于多相流量计中测量多相流体比例的系统，其特征在于，所述多个平板式电容器(2)是并联设置的。
4.根据权利要求1所述的用于多相流量计中测量多相流体比例的系统，其特征在于，所述整流放大电路(3)包括光耦和运算放大器电路，光耦与多个平板式电容器、单片机(5)连接，单片机(5)通过输入信号至光耦来控制单个平板式电容器(2)与光耦导通。
5.根据权利要求1所述的用于多相流量计中测量多相流体比例的系统，其特征在于，所述比较电路(4)包括内部有独立电压比较器(41)的电压比较器芯片，每个电压比较器(41)的输入端设置一个门限值，输出端输出高、低电平至单片机(5)，由单片机(5)判别区分出水、油、气三相，并叠加计算得出各相占比。
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