CN2476015Y

CN2476015Y - 油气水多相流流型在线识别仪

Info

Publication number: CN2476015Y
Application number: CN 01240374
Authority: CN
Inventors: 郭烈锦; 白博峰; 王忠勇
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2001-04-30
Filing date: 2001-04-30
Publication date: 2002-02-06
Anticipated expiration: 2011-04-30

Abstract

本实用新型公开了一种用于在线识别水平或倾斜管内油气水多相流流型的仪器，它是由微处理器、总线、数据采集卡、数据接口板、开关量输出板、薄膜开关、键盘控制器、液晶显示器、逆变电路、电源、绘图仪器、串行通讯接口、存储器、箱体等构成，其特点是被测量的压力信号和压差信号通过数据板和数据采集卡进行A/D转换后送入微处理器，微处理器利用开发的软件对信号进行分析，并完成流型识别。本实用新型能够识别水平及倾斜管内油气水多相瞬态流动的主要流型，能在线自动连续工作，识别准确率高，重复误差小。

Description

油气水多相流流型在线识别仪

本实用新型涉及一种监测仪器，具体地说是一种用于在线识别水平或倾斜管内油气水多相流流型的仪器。

在石油生产过程中，油气水多相流流型在线识别是对包括混输泵在内的各种设备进行智能控制的基础，对钻采与储运过程中其它工业设备的运行效率和安全性起着重要作用，此外对实现多相流混合物中各组分流量进行准确和连续的计量有重要的价值。

常用的流型识别方法有多种。一类方法是根据流型图或流型转变关系式，利用现场的流动参数来确定流型。由于在生产实际中流动参数往往是需要解决的问题，因此这类方法无法得到广泛应用。另一类是目测流型的方法，由于生产现场的复杂性而难以被广泛使用。根据压力或压差或含气率等参数的波动过程识别流型的方法在小流速范围内的空气水两相流动系统中可以得到较高的识别率，但由于油气水多相流动的极端复杂性，使得空气水两相流流型识别的研究成果无法推广到油气水多相流中。参数波动识别方法目前主要根据一种参数(压力或压差或含气率)的波动，信息来源单一，因此可靠性、重复性和准确率都较低。

目前已有的一种流型识别系统，它采用多探针结构的电导探头，各探针接触油、气相时产生的液、气相电平信号被转换为高、低电平信号，以屏幕上的亮点和暗点表示，从而直接组成与管道内流动状态相似的流型图像。这种仪器十分直接但由于是介入测量，影响了流场，探针容易受损，此外由于油的粒度大，使得探针表面容易受到油的污染，影响使用效果。另外一种流型识别装置是采用不介入流场均匀分布在壁面上的多电导或电容探针，利用图像重构的原理获得流型的近似图形。这种装置可同时获得流场的细节信息，但由于必须事先测量各相的物性，不利于在石油生产中普遍应用。

本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的问题，从油气水多相流压力、压差波动过程的基本特征规律出发，研究开发出具有能够识别出水平及倾斜管内油气水多相流的主要流型、能处理瞬态流动、能在线自动连续工作、识别准确率高、重复误差小等功能与特点的流型在线识别仪。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：将一个微处理器1经总线2与数据采集卡3、数据接口板4、开关量输出板5、薄膜开关6、键盘控制器7、液晶显示器8、逆变电路9、电源10、绘图仪11、串行通讯接口12、存储器13等插接组成并装入机箱14内，其特点是，微处理器1和数据采集卡3分别插接在总线2的接口上，总线2的另一个接口与电源10相连接，数据采集卡3的另一接口与数据接口板4、开关量输出板5相连接，薄膜开关6的端口分别与微处理器1、键盘控制器7相连接，键盘控制器7的端口与微处理器1相连接，液晶显示器8和逆变电路9相连并接入微处理器1中，绘图仪11也接入微处理器1的端口上，绘图仪11由电源10提供电源，串行通讯接口12、存储器13直接连接到微处理器1的接口上，压力信号和压差信号通过数据板4和数据采集卡3进行A/D转换后，经总线2进入微处理器1。由微处理器1对信号分析处理，完成流型的识别。本实用新型的另一个特点是，薄膜开关6采用10个开关组合而成，分别执行采样频率、数据长度和打印时间的设置以及数据传输、流型识别、数据分析、自动打印、屏幕打印、复位、确认等功能。

本实用新型的油气水多相流流型在线识别仪能够识别水平及倾斜管内油气水多相的主要流型，能处理瞬态流动，能在线自动连续工作，识别准确率高且重复误差小。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型开关量输出板的电路图；

图3是本实用新型薄膜开关的电原理图；

图4是本实用新型键盘控制电路图；

图5是本实用新型逆变电路原理图；

图6是本实用新型的外观图。

下面结合附图和实施例对本实用新型的结构和工作原理做进一步的介绍。

参照图1。本实用新型由以下几个部分组成：PCA-6135微处理器1，IPC-6006总线2，PCL-818L数据采集卡3，PCL-8115数据接口板4，开关量输出板5，薄膜开关6，键盘控制器7，DMF-50941MCU液晶显示器8，逆变电路9，PS250电源10，NFPP40微型彩色绘图仪11，串行通讯接口12，16MB的W6109内存储器13。各个部分之间的连接关系如下：微处理器1和数据采集卡3分别插在总线2的SLOT2和SLOT4上，总线2的CN5和电源10连接，数据采集卡3上的CN3和数据接口板4上的CN1通过一个DB37连接插件连接，数据采集卡3的CN1和开关量输出板5上的CN1连接，薄膜开关6的CN3接到微处理器1的J13(RESET)上，薄膜开关6的CN1、CN2分别和键盘控制器7的CON8与CON14连接，键盘控制器7的CON4端和微处理器的CN12连接，液晶显示器8的CN1和微处理器1的CN4相接，液晶显示器8的CN2和逆变电路9的CN2相接，逆变电路9上的CN1和微处理器的CN5连接，微型彩色绘图仪11的并口和微处理器1的CN3相连，微型彩色绘图仪11由电源10提供电源，串行通讯接口12直接和微处理器1的CN8连接，存储器13插在微处理器1的SIM1上。

油气水多相流流型在线识别仪的工作原理如下：被测管道上的一个压力信号和一个压差信号通过数据接口板4和数据采集卡3进行A/D转换后，经总线2进入微处理器1。微处理器1利用开发的软件对信号进行分析，并完成流型的识别；利用显示软件模块将信号的曲线及其特征参数和流型识别结果在液晶显示器8上显示；利用打印软件模块将信号及其特征参量和流型识别结果在微型绘彩色图仪11上定时或实时打印；利用数据传输软件模块将采集到的信号通过串行通讯接口12向其它设备或计算机传输。采样频率、采样长度、打印时间、数据传输、流型识别、数据分析、自动打印、屏幕打印等功能的选择都是通过选择薄膜开关6上的不同按键来实现。此外，流型识别结果通过开关量输出板5上的输出端子(CN10)和指示灯(发光二极管)进行输出和显示，即对不同的流型，所对应的端子有高电平信号输出，相对应的指示灯亮。

参见图2。该电路由发光二极管D₁～D₉、电阻R₁～R₉和10线的接线柱(输出端子)构成。插座首先将开关量和电源信号送到接线柱上。电阻一端接地，另一端接二极管，二极管的另一端连在接线柱上。当输出开关量为1时，相应的绿发光二极管发光。红色的二极管指示输出板的工作状态。

参见图3。该电路共三行六列，可组成18个矩阵式开关，本仪器只用到其中的9个。行线和CN1插线座相连，列线和CN2插线座相连。按键(RESET)通过CN3插线座直接接到主板的RESET插座上，提供系统复位信号。当按下某键后，相对应的行和列接通。

参见图4。该电路主要控制过程由8049AH实现。从薄膜开关电路中插座(CN1)引出的三根行线DB4、DB5、DB6通过CON8连接到8049AH的16、17、18脚。从薄膜开关电路中插座(CN2)引出的六根列线P23、P22、L8、L12、P26、P27通过CON14连接到8049AH的24、23、28、27、37、38脚。8049AH的2脚和3脚接晶振。晶体管Q1(Q1b-P15，Q1c-VCC，Q1e-GND)，主要对发送或接收的信号完成整形和放大。VCC、R2、C1提供复位信号。该电路通过CON4(LINKPC)连接到微处理器的CN12。

图5是逆变电路图。微处理器1上的CN5为此电路提供一组电源(+12V，GND)，通过插接线插在CN1上，经过电压变化，从CN2输出，接到液晶显示器8的CN2上。

仪表的外观结构参照图6。14为机箱，在仪表的正面有液晶显示器8，电源[10]的开关15和薄膜开关6；薄膜开关6包括采样频率选择键6-1，数据长度选择键6-2，打印时间选择键6-3，数据传输键6-4，流型识别键6-5，数据分析键6-6，自动打印键6-7，屏幕打印键6-8，复位键6-9和确认键6-10；项部装有微型绘图仪11；仪表背面有开关量输出板5的输出端子5-1和指示灯5-2、电源[10]的插座16、串行通讯接口12和输入端子17。17是数据接口板4上的接线柱。

本实用新型功能完善，具有连续工作、定时打印、信号输出等功能；能够识别与划分出油气水多相流的主要流型，即泡状流、分层流、间歇流和环状流。流型识别准确率高于90％。可以处理非快速变化的瞬态流动；适用流速范围大，对内径为40mm的管道，表观水速0.05-1.3m/s，表观油速0.05-0.5m/s，表观气速＜60m/s，含油率10-80％。

Claims

1、一种油气水多相流流型在线识别仪，它包括一个微处理器[1]，微处理器[1]经总线[2]与数据采集卡[3]、数据接口板[4]、开关量输出板[5]、薄膜开关[6]、键盘控制器[7]、液晶显示器[8]、逆变电路[9]、电源[10]、绘图仪[11]、串行通讯接口[12]、存储器[13]连接组成并装在机箱[14]内，其特征在于：微处理器[1]和数据采集卡[3]分别插接在总线[2]的接口上，总线[2]的另一个接口与电源[10]相连接，数据采集卡[3]的另一接口与数据接口板[4]、开关量输出板[5]相连接，薄膜开关[6]的端口分别与微处理器[1]、键盘控制器[7]相连接，键盘控制器[7]的端口与微处理器[1]相连接，液晶显示器[8]和逆变电路[9]相连并接入微处理器[1]中，绘图仪[11]也接入微处理器[1]的端口上，绘图仪[11]由电源[10]提供电源，串行通讯接口[12]、存储器[13]直接连接到微处理器[1]的接口上，压力信号和压差信号通过数据板[4]和数据采集卡[3]进行A/D转换后，经总线[2]进入微处理器[1]。

2.根据权利要求1所述的油气多相流流型在线识别仪，其特征在于：所述薄膜开关[6]采用10个开关组成，分别执行采样频率、数据长度、打印时间以及数据传输、流型识别、数据分析、自动打印、屏幕打印、复位、确认等功能。