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同轴相位法含水率仪系统研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题的研究

1.2 国内外含水率检测技术发展现状

1.2.1 国内含水率检测技术发展

1.2.2 国外含水率检测技术发展

1.3 油水两相流检测方法

1.3.1 密度法

1.3.2 短波吸收法

1.3.3 电容法

1.3.4 同轴相位法

1.4 原油含水率检测系统的发展趋势

1.5 课题的主要研究内容

第2章 同轴相位法测量原理及设计优化

2.1 电磁波的传播特性

2.1.1 均匀平面波在理想介质中的传播特性

2.1.2 电磁波在同轴传感器内的传播特性

2.1.3 混合电磁波下幅度和相位与介质相对介电常数关系

2.2 原油与水在交变电磁场作用下的极化

2.3 油水混合液体状态对相对介电常数的影响

2.3.1 温度对油和水的相对介电常数的影响

2.3.2 压力与流速对相对介电常数的影响

2.3.3 矿化度对油水相对介电常数的影响

2.4 相位法含水率仪器组成及其优化设计

2.4.1 同轴传感器的组成

2.4.2 同轴传感器的结构优化

2.4.3 同轴传感器的等效参数

2.4.4 同轴传感器的优化介质

2.5 本章小结

第3章 含水率测量系统下位机设计

3.1 硬件系统设计总体框图

3.1.1 核心单片机处理模块

3.1.2 电磁波发生模块

3.1.3 电磁波放大模块

3.1.4 相位差检测模块

3.1.5 模数转换模块

3.1.6 辅助采集模块

3.1.7 井下数据通信模块

3.1.8 井下电源管理模块

3.2 井下采集模块软件设计

3.2.1 系统主程序设计

3.2.2 命令解析程序设计

3.2.3 中断程序设计

3.3 本章小结

第4章 监控管理层上位机软件设计

4.1 通信配置功能设计

4.2 数据显示功能设计

4.2.1 数据解析

4.2.2 数据处理

4.2.3 数据显示

4.3 存储功能设计

4.4 故障报警功能设计

4.5 可扩展功能设计

4.6 本章小结

第5章 先导实验数据分析

5.1 模拟井实验

5.2 含水率仪信号采集

5.3 含水率仪信号预处理

5.4 含水率仪的性能指标分析

5.4.1 仪器的响应特性

5.4.2 仪器的重现性分析

5.4.3 仪器的稳定性分析

5.4.4 仪器的精度分析

5.5 含水率仪刻度图版

5.6 含水率仪的现场验证测试

5.7 本章小结

结论

参考文献

读学位期间发表的学术论文

致谢

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摘要

由于长期注水开发,我国多数油田已经进入高含水开发阶段。准确测量油井各层段含水率、实现有效封堵对油田开发、稳产极为重要,可避免无效水循环,提高水驱开发效率,延长油田开发寿命。含水率测量已然成为油田开采过程中动态监测的重要参数。但井下油水两相流的流体复杂,原油含水率测量难度大,同轴相位法含水率仪系统就是从当前油田高含水开采阶段,油水两相含水率测量难、测准难这一实际问题出发,从测量理论、传感器研制、电路设计、数据处理等方面做了深入分析和实验研究。
  本文首先分析了国内外原油含水率测量技术的发展,介绍了目前普遍使用的原油含水率测量方法的优缺点,并针对我国高含水原油开采的特点,选择了同轴相位法,该方法利用电磁波传播特性测量原油含水率,电磁波在油水混合液体内传播时产生的相位偏移系数,偏移系数的大小会跟随原油含水率有规律的变化。文中详细分析了影响测量精度的外在因素,对同轴相传感器进行了优化设计,经过优化设计后的同轴传感器减小了外界环境因素对含水率测量的干扰,提高了测量精度,满足了油田开采的动态需求,为油田数据监测,制定注采措施提供了可靠的依据。
  在测量理论分析基础上,对井下含水率仪系统进行了系统总体设计,主要包括:井下仪器的硬件设计、井下仪器的软件设计和井上监控管理软件的设计。井下硬件中,主要设计了电磁波发生器、电磁波放大器和相位差检测器,还简要介绍了辅助采集系统电路设计,减小外界环境引入的测量误差,为含水率的校准提供了参考依据。井下软件设计介绍了含水率仪的工作流程,上位机监控管理介绍了软件的功能和实现原理。
  先导井实验分析了含水率仪的稳定性、精度等特性,并根据实验大数据拟合了三维标定图版,根据实验验证了图版准确性,证明了同轴相位法含水率仪系统的可行性,对高含水油田的含水率的准确测量具有良好的应用前景。

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