基本信息
- 项目名称：
- 阻抗式过环空找水仪激励电流自动控制系统
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 阻抗式过环空找水仪激励电流自动控制系统的工作原理是根据不同油井地层水矿化度的不同，自适应切换恒流源的激励电阻，使交流激励恒流源输出电流大小保持在一个合理的范围内，从而提高含水率测量结果的可靠性和井下仪器的测井成功率。系统以单片机和模拟开关为核心构建激励电流大小可控的交流激励恒流源。本系统目前已经应用于大庆油田的测井系统中，通过实际应用中的良好运行情况来看，系统运行稳定、实时性强，性能满足油井井下实际测量的需要。
- 详细介绍：
- 阻抗式过环空找水仪激励电流自动控制系统系统包括硬件电路系统、软件处理系统两部分。 系统硬件由激励源驱动电路、含水率处理电路、切换判断电路、单片机控制电路、频率复合电路和电源供电电路组成。其中，激励源驱动电路负责输出一个频率和电流大小均可调的正弦交变电流，以驱动阻抗传感器激励电极。含水率处理电路负责采集阻抗传感器电极环上的电压，并将其转换成频率形式输出。切换判断电路负责判断是否进行激励电流自适应切换。单片机控制电路负责根据全水状态下含水率处理电路输出频率值来控制模拟开关MAX313的工作状态，使全水状态下系统输出频率值稳定在500Hz～1500Hz之间；切换成功后，负责将当前产层各个激励电阻工作信息存储到串行EEPROM芯片24C01中；频率复合电路负责将阻抗含水频率和涡轮流量频率复合成一路正负脉冲信号并传输至地面上位机；电源供电电路负责对电缆供给的正向电压进行DC-DC变换，得到井下电路所需的各种电压。 软件处理系统包括：主程序模块是系统的控制核心，负责调用其它软件模块，以完成恒流源激励电阻的自动控制；初始化模块负责对HT46R47和系统变量进行初始化；电压测量模块负责测量切换判断电路输出端的电压值；自适应切换模块负责根据含水率处理电路输出端的频率值来使能或禁止MAX313的模拟开关；频率测量模块负责测量全水状态下含水率处理电路输出端的频率值。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本作品研制了用于阻抗传感器含水率测量的激励电流自动控制系统。工作原理是以单片机和模拟开关为核心构建激励电流大小可控的交流激励恒流源，根据电缆2芯的供电形式来判断是否需要进行激励电流自动切换，如需切换则依据全水状态下传感器输出值来控制激励电流的自动切换过程。 创新点： (1)以单片机和模拟开关为核心构建激励电流大小可控的交流激励恒流源。 (2)提出依据全水状态下阻抗传感器输出值来控制激励电流自适应切换的方法。 (3)根据电缆2芯的供电形式来判断当前阻抗传感器所处的工作状态，以决定系统是否需要进行激励电流自动切换。 技术指标： (1)全水状态下系统输出频率值在500Hz～1500Hz范围内； (2)提供5种激励电阻阻值以供自适应切换； (3)实时存储当前产层恒流源激励电阻的工作信息； (4)适用范围广，地层水矿化度变化范围为2000ppm-12000ppm； (5)供电方式简单，电缆1芯供给+30V-+50V电压； (6)耐温指标高，-10℃-125℃； (7)系统体积小，电路板长度为192mm，宽度为18mm。
科学性、先进性
- 阻抗式过环空找水仪激励电流自动控制系统可根据不同油井地层水矿化度的不同，自适应切换恒流源的激励电阻，使交流激励恒流源输出电流大小保持在一个合理的范围内，克服了现有阻抗传感器驱动电路激励电流大小不能自适应变化的缺点。 系统以单片机和模拟开关为核心构建激励电流大小可控的交流激励恒流源，对交流激励恒流源激励电阻阻值的控制。由于激励电阻的最小值仅为其最大值的十六分之一，所以交流激励恒流源输出电的最大值为其最小值的16倍，足以满足油井井下地层水矿化度变化的需要。依据全水状态下阻抗传感器输出值来决定激励电流是否需要自适应切换。
获奖情况及鉴定结果
- 1.本作品于2008年8月5日通过大庆油田有限责任公司测试技术服务分公司验收，目前该系统已在大庆油田推广应用。 2.本作品于2008年11月30日，通过河北省科技厅鉴定，结论为：本系统在油田生产测井领域处于国内领先地位。
作品所处阶段
- 生产阶段
技术转让方式
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品可使阻抗传感器交流激励恒流源输出电流大小依据不同油井中地层水矿化度的变化而变化。系统主要用于测量油井中不同层段或同一层段不同层位多相流体的含水率，是油田进行产出剖面测井的专用设备，目前在油田生产测井领域处于国内领先地位。 阻抗式过环空找水仪采用激励电流自动控制系统后，含水率测量结果的可靠性和测井成功率均大幅提高，其将比传统设备更具应用优势，市场推广前景将更为广泛。本系统于2008年1月开始在大庆油田推广应用，截止到2008年9月份已累计测井110口，按平均单井价格2.2万元计，已创造测井收益242万元。2009年该系统将在冀东油田、吉林油田和新疆油田进行大规模推广应用，预计能产生近千万元的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 两相流体含水率的测量方法很多，其中油井井下含水率测量的主要方法是电容法和电导法。河北师范大学的刘静等人提出基于电容式敏感元件的油含水率新型智能化测量系统，实施了C/U转换、U/f转换电路及温度补偿设计。浙江大学的陈卫民成功研制出基于电容传感器的油品含水率测量系统。但电容传感器的测量结果易受流体各组份电导率变化的影响，不能用于连续相导电的两相流相含率测量中。由于国内油田普遍处于高含水时期，电容法的这些缺点限制了其大规模推广应用。当待测流体的连续相介质导电，且两相之间的电导率差别较大时，可以采用测量流体混合电导率的方法来确定不同相的分相含率。电导法具有结构简单、易于实现、造价低廉、能实现在线测量、响应速度快、对流动无干扰等优点。本系统的应用对象是以集流型四电极阻抗传感器为核心的阻抗式过环空找水仪，采用激励电流自动控制系统后，阻抗式过环空找水仪含水率测量结果的可靠性和测井成功率均大幅提高。 信号激励模块是井下测井的重要一环。天津大学的王振亚等人设计了基于纵向多极阵列电导式传感器的测量系统，信号激励模块采用了AVR高档单片机ATmega16，仅进行了模拟井试验。河北工业大学的夏克文等人采用多极子声源直接获取地层横波信息的多极声波测井方法，这是现代声波测井技术上的重大突破，激励信号源采用通用阵列逻辑(GAL)控制的发射电路。本系统以单片机和模拟开关为核心构建激励电流大小可控的交流激励恒流源，依据全水状态下阻抗传感器输出值来控制激励电流自适应切换的方法，从而使交流激励恒流源输出电流大小依据不同油井中地层水矿化度的变化而变化，克服了传统方法中需手动改变恒流源激励电阻的缺点，所以采用本激励电流自动控制系统后，阻抗式过环空找水仪含水率测量结果的可靠性和测井成功率均大幅提高，其将比传统设备更具应用优势，市场推广前景将更为广泛。
