油田注水井矿化度实时检测系统研制

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石油开采技术一直是国际上衡量一个国家工业水平的重要指标。近年来,我国对石油的开采力度不断扩大,越来越多的油田进入到二次开采时期。目前,我国大部分油田二次开采使用的是水驱油技术,而水驱溶液的矿化度是水驱油工程中需要被检测的一项重要指标。水驱溶液矿化度太低会增加原油开采成本,而矿化度太高会破坏原始地层结构。目前,对于水驱溶液的矿化度检测主要使用常规水质检测仪器在地面上进行检测,无法深入井下,这在一定程度上增加了原油开采成本。因此,研制出一种在井下能够实时检测水驱溶液矿化度的技术愈加迫切,对保障石油的采收率和恢复地层压力具有重要意义。对于同一地区的油田回注水而言,其电导率与矿化度呈线性关系,本文利用油田回注水的这一特性研制了一种通过电导率测量油田矿化度的实时检测系统。首先,本文介绍了电导率检测技术的背景和现状,并对目前电导率传感器的测量精度和量程进行比较,分析了电磁感应式电导率传感器和电极式电导率传感器的优缺点。对于电极式电导率传感器,详细介绍了七电极电导率测量方法、传统二电极电导率传感器测量方法、利用RC震荡电路测量电导率的方法、利用选频网络测量电导率等方法。基于对以上电导率测量方法的分析,提出了一种通过采集半周期方波信号的方法,在电极的极化效应和电容效应对系统影响最小时采集溶液的电导率,从而降低电极的极化效应和电容效应对系统带来的不利影响。其次,为实现上述方法,本文进行了系统的软、硬件设计。选用Cortex-M3架构的核心处理器,并结合井下环境设计了外围电路,利用积分电路的输出斜率仅与输入电压相关的特点设计了信号采集电路,考虑到井下高温环境设计了温度采集电路。同时,为了减小电路体积对PCB进行了分层设计。系统软件采用C语言编写,主要对系统进行初始化,并完成对原始数据的滤波和矿化度与电导率、温度之间关系的标定。最后,对本文所设计的系统进行测试。首先是对硬件进行测试:分别测试电源模块、激励源模块和信号采集模块的输出波形。其次,设计了一套恒温控制系统,用以模拟井下的高温环境并通过实验验证了所开发的矿化度检测系统在85℃高温环境下的可靠性。最后,利用精密矿化度测量仪标定出矿化度、电导率和温度三者之间的关系,通过配制标准矿化度溶液检测本系统的量程和精度。经过系统测试,本文所设计的矿化度测量系统相比于传统矿化度测量仪,体积更小、精度更高,在1g/L~10g/L范围内精度可达0.06g/L,满足水驱油工程需求。
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