自发电式注水井压力流量监测系统的研制

论文摘要

大庆油田已进入高含水油田开发期,注水是保持油层压力、提高原油产量的重要手段之一,注水效果的优劣在很大程度上决定了油田的生产效率。注水井的在线监测能够衡量注水效果、调整注水方案、提高注水效率、降低注水成本。鉴于项目的重要意义,注水井实时在线监测已经成为黑龙江省大庆油田“建设数字化油田”的重要组成部分。本论文提出一种自发电式注水井压力流量监测系统的研制方案,加工出了一套样机。可以在无外部能源的条件下,实现注水井的远程压力流量监测。安装简便,具有极强的现场适应性。利用压力平衡的方法解决了高压动密封问题,成功进行了密封试验。根据FLUENT有限元分析,计算了力学参数,设计了曲面叶轮叶形,为系统动力学建模提供了计算样本。完成了发电机及其对接机构的设计,以直形叶面叶轮模型形式为基础,建立了曲形叶面叶轮流量计的动力学模型,分析了叶轮流量检测工作特性的影响因素。得到了流量检测的理论特性曲线,为机械结构改进提供了理论上的指导。完成了控制系统的研制,包括下位机和上位机软硬件设计和控制方法的设计。解决了自发电能量持续稳定可靠供应的问题,选择了合适的压力传感器和无线传输模块,实现了压力流量检测数据的无线传输。设计了实验室标定实验,编写了压力检测程序单片机流量检测程序,完成了流量检测的标定。实验证明,流量测量误差控制在3.5%以内,理论上压力测量误差为0.5%以内。进行了理论数据和实验数据之间的误差分析,对系统的改进提供了理论和方法上的探索。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外注水井监测研究现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 机械结构研制
• 2.1 机械结构研制总体方案
• 2.1.1 压力流量检测系统机械结构
• 2.1.2 基于压力平衡的动密封方案研究
• 2.2 发电机研制
• 2.2.1 发电机总体方案
• 2.2.2 发电机性能实验
• 2.3 叶轮的研制
• 2.3.1 叶轮性能要求
• 2.3.2 基于计算流体动力学方法的FLUENT 分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 流量检测机械系统特性
• 3.1 叶轮流体动力学模型研究
• 3.1.1 直形叶片叶轮流体动力学模型分析
• 3.1.2 曲形叶面叶轮流体动力学模型建立
• 3.1.3 叶轮——电机转子动力学分析
• 3.2 流量测量机械系统特性研究
• 3.2.1 仪表系数和理想特性曲线
• 3.2.2 流量测量机械系统特性分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 控制系统研制
• 4.1 控制系统硬件研制
• 4.1.1 下位机硬件研制
• 4.1.2 上位机硬件研制
• 4.2 系统控制方法
• 4.3 本章小结
• 第5章 流量检测标定实验
• 5.1 流量检测标定原理
• 5.2 标定实验
• 5.2.1 标定实验系统设计
• 5.2.2 标定实验数据处理
• 5.3 仪表系数分析
• 5.4 压力流量耦合分析
• 5.5 本章总结
• 结论
• 参考文献
• 致谢