分层注水涡街流量计信号处理方法分析和研究

摘要：在分层注水工艺中，层段流量的测量一定要精准，需要使用的流量计，也应当满足其能够长期置于井下的需求，然后结合其各个方面的特性，来考虑或者是选择涡街流量计，让其充当智能分层注水工艺中重要的流量检测装置。但是，在实际工作中，涡街流量计容易受多方位因素的干扰，例如管道的振动和流常扰动引起的噪声以及注水过程中产生的一系列，频率较小，很难及时分辨出来的小流量干扰信号。本文，笔者将会结合涡街流量计的特点，浅谈分层注水工艺涡街流量计信号处理方法研究，以此来帮助降低噪音干扰，减少流量计下线，提高测量精度。目前我国较为领先的技术就是分层注水工艺，其是一种高科技的机电一体化，特色数字化的全自动控制技术，是目前能够造福各行各业的顶尖技术，然而其在投入实际使用时有技术壁垒，在长期检测的过程中，流量计容易受到多方因素干扰，因此，国内数以万计的学者，纷纷投入分层注水工艺涡街流量计信号处理方法研究工作中。由于分层注水工艺需长时间放置井下以及需要考虑空间齿数等因素，所以，传统工艺上的测调仪无法适用于井下注入流量测试，因此，必须选择适应性强的涡街流量计。只是，涡街流量计最为明显的一个缺点就是其酿成下限高，容易导致测量结果不精确，尤其是伴随着油田进入特高含水期时，涡街流量计测量结果更是会受到极大影响。而想要避免这些因素的影响，就要对分分层注水工艺的涡街流量计信号处理方法进行分析和研究。

1、涡街流量计测量原理分析

随着经济发展速度不断加大，我国的石油开采技术也从最开始的笼统注水工艺以及水驱工艺发展成为了今天的分层注水工艺，其被大规模的应用于石油开采工业中，是我国石油开采行业同心高效测调以及桥式偏心的主体技术。然而，分层注水的目的虽然已经达到，这是其在每一次现场作业的时候，还是无法满足石油开采行业的测试需求，直接导致的后果就是注水合格率下降以及水驱效果比较差等。因此，为了解决这一问题，石油开采企业开始采用预置电缆或者是电缆存储的方式，为分层注水工艺的每一个层段配备了一体化的皮水器，并且内部安装有流量计，压力计以及调节阀，可以快捷方便，且精准的获得每一个层段的流量和压力值，然后利用检测出来的流量值调节注水阀的态度，形成一个封闭的控制系统，达到生产所需要的配置要求。

分层注水工艺每一个层段都可以直接通过电缆来将其可洗井封隔器隔开，便于其后期使用的过程中达到最佳的分层效果，而注入的层段如果可以长期放置一体化配水器，让其与油管连接，用来控制调节注水阀的开度，往其中配入合适的流量和压力，让单层段涡街流量计流量注入检测结果最为精准。涡街流量计充分的利用了流体力学中十分著名的卡门涡街原理，其能够在流动的流体当中，垂直安放一根非流线型的旋涡发生体，然后伴随着流体的流动，使管道内的雷诺数达到一定的数值，让流体的两侧形成一种交替分离出的卡门漩涡。测量者只需要根据旋涡频率和流速的成线性关系，掌握涡街流量信号频率，得出精准测量数据。

2、涡街流量计信号的分析以及处理

由于涡街流量计的稳定性能相当好，而且其体积小，所以相应需要的功耗也比较小，更为主要的是他的温度漂移数值几乎为零，因此其完全不会受检测探头制作工艺空间尺寸的限制，哪怕是内径只有15mm，流量值低于于10m³/d等小流量情况下，其使用的效果依旧不会受到影响，适用范围相当的广。然而，为了能够进一步的扩大流量下限的检查范围，笔者将会在下面的时间，通过重数据处理和电路台基等两个方面，分析一下涡街流量计信号以及其有效的处理方式。

（1）涡街流量计信号的分析

在工作时涡街流量计采用的是目前国际较为先进的压电应力式传感器，在实际生产工作中产生的所有信号都会成为涡街信号理论的的正余弦信号，即便是电磁干扰，管壁振动，白噪声等干扰因素造成的信号，同样会成为涡街信号的复合信号。例如十分常见的井下电机振动以及管壁震动引起的震动噪音等，传送到传感器上之后成为了电磁干扰，而部分则停留在井下，不会造成电磁干扰。除此之外，还有一些十分不规则，但是能够伴随机械发生的随机噪音，各个谐波分量，能够形成一个巨大的噪音环境，并且在这个环境中导致频率和幅值无规律的变动，导致涡流计量器采集到的实际数据具有很大的随机性。想要采集到真实的涡街信号，必须确保其是在无流量状态下采集到的一组流量值，并且其中的噪音干扰因素等清晰可见，可以看出和分辨较为明显的波动情况。

（2）涡街流量计信号的处理

通过上述的分析，我们可以得出这样一个结论，那就是涡街流量计在测量较大流量时其精准度相当高，反之，在测量小流量的时候则会因为涡街信号幅值较小从而受到各种各样的噪音干扰，无法得出真实而且有效的实际数值。因此，面对这种情况，只能够将低频段的涡街流量计信号无限放大，然后对其进行比较识别，研究分析，通过硬件手段在信号检测环节安装一个前置的放大电路设备，以此来确保得出的数据结果最为准确。

当然，涡街流量计在工作时由于其压电晶式传感器的输出阻抗比相当高，前置的放大电路设备的安装要求也会相当严格，其必须使用特殊材料，经过特殊设计之后，确保其能够将较为理想的电荷量转化成为电压量输入。最为理想的涡街流量计前置放大电路设备，能够形成一个强大的等效电阻，其虽然输出的能量很小，但是通过专业设计的放大检测器之后，却可以将其输出的微弱信号无限放大，并且将检出器的高阻抗转换成为低阻抗输出。

3、涡街流量计的实验分析

在开始动工之前，优先要做到的就是对涡街流量计各方面的性能进行对比测试，以此来确保其始终在最佳的工作状态之中，测试时要注意将其流量归零，然后依次逐渐增加流量，在整个操作的过程中，凡是没有经过处理的蜗牛流量计信号，都没有办法检测出八方以下的流量数值，而且其输出的频率还相当不稳定，跳跃性相当强。但是如果其安装了前置放大器的话，那么涡街流量计信号的检测频率就会低得多，其在检测七方时以上信号时检测的数据结果相当准确，哪怕是在高平段大流量的检测情况之下，涡街流量计检测出来的结果都不会有较大差别，可以确保数据的准确性。而且，更为难得的是，涡街流量计在测量小流量数值时，无论是处理前和处理后，其测量的结果基本上保持一致，克服了传统测量方式的不足以及信息采集不准等问题，有效的保障了测量流量的准确性。

在上述文章中，笔者结合自身的经验，针对涡街流量计在实际工作中测量信号难以掌握的问题，展开了全面而且系统地分析和研究，从涡街信号幅值较小以及各种各样的噪音干扰因素着手，分析了各种干扰因素形成的原因，并且针对这些原因提出了相对的解决政策。通过大量的实验证明，涡街流量计流量下限的大小，与测量结果的最佳直系息息相关，想要确保其测量结果最准确，那么最佳的途径就是设计能够解决低流量阶段的涡街信号幅值较小问题的硬件手段，改善涡街流量计在测量过程中得出的实际数据不准确等方面的弊端，找到能够有效解决我国机电一体化分层注水工艺流量测量难难题的方法。