分層注水渦街流量計信號處理方法分析和研究

摘要：在分層注水工藝中，層段流量的測量一定要精準，需要使用的流量計，也應當滿足其能夠長期置于井下的需求，然后結合其各個方面的特性，來考慮或者是選擇渦街流量計，讓其充當智能分層注水工藝中重要的流量檢測裝置。但是，在實際工作中，渦街流量計容易受多方位因素的干擾，例如管道的振動和流常擾動引起的噪聲以及注水過程中產生的一系列，頻率較小，很難及時分辨出來的小流量干擾信號。本文，筆者將會結合渦街流量計的特點，淺談分層注水工藝渦街流量計信號處理方法研究，以此來幫助降低噪音干擾，減少流量計下線，提高測量精度。目前我國較為領先的技術就是分層注水工藝，其是一種高科技的機電一體化，特色數字化的全自動控制技術，是目前能夠造福各行各業的頂尖技術，然而其在投入實際使用時有技術壁壘，在長期檢測的過程中，流量計容易受到多方因素干擾，因此，國內數以萬計的學者，紛紛投入分層注水工藝渦街流量計信號處理方法研究工作中。由于分層注水工藝需長時間放置井下以及需要考慮空間齒數等因素，所以，傳統工藝上的測調儀無法適用于井下注入流量測試，因此，必須選擇適應性強的渦街流量計。只是，渦街流量計最為明顯的一個缺點就是其釀成下限高，容易導致測量結果不精確，尤其是伴隨著油田進入特高含水期時，渦街流量計測量結果更是會受到極大影響。而想要避免這些因素的影響，就要對分分層注水工藝的渦街流量計信號處理方法進行分析和研究。

1、渦街流量計測量原理分析

隨著經濟發展速度不斷加大，我國的石油開采技術也從最開始的籠統注水工藝以及水驅工藝發展成為了今天的分層注水工藝，其被大規模的應用于石油開采工業中，是我國石油開采行業同心高效測調以及橋式偏心的主體技術。然而，分層注水的目的雖然已經達到，這是其在每一次現場作業的時候，還是無法滿足石油開采行業的測試需求，直接導致的后果就是注水合格率下降以及水驅效果比較差等。因此，為了解決這一問題，石油開采企業開始采用預置電纜或者是電纜存儲的方式，為分層注水工藝的每一個層段配備了一體化的皮水器，并且內部安裝有流量計，壓力計以及調節閥，可以快捷方便，且精準的獲得每一個層段的流量和壓力值，然后利用檢測出來的流量值調節注水閥的態度，形成一個封閉的控制系統，達到生產所需要的配置要求。

分層注水工藝每一個層段都可以直接通過電纜來將其可洗井封隔器隔開，便于其后期使用的過程中達到最佳的分層效果，而注入的層段如果可以長期放置一體化配水器，讓其與油管連接，用來控制調節注水閥的開度，往其中配入合適的流量和壓力，讓單層段渦街流量計流量注入檢測結果最為精準。渦街流量計充分的利用了流體力學中十分著名的卡門渦街原理，其能夠在流動的流體當中，垂直安放一根非流線型的旋渦發生體，然后伴隨著流體的流動，使管道內的雷諾數達到一定的數值，讓流體的兩側形成一種交替分離出的卡門漩渦。測量者只需要根據旋渦頻率和流速的成線性關系，掌握渦街流量信號頻率，得出精準測量數據。

2、渦街流量計信號的分析以及處理

由于渦街流量計的穩定性能相當好，而且其體積小，所以相應需要的功耗也比較小，更為主要的是他的溫度漂移數值幾乎為零，因此其完全不會受檢測探頭制作工藝空間尺寸的限制，哪怕是內徑只有15mm，流量值低于于10m³/d等小流量情況下，其使用的效果依舊不會受到影響，適用范圍相當的廣。然而，為了能夠進一步的擴大流量下限的檢查范圍，筆者將會在下面的時間，通過重數據處理和電路臺基等兩個方面，分析一下渦街流量計信號以及其有效的處理方式。

（1）渦街流量計信號的分析

在工作時渦街流量計采用的是目前國際較為先進的壓電應力式傳感器，在實際生產工作中產生的所有信號都會成為渦街信號理論的的正余弦信號，即便是電磁干擾，管壁振動，白噪聲等干擾因素造成的信號，同樣會成為渦街信號的復合信號。例如十分常見的井下電機振動以及管壁震動引起的震動噪音等，傳送到傳感器上之后成為了電磁干擾，而部分則停留在井下，不會造成電磁干擾。除此之外，還有一些十分不規則，但是能夠伴隨機械發生的隨機噪音，各個諧波分量，能夠形成一個巨大的噪音環境，并且在這個環境中導致頻率和幅值無規律的變動，導致渦流計量器采集到的實際數據具有很大的隨機性。想要采集到真實的渦街信號，必須確保其是在無流量狀態下采集到的一組流量值，并且其中的噪音干擾因素等清晰可見，可以看出和分辨較為明顯的波動情況。

（2）渦街流量計信號的處理

通過上述的分析，我們可以得出這樣一個結論，那就是渦街流量計在測量較大流量時其精準度相當高，反之，在測量小流量的時候則會因為渦街信號幅值較小從而受到各種各樣的噪音干擾，無法得出真實而且有效的實際數值。因此，面對這種情況，只能夠將低頻段的渦街流量計信號無限放大，然后對其進行比較識別，研究分析，通過硬件手段在信號檢測環節安裝一個前置的放大電路設備，以此來確保得出的數據結果最為準確。

當然，渦街流量計在工作時由于其壓電晶式傳感器的輸出阻抗比相當高，前置的放大電路設備的安裝要求也會相當嚴格，其必須使用特殊材料，經過特殊設計之后，確保其能夠將較為理想的電荷量轉化成為電壓量輸入。最為理想的渦街流量計前置放大電路設備，能夠形成一個強大的等效電阻，其雖然輸出的能量很小，但是通過專業設計的放大檢測器之后，卻可以將其輸出的微弱信號無限放大，并且將檢出器的高阻抗轉換成為低阻抗輸出。

3、渦街流量計的實驗分析

在開始動工之前，優先要做到的就是對渦街流量計各方面的性能進行對比測試，以此來確保其始終在最佳的工作狀態之中，測試時要注意將其流量歸零，然后依次逐漸增加流量，在整個操作的過程中，凡是沒有經過處理的蝸牛流量計信號，都沒有辦法檢測出八方以下的流量數值，而且其輸出的頻率還相當不穩定，跳躍性相當強。但是如果其安裝了前置放大器的話，那么渦街流量計信號的檢測頻率就會低得多，其在檢測七方時以上信號時檢測的數據結果相當準確，哪怕是在高平段大流量的檢測情況之下，渦街流量計檢測出來的結果都不會有較大差別，可以確保數據的準確性。而且，更為難得的是，渦街流量計在測量小流量數值時，無論是處理前和處理后，其測量的結果基本上保持一致，克服了傳統測量方式的不足以及信息采集不準等問題，有效的保障了測量流量的準確性。

在上述文章中，筆者結合自身的經驗，針對渦街流量計在實際工作中測量信號難以掌握的問題，展開了全面而且系統地分析和研究，從渦街信號幅值較小以及各種各樣的噪音干擾因素著手，分析了各種干擾因素形成的原因，并且針對這些原因提出了相對的解決政策。通過大量的實驗證明，渦街流量計流量下限的大小，與測量結果的最佳直系息息相關，想要確保其測量結果最準確，那么最佳的途徑就是設計能夠解決低流量階段的渦街信號幅值較小問題的硬件手段，改善渦街流量計在測量過程中得出的實際數據不準確等方面的弊端，找到能夠有效解決我國機電一體化分層注水工藝流量測量難難題的方法。