论文部分内容阅读
摘 要：分层注汽模拟试验系统是解决分层注汽关键技术问题的重要工具，对于深入研究蒸汽喷嘴优化及改型设计、配套注汽工具早期失效、油层间汽窜等问题的具有一定的指导意义。测控系统是其重要组成部分，在完成信号采集、控制、存储等功能的同时具有监控和报警功能，保障试验系统和操作人员的安全。实践证明，该系统功能全面，自动化水平高，完全满足科研和检测工作要求，具有良好的社会和经济效益。
关键词：稠油开发 分层注汽 测控系统
引言
分层注汽模拟试验系统能够有效模拟注蒸汽过程中湿蒸汽的压力、温度及干度等井筒中的重要参数，并根据地层性质的实际变化做出调整。计算机测控系统是热采分层注汽模拟试验系统的核心组成部分，它以计算机技术为基础，融合传感器技术、微电子技术、通信技术等多学科的现代化技术，完成信号采集、信号传输及信号处理。并根据地层参数及注汽参数的变化来调整信号幅值，从而改变试验模拟量，实现预期的控制效果。同时测控系统实时监控并记录全部试验过程，包括试验参数变化、 设备运转情况、操作人员安全等隐性试验信息，为试验的安全、有效、平稳运行提供了有力保障。
一、测控系统的总体设计
测控系统总体设计采用上下两级计算机，在现场放置下位机，在下位机PCI插槽里插有A/D数据采集卡、D/A输出卡、I/O输入输出卡，同时下位机运行专门控制软件将传感器输出的信号由数据采集卡转换为数字量，并将数据写入硬盘上的共享文件。上位机放置于中央控制室，通过以太网可以从下位机读取数据，并可以把实验命令传输给下位机，控制系统按流程进行相关试验。
测控系统分为测量单元和控制单元两个部分，测量单元主要是为了获取试验中的实验数据，达到取全、取准各项性能参数的目的，同时也给控制单元提供控制的参考依据；控制单元主要控制试验流程的切换，控制系统建立高温高压的测量环境以及实现分层注汽模拟实验和对井下工具进行检测。
二、测量单元设计与实现
由于试验系统建立的是高温、高压以及大排量的实际工况试验环境，在此环境中进行测量必须同时克服高温和高压的限制，使测量仪表能够稳定、准确地测量实验参数。在系统中，压力、流量、温度都是需要测量的参数。
压力测量单元通过压力变送器来实现注汽压力数值、模拟地层压力数值、井口四通压力变化以及热油箱前后压力数值的测量。压力变送器由传感器和电子线路板两部分组成，传感器部分包括：敏感元件、直接数字电容电路、温度传感器和特征化EEPROM等组成；电子线路板包括：微处理器、数＼模信号转换器、数字通信、存储器EEPROM等几部分，完成压力信号到4～20mADC的转换。
流量测量单元通过流量计来实现各层和总注汽量的测量。在系统流量单元的测量选用了楔形流量计，它是采用了楔形节流装置的差压流量计。楔形流量传感器的检测件是楔形孔板，它是一塊V形节流件，它的圆形顶角朝下，这样有利于含悬浮颗粒（粉尘、泥沙及其它固体颗粒）流体和高粘度液体流过时在节流件上游侧不会产生滞流，也不会在节流体上、下游侧发生固体颗粒或粘稠物的积存，从而确保了楔形流量传感器长期运行在高精度下。
温度测量单元通过温度变送器来实现，它主要由四大部分组成，即热传感元件、接线壳体、线路板及显示仪表。其热传感元件主要由热电阻或热电偶和保护管组成；接线壳体主要由电子外壳、表头盖及后盖组成；线路板由过滤板、量程板和放大板组成；显示仪表由表头及安装板组成。把热电阻或热电偶放在保护管中构成热传感元件，通过过程接头拧在电子壳的连接处，然后将热电阻或热电偶的接线接在相应的接线端子上。
三、控制单元设计与实现
控制单元中有数字控制信号单元和模拟控制信号单元。控制单元中的模拟控制信号控制电动调节阀、电动减压阀、电动调节球阀的开度以及高温高压泵出口压力。D/A输出卡为高分辨率、高密度模拟量输出卡，能够完成12位数模转换，以保证系统对控制实时性的要求，同时保证控制的精度和算法的灵活性。工业控制计算机通过数据处理输出的控制信号通过D/A输出卡输出0～10V电压信号，而电动调节阀、电动减压阀、电动调节球阀和高温高压泵的控制信号都是4～20mA的标准工业模拟信号，因此需要模拟输出接口卡做V/I转换，使用V/I专用芯片AD694完成0～10V到4～20mA的转换。PCI-6208V也自带有光电隔离，减除干扰。I/O卡输入设备工作时的开关状态信号，如：电动截止阀的开到位、关到位信号等。I/O卡输出计算机对系统设备的控制信号，如：电动截止阀的开、关等，计算机的控制开关信号可在操作柜台上直接显示。I/O卡具备32路隔离数字量输入与32路隔离数字量输出，且自带有光电隔离器件，即主机的电源与信号线与外部信号没有线路的联系，与外部设备的数字信号传输都必须通过光电隔离器件。I/O卡上光电隔离器件的隔离电压是2500 V。因此，即使外部设备因为受到强电冲击而损坏，主机也会处在完全的保护之下而不会受到任何损坏，非常适用于恶劣的工业应用中。隔离数字量输出通道由最大能够提供500mA驱动电流的达林顿管驱动，数字量输出通道非常适于驱动继电器或应用于大功率要求的场合。隔离数字量输入通道的最高输入电压可达24V。I/O卡输出的控制信号并不能直接对设备进行开关控制，中间需要经过数字信号接口卡，采用二级来完成对设备的控制。继电器控制220V交流电的通断，220V交流电又控制二级交流接触器的吸合从而控制380V交流电机的正转启停或者反转启停，从而实现对设备开与关的控制。I/O输入阀门的开关状态信号，中间同样需要经过数字信号接口卡的转接。阀门的阀位变送器输出的是4～20mA的模拟信号，电流信号通过250欧姆的精密电阻转化成2～10V的电压信号，电压信号输入电压比较器与所给的高、低参考电压做比较，如果输入电压介于参考高、低电压之间则输出低电平，说明阀门的阀杆并没有到位，如果输入电压高于高参考电压或者低于低参考电压则输出高电平，说明阀门的阀杆已经到位。
四、结语
目前系统已投入正式运行。实践证明：该测控系统功能全面，可靠性高，能顺利实现各模拟状态参数的实时综合检测及控制，及时发现设备设备隐患及故障。系统的自动化水平高，它的应用能节省大量的人力物力，提高劳动生产率。对提高产品制造水平、缩短产品研发周期、降低设计成本起到了积极作用， 完全满足了科研和检测工作的要求，取得了很好的社会和经济效益。
参考文献：
[1]陈凤君，刘军红，叶志权等.稠油热采优化组合注汽技术研究[J].河南石油，2006，20（4）：44—46
[2]张顺利，许卫华.蒸汽吞吐油藏主要开发指标评价新探[J].河南石油，2006，20（2）：45—47
关键词：稠油开发 分层注汽 测控系统
引言
分层注汽模拟试验系统能够有效模拟注蒸汽过程中湿蒸汽的压力、温度及干度等井筒中的重要参数，并根据地层性质的实际变化做出调整。计算机测控系统是热采分层注汽模拟试验系统的核心组成部分，它以计算机技术为基础，融合传感器技术、微电子技术、通信技术等多学科的现代化技术，完成信号采集、信号传输及信号处理。并根据地层参数及注汽参数的变化来调整信号幅值，从而改变试验模拟量，实现预期的控制效果。同时测控系统实时监控并记录全部试验过程，包括试验参数变化、 设备运转情况、操作人员安全等隐性试验信息，为试验的安全、有效、平稳运行提供了有力保障。
一、测控系统的总体设计
测控系统总体设计采用上下两级计算机，在现场放置下位机，在下位机PCI插槽里插有A/D数据采集卡、D/A输出卡、I/O输入输出卡，同时下位机运行专门控制软件将传感器输出的信号由数据采集卡转换为数字量，并将数据写入硬盘上的共享文件。上位机放置于中央控制室，通过以太网可以从下位机读取数据，并可以把实验命令传输给下位机，控制系统按流程进行相关试验。
测控系统分为测量单元和控制单元两个部分，测量单元主要是为了获取试验中的实验数据，达到取全、取准各项性能参数的目的，同时也给控制单元提供控制的参考依据；控制单元主要控制试验流程的切换，控制系统建立高温高压的测量环境以及实现分层注汽模拟实验和对井下工具进行检测。
二、测量单元设计与实现
由于试验系统建立的是高温、高压以及大排量的实际工况试验环境，在此环境中进行测量必须同时克服高温和高压的限制，使测量仪表能够稳定、准确地测量实验参数。在系统中，压力、流量、温度都是需要测量的参数。
压力测量单元通过压力变送器来实现注汽压力数值、模拟地层压力数值、井口四通压力变化以及热油箱前后压力数值的测量。压力变送器由传感器和电子线路板两部分组成，传感器部分包括：敏感元件、直接数字电容电路、温度传感器和特征化EEPROM等组成；电子线路板包括：微处理器、数＼模信号转换器、数字通信、存储器EEPROM等几部分，完成压力信号到4～20mADC的转换。
流量测量单元通过流量计来实现各层和总注汽量的测量。在系统流量单元的测量选用了楔形流量计，它是采用了楔形节流装置的差压流量计。楔形流量传感器的检测件是楔形孔板，它是一塊V形节流件，它的圆形顶角朝下，这样有利于含悬浮颗粒（粉尘、泥沙及其它固体颗粒）流体和高粘度液体流过时在节流件上游侧不会产生滞流，也不会在节流体上、下游侧发生固体颗粒或粘稠物的积存，从而确保了楔形流量传感器长期运行在高精度下。
温度测量单元通过温度变送器来实现，它主要由四大部分组成，即热传感元件、接线壳体、线路板及显示仪表。其热传感元件主要由热电阻或热电偶和保护管组成；接线壳体主要由电子外壳、表头盖及后盖组成；线路板由过滤板、量程板和放大板组成；显示仪表由表头及安装板组成。把热电阻或热电偶放在保护管中构成热传感元件，通过过程接头拧在电子壳的连接处，然后将热电阻或热电偶的接线接在相应的接线端子上。
三、控制单元设计与实现
控制单元中有数字控制信号单元和模拟控制信号单元。控制单元中的模拟控制信号控制电动调节阀、电动减压阀、电动调节球阀的开度以及高温高压泵出口压力。D/A输出卡为高分辨率、高密度模拟量输出卡，能够完成12位数模转换，以保证系统对控制实时性的要求，同时保证控制的精度和算法的灵活性。工业控制计算机通过数据处理输出的控制信号通过D/A输出卡输出0～10V电压信号，而电动调节阀、电动减压阀、电动调节球阀和高温高压泵的控制信号都是4～20mA的标准工业模拟信号，因此需要模拟输出接口卡做V/I转换，使用V/I专用芯片AD694完成0～10V到4～20mA的转换。PCI-6208V也自带有光电隔离，减除干扰。I/O卡输入设备工作时的开关状态信号，如：电动截止阀的开到位、关到位信号等。I/O卡输出计算机对系统设备的控制信号，如：电动截止阀的开、关等，计算机的控制开关信号可在操作柜台上直接显示。I/O卡具备32路隔离数字量输入与32路隔离数字量输出，且自带有光电隔离器件，即主机的电源与信号线与外部信号没有线路的联系，与外部设备的数字信号传输都必须通过光电隔离器件。I/O卡上光电隔离器件的隔离电压是2500 V。因此，即使外部设备因为受到强电冲击而损坏，主机也会处在完全的保护之下而不会受到任何损坏，非常适用于恶劣的工业应用中。隔离数字量输出通道由最大能够提供500mA驱动电流的达林顿管驱动，数字量输出通道非常适于驱动继电器或应用于大功率要求的场合。隔离数字量输入通道的最高输入电压可达24V。I/O卡输出的控制信号并不能直接对设备进行开关控制，中间需要经过数字信号接口卡，采用二级来完成对设备的控制。继电器控制220V交流电的通断，220V交流电又控制二级交流接触器的吸合从而控制380V交流电机的正转启停或者反转启停，从而实现对设备开与关的控制。I/O输入阀门的开关状态信号，中间同样需要经过数字信号接口卡的转接。阀门的阀位变送器输出的是4～20mA的模拟信号，电流信号通过250欧姆的精密电阻转化成2～10V的电压信号，电压信号输入电压比较器与所给的高、低参考电压做比较，如果输入电压介于参考高、低电压之间则输出低电平，说明阀门的阀杆并没有到位，如果输入电压高于高参考电压或者低于低参考电压则输出高电平，说明阀门的阀杆已经到位。
四、结语
目前系统已投入正式运行。实践证明：该测控系统功能全面，可靠性高，能顺利实现各模拟状态参数的实时综合检测及控制，及时发现设备设备隐患及故障。系统的自动化水平高，它的应用能节省大量的人力物力，提高劳动生产率。对提高产品制造水平、缩短产品研发周期、降低设计成本起到了积极作用， 完全满足了科研和检测工作的要求，取得了很好的社会和经济效益。
参考文献：
[1]陈凤君，刘军红，叶志权等.稠油热采优化组合注汽技术研究[J].河南石油，2006，20（4）：44—46
[2]张顺利，许卫华.蒸汽吞吐油藏主要开发指标评价新探[J].河南石油，2006，20（2）：45—47