СКАЧАТЬ:  g.zip [2,25 Mb] (cкачиваний: 30)

Слайд 1 тема дипломного проекта: Разработка и исследование безпроливного стенда для ЭМР 

Слайд 2 Поверка внутрискважинных ЭМР остается актуальной задачей расходометрии. ЭМР широко используется в наземных объектах нефтяной промышленности, однако, примеров применения их в скважинных условиях немного или можно сказать, что Отсутствие в практике ГИС приборов ЭМР и средств их поверки . Все это говорит об актуальности любых инноваций в области разработки расходомеров и схем их поверки. Некоторым вопросам использование ЭМР при ГИС посвящена данная дипломная работа. 

Слайд 3

Цель: Разработка и исследование имитационного стенда для внутрискважинных ЭМР.

Задачи:

Ò  Анализ структуры, схемы и условий применения расходомеров ЭРИС;

Ò  Выбор первичного измерительного устройства для измерения магнитной  индукции в зазоре между НКТ и прибором типа ЭРИС;

Ò  Разработка структурной и принципиальной схем безпроливного стенда для поверки скважинных ЭМР.

Слайд 4, 5

Чтобы решить поставленные задачи, для начала рассмотрим принцип работы ЭМР

В основе принципа действия электромагнитных расходомеров лежит закон электромагнитной индукции - закон Фарадея, который гласит, что в проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля, индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), пропорциональная скорости движения проводника.

Рассмотрим принцип действия электромагнитных расходомеров представленный в приложении 1.

Участок трубопровода 2, изготовленный из немагнитного ма­териала и покрытый изнутри электрической изоляцией 4, расположен между полюсами магнита или электромагнита 1. Направление силовых линий магнитного поля В перпендикулярно оси трубы.

Для съема сигнала через стенку трубы, изолированно от нее, вводятся два электрода 3, которые электрическими проводниками соединены с измерительным устройством 5. Индуцируемая разность потенциалов Е, возникающая на электродах 3.

Магнитное поле, созданное источником питания 6 магнита, индуцирует ЭДС, которая снимается с электродов 3 и подается на измерительное устройство 5. Аналогично, принцип работы поясняется для внутрискважинных ЭМР.

Слайд 6.

Что объясняется их следующими положительными чертами:

- показания не зависят от вязкости и плотности среды;

- динамический диапазон достигает 100 и более;(Широкий диапазон)

- преобразователи расхода являются безынерционными;

- они не имеют частей, выступающих внутрь трубы, и, таким образом, не создают потери давления;

-  высокое быстродействие;

- влияние местных сопротивлений значительно меньше, чем у других расходомеров, поэтому требуемая длина прямых участков для них минимальная;

- электромагнитные расходомеры применяются на трубопроводах диаметром от 2 до 4000 мм (возможность применения в трубах любого диаметра);

- электромагнитные расходомеры могут быть использованы в ряде случаев, когда применение расходомеров других типов затруднено или невозможно вовсе: при измерении расхода агрессивных, абразивных и вязких жидкостей, пульп, жидких металлов.(ЭМР позволяет применять(измерять))

К числу недостатков электромагнитных расходомеров следует отнести требования к минимальному значению электропроводности измеряемой среды, что сужает круг использования таких расходомеров. Другой недостаток расходомеров — низкий уровень информативного сигнала (мкВ) и необходимость тщательной защиты преобразователя и линий связи от внешних помех. Но электромагнитные расходомеры неприменимы для измерения расхода газа и пара, а также жидкостей диэлектриков, таких, как спирты и нефтепродукты. Они пригодны для  измерения расхода жидкости, у которых удельная электрическая проводимость не менее 10^-3 См/м.

Основной недостаток: влияние на сопротивление на электродах

Слайд 7

Исследования электромагнитных расходомеров методом имитационного моделирования

Поверке приборы, у которых известны следующие параметры:  калибровочный фактор прибора К_P и калибровочный фактор измерительного устройства К_M.

Калибровочный фактор прибора:

                                                         К_P = U/IQ                                                                    

где U-разность потенциалов между электродами; I-ток питания индуктора; Q- объемный расход измеряемой среды.

Калибровочный фактор измерительного устройства:                                           

                                                              К_M=kК_P                                                                            

где k- конструктивный параметр прибора.

Слайд 8

СХЕМЫ ЭТАПОВ ПОВЕРКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО РАСХОДОМЕРА С ПОМОЩЬЮ УСТАНОВКИ «ПОТОК-Т»

Слайд 9,10

СПОСОБ Установки СЕНСОРОВ на примере Поток-Т

Слайд 11.

Датчик расхода ЭРИС-ВЛТ. Общий вид. В результате анализа нами была выбрана для разработки схем безпроливного стенда, и внутрискважинных ЭМР, в качестве которых в наибольшей степени подходит ЭРИС.

Слайд 12.

На слайде представлен Датчик расхода ЭРИС-ВЛТ. Плата преобразования. Схема электрическая принципиальная.

Слайд 13.

Известен метод имитационного моделирования, который – в отличие от традиционного проливного метода поверки ЭМР – является более экономичным и производительным. Суть имитационного метода заключается в электрическом моделировании напряжения на электродах первичного преобразователя ЭМР, являющегося, как известно, носителем информации о величине расхода.

Разработанная структурная схема установки «Поток-СКВ» представлена на слайде.

Основным элементом имитационной модели служит магниторезистивный датчик фирмы «Honeywell» в качестве ПМП(Преобразователь магнитного поля), размещаемый в канале между НКТ и ЭМР связанный магнитным потоком с его индуктором.

                Выходной сигнал магниторезистивного моста усиливается дифференциальным операционным усилителем 1 до величины, равной опорному напряжению АЦП. На выходе АЦП мы получаем цифровой эквивалент напряжения U, пропорционального магнитной индукции В, создаваемой обмоткой возбуждения ЭМР. Напряжение, равное току I возбуждения, снимается с сопротивления R1= 1 Ом, включенного последовательно в цепь обмотки возбуждения, и через операционный усилитель 2 также подается на вход АЦП. В контроллере реализуется операция деления U/I, результат которого с помощью блоков ШИМ, встроенных в контроллер, преобразуется в две импульсных модулированных по ширине импульса последовательности разной полярности. Из них интегрированием получаем 2 напряжения, которые с помощью цифровых потенциометров R3, R5 настраиваем по известному расходу (полученному на проливном стенде) на верхнюю отметку шкалы вторичного прибора расходомера. После этого потенциометрами R2, R4 можно устанавливать любой расход от 0 до Qmax.

Слайд 14

Схема не требует особых пояснений. Сигнал U с выхода датчика НМС 1001 усиливается дифференциальным усилителем DA1 и поступает на аналоговый вход 3 контроллера DD1. Напряжение, равное току I возбуждения, подается на вход Current, усиливается операционным усилителем DA3 и поступает на аналоговый вход 2 контроллера DD1. В контроллере в цифровом виде производиться деление U/I, а результат преобразуется двумя блоками ШИМ (встроены в контроллер, выходы порта С 14 и 15), интегрируется фильтрами R17, C7 и R13, C6 и через цифровые потенциометры R18, R20 поступает на выходные цифровые потенциометры R19, R21, и далее на электроды –Э и +Э. Потенциометры R18 и R20 служат для настройки на верхнюю отметку шкалы тестируемого расходомера, а R19 и R21 для установки любого значения внутри шкалы.

Слайд 15

На слайде приведена схема поверки ЭМР с помощью «ПОТОК-СКВ».

Слайд  16, 17

Расчет параметров ШИМ на PIC 16 для реализации ЦАП

Расчет частоты ШИМ для управления передатчика 36 кГц.

Частота кварцевого генератора микроконтроллера – 20 МГц,

Значение предделителя ТМР2 1/4/16 – 1.

Значение регистра периода PR2 0-255 – 139.

Тогда частота выходного ШИМ сигнала будет равна:

Fpwm = 20000000/(4*139) =  35971,22 Гц ~ 35,97 кГц.

Частота выходной синусоиды будет равна:

Fa = 20000000/(1*2^8 * 32) = 2441 Гц ~2,4 кГц

Расчет ЦАП

ШИМ сигнал генерируется аппаратным 8-ми разрядным счетчиком с коэффициентом предделителя равным 1, тактовая частота микроконтроллера 20 МГц, количество отсчетов аналогового сигнала - 32.

Частота ШИМ сигнала будет равна:
Fpwm =Fcpu/(K*PR2*4)= 20000000/(4*139) = 35971,22 Гц ~ 35,97 кГц

Частота аналогового сигнала будет равна:

                Fa = Fpwm/Ns = 35971,22/32 = 1124 Гц

Расчет низкочастотного RC фильтра:

C = 1/(2*Pi*Fc*R) = 1/(6.28 * 2000*250) = ~31.85мкФ

В ДП проекте есть раздел БЖД туда входят:

-Общие сведения:

-Ознакомление с инструкцией по ЭБ

-Разработка план мероприятий по производственный безопасности на данным ТНГ-алгис

В этом разделе был составлен план мероприятий  по улучшению охрана труда по данным ТНГ

-Организация плана охрана труда

Составлен план ликвидации аварий при работе на скважинах и анализ экологической безопасности.

Слайд 18

Экономический эффект(Технико-экономические показатели) я использовал данные ТНГ-Алгис, составил стоимость разработанные оборудования без учета дополнит коэффициентов и затраты( испытание оборудования), включил зарплату геофиз. Бригаду, затраты выезда на скважину, и сравнил экономия затраты с проливочным стендом за 1 год,  расчет был выполнен на 1 год.

Заключение

 Внутрискважинный электромагнитный расходомер может быть использован для измерения расходов высокоэлектропроводных (жидкие металлы) низкоэлектропроводных жидкостей.

В дипломном проекте были решены вышепоставленные задачи:

Применение современной элементной базы позволидо выполнить поверочный стенд для скважинных ЭМР качественно и достаточно экономично.

Имитационный метод позволяет производить поверку на месте эксплуатации без демонтажа расходомера и экономично выгодно перед проливным методом. В заключении следует отметить, что дипломный проект посвящен именно ЭМР, в частности, их безжидкостной тарировки.

Спасибо за внимание