CN102262037A - 储油罐中油水含量测量方法及电子式测量装置 - Google Patents

Abstract

储油罐中油水含量测量方法及电子式测量装置，其测量方法是：根据待测储油罐中总液位高度和液柱静压力的关系，以及油和水的密度与温度的关系，同时测量出液位、静液柱压力、温度等三个参数，按照所测量的温度值补偿计算出油、水密度后，再计算出油水含量；其测量装置主要由手杖筒体、液位传感器、液位测量浮球、温度传感器、压力传感器、电子装置、操作与指示装置、电池组、手柄、数据接口等构成，测量参数被采样和保存在测量装置的电子存储器中，可连接并传输给计算机系统，便于批量、日常性计算处理及数据管理，与配套的计算机软件相结合，利用这些数据可方便地绘制出油井产液量、产油量的历史趋势曲线。

Description

储油罐中油水含量测量方法及电子式测量装置

技术领域

本发明属于油水参数测量领域，涉及储油罐中的油水含量测量，尤其涉及储油罐中油水含量(油水体积比)、油水界面、原油含水率(油中含水)的测量方法及装置。

背景技术

在原油生产过程中，采油井井口的原油缓存储罐是产油井的常用设备。准确测量储罐中的储油量和储水量是计量油井产量(产油量、产液量)的重要手段，是优化井网布置、改进采油工艺的关键。在原油或油品的储运过程中，储油罐中的含水量的测定是计量交接的关键工艺参数。

目前，储油罐中含水量的测量手段主要是：

1)在储罐上安装液位变送器，测量储罐液位，采用分层采样、分析化验求出油水混合密度，计算求出储罐中的原油量和含水量；

2)采用量油尺测量并读出储罐液位H；在储罐底部安装压力表，读出储罐液柱的静压力P；然后根据公式P＝ρgH，及H＝H_水+H_油，计算求出储罐中的含油量和含水量。

上述方法共同的不足之处是需要在每个储罐上安装测量设备，成本较高，测量代价较大，而且需要增加测量设备的安装开口，增加了泄漏点，不利于油罐区的防火防爆安全。同时没有考虑到温度对油水密度的影响。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种储油罐中油水含量测量方法及电子式测量装置，该测量方法简单易行，能方便快捷地测试出储油罐中的油水含量，该测量装置结构简单，成本低廉，方便携带，改变了储油罐罐体上须安装测量设备的传统做法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

储油罐中油水含量测量方法，包括以下步骤

第一步，测量得到储油罐内液位高度H、储油罐灌底的压力P以及储油罐罐内温度T；

第二步，根据储油罐内的温度T，利用查表法得出温度补偿后的水的密度ρ_水和补偿后的油的密度ρ_油；水的密度ρx按照IFC97的经验公式进行补偿计算，油的密度ρ_油需要依据采用化验方法所获得的温度——密度关系数据表进行补偿计算；

第三步，按0℃水的密度将储油罐灌底的压力P的单位换算为米水柱，用P_0水表示换算后的储油罐灌底压力；

第四步，根据公式

H_水＝H-H_油，即可计算出储油罐中的油水含量，式中：H_水指储油罐中水柱的等效高度，H_油指储油罐中油柱的等效高度，ρ_0水表示相对于0℃水的水的密度系数，ρ_0油表示相对于0℃水的油的密度系数。

测量原理是：

在油水混合的储油罐中，储油罐内液位高度H是水柱的等效高度H_水和油柱的等效高度H_油之和，即有：

H＝H_水+H_油                          (1)

式中，H_水指水柱的等效高度，H_油指油柱的等效高度；

同时，储油罐灌底的压力P与液柱高度、液体密度的关系为

P＝ρ_水H_水g+ρ_油H_油g；               (2)

式中，ρ_水指水的密度，ρ_油指油的密度，g为重力加速度常数，H_水指水柱的等效高度，H_油指油柱的等效高度。

常压下，水的密度随温度略有变化，一般可按照IFC97的经验公式进行补偿计算；也可采用查表法进行修正，例如，20℃、30℃、40℃、50℃时，水的密度分别可修正为0.9982、0.9956、0.9922、0.9880。

常压下，油的密度与温度的关系与油的性质相关。对于特定区域的原油，可采用分析测试方法测定原油密度与温度的关系。例如对于辽河油田，其原油密度与温度的关系一般可采用统计方程

ρ(T)＝ρ₂₀+(13.561-0.191χ₁)×10^-3-(63.9-0.87χ₁)×10^-5×T^1.02

进行补偿计算，式中，χ₁＝100×(ρ₂₀-0.8001)，ρ₂₀指20℃时的脱气原油密度。油的密度也可按照所测定的原油密度与温度的关系，对不同温度采用查表法进行补偿计算。

这样，测出储油罐罐内温度T，然后补偿计算得到补偿的水的密度ρ_水和补偿后的油的密度ρ_油。

由公式(1)和公式(2)，联立方程，可解得

将储油罐灌底的压力P的单位换算为P_0水(米水柱)(按0℃水的密度换算)，补偿计算后的油、水密度换算为相对0℃水的密度系数ρ_0水、ρ_0油，则计算式可简化为

H_水＝H-H_油。

为实现上述测量方法和原理，本发明还提供了一种测量装置，包括空心的筒体1，其特征在于，在筒体1内筒底处安装有压力传感器5，筒体1内还有温度传感器4和电磁式液位传感器2，在筒体1外套装有可随液位上下移动的液位测量浮球3，所述压力传感器5测量的储油罐灌底的压力P、温度传感器4测量的储油罐罐内温度T和电磁式液位传感器2测量的储油罐内液位高度H都依次经滤波电路、放大电路和A/D转换电路后，输入到处理器，处理器集成有温度补偿和按0℃水的密度换算后水的密度ρ_0水和油的密度ρ_0油的计算方法，并根据公式

H_水＝H-H_油得出油水含量后通过显示装置7显示结果，式中：H_水指水柱的等效高度，H_油指油柱的等效高度，P_0水为按0℃水的密度将单位换算为米水柱后的储油罐灌底压力，ρ_0水表示相对于0℃水的水的密度系数，ρ_0油表示相对于0℃水的油的密度系数。

所述处理器集成的油和水的补偿密度系数ρ_0水、ρ_0油的计算方法是指，根据储油罐内的实际测量的温度T，水的密度ρ_水按照IFC97的经验公式进行补偿计算，油的密度ρ_油需要依据采用化验方法所获得的温度——密度关系数据表进行补偿计算；然后将补偿计算后的油、水密度ρ_油、ρ_水换算为相对0℃水的密度系数ρ_0水、ρ_0油。

所述筒体1的顶端有手柄9。

所述滤波电路、放大电路、A/D转换电路、处理器和显示装置7都位于筒体1内部。

所述处理器预留有可与计算机通信的数据接口10。

所述处理器为PIC18F252单片机，单片机连接有相应的电子存储器。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)无需安装，使用广泛；无需在储油罐上开口安装检测仪表，只要使用一根本专利的测量手杖即可实现对所管理区域的所有储罐的测量；尤其适合使用于低产采油井井口储油罐、原油槽罐、原油罐车等高度较小的储油罐的含水量的测量；

2)结构简洁，成本低廉；本发明的测量手杖结构简单，只有少量的几个构成要素，因此成本较低，且坚固耐用；

3)使用简单，携带方便；本发明在一根测量手杖中集成了压力、温度和液位测量等三个参数的测量功能，一次测量即可完成储油罐中油水含量(油水体积比)、油水界面、原油含水率(油中含水)等参数的测量，且因为对油水密度可按照不同温度进行补偿，因此具有较高的测量准确性，特别适合小型储油罐的油水混合物的含水量测量；测量装置外观为手杖形，方便携带。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的电子电路系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图2所示，本发明的储油罐中油水含量测量方法，包括以下步骤

第一步，测量得到储油罐内液位高度H、储油罐灌底的压力P以及储油罐罐内温度T；

第二步，根据储油罐内的温度T，利用查表法得出温度补偿后的水的密度ρ_水和补偿后的油的密度ρ_油；水的密度ρ_水按照IFC97的经验公式进行补偿计算，油的密度ρ_油需要依据采用化验方法所获得的温度——密度关系数据表进行补偿计算；

第三步，按0℃水的密度将储油罐灌底的压力P的单位换算为米水柱，用P_0水表示换算后的储油罐灌底压力；

第四步，根据公式

H_水＝H-H_油，即可计算出储油罐中的油水含量，式中：H_水指储油罐中水柱的等效高度，H_油指储油罐中油柱的等效高度，ρ_0水表示相对于0℃水的水的密度系数，ρ_0油表示相对于0℃水的油的密度系数。

为实现上述方法，本发明提供了一种测量装置，包括空心的筒体1，在筒体1内筒底处安装有压力传感器5，筒体1内还有温度传感器4和电磁式液位传感器2，在筒体1外套装有可随液位上下移动的液位测量浮球3，所述压力传感器5测量的储油罐灌底的压力P、温度传感器4测量的储油罐罐内温度T和电磁式液位传感器2测量的储油罐内液位高度H都依次经滤波电路、放大电路和A/D转换电路后，输入到处理器，所述处理器为PIC18F252单片机，单片机连接有相应的电子存储器，处理器集成有温度补偿和按0℃水的密度换算后水的密度ρ_0水和油的密度ρ_0油的计算方法，并根据公式

H_水＝H-H_油得出油水含量后通过显示装置7显示结果，式中：H_水指水柱的等效高度，H_油指油柱的等效高度，P_0水为按0℃水的密度将储油罐灌底的压力P的单位换算为米水柱后储油罐灌底压力，ρ_0水、ρ_0油分别表示按0℃水的密度换算的补偿后的水和油的密度系数。

所述处理器集成的油和水的补偿密度系数ρ_0水、ρ_0油的计算方法是指，根据储油罐内的实测温度T，依据采用化验方法所获得的温度--密度关系数据表进行补偿计算得到油的密度ρ_油；水的密度按照IFC97的经验公式进行补偿计算得到水的密度ρ_水；然后将补偿计算后的油、水密度ρ_油、ρ_水换算为相对0℃水的密度系数ρ_0水、ρ_0油。

所述筒体1的顶端有手柄9，方便携带；所述的滤波电路、放大电路、A/D转换电路、处理器和显示装置7都位于筒体1内部，可获得保护。

所述处理器预留有可与计算机通信的数据接口10，以便与上位计算机通信。

使用时，本装置加电工作后，液位测量浮球3随液位而上下移动，电磁式液位传感器2感知该运动而产生液位传感信号，该测量信号被送给电子装置6，电子装置6经过滤波处理、信号放大、A/D转换后，采样即得到液位信号；

同时，压力传感器5测量该处的静液柱压力并产生压力传感信号，该信号被送给电子测量装置6；电子装置6经过滤波处理、信号放大、A/D转换后，采样得到压力信号；

同时，温度传感器2测量该处的液体温度并产生温度传感信号，该测量信号被送给电子测量装置6；电子装置6经过滤波处理、信号放大、A/D转换后，采样得到温度信号；

电子装置6依据所测量得到的温度信号，按照内置的计算处理程序，补偿计算得出油和水的密度系数ρ_0水、ρ_0油，由电子装置6计算并给出的测量结果在操作与显示装置7上显示。采样得到的温度、压力、液位数据，以及采样时间、储罐参数等数据，保存在电子装置6的存储器中；

在测量装置的手柄9上安装有电池组8，电池组8为本测量装置提供工作电源，本装置的工作状态指示、电池电量指示等功能显示装置7实现，电源的启动、停止等操作信息也通过显示装置7实现命令输入。

在测量装置的手柄9上安装有数据通信接口10，该接口可连接计算机，以便将测量数据传送给其他计算机，便于数据采集处理。与本发明装置配套有专用的计算机软件，可实现对测量数据的采集和处理。

本发明的工作步骤为：

1)将本发明测试装置的数据通信接口10连接上位计算机，通过上位计算机将被测量储罐的基本参数送入本测量装置的电子装置6的存储器中，这些参数主要是油水密度补偿计算的公式或数据；

2)给本测量装置安装电池8，并打开电源开关，使本测量装置处于正常工作状态；

3)利用操作和显示装置7输入储罐的编号；

4)将本发明装置插入被测量的储油罐，手杖上的压力、温度、液位等传感器将自动工作，本装置将同时自动地测量出储油罐的压力、温度、液位等三个参数，然后自动将该三个参数存储在手杖手柄上的存储器中；等待约30秒钟，至操作和显示装置7的状态指示处于测量完成状态；在该测量过程中，操作和显示装置7将显示被测量的压力、温度、液位等参数，以及油柱高度、水柱高度、含水量等参数；

5)将本发明装置提出被测量的储油罐，关闭电源开关，即完成一个储罐的测量。

6)重复步骤2)～步骤5)以测量其它储油罐；

7)待测的储油罐被测量完成后，将本发明手杖的数据通信接口10连接上位计算机，通过上位计算机的软件，可将存储的该次测量数据送入上位计算机，由计算机的数据处理程序进行数据采集与处理。

Claims (7)

1.储油罐中油水含量测量方法，包括以下步骤

第一步，测量得到储油罐内液位高度H、储油罐灌底的压力P以及储油罐罐内温度T；

第二步，根据储油罐内的温度T，利用查表法得出温度补偿后的水的密度ρ_水和补偿后的油的密度ρ_油；水的密度ρ_水按照IFC97的经验公式进行补偿计算，油的密度ρ_油需要依据采用化验方法所获得的温度——密度关系数据表进行补偿计算；

第三步，按0℃水的密度将储油罐灌底的压力P的单位换算为米水柱，用P_0水表示换算后的储油罐灌底压力；

第四步，根据公式

H_水＝H-H_油，即可计算出储油罐中的油水含量，式中：H_水指储油罐中水柱的等效高度，H_油指储油罐中油柱的等效高度，ρ_0水表示相对于0℃水的水的密度系数，ρ_0油表示相对于0℃水的油的密度系数。

2.储油罐中油水含量电子式测量装置，包括空心的筒体(1)，其特征在于，在筒体(1)内筒底处安装有压力传感器(5)，筒体(1)内还有温度传感器(4)和电磁式液位传感器(2)，在筒体(1)外套装有可随液位上下移动的液位测量浮球(3)，所述压力传感器(5)测量的储油罐灌底的压力P、温度传感器(4)测量的储油罐罐内温度T和电磁式液位传感器(2)测量的储油罐内液位高度H都依次经滤波电路、放大电路和A/D转换电路后，输入到处理器，处理器集成有温度补偿和按0℃水的密度换算后水的密度ρ_0水和油的密度ρ_0油的计算方法，并根据公式

H_水＝H-H_油得出油水含量后通过显示装置(7)显示结果，

式中：H_水指水柱的等效高度，H_油指油柱的等效高度，P_0水为按0℃水的密度将单位换算为米水柱后的储油罐灌底压力，ρ_0水表示相对于0℃水的水的密度系数，ρ_0油表示相对于0℃水的油的密度系数。

3.根据权利要求2所述的储油罐中油水含量电子式测量装置，其特征在于，所述处理器集成的油和水的补偿密度系数ρ_0水、ρ_0油的计算方法是指，根据储油罐内的实际测量的温度T，按照化验方法所获得的温度--密度关系数据表补偿计算得出油的密度ρ_油，然后再换算为相对于0℃水的密度系数ρ_0油；按照IFC97的经验公式进行补偿计算得出水的密度，然后再换算为相对于0℃水的密度系数ρ_0水；将储油罐灌底的实际测量压力P的单位按0℃水的密度换算为米水柱，用P_0水表示换算后的储油罐灌底压力。

4.根据权利要求2所述的储油罐中油水含量电子式测量装置，其特征在于，所述筒体(1)的顶端有手柄(9)。

5.根据权利要求2所述的储油罐中油水含量电子式测量装置，其特征在于，所述滤波电路、放大电路、A/D转换电路、处理器和显示装置(7)都位于筒体(1)内部。

6.根据权利要求2所述的储油罐中油水含量电子式测量装置，其特征在于，所述处理器预留有可与计算机通信的数据接口(10)。

7.根据权利要求2所述的储油罐中油水含量电子式测量装置，其特征在于，所述处理器连接有电子存储器。

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