CN102269723B - 基于热扩散的原油含水测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热扩散的测量原油含水量的方法和装置，测量方法根据原油和水的比热容相差较大的特征，利用热容对流体热扩散速率的影响，采用六个竖直方向等间距的测量传感器探头，每个测量传感器探头外接加热源和温度显示仪，通过测定扩散平衡时测量传感器温度与样品本体温度的差异，结合热扩散准静态方程Nu=f（Gr,Pr）和水含量标准曲线，求得油样中水含量。装置包括取样器，六个在竖直方向等间距排列的一体化测量传感器探头，测量传感器探头外接加热源和温度显示仪，取样器内置Pt温度计，并外接温度显示仪。该方法在测定原油水含量时不受水含量范围、油品乳化情况的影响。

Description

基于热扩散的原油含水测量方法及其装置

技术领域

本发明属于石油工业技术领域，涉及原油含水测量方法及其装置，特别是一种基于热扩散的原油含水测量方法及其装置。

背景技术

原油生产过程中需要随时了解原油含水的多少，以监测原油生产情况，在井口，集输站，联合站，输油站，都需要了解原油含水情况，以控制整个生产过程。检测含水量对油田生产具有很重要的意义。

目前，依据计量原理的分类方法，国内外原油含水分析仪分为以下几种：

1、电特性含水分析仪

电特性含水分析仪的计量原理大部分都是基于原油和水的介电常数（或损耗因子）差异设计的，对不同种类甚至是同一种类的电特性含水分析仪，采用的电磁波段和检测方法不尽相同，主要有以下几种：

1）电容含水分析仪

电容含水分析仪通过检测电容量的变化引起的振荡频率的偏移量，可间接得到原油含水率。

含水率在0~10%以内时， 经过精确的温度、密度补偿和在线校准，电容法可取得优于±0.1%的计量准确度；含水率在0~60% 时，由于油包水乳化液随含水升高而变得不稳定，电容法测得的误差将增大，难以取得好的计量效果。当原油乳化液中出现游离水或水包油乳化液时，电容器则近似于短路，含水分析仪将不能正常工作。而且它的模拟检测电路较容易受到工矿条件、器件质量和杂质积聚等因素的影响，容易产生计量漂移。因此这类仪表对其器件质量和使用维护要求较高。同时电容含水分析仪的计量范围和口径尺寸也受到较大限制， 无法实现大口径全量程计量。

2）微波含水分析仪

微波含水分析仪是以水分子的微波极化理论为基础的。通过检测微波特性频率的相移量或幅值衰减量，间接得出原油含水率。

多数微波含水分析仪采用模拟检测电路，需要依靠电路技术去消除或补偿工矿变化所引起的漂移，这通常是很难实现的，如同电容式含水分析仪一样。有的微波含水分析仪采用物理学中介电常数的空腔谐振计量法（谐振频率只受腔体大小和其中介质介电常数变化的影响），它的频率计量原理较好地解决了模拟电路所带来的漂移问题，但这需要专利技术以保证谐振腔内流体的正常流动。

3）射频含水分析仪

射频含水分析仪是以射频阻抗理论为基础的。通过检测样品阻抗变化引起的电流变化，进而测出含水率大小。这种智能化仪表通常由计量传感器、 安全栅和二次装置组成。

4）短波含水分析仪

短波含水分析仪是将电能以稳频恒幅的电磁波发射到油水混合液中，再根据混合液吸收电能的差异来检测原油含水率。这种含水分析仪一般由短波发生器、发射器、接收天线和信号调制器三部分组成。

短波含水分析仪与射频含水分析仪十分相近，它们的模拟计量电路都容易产生漂移，并对接收天线表面的介质流动十分敏感，这意味着接收天线表面的任何附着物（如蜡，固体，沥青等）都会引起较大的信号漂移。短波含水分析仪对乳化液的混合均匀度要求较高。另外它还受到硫组分的显著影响， 需要流速参数以校正流动的影响。

2、密度法含水分析仪

密度法含水分析仪主要是指质量流量计和密度计，由于原油和水之间存在密度差，如果事先已知纯油和纯水的确切密度，通过公式计算即可得出原油含水率。

质量流量计和密度计都是采用自激振荡原理的机械式仪表，低频振荡的工作原理与现场普遍存在的实地振动相抵触，同时振动频率还受介质环境温度和传感器结垢结蜡等因素的影响。密度法测含水的最基本问题是油、水的密度比较接近，密度间很小的偏差，都能显著降低含水计量的准确度，因而密度的计量准确度要求很高，尤其是计量重油含水时。

质量流量计和密度计的可用口径较小，一般都在50mm 以内，也有口径达150mm的，但都笨重而又昂贵。而且气体对于密度法测含水有着灾难性的影响。少量的气体能产生很大的影响，使含水示值迅速变化，而大量的气体则会使仪表停止工作。

3、同位素含水分析仪

同位素含水分析仪是利用原油和水对射线吸收能力的不同而设计的工业同位素计量仪表。通过计量射线穿透油水混合物前后的强度变化，再根据透射强度的衰减规律，即可求出原油含水率。

这类仪表通常由放射源、传感器、电源系统和微机四部分组成，放射源多为低能源 X射线或γ射线，因而具有基准信号源稳定，非接触计量，流态环境的影响小，长期运行可靠等特点。因属放射性仪表，过去实际应用较少。近几年来，随着军转民和核仪表技术的发展，该产品进入了市场应用期。目前的不足之处是价格较贵，存在生物防护和放射源管理等问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种基于热扩散的原油含水率的方法及采用该方法所必备的装置。

为了实现上述任务，本发明采取以下技术方案得以实现：

一种基于热扩散的原油含水的测量方法，其特征在于，采用一组竖直方向等间距放置的测量传感探头，每个测量传感探头分别外接固定功率和时间的加热源和温度显示仪；测量传感探头在自然对流状态下冷却，根据自然对流的准则方程 Nu=f（Gr, Pr），测量传感探头的冷却程度和速率与格拉晓夫数（Gr）和普朗特数（Pr）有关。对油水混合物，主要与油水的比热有关。油样中水含量不同，测量传感探头散热的速率不同，根据测量探头温度和基准温度的差异，结合预先标定过的温差-含水率标准曲线，就可求得含水率。具体包括下列步骤：

（1）在取样器内取适量待测油样品，油样量以淹没所有测量传感器探头为宜。测量传感探头一组六个，竖直方向等间距排列在取样器内。每个传感器探头外接固定功率和时间的加热源和温度显示仪。取样器内置Pt温度计，Pt温度计外接温度显示仪。

（2）测量前，在0~100%组成范围内，配置油-水标准组成混合样品，将标准样品置于取样器内，样品量淹没所有传感探头。依次打开与测量探头相连的加热源和温度显示仪，Pt温度计上的温度显示仪。记录扩散平衡状态时Pt温度计上的温度显示仪的示数和与测量探头相连的温度显示仪示数，得到温差值。绘制含水率与温差值标准曲线，确定油水体系热扩散的准则方程 Nu=f（Gr, Pr）。

（3）测量时，取待测油样品适量置于取样器内，打开与测量探头相连的加热源和温度显示仪，以及Pt温度计上的温度显示仪，记录平衡状态时温度计示数的温差值。

（4）根据已确定的热扩散的准则方程 Nu=f（Gr, Pr）及含水量与温差标准曲线，求得到油样品中水的含量。

实现上述基于热扩散的测量原油含水量方法的装置，包括一取样器，在取样器内放置六个在竖直方向等间距的测量传感探头，每个测量传感器探头外接固定功率和时间的加热源和第一温度显示仪，取样器内置Pt温度计，Pt温度计外接第二温度显示仪。

本发明的基于热扩散的测量原油含水量的方法及其装置简单实用，测量稳定、成本低，使用方便，可广泛用于油田油品中含水量的测量，不受含水量范围以及油品乳化情况的限制。

附图说明

图1为本发明的结构原理图。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

参见图1，依照上述技术方案，本实施例中的基于热扩散的测量原油含水量方法的装置包括：取样器1，取样器1内设有一组六个竖直方向等间距的测量传感器探头2，每个传感器探头外接时间和固定功率的加热源3以及第一温度显示仪4。取样器内置Pt温度计5，Pt温度计5外接第二温度显示仪6。

测量开始前，在0~100%组成范围内，配置一系列油-水标准组成混合样品，将每个标准组成样品置于取样器1内，样品量淹没所有测量传感探头2。打开Pt温度计5和第二显示仪6以及每个测量探头外接的加热源3和第一温度显示仪4，记录平衡状态时第一温度显示仪4和第二温度显示仪6的示数差值，该示数差值为对应标准组成样品的温差值，绘制温差值与水含量的标准曲线，确定热扩散的准静态方程Nu=f（Gr, Pr）。

有关热扩散的准静态方程Nu=f（Gr, Pr），可参考教科书《传热学》。

进行测量时，取待测油样品适量置于取样器1内，打开Pt温度计5和第二温度显示仪6，以及加热源3和第一温度显示仪4，记录扩散平衡状态时第一温度显示仪4和第二温度显示仪6的差值，得到温差值。根据温差值与水含量的标准曲线及已确定的热扩散准静态方程，得到油样品中水的含量。

在整个测量过程中，测量传感器探头2可以选择一体化测量传感器探头，所有的计算可以通过计算机程序化实现。

Claims (3)

1.一种基于热扩散的测量原油含水量的方法，其特征在于，该方法根据原油和水的比热容相差较大的特征，利用热扩散的准静态方程及热容对流体热扩散速率的影响，采用六个竖直方向等间距的测量传感器探头，每个测量传感器探头分别外接加热源和温度显示仪，测定扩散平衡时的测量探头温度与样品本体温度的差异，求得油样中水含量；具体包括下列步骤：

（1）将一组六个测量传感器探头在取样器内部竖直方向等间距排列，每个测量传感器探头外接固定功率和时间的加热源以及温度显示仪，取样器内置Pt温度计，Pt温度计外接温度显示仪；

（2）进行测量前，配置系列油-水标准组成混合样品，确定热扩散准静态方程，绘制水含量与温差值标准曲线；

（3）进行测量时，记录待测油样在扩散平衡状态时的测量传感器探头外接的温度显示仪和Pt温度计外接的温度显示仪的温差值；

（4）结合热扩散准静态方程和水含量与温差值标准曲线，得到油样品中水的含量。

2.一种基于热扩散的测量原油含水量的装置，其特征在于，该装置包括一取样器（1），在取样器（1）内放置六个在竖直方向等间距的测量传感器探头（2），每个测量传感器探头（2）外接固定功率和时间的加热源（3）以及第一温度显示仪（4），取样器（1）内置Pt温度计（5），该Pt温度计（5）外接第二温度显示仪（6）。

3.如权利要求2所述基于热扩散的测量原油含水量的装置，其特征在于，所述六个在竖直方向等间距的测量传感器探头（2）为一体化测量传感器探头。

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