CN104713892A - 模块式射频感应电场储油罐含水液位检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测装置及方法，尤其是一种模块式射频感应电场储油罐含水液位检测装置及方法，属于原油计量的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述模块式射频感应电场储油罐含水量液位检测装置，包括主模块以及若干用于测量储油罐中所需高度含水率的从模块，所述从模块与主模块连接，以将从模块测量所在高度的含水率传输至主模块内；主模块接收所有位于储油罐内从模块传输的含水率，并能根据所接收的含水率确定储油罐内的平均含水率，主模块能根据平均含水率以及储油罐的横截面积确定并输出所述储油罐的含水量液位。本发明结构紧凑，能有效准确地检测原油储油罐的含水液位，以获得油井的产量，操作方便，安全可靠。

Description

模块式射频感应电场储油罐含水液位检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置及方法，尤其是一种模块式射频感应电场储油罐含水液位检测装置及方法，属于原油计量的技术领域。

背景技术

原油通过抽油机从底层抽出后，一种是通过管道输送到计量运转站进行集输，另一种就是直接注入附近的储油罐。为了得到油井的产量情况，需要通过仪表及时获取罐内的液位数据。目前一般都采用液位计，譬如磁翻板液位计、雷达液位计、超声波流量计等。这些仪表只具有液位检测功能，不能检测出更关键的含水、流量等参数。

在采油行业中，含水和流量是最关键的两个指标，直接反映了油井的工作状况和经济效益。由于抽油机抽取出原油和水混合液体的同时，还有大量的伴生气，而伴生气对含水和流量的检测影响非常大，所以目前也没有合适的仪表能有效地检测井口的含水和流量。

原油注入储油罐后，受重力影响会逐步分层，水的比重比原油重，会形成含水从上到下越来越高的情况。如果简单的从罐中取样化验，并不能反映整个罐内的含水情况。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种模块式射频感应电场储油罐含水液位检测装置及方法，其结构紧凑，能有效准确地检测原油储油罐的含水液位，以获得油井的产量，操作方便，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述模块式射频感应电场储油罐含水量液位检测装置，包括主模块以及若干用于测量储油罐中所需高度含水率的从模块，所述从模块与主模块连接，以将从模块测量所在高度的含水率传输至主模块内；主模块接收所有位于储油罐内从模块传输的含水率，并能根据所接收的含水率确定储油罐内的平均含水率，主模块能根据平均含水率以及储油罐的横截面积确定并输出所述储油罐的含水量液位。

所述位于储油罐内的从模块均通过电源通讯线与主模块连接，且相邻的从模块在储油罐内呈交错分布。

所述主模块包括主微处理器电路，所述主微处理器电路通过主通讯电路与从模块连接，主微处理器电路通过显示电路能显示输出储油罐的含水量液位。

所述从模块包括从微处理器电路，所述从微处理器电路与用于产生高频射频信号的高频电路连接，高频电路与天线连接，以通过产生的高频射频信号在天线周围产生高频感应电场；

高频电路能检测天线周围高频感应电场的变化，以得到低频电压信号，高频电路将低频电压信号传输至从微处理器电路内；从微处理器电路（9）能根据低频电压信号确定从模块所在高度的含水率，从微处理器电路通过从通讯电路能将确定的含水率传输至主模块内。

所述天线的高度为5cm~10cm，在储油罐内，相邻从模块的天线的首尾处于同一高度。

所述从微处理器电路还与用于测量从模块所在高度温度值的温度检测电路连接，从微处理器电路利用温度检测电路检测的温度值对低频电压信号进行温度补偿，以得到从模块所在高度的含水率。

所述从微处理器电路、高频电路、温度检测电路以及从通讯电路均位于同一电路板上，所述电路板位于从模块金属壳体内，天线位于从模块金属壳体外，天线的端脚穿过从模块金属壳体后与电路板连接，天线与从模块金属壳体间设置用于密封的密封塞。

一种模块式射频感应电场储油罐含水液位检测方法，所述储油罐含水液位检测方法包括如下步骤：

步骤1、根据待测储油罐确定所需数量的从模块，将从模块与主模块连接；

步骤2、将从模块安装在待测储油罐内所需的高度，随着抽取的原油注入到储油罐内，从模块将检测所在高度的含水率传输至主模块内；

步骤3、主模块根据从模块传输的含水率确定平均含水率，并根据待测储油罐的横截面积，得到并输出待测储油罐的含水量液位。

所述从模块包括从微处理器电路，所述从微处理器电路与用于产生高频射频信号的高频电路连接，高频电路与天线连接，以通过产生的高频射频信号在天线周围产生高频感应电场；

高频电路能检测天线周围高频感应电场的变化，以得到低频电压信号，高频电路将低频电压信号传输至从微处理器电路内；从微处理器电路能根据低频电压信号确定从模块所在高度的含水率，从微处理器电路通过从通讯电路能将确定的含水率传输至主模块内；

相邻的从模块在储油罐内呈交错分布，所述天线的高度为5cm~10cm，在储油罐内，相邻从模块的天线的首尾处于同一高度。

所述从微处理器电路、高频电路、温度检测电路以及从通讯电路均位于同一电路板上，所述电路板位于从模块金属壳体内，天线位于从模块金属壳体外，天线的端脚穿过从模块金属壳体后与电路板连接，天线与从模块金属壳体间设置用于密封的密封塞。

本发明的优点：本发明结构简单，安装和操作使用方便。含水测量范围宽，从0-100%的范围内均可有效测量，而且具有同等的精度，含水测量精度高，可以达到0.5%。由于射频信号具有穿透性，即使天线表面附着一层原油，对测量的影响也不会很大。不受原油和水的乳化程度影响，也不受“水包油”或“油包水”等形态的影响；采用分层测量方式，解决了液体中原油和水分层的问题；可以实时有效地测量出原油含水、储油罐液位，并得到单位瞬时流量，从而迅速得到油井的工作状态。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明主模块的结构框图。

图3为本发明从模块的结构框图。

图4为本发明相邻从模块的天线的配合示意图。

图5为本发明从模块的结构示意图。

附图标记说明：1-主模块、2-从模块、3-天线、4-电源通讯线、5-显示电路、6-主微处理器电路、7-主通讯电路、8-高频电路、9-从微处理器电路、10-温度检测电路、11-从通讯电路、12-从模块金属壳体、13-密封塞以及14-电路板。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：为了能有效准确地检测原油储油罐的含水液位，以获得油井的产量，本发明包括主模块1以及若干用于测量储油罐中所需高度含水率的从模块2，所述从模块2与主模块1连接，以将从模块2测量所在高度的含水率传输至主模块1内；主模块1接收所有位于储油罐内从模块2传输的含水率，并能根据所接收的含水率确定储油罐内的平均含水率，主模块1能根据平均含水率以及储油罐的横截面积确定并输出所述储油罐的含水量液位。

具体地，每个从模块2与主模块1直接连接，主模块1能控制每个从模块2进行分时测量，以获取每个从模块2在储油罐内所在高度的含水率。主模块1在接收储油罐内所有从模块2测量的含水率后，对所接收的含水率进行算术平均（在进行算术平均时，只取含水率大于0的从模块2的含水率进行计算），以得到储油罐的平均含水率。对于每个储油罐，主模块1内存储储油罐的横截面积，因此，主模块1能根据储油罐的横截面积以及储油罐内的平均含水率，能计算确定储油罐的含水量液位。在主模块1确定储油罐的含水量液位后，能根据所述含水量液位确定储油罐的原油的体积。主模块1根据含水量液位得到原油体积的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

如图2所示，所述主模块1包括主微处理器电路6，所述主微处理器电路6通过主通讯电路7与从模块2连接，主微处理器电路6通过显示电路5能显示输出储油罐的含水量液位。

本发明实施例中，主微处理器电路6可以采用常用的微处理芯片，如单片机等，主模块1通过主通讯电路7与每个从模块2进行连接通讯，显示电路5可以采用LED显示屏、LCD显示屏等常用的显示器件，主微处理器电路6通过主通讯电路7来接收每个从模块2传输的含水率，主微处理器电路6根据从模块2的含水率来确定平均含水率，在得到含水量液位后，主微处理器电路6可以通过显示电路5进行显示输出，以便进行观察储油罐内的含水量液位以及储油罐内原油的体积。

如图3所示，所述从模块2包括从微处理器电路9，所述从微处理器电路9与用于产生高频射频信号的高频电路8连接，高频电路8与天线3连接，以通过产生的高频射频信号在天线3周围产生高频感应电场；

高频电路8能检测天线3周围高频感应电场的变化，以得到低频电压信号，高频电路8将低频电压信号传输至从微处理器电路9内；从微处理器电路9能根据低频电压信号确定从模块2所在高度的含水率，从微处理器电路9通过从通讯电路11能将确定的含水率传输至主模块1内。

本发明实施例中，从微处理器电路9通过从通讯电路11获取主模块1的控制命令，从微处理器电路9能根据控制命令来控制高频电路8产生高频射频信号，通过高频射频信号在天线3的周围产生高频感应电场。当储油罐内有原油时，根据原油的分布特性，天线3周围的高频感应电场会产生变化，通过高频电路8来检测高频感应电场的变化，高频电路8根据高频感应电场的变化得到一个低频电压信号，从微处理器电路9根据低频电压信号能确定通过天线3测量的含水率。

在具体实施时，从微处理器电路9可以采用先用常用的微处理器芯片，从通讯电路11的具体结构以与主通讯电路7匹配为准，即从通讯电路11、主通讯电路7的具体实施结构匹配，以满足从模块2与主模块1进行数据通讯的能力。高频电路8以及天线3的具体实施结构可以参考公开号为CN104155315A中的结构，从微处理器电路9根据低频电压信号确定从模块2所在高度含水率的过程也为本技术领域人员所熟知，具体过程不再赘述。

进一步地，所述从微处理器电路9还与用于测量从模块2所在高度温度值的温度检测电路10连接，从微处理器电路9利用温度检测电路10检测的温度值对低频电压信号进行温度补偿，以得到从模块2所在高度的含水率。

本发明实施例中，温度检测电路10可以采用常用的温度传感器，通过温度检测电路10来检测从模块2所在位置的温度值。高频电路8检测的低频电压信号会根据从模块2外的温度变化产生漂移，从微处理器电路9为了能得到准确的含水率，因此，需要通过温度检测电路10获取温度值，并根据获得的温度值来进行温度补偿。

温度补偿以0度时为基准，高频电路8相位电压输出的温度关系是Vx=k*Tx*V0，其中Vx是不同温度下的实测电压，V0是0度时的电压，Tx是实测温度，k是温度系数，所述温度系数k可以通过试验获得，具体过程为本技术领域人员所熟知，此处不再详述。

如图1和图4所示，所述位于储油罐内的从模块2均通过电源通讯线4与主模块1连接，且相邻的从模块2在储油罐内呈交错分布。

所述天线3的高度为5cm~10cm，在储油罐内，相邻从模块2的天线3的首尾处于同一高度。

本发明实施例中，天线3的高度为5~10cm，从而从模块2能测量5~10cm高度范围内的液面。相邻的从模块2间采用错位安装，从纵向上看（储油罐的高度），相邻从模块2的天线3的首尾处于同一高度，从而消除从模块2在储油罐内安装高度造成的测量误差。

如图5所示，所述从微处理器电路9、高频电路8、温度检测电路10以及从通讯电路11均位于同一电路板14上，所述电路板14位于从模块金属壳体12内，天线3位于从模块金属壳体12外，天线3的端脚穿过从模块金属壳体12后与电路板14连接，天线3与从模块金属壳体12间设置用于密封的密封塞13。

本发明实施例中，从模块2的天线3采用竖直结构，天线3与从模块金属壳体12呈平行分布，天线3的端脚位于天线3的外圈，天线3的端脚穿过密封塞13以及从模块金属壳体12后与电路板14焊接固定。天线3通过密封塞13与从模块金属壳体12之间绝缘隔离，密封塞13采用聚四氟材料，通过密封塞13进行密封后，能避免原油进入从模块1内。电路板14通过电源通讯线4与主模块1，从模块金属壳体12的两端同样封闭。从模块2在储油罐内也呈竖直分布，从模块2通过从模块金属壳体12以及安装法兰等固定安装在储油罐的内壁上。

如图1~图5所示，利用模块式射频感应电场储油罐含水液位检测装置可以对储油罐进行检测，所述储油罐含水液位检测方法包括如下步骤：

步骤1、根据待测储油罐确定所需数量的从模块2，将从模块2与主模块1连接；

由上述说明可知，每个从模块2的测量高度范围为5cm~10cm，一个主模块1最多可以与64个从模块2连接通讯，因此，通过主模块1与从模块2配合在储油罐内测量的液位高度为3.2m~6.4m。具体实施时，根据待测储油罐的高度以及横截面积等来确定需要的从模块2数量，从模块2在待测储油罐内交错分布，相邻从模块2的天线3的首尾处于同一高度。所有从模块1均位于待测储油罐内，主模块1位于待测储油罐的液面上方，以便通过主模块1进行读数。

步骤2、将从模块2安装在待测储油罐内所需的高度，随着抽取的原油注入到储油罐内，从模块2将检测所在高度的含水率传输至主模块1内；

主模块1可以控制对应从模块2进行含水率检测，从模块2在测量得到含水率后，将含水率传输至主模块1内。

步骤3、主模块1根据从模块2传输的含水率确定平均含水率，并根据待测储油罐的横截面积，得到并输出待测储油罐的含水量液位。

本发明实施例中，在储油罐内，位于液面上方的从模块2测量的含水率为0，从而主模块1能根据从模块2传输的含水率来得到当前情况下储油罐内的气液界面位置。在确定当前情况下，储油罐内的气液界面后，结合储油罐的高度以及每个从模块2的安装位置，可以得到储油罐内的液面高度。其中，确定液面位置的过程为：假定第X个从模块2测量的含水率为WX，而下一个为第（X+1）个从模块2的含水率为WY，上一个为第（X-1）个从模块2位于中，则含水率肯定为0，假定第X个从模块2位于液体中的含水率也为WY（根据储油罐中含水率不会突变），而第X个从模块2位于空气部分的含水率为0，则液面位置为P=（WX/WY）*L，其中，L为天线3的长度。

主模块1得到每个从模块2传输的含水率后，通过对所有不为0的含水率进行算术平均，从而能得到储油罐内的平均含水率。一般情况下，为了得到储油罐内原油的体积，还需要得到单位瞬时流量。所述单位瞬时流量计算方法：油罐横截面积设为S，设t1时刻液面高度为h1，t2时刻液面高度为h2，那么单位瞬时流量f = s*(h2-h1)/(t2-t1)。根据单位瞬时流量，根据需要计算的累计时间，能得到累计流量，一般地，以天计算累计流量。主模块1在得到单位瞬时流量、累计流量以及平均含水率后，结合待测储油罐的横截面积，从而能得到待测储油罐内原油的体积以及含水量液位，主模块1根据单位瞬时流量、累计流量、平均含水率以及横截面积计算待测储油罐内含水量液位的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

本发明结构简单，安装和操作使用方便。含水测量范围宽，从0-100%的范围内均可有效测量，而且具有同等的精度，含水测量精度高，可以达到0.5%。由于射频信号具有穿透性，即使天线3表面附着一层原油，对测量的影响也不会很大。不受原油和水的乳化程度影响，也不受“水包油”或“油包水”等形态的影响；采用分层测量方式，解决了液体中原油和水分层的问题；可以实时有效地测量出原油含水、储油罐液位，并得到单位瞬时流量，从而迅速得到油井的工作状态。

Claims (10)

1.一种模块式射频感应电场储油罐含水量液位检测装置，其特征是：包括主模块（1）以及若干用于测量储油罐中所需高度含水率的从模块（2），所述从模块（2）与主模块（1）连接，以将从模块（2）测量所在高度的含水率传输至主模块（1）内；主模块（1）接收所有位于储油罐内从模块（2）传输的含水率，并能根据所接收的含水率确定储油罐内的平均含水率，主模块（1）能根据平均含水率以及储油罐的横截面积确定并输出所述储油罐的含水量液位。

2.根据权利要求1所述的模块式射频感应电场储油罐含水量液位检测装置，其特征是：所述位于储油罐内的从模块（2）均通过电源通讯线（4）与主模块（1）连接，且相邻的从模块（2）在储油罐内呈交错分布。

3.根据权利要求1所述的模块式射频感应电场储油罐含水量液位检测装置，其特征是：所述主模块（1）包括主微处理器电路（6），所述主微处理器电路（6）通过主通讯电路（7）与从模块（2）连接，主微处理器电路（6）通过显示电路（5）能显示输出储油罐的含水量液位。

4.根据权利要求2所述的模块式射频感应电场储油罐含水量液位检测装置，其特征是：所述从模块（2）包括从微处理器电路（9），所述从微处理器电路（9）与用于产生高频射频信号的高频电路（8）连接，高频电路（8）与天线（3）连接，以通过产生的高频射频信号在天线（3）周围产生高频感应电场；

高频电路（8）能检测天线（3）周围高频感应电场的变化，以得到低频电压信号，高频电路（8）将低频电压信号传输至从微处理器电路（9）内；从微处理器电路（9）能根据低频电压信号确定从模块（2）所在高度的含水率，从微处理器电路（9）通过从通讯电路（11）能将确定的含水率传输至主模块（1）内。

5.根据权利要求4所述的模块式射频感应电场储油罐含水量液位检测装置，其特征是：所述天线（3）的高度为5cm~10cm，在储油罐内，相邻从模块（2）的天线（3）的首尾处于同一高度。

6.根据权利要求4所述的模块式射频感应电场储油罐含水量液位检测装置，其特征是：所述从微处理器电路（9）还与用于测量从模块（2）所在高度温度值的温度检测电路（10）连接，从微处理器电路（9）利用温度检测电路（10）检测的温度值对低频电压信号进行温度补偿，以得到从模块（2）所在高度的含水率。

7.根据权利要求6所述的模块式射频感应电场储油罐含水量液位检测装置，其特征是：所述从微处理器电路（9）、高频电路（8）、温度检测电路（10）以及从通讯电路（11）均位于同一电路板（14）上，所述电路板（14）位于从模块金属壳体（12）内，天线（3）位于从模块金属壳体（12）外，天线（3）的端脚穿过从模块金属壳体（12）后与电路板（14）连接，天线（3）与从模块金属壳体（12）间设置用于密封的密封塞（13）。

8.一种模块式射频感应电场储油罐含水液位检测方法，其特征是，所述储油罐含水液位检测方法包括如下步骤：

步骤1、根据待测储油罐确定所需数量的从模块（2），将从模块（2）与主模块（1）连接；

步骤2、将从模块（2）安装在待测储油罐内所需的高度，随着抽取的原油注入到储油罐内，从模块（2）将检测所在高度的含水率传输至主模块（1）内；

步骤3、主模块（1）根据从模块（2）传输的含水率确定平均含水率，并根据待测储油罐的横截面积，得到并输出待测储油罐的含水量液位。

9.根据权利要求8所述模块式射频感应电场储油罐含水液位检测方法，其特征是：所述从模块（2）包括从微处理器电路（9），所述从微处理器电路（9）与用于产生高频射频信号的高频电路（8）连接，高频电路（8）与天线（3）连接，以通过产生的高频射频信号在天线（3）周围产生高频感应电场；

高频电路（8）能检测天线（3）周围高频感应电场的变化，以得到低频电压信号，高频电路（8）将低频电压信号传输至从微处理器电路（9）内；从微处理器电路（9）能根据低频电压信号确定从模块（2）所在高度的含水率，从微处理器电路（9）通过从通讯电路（11）能将确定的含水率传输至主模块（1）内；

相邻的从模块（2）在储油罐内呈交错分布，所述天线（3）的高度为5cm~10cm，在储油罐内，相邻从模块（2）的天线（3）的首尾处于同一高度。

10.根据权利要求9所述模块式射频感应电场储油罐含水液位检测方法，其特征是：所述从微处理器电路（9）、高频电路（8）、温度检测电路（10）以及从通讯电路（11）均位于同一电路板（14）上，所述电路板（14）位于从模块金属壳体（12）内，天线（3）位于从模块金属壳体（12）外，天线（3）的端脚穿过从模块金属壳体（12）后与电路板（14）连接，天线（3）与从模块金属壳体（12）间设置用于密封的密封塞（13）。