CN104820000A - 原油含水率在线测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种原油含水率在线测量设备，包括取样装置和含水测量仪，含水测量仪由测量表头和测量探头构成，测量探头为多段电容式探头，主要包括环形金属探头、绝缘连接件、绝缘外套、屏蔽线，多个环形金属探头与多个绝缘连接件相互交叉连接，屏蔽线焊接在各环形金属探头上，整个测试探头外部套有绝缘外套。采用多段电容式测量探头，寿命长，在线取样，静态非实时测量，排除了流速、油水混合状态等因素的影响。自带加热装置促进油水分离，通过对明水和混合液含水率的综合计算得出更加精确的结果。同时通过对液面的测量可以得到原油中的含气量。本发明所涉及的含水仪，在测量油水两相比例的同时，还可以测量出介质在工况条件下的气液比。

Description

原油含水率在线测量设备

技术领域

本发明涉及一种能够在线非实时测量原油含水率的测量设备，取代了人工取样，人工化验的含水率测量流程，简化了含水率测量方法，节约了人力成本。

背景技术

在油田生产过程中，含水率的测量对统计油田产量至关重要。在传统的生产过程中，通过人工到油井取样并带回化验室进行化验以确定油品的含水率。该方法耗时长，操作复杂且长时间在化验室工作对人体具有一定的危害。目前市场上也有在线的含水测量仪，可以实时测量管道中原油的含水率，但由于管道中原油流速以及杂质等的干扰，造成很大的测量误差；另外市场上也有自动取样设备，但化验分析过程必须人工离线完成，即在线取样-离线分析。

本发明所涉及的在线-非实时测量设备，还未见有类似产品和技术出现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对人工取样的种种弊端，设计了一种可以在线取样-非实时测量的含水率测量设备。针对在线测量领域，变动态测量为静态测量，解决了一般在线含水仪受介质形态环境影响较大的问题。

为了解决上述问题，本发明采用以下方案：

一种原油含水率在线测量设备，包括取样装置和含水测量仪，含水测量仪由测量表头和测量探头构成，其特征在于：所述取样装置设有测量管道，测量管道的两个端口分别设有出口三通球阀、进口三通球阀，执行器连接在进口三通球阀和出口三通球阀上，用于阀门位置的控制，电子控制器控制执行器操作，使测量管道形成封闭腔体，达到静态状态下测量的目的。

所述测量管道外壁设有加热装置，加热装装置外包裹保温材料，加热装置设有温度开关以防止温度异常。

所述测量管道的进口管道与进口三通球阀连接，进口三通球阀的另外两个端口分别与旁通管道和测量管道进口连接，旁通管道另一端口和测量管道出口分别与出口三通球阀的两个端口连接，出口三通球阀另一端口与出口管道连接。

所述测量探头为多段电容式探头，多段电容式探头由环形金属探头、绝缘连接件、绝缘外套、固定板、内加强杆、锁紧螺母、密封接头、屏蔽线、拉紧螺母，多个环形金属探头与多个绝缘连接件相互交叉连接形成测量探棒，固定板套在最上端绝缘连接件上，屏蔽线连接在各环形金属探头上，内加强杆从测量探头中部穿过，下端顶在绝缘连接件上，上端穿过固定板，拉紧螺母拧在内加强杆上，整个测量探头外部套有绝缘外套，锁紧螺母与绝缘外套连接，压紧固定板，绝缘外套上部与密封接头连接。

所述测量表头由数据采集电路、温度采集电路、CPU 、通信电路组成，数据采集电路和温度采集电路分别与多段电容式探头连接采集温度、电容数据，数据采集电路和温度采集电路与CPU 连接，将采集到的数据传到CPU ，CPU 与通信电路相连，通信电路连接在电子控制器上。

所述电子控制器由阀门控制电路、加热控制电路、加热保护电路、CPU、液晶显示电路、操作键盘、485通信电路组成，阀门控制电路与执行器相连，加热控制电路与加热带相连，加热保护电路与温度开关相连，同时阀门控制电路、加热控制电路、加热保护电路、与CPU相连，CPU 与液晶显示电路、操作键盘、485通信电路相连。

所述进口管道分别与进口三通球阀、卸压管道连接，卸压管道下端连接进口管道，将进口管道的旁通管通过弯管与卸压管道连接，卸压管道上端与卸压安全阀相连，卸压安全阀另一端与出口管道的旁通管相连。

所述测量管道的上部设有卸压口，通过单向阀连通至出口管道，将测量管道的卸压口与单向安全阀相连，单向安全阀另一端与出口管道的旁通管相连。

本发明与现有技术相比有以下有益效果：对介质静态加热初步分层后采用多段电容式测量探头，寿命长，精度高，测量液体成分中含水率的同时，还能测量气液比例。当需要测量时，电子控制器控制执行器带动进口三通球阀和出口三通球阀同时动作，将球阀位置切换到测量管道，液体通过测量管道到达出口管道，测量管道内液体得以更新，经过设定的时间，电子控制器控制执行器带动进口三通球阀和出口三通球阀将球阀位置切换回旁通管道，测量管道形成封闭腔体，从而实现在线取样，静态非实时测量，排除了流速、油水气混合状态等因素的影响。自带加热装置促进油水分离，通过对明水和混合液含水率的综合计算得出更加精确的结果。同时通过对液面的测量可以得到原油中的含气量。本发明所涉及的含水仪，在测量油水两相比例的同时，还可以测量出介质在工况条件下的气液比。

附图说明

图1为整机结构示意图

图2为测量探头结构示意图

图3为测量表头结构框图

图4为电子控制器结构框图

图5为整机电气连接关系示意图。

具体实施方式

参见图1，一种能够在线取样静态非实时测量的原油含水测量设备，整机包括取样装置和多段式含水测量仪。

取样装置设有测量管道，测量管道的两个端口分别设有出口三通球阀、进口三通球阀，执行器连接在进口三通球阀和出口三通球阀上，用于阀门位置的控制，电子控制器控制执行器操作，使测量管道形成封闭腔体，达到静态状态下测量的目的。

取样装置由进口管道22、进口三通球阀21、测量管道19、执行器16、电子控制器13、出口三通球阀7、旁通管道9、泄压安全阀1、单向安全阀6、出口管道3组成。进口管道22与进口三通球阀21连接，进口三通球阀21的另外两个端口分别与旁通管道9和测量管道进口26连接，旁通管道9另一端口和测量管道出口25分别与出口三通球阀7的两个端口连接，出口三通球阀7另一端口与出口管道3连接。

为保证进口管道22的压力安全，进口管道22分别与进口三通球阀21、卸压管道12连接。卸压管道下端连接进口管道，将进口管道22的旁通管23通过弯管24与卸压管道12连接，卸压管道12上端与卸压安全阀1相连，卸压安全阀1另一端与出口管道3的旁通管2相连。卸压安全阀1为定压式安全阀，当进口三通球阀和出口三通球阀动作到中间位置时，由于两个阀门同时关闭或半关闭状态导致进油管道压力上升而大于安全压力时，卸压安全阀导通以保证管线压力安全。

为保证测量管道19的压力安全，测量管道的上部设有卸压口10，通过单向阀6连通至出口管道，将测量管道19的卸压口10与单向安全阀6相连，单向安全阀6另一端与出口管道3的旁通管4相连。单向安全阀为普通单向阀门，当由于加热造成测量管道内压力大于管线压力时，单向安全阀开启进行泄压以保证设备安全。

测量管道19上设有进气口11、样品排出口20、加热带17、保温材料18、温度开关14。测量管道19上部设有法兰或螺纹接口，用于安装分段式含水测量仪。测量管道19下部设有样品排出口20，上部设有进气口11以供调试使用。测量管道19外壁设有加热装置，加热装置采用加热带等，本实施例中测量管道19外壁包裹加热带17，用于加热内部油样以加速水油气分离。加热带17外部包裹保温材料18以提高加热效率。加热带17设有温度开关14以防止温度异常，温度开关14贴在加热带17外部。

执行器16连接在进口三通球阀21和出口三通球阀7上，用于阀门位置的控制。执行器16与出口三通球阀7、进口三通球阀21的开关连接，以控制进口三通球阀21和出口三通球阀7的阀门位置。

测量管道19上部设有螺纹或法兰与多段式含水测量仪连接。多段式含水测量仪由测量表头5、多段电容式测量探头8组成。多段电容式测量探头8与测量管道19连接。

参见图2，多段电容式探头8由环形金属探头32、绝缘连接件31、绝缘外套36、固定板35、内加强杆37、锁紧螺母34、密封接头33、屏蔽线38、拉紧螺母39构成。多个环形金属探头32与多个绝缘连接件31相互交叉连接形成测量探棒，固定板35套在最上端绝缘连接件上，屏蔽线38焊接在各环形金属探头32上。内加强杆37从测量探头中部穿过，下端顶在绝缘连接件31上，上端穿过固定板35，拉紧螺母39拧在内加强杆37上。整个探头外部套有绝缘外套36，锁紧螺母34与绝缘外套36连接，压紧固定板35，绝缘外套36上部与密封接头33连接。

参见图3，测量表头5由数据采集电路41，温度采集电路42，CPU 43，通信电路44组成。数据采集电路41和温度采集电路42分别与多段电容式探头8连接采集温度、电容数据。同时数据采集电路41和温度采集电路42与CPU 43连接，将采集到的数据传到CPU 43。CPU 43与通信电路44相连，通信电路44于测量表头5外部连接在电子控制器13上。CPU 43通过通信电路44将计算过的数据传输到电子控制器13上。数据采集电路和温度采集电路分别采集探头电容数据和温度数据，并传给CPU进行计算处理得到样品的温度、含水率和气液比。CPU将经过处理的数据通过通信电路上传到电子控制器。液晶显示电路可显示当前测量结果及设备状态，操作按键可用于设定系统参数。测量采用轮询方式获得各探头的电容值，根据每个电容值的大小确定哪些探头处于油层哪些处于水层，哪些处于气体中，根据探头位置得到油水比例，同时得到液面高度，获得气液比。

参见图4，电子控制器13由阀门控制电路51，加热控制电路52，加热保护电路53，CPU 54，液晶显示电路55，操作键盘56,485通信电路57组成。阀门控制电路51与执行器16相连，加热控制电路52与加热带17相连，加热保护电路53与温度开关14相连，同时阀门控制电路51，加热控制电路52，加热保护电路53与CPU 54相连。CPU 54与液晶显示电路55、操作键盘56、485通信电路57相连。测量表头5的通信电路44通过串行数据线与CPU 54相连。电子控制器13功能如下：发出指令由执行器带动三通球阀进行换向动作并监测执行结果；根据设定参数对测量管道的温度进行控制；根据设定参数启动含水率测量。

参见图5，电子控制器13为整机控制中心，测量表头5与电子控制器13连接，向其输出温度、含水率、气液比等信号，同时电子控制器13控制测量表头5进行测量步骤，执行器16与电子控制器13连接，电子控制器13控制执行器16执行开关操作，执行器16反馈执行情况给电子控制器13。温度开关14向电子控制器13提供温度超限信号，电子控制器13可控制加热带17开始和停止加热。

设备工作过程：通常情况下进口三通球阀21和出口三通球阀7位于旁通管道9位置，液体由进口管道22经过旁通管道9到达出口管道3。当需要测量时，电子控制器13控制执行器16带动进口三通球阀21和出口三通球阀7同时动作，将球阀位置切换到测量管道19，液体通过测量管道19到达出口管道，测量管道内液体得以更新。经过设定的时间，电子控制器13控制执行器16带动进口三通球阀21和出口三通球阀7将球阀位置切换回旁通管道9，测量管道形成封闭腔体。同时电子控制器13控制加热带17对测量管道19进行加热，加热过程中若温度过高，温度开关14将断开以保护测量管道19。加热过程中测量管道19压力上升若超过安全值，单向安全阀6将打开以防止测量管道19内部压力过大。同时多段式含水测量仪实时监测样品温度，当温度到达设定的值，样品到达设定温度且油水气分层以后，电子控制器13控制加热带17停止加热，多段式含水测量仪开始对分层好的样品进行测量含水和含气。测量完毕，多段式含水测量仪将最终含水率及气液比数据传输到电子控制器13以备使用。

Claims (8)

1.一种原油含水率在线测量设备，包括取样装置和含水测量仪，含水测量仪由测量表头和测量探头构成，其特征在于：所述取样装置设有测量管道，测量管道的两个端口分别设有出口三通球阀、进口三通球阀，执行器连接在进口三通球阀和出口三通球阀上，用于阀门位置的控制，电子控制器控制执行器操作，使测量管道形成封闭腔体，达到静态状态下测量的目的。

2.如权利要求1所述的一种原油含水率在线测量设备，其特征在于：所述测量管道外壁设有加热装置，加热装装置外包裹保温材料，加热装置设有温度开关以防止温度异常。

3.如权利要求1所述的一种原油含水率在线测量设备，其特征在于：所述测量管道的进口管道与进口三通球阀连接，进口三通球阀的另外两个端口分别与旁通管道和测量管道进口连接，旁通管道另一端口和测量管道出口分别与出口三通球阀的两个端口连接，出口三通球阀另一端口与出口管道连接。

4.如权利要求1所述的一种原油含水率在线测量设备， 其特征在于：所述测量探头为多段电容式探头，多段电容式探头由环形金属探头、绝缘连接件、绝缘外套、固定板、内加强杆、锁紧螺母、密封接头、屏蔽线、拉紧螺母，多个环形金属探头与多个绝缘连接件相互交叉连接形成测量探棒，固定板套在最上端绝缘连接件上，屏蔽线连接在各环形金属探头上，内加强杆从测量探头中部穿过，下端顶在绝缘连接件上，上端穿过固定板，拉紧螺母拧在内加强杆上，整个测量探头外部套有绝缘外套，锁紧螺母与绝缘外套连接，压紧固定板，绝缘外套上部与密封接头连接。

5.如权利要求1所述的一种原油含水率在线测量设备， 其特征在于：所述测量表头由数据采集电路、温度采集电路、CPU 、通信电路组成，数据采集电路和温度采集电路分别与多段电容式探头连接采集温度、电容数据，数据采集电路和温度采集电路与CPU 连接，将采集到的数据传到CPU，CPU 与通信电路相连，通信电路连接在电子控制器上。

6.如权利要求2所述的一种原油含水率在线测量设备， 其特征在于：所述电子控制器由阀门控制电路、加热控制电路、加热保护电路、CPU、液晶显示电路、操作键盘、485通信电路组成，阀门控制电路与执行器相连，加热控制电路与加热带相连，加热保护电路与温度开关相连，同时阀门控制电路、加热控制电路、加热保护电路、与CPU相连，CPU 与液晶显示电路、操作键盘、485通信电路相连。

7.如权利要求3所述的一种原油含水率在线测量设备， 其特征在于：进口管道分别与进口三通球阀、卸压管道连接，卸压管道下端连接进口管道，将进口管道的旁通管通过弯管与卸压管道连接，卸压管道上端与卸压安全阀相连，卸压安全阀另一端与出口管道的旁通管相连。

8.如权利要求3所述的一种原油含水率在线测量设备， 其特征在于：测量管道的上部设有卸压口，通过单向阀连通至出口管道，将测量管道的卸压口与单向安全阀相连，单向安全阀另一端与出口管道的旁通管相连。