CN105486701A - 一种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置，包括测量传感器、防爆接线盒、室外防爆箱，测量传感器包括探头、接头体、测量电路板、护管、壳体、对接体、压紧螺柱和信号线，该装置还包括测量电路和数据综合处理电路，该发明解决了目前长庆油田单井井口无法实时在线监测含水率的问题，克服了现有设备成本高，探头长时间与原油接触易结蜡的问题，“一对多”的数据处理方式，大大的降低了生产投入成本。

Description

一种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置

技术领域

本发明涉及石油行业测量仪表技术的研究领域，具体涉及一种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置。

背景技术

原油含水率既是油井重要的油藏数据，也是重要的生产参数,对于确定出水、出油层位,估计产量和预测油井的开发寿命以及油田的产量质量控制、油井状态检测、降低成本和采油管理自动化具有重要的意义和实用价值。

目前国内各油田原油含水率的测量方法主要分为两种，即人工取样化验法和在线测量法。人工取样测量法根据油水分离手段的不同分为蒸馏法、卡尔—费休法等。在线测量法根据原理不同分为电容法、密度法、γ射线法、微波法、射频法等。

电容法利用水和油介电常数相差很大的原理，通过测量混合流体经过两个同轴电极时，电路中电容值的变化得到含水率。密度法是确定含水原油的密度后，根据纯水密度和纯油密度，计算出原油含水率。γ射线法利用碳、氧元素对低能γ射线吸收不同，通过测量混合液中碳、氧含量计算出原油含水率。微波法基于微波在混合介质中传播时，相位因油水比例不同发生变化，通过对相位的测量，得到原油含水率。射频法通过发射器对测量介质发射高频电磁波，利用油和水吸收波的能量不同，通过精确测量透射电磁波的强度来判断含水率。

人工取样化验法的取样时间长，人工劳动强度大，随机性强，误差大，效率低，无法实现连续测量，不能够实时反映井口原油含水率的变化趋势；电容法受传感器固有电容的影响,无法测量“水包油”的状态，仅适用于中低含水阶段的测量；密度法受原油含砂、含气影响大，测量精度低，仅适于高含水测量；γ射线法存在射线辐射，且设备价格昂贵、维护困难；微波法的测量原理属于对管内两相流点线式的采样，不能全面反映混合两相流的情况，现场工况条件下精度无法满足要求。射频法相比以上几种方法，具有测量范围宽，测量精度高，维护方便的优点，但其设备目前成本较高，且探头长时间与原油接触易结蜡，无法在单井产量低、含蜡高的长庆油田进行大规模推广。

发明内容

本发明的目的是克服现有设备成本高，探头长时间与原油接触易结蜡的问题，提供研发一种基于射频法，成本低，全量程，适合长庆油田单井井口使用，能够实时在线对原油含水率进行精确测量的装置。本发明的技术方案是提供了一种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置，包括测量传感器、防爆接线盒和室外防爆箱，所述测量传感器包括探头、接头体、测量电路板、护管、壳体、对接体、压紧螺柱和信号线，所述壳体内部设置有护管，壳体上端通过丝扣与对接体连接，壳体下端与接头体焊接，所述护管内部设置有测量电路板，且护管下端通过螺纹连接与接头体连接，所述接头体底部连接有探头，且探头与信号线末端连接，所述信号线穿过测量电路板，通过压紧螺柱固定于对接体，所述测量传感器上端的信号线穿过防爆软管连接到防爆接线盒，且信号线穿过穿线管连接到室外防爆箱。

上述测量电路板上设置有测量电路，所述室外防爆箱上设置有数据综合处理电路，所述测量电路包括依次连接的射频信号发生器、射频信号接收器、信号运算放大电路及信号转换电路，所述数据综合处理电路包括依次连接的A/D数据转换器、中心处理器及通讯接口。

上述探头内部设置有加热丝，探头上部设置有护罩，且护罩通过螺钉连接与接头体连接，所述探头的几何形状为流线型，材质为不锈钢，且探头表面添加0.2mm厚度瓷材料涂层。

上述接头体内部的上面设置有绝缘套，绝缘套内部设置有锁紧螺母，所述探头与接头体通过锁紧螺母连接，且探头与接头体之间设置有绝缘垫。

上述压紧螺柱侧面与对接体相接处设置有钢垫，压紧螺柱底面与对接体相接处设置有胶垫。

上述射频信号发生器使用JA8集成电路芯片，所述射频信号接收器使用LM124A集成电路芯片。

上述A/D数据转换器使用AD7710芯片。

上述中心处理器采用AVR单片机技术，且中心处理器上设置有数据存储器，所述数据存储器采用I2C容的存储芯片技术，存储容量达1MB。

上述通讯接口采用RS485总线。

本发明的有益效果：

（1）本发明的这种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置解决了目前长庆油田单井井口无法实时在线监测含水率的问题，解决人工取样劳动强度大、效率低、随机性大、误差大等安全、环保、节能等技术瓶颈问题，能够适应长庆油田油井含水范围宽、产量低、间歇出液井多、含蜡量高的特点，可在长庆油田进行大规模推广使用。

（2）本发明的这种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置的数据处理电路可以对井场中所有井口测量传感器的测量电路传输的数据进行处理，即“一对多”的数据处理方式，一个井场只需配备一套数据处理电路，测量传感器与数据处理电路剥离，降低了生产投入成本。

（3）本发明的这种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置通过设置探头几何形状计为流线型，保证探头能够充分接触油水介质，提高了测量精确度，并且通过在探头内部镶嵌加热丝，解决了探头长时间与原油接触易结蜡的问题，通过采用不锈钢的探头，且在探头表面添加0.2mm厚度瓷材料涂层，使得探头能够耐高温、磨损、腐蚀，大大减少原油中泥沙对探头的损伤。

（4）本发明的这种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置通过在接头体内部的上面设置绝缘套以及在探头与接头体之间设置有绝缘垫可以有效防止电路发生短路，通过用锁紧螺母连接探头与接头体避免了在测量过程中探头发生移动，影响测量准确性。

（5）本发明的这种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置通过使用JA8集成电路芯片作为射频信号发生器以及使用LM124A集成电路芯片作为射频信号接收器，既保证了信号稳定，又耐高温、耐低温，长期使用也可保证测量精度与可靠运行。

（6）本发明的这种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置的A/D数据转换器采用Σ-Δ技术，使用AD7710芯片，具有24位无失码性能，实现电流信号到数字信号的高精度转换。

（7）本发明的这种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置的中心处理器，基于ATmega128单片机设计，采用AVR单片机技术，具备高速数据运行处理能力，数据存储器采用I²C的存储芯片技术，存储容量达1MB，能够存储多个数据。

（8）本发明的这种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置采用的RS485总线通讯接口，组网方便，传输距离远，具有防雷设计和干扰信号隔离功能。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

附图1为本装置现场连接示意图。

附图2为本装置的电路框图。

附图3为本装置的测量传感器的结构示意图。

附图标记说明：1、测量传感器；2、防爆接线盒；3、室外防爆箱；4、探头；5、护罩；6、接头体；7、测量电路板；8、护管；9、壳体；10、对接体；11、压紧螺柱；12、信号线。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种如图1所示的基于射频法的井口原油含水率在线直测装置，包括测量传感器1、防爆接线盒2和室外防爆箱3，所述测量传感器1包括探头4、接头体6、测量电路板7、护管8、壳体9、对接体10、压紧螺柱11和信号线12，所述壳体9内部设置有护管8，壳体9上端通过丝扣与对接体10连接，壳体9下端与接头体6焊接，所述护管8内部设置有测量电路板7，且护管8下端通过螺纹连接与接头体6连接，所述接头体6底部连接有探头4，且探头4与信号线12末端连接，所述信号线12穿过测量电路板7，通过压紧螺柱11固定于对接体10，所述测量传感器1上端的信号线12穿过防爆软管连接到防爆接线盒2，且信号线12穿过穿线管连接到室外防爆箱3。

进一步的，所述测量电路板7上设置有测量电路，所述室外防爆箱3上设置有数据综合处理电路，所述测量电路包括依次连接的射频信号发生器、射频信号接收器、信号运算放大电路及信号转换电路，所述数据综合处理电路包括依次连接的A/D数据转换器、中心处理器及通讯接口。

本发明的这种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置的工作原理如下：

测量传感器1是本装置的核心部分，测量传感器1内部设置有测量电路板7，测量电路板7上设置有测量电路，测量电路是将反映含水率大小的电磁波信号转换为电流模拟信号，探头4向油水介质中发射电磁波，由信号接收器接收透射电磁波强度信号后，将其转换为电流信号传输至数据综合处理模块，数据综合处理模块将电流信号转换为数字信号，并综合分析处理得到含水值数字信号，传输至井场数字化系统，最终传输至站控系统软件，供工作人员随时监控。

本发明的这种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置的电路流程如图2所示：

测量电路所用射频信号发生器内部芯片产生高频恒幅电磁波，由探头向油水介质中连续发射，透过油水介质的电磁波强度减弱，射频信号接收器接收该透射电磁波信号，该信号经运算放大电路放大后，被信号转换电路转换成4-20mA电流信号，电流信号通过信号线传输至井场室外防爆箱中的数据综合处理电路，由A/D转换器将其转换为数字信号，进入中心处理器进行数据综合分析处理、运算，得到的实时含水数字信号存储在数据存储器中供数据调用，并通过通讯接口转换为RS485信号输出。

本发明解决了目前长庆油田单井井口无法实时在线监测含水率的问题，实现了在线测量油井采出物的含水率，并满足了数据远传要求。解决人工取样劳动强度大、效率低、随机性大、误差大等安全、环保、节能等技术瓶颈问题，能够适应长庆油田油井含水范围宽、产量低、间歇出液井多、含蜡量高的特点，可在长庆油田进行大规模推广使用。而且本发明的数据处理电路可以对井场中所有井口测量传感器的测量电路传输的数据进行处理，即“一对多”的数据处理方式，一个井场只需配备一套数据处理电路，测量传感器与数据处理电路剥离，大大的降低了生产投入成本。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种如图3所示测量传感器，所述探头4内部设置有加热丝，探头4上部设置有护罩5，且护罩5通过螺钉连接与接头体6连接，所述探头4的几何形状为流线型，材质为不锈钢，且探头表面添加0.2mm厚度瓷材料涂层。

本发明所采用的传感器为接触式测量，与被测介质接触的为探头4，探头4几何形状设置为流线型，保证其能够充分接触油水介质，提高测量精确度，探头4内部镶嵌加热装置，与探头4一体化封装，可对探头4进行加热，加热温度可达60℃，能够有效防止探头表面结蜡，探头4的材质为不锈钢，且探头表面添加0.2mm厚度瓷材料涂层，耐高温、磨损、腐蚀，大大减少原油中泥沙对探头4的损伤，能够适应长庆油田油井含水范围宽、产量低、间歇出液井多、含蜡量高的特点，可在长庆油田进行大规模推广使用。

实施例3：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种如图3所示测量传感器，所述接头体6内部的上面设置有绝缘套，绝缘套内部设置有锁紧螺母，所述探头4与接头体6通过锁紧螺母连接，且探头4与接头体6之间设置有绝缘垫。绝缘套和绝缘垫都可以有效防止电路发生短路，探头4与接头体6通过锁紧螺母连接，这就避免了在测量过程中探头发生移动，影响测量准确性。

为了使压紧螺柱11与对接体10之间连接紧固，进一步的，所述压紧螺柱11侧面与对接体10相接处设置有钢垫，压紧螺柱11底面与对接体10相接处设置有胶垫。

实施例4：

为了保证信号稳定，所述射频信号发生器使用JA8集成电路芯片，所述射频信号接收器使用LM124A集成电路芯片，这些芯片均能耐高温、耐低温，长期使用也可保证测量精度与可靠运行。

进一步的，所述A/D数据转换器使用AD7710芯片，本发明所使用的A/D数据转换器，采用Σ-Δ技术，使用AD7710芯片，具有24位无失码性能，实现电流信号到数字信号的高精度转换。

进一步的，所述中心处理器采用AVR单片机技术，且中心处理器上设置有数据存储器，所述数据存储器采用I2C容的存储芯片技术，存储容量达1MB。本发明所使用的中心处理器，基于ATmega128单片机设计，采用AVR单片机技术，具备高速数据运行处理能力，且数据存储器采用I²C的存储芯片技术，存储容量达1MB，能够存储多个数据。

更进一步的，所述通讯接口采用RS485总线，组网方便，传输距离远，具有防雷设计和干扰信号隔离功能。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置，其特征在于：包括测量传感器（1）、防爆接线盒（2）和室外防爆箱（3），所述测量传感器（1）包括探头（4）、接头体（6）、测量电路板（7）、护管（8）、壳体（9）、对接体（10）、压紧螺柱（11）和信号线（12），所述壳体（9）内部设置有护管（8），壳体（9）上端通过丝扣与对接体（10）连接，壳体（9）下端与接头体（6）焊接，所述护管（8）内部设置有测量电路板（7），且护管（8）下端通过螺纹连接与接头体（6）连接，所述接头体（6）底部连接有探头（4），且探头（4）与信号线（12）末端连接，所述信号线（12）穿过测量电路板（7），通过压紧螺柱（11）固定于对接体（10），所述测量传感器（1）上端的信号线（12）穿过防爆软管连接到防爆接线盒（2），且信号线（12）穿过穿线管连接到室外防爆箱（3）。

2.如权利要求1所述的一种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置，其特征在于:所述测量电路板（7）上设置有测量电路，所述室外防爆箱（3）上设置有数据综合处理电路，所述测量电路包括依次连接的射频信号发生器、射频信号接收器、信号运算放大电路及信号转换电路，所述数据综合处理电路包括依次连接的A/D数据转换器、中心处理器及通讯接口。

3.如权利要求1所述的一种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置，其特征在于:所述探头（4）内部设置有加热丝，探头（4）上部设置有护罩（5），且护罩（5）通过螺钉连接与接头体（6）连接，所述探头（4）的几何形状为流线型，材质为不锈钢，且探头表面添加0.2mm厚度瓷材料涂层。

4.如权利要求1所述的一种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置，其特征在于：所述接头体（6）内部的上面设置有绝缘套，绝缘套内部设置有锁紧螺母，所述探头（4）与接头体（6）通过锁紧螺母连接，且探头（4）与接头体（6）之间设置有绝缘垫。

5.如权利要求1所述的一种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置，其特征在于：所述压紧螺柱（11）侧面与对接体（10）相接处设置有钢垫，压紧螺柱（11）底面与对接体（10）相接处设置有胶垫。

6.如权利要求2所述的一种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置，其特征在于：所述射频信号发生器使用JA8集成电路芯片，所述射频信号接收器使用LM124A集成电路芯片。

7.如权利要求2所述的一种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置，其特征在于：所述A/D数据转换器使用AD7710芯片。

8.如权利要求2所述的一种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置，其特征在于：所述中心处理器采用AVR单片机技术，且中心处理器上设置有数据存储器，所述数据存储器采用I2C容的存储芯片技术，存储容量达1MB。

9.如权利要求2所述的一种基于射频法的井口原油含水率在线直测装置，其特征在于：所述通讯接口采用RS485总线。