CN107462630A

CN107462630A - 一种基于声速法的聚合物浓度检测方法和设备

Info

Publication number: CN107462630A
Application number: CN201710700175.7A
Authority: CN
Inventors: 梁福元; 董立山; 杨晓敏; 张清波; 隋学旭; 巩玉亮; 王志刚; 周刚
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shengli Oilfield Co Gudao Oil Extraction Plant
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Shengli Oilfield Co Gudao Oil Extraction Plant
Priority date: 2017-08-16
Filing date: 2017-08-16
Publication date: 2017-12-12

Abstract

本发明实施例提供一种基于声速法的聚合物浓度检测方法和设备，该方法包括：通过配置的测试样品，采用不同频率的超声波进行测试，以确定超声波频率与反馈信号的接收质量和接收强度之间的对应关系，以确定检测时采用的超声波发射频率；通过配置的测试样品，采用不同长度的超声波探头进行测试，以确定超声波探头长度与反馈信号的接收质量和接收强度之间的对应关系，以确定检测时采用的超声波探头长度；利用声速法进行聚合物浓度检测，以取得声速‑温度‑浓度的标准对应关系；并根据该声速‑温度‑浓度的标准对应关系生成不同温度下浓度检测自动补偿的回归方程。

Description

一种基于声速法的聚合物浓度检测方法和设备

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种基于声速法的聚合物浓度检测方法和设备。

背景技术

聚合物溶液的浓度检测是油田聚合物驱油开发过程中的一项重要的工作。现有的聚合物浓度主流的检测方法包括浊度法、淀粉-碘化镉法、粘度法、荧光分光光度法和化学发光定氮法等，这些种方法在应用存在耗时长、化学药剂应用安全隐患以及适用条件窄等问题。

目前，超声波浓度检测方法已经应用在浓度检测领域，其原理是利用声速测定标准样品，获取声速-温度-浓度的标准对应关系，然后对待测样品进行检测声速与温度关系，并通过标准对应关系计算待测样品浓度。矿场应用中聚合物溶液采用油田产出污水经过简单处理后用以进行配制聚合物溶液，不同油田所产污水会有明显的不同。因此，利用超声波检测时不同油田的检测效果会有明显的不同，存在局限性。现有超声波测试方法没有提出针对性的解决方法。

发明内容

针对现有技术中的超声波检测方法不适用于油田检测的问题，本发明实施例要解决的技术问题是提出一种更为准确高效的基于声速法的聚合物浓度检测方法和设备，至少部分的解决现有技术中存在的问题。

为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种基于声速法的聚合物浓度检测方法，包括：

超声波发射频率确定步骤，用于通过配置的测试样品，采用不同频率的超声波进行测试，以确定超声波频率与反馈信号的接收质量和接收强度之间的对应关系，以确定检测时采用的超声波发射频率；

超声波探头长度确定步骤，用于通过配置的测试样品，采用不同长度的超声波探头进行测试，以确定超声波探头长度与反馈信号的接收质量和接收强度之间的对应关系，以确定检测时采用的超声波探头长度；

确定步骤，用于利用声速法进行聚合物浓度检测，以取得声速-温度-浓度的标准对应关系；并根据该声速-温度-浓度的标准对应关系生成不同温度下浓度检测自动补偿的回归方程。

其中，所述超声波发射频率确定步骤包括：

获取目标油田的聚合与溶液浓度范围区间，并以此确定测试溶液；

确定N个测试超声波频率；

在预设温度条件下，利用每一测试超声波频率的超声波对测试溶液进行测试以获取该测试超声波频率下的超声波在测试溶液中传播后接收到的信号的接收质量和接收强度；

根据接收质量和接收强度测试结果确定超声波信号的发射频率区间。

其中，所述超声波探头长度确定步骤包括：

确定N个测试超声波探头长度；

在预设温度条件下，利用每一测试超声波探头长度的超声波对测试溶液进行测试以获取该超声波探头长度下的超声波在测试溶液中传播后接收到的信号的接收质量和接收强度；

根据接收质量和接收强度测试结果确定超声波探头长度区间。

其中，所述确定步骤包括：

配置不同浓度的测试溶液；

在不同的测试温度下，利用确定的超声波探头长度和超声波发射频率，分别对不同浓度的测试溶液进行测试，以确定声速-温度-浓度的标准对应关系；

根据该声速-温度-浓度的标准对应关系生成不同温度下浓度检测自动补偿的回归方程。

其中，所述回归方程为：

y＝-0.0647x²+6.3154x+1334.9；其中y为声速,x为温度。

同时，本发明实施例还提出了一种基于声速法的聚合物浓度检测的设备，包括超声波探头，所述超声波探头包括用于发射超声波并接受返回的超声波反馈信号的超声波测量探头、设置于所述超声波测量探头对端并与所述超声波测量探头成预设距离的反射头，其中所述超声波测量探头与反射头垂直相对设置以将超声波测量探头发射的超声波进行反射以形成超声波反馈信号。

其中，还包括支撑住，所述支撑柱设置于所述超声波探头与反射头之间以将所述超声波测量探头与反射头之间固定成一体。

其中，包括三个成品字形设置的支撑柱，所述三个支撑柱之间成120°均匀分布。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：上述技术方案提出了一种基于声速法的聚合物浓度检测方法和设备，通过全新设计的探头长度和发射频率，使声速法超声波检测能匹配特定油区污水配制聚合物溶液特性，以提高聚合物浓度检测的准确性和效率。

附图说明

图1为本发明实施例的基于声速法的聚合物浓度检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中的发射频率与接收质量和接收强度的对应关系图；

图3为本发明实施例中的探头长度与信号接收质量和接收强度关系曲线；

图4为本发明实施例中的声速与温度标准曲线；

图5为采用测试油井对不同方法获得的检测结果比较图；

图6为采用多次检测对不同方法获得的检测结果比较图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提出了一种基于声速法的聚合物浓度检测方法，其重点在于：在进行超声波浓度检测前，首先通过给定的实验方法确定适合的超声波发射频率和合理的超声波传播距离，以使超声波检测时接收信号质量与强度达到最优，然后再采用声速法进行超声波浓度检测。其中：

1：超声波发射频率设定：按照以下方法进行实验，以利用实验数据进行频率优选；具体包括：

①利用给定油田污水配制标准浓度的溶液样品，测试不同频率下接收信号的强度与质量；

②利用实验数据生成对应关系曲线，并根据该对应关系曲线确定最优超声波发射频率。

2：超声波探头；由于发射探头同样具有接收功能，因此可利用平滑反射面反射超声波信号以实现超声波的发射与接收，而探头优化实质上是超声波在溶液中的传播距离；具体包括：

①利用给定油田污水配制标准浓度的溶液样品，测试不同长度的探头接收到的信号的强度与质量；

②利用实验数据生成对应关系曲线，并根据该对应关系曲线确定最优的探头长度。

其中如图1所示的，超声波探头及反射端均设计为圆盘状光滑平面，中间为三根支撑柱，支撑柱之间夹角为120度均匀排列。

3：在利用固定模式的超声波频率与探测距离完成设定后，采取声速法进行聚合物浓度检测。

具体的，本发明实施例包括以下步骤：

1、配制标准聚合物溶液样品：

由于胜利油田孤岛采油厂生产用聚合物溶液一般在2000ppm，因此标准聚合物溶液样品浓度配制为2000ppm，共配制4000ml并均分8份；

2、实验确定超声波发射频率：

(1)实验频率设定为0.5MHz、0.8MHz、1MHz、3MHz、4MHz、5MHz六个值；

(2)在保持温度20℃±0.5的条件下，用0.5MHz频率测试在聚合物溶液中的传播情况，分别在8个样品中测试，记录超声波在聚合物溶液中的接收强度与接收质量数据；再按照上述方法依次测试0.8MHz、1MHz、3MHz、4MHz、5MHz并记录数据。记录结果如表1：

表1接收频率测试数据统计表

(3)根据上表中的统计数据进行分析，绘制出如图2所示的发射频率与接收强度和接收质量对应关系图，选择超声波接收信号强度与质量最好的发射频率区间在0.8-4Hz之间。

3、实验确定超声波在溶液中的传播距离:

(1)配制标准聚合物溶液样品：

用油田污水配制浓度为2000ppm的标准聚合物溶液样品4000ml，均分8份放置于8个500ml烧杯中；

(2)实验确定超声波传输距离，即超声探头长度的两倍：

(2.1)超声波探头长度分别取50mm、55mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm八个值；

(2.2)在保持温度20℃±0.5的条件下，用50mm探头进行测试频率测试在聚合物溶液中的传播情况，分别在8个样品中测试，记录超声波在聚合物溶液中的接收强度与接收质量数据；再按照上述方法依次测试55mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm等尺寸的探头并记录数据，数据如表2所示，

表2探头长度测试记录数据统计表

(3)根据上表中的统计数据进行分析，绘制出如图3所示的关于探头长度与接收强度和接收质量对应关系图；选择超声波探头长度大于60mm即可，结合现场应用容器高度，选择探头长度在60mm到150mm之间。

4、利用声速法进行聚合物浓度检测，取得声速-温度-浓度的标准对应关系，具体步骤如下：

(1)用油田污水配制从100ppm、500ppm、1000ppm、1500ppm、2000ppm、3000ppm的标准浓度样品；

(2)将探头放入样品中，测量的超声波在聚合物溶液中的声速，记录下声速与温度，连续测量7组数据，如表3所示，根据测量数据绘制标准曲线集，如图4；

表3不同温度不同浓度下声速测量数据记录表

(3)根据测试结果绘制标准曲线集，如图4所示的，为了实现不同温度下浓度检测的自动补偿，进行数理统计得到如下的回归方程：

y＝-0.0647x²+6.3154x+1334.9，其中y为声速,x为温度；

R²＝0.9927。

5、将公式进行内置程序并写入内置工控机中，通过测量，可以得到在温度t下的超声波声速，继而转化为聚合物溶液浓度。

其中，所用的检测仪器如图1所示的，包括仪表外壳1、显示面板2、集成面板3、信号线4、超声波测量探头5、RS485接口6、DC24V电源7。其中，前文所述的超声波探头长度为：测量探头5中的超声波测量探头与反射头之间的距离。

为了证明本发明实施例的有效性，通过以下实验进行验证：

1、适应性验证：用四种干粉、四个污水分别配制浓度为2000mg/l的聚合物溶液，利用超声波检测仪进行检测，16个样品检测数据几乎相当，说明了该超声波检测仪的通用性。

2、现场进行实验应用

(1)如图5所示的，现场连续跟踪实验检测4口注聚井井口注入样品浓度，分别用超声波浓度检测方法和化验方法，两种方法检测结果趋势一致，误差值可控制在50mg/l，验证了超声波聚合物浓度检测仪的实用性。

(2)如图6所示的，现场共化验采出液见聚浓度样品1200余次，两种方法趋势一致。进一步验证了超声波聚合物浓度检测仪的可行性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于声速法的聚合物浓度检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于声速法的聚合物浓度检测方法，其特征在于，所述超声波发射频率确定步骤包括：

确定N个测试超声波频率；

3.根据权利要求1所述的基于声速法的聚合物浓度检测方法，其特征在于，所述超声波探头长度确定步骤包括：

确定N个测试超声波探头长度；

4.根据权利要求1所述的基于声速法的聚合物浓度检测方法，其特征在于，所述确定步骤包括：

配置不同浓度的测试溶液；

5.根据权利要求4所述的基于声速法的聚合物浓度检测方法，其特征在于，所述回归方程为：

y＝-0.0647x²+6.3154x+1334.9；其中y为声速,x为温度。

6.一种基于声速法的聚合物浓度检测的设备，其特征在于，包括超声波探头，所述超声波探头包括用于发射超声波并接受返回的超声波反馈信号的超声波测量探头、设置于所述超声波测量探头对端并与所述超声波测量探头成预设距离的反射头，其中所述超声波测量探头与反射头垂直相对设置以将超声波测量探头发射的超声波进行反射以形成超声波反馈信号。

7.根据权利要求6所述的基于声速法的聚合物浓度检测的设备，其特征在于，还包括支撑住，所述支撑柱设置于所述超声波探头与反射头之间以将所述超声波测量探头与反射头之间固定成一体。

8.根据权利要求7所述的基于声速法的聚合物浓度检测的设备，其特征在于，包括三个成品字形设置的支撑柱，所述三个支撑柱之间成120°均匀分布。