CN109884134A - 一种电极式原油含水率实时检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电极式原油含水率实时检测仪，包括：信号采集部分、信号处理部分和信号传输部分三部分组成。信号采集部分包括电导率信号采集模块和质量信号采集模块以及温度信号采集模块以及加热模块。信号处理部分包括恒流源激励模块、信号放大模块、自适应档位切换模块、真有效值转换模块。测量中在激励电极一端施加恒流正弦激励信号，恒流正弦激励信号通过被测溶液连接至地形成回路，从而在接收电极中产生压降，接收电极产生的压降与溶液电导率成线性关系，通过温度传感器和加热装置测量在两个不同温度下原油的电导率，结合两次测量中的质量和温度所对应的原油馏分汽化率，利用微处理器的程序公式可计算出原油的含水率。通过通讯电缆传送至井上控制台，从而实现对原油矿化度的实时检测。

Description

一种电极式原油含水率实时检测仪

技术领域

本发明涉及传感器及检测技术领域，具体涉及一种电极式原油含水率实时检测仪，主要针对于检测油井下原油的含水率。

背景技术

目前市场上常见的电极式原油含水率实时检测仪，均需要标定所测样品中纯水相的电导率值，而所测样品中纯水相的电导率值往往无法准确得到，这导致电导法原油含水率测量准确性无法保障。随着原油含水率测量技术的不断发展，越来越多的科技工作者开始研究原油含水率实时检测仪，这对电极式原油含水率实时检测仪在测量的准确性提出了较高的要求。

现有的电极式原油含水率实时检测仪主要基于Maxwell模型的原理，实际测量中需要测量样品中纯水相的电导率值。现有的方法都是通过提前标定来解决，这导致了测量的准确性无法保证，极大的限制了电导法原油含水率测量方法向大规模化应用方向的发展。

因此，本发明提出了一种电极式原油含水率实时检测仪，通过温度传感器和加热装置测量两个不同温度下原油的电导率，结合两次测量中的质量和温度所对应的原油馏分汽化率，利用微处理器的程序公式可计算出原油的含水率。避免事先标定样品中纯水相电导率值，极大的提高了测量含水率的准确性。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是设计一种电极式原油含水率实时检测仪，能够解决目前电极式原油含水率实时检测仪需要提前标定样品中纯水相的电导率值，导致测量的准确性无法保证的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：设计一种电极式原油含水率实时检测仪，包括如下内容：

(1)含水率传感器的设计方面，该传感器由两个电极、支持体和温度传感器以及质量传感器和加热装置组成。电极的形状为一个带引线的圆环，支持体由三个空心圆柱采用插接结构组合而成，两个电极圆环平行且等间距排列于支持体内侧，引线一侧通过支持体的小孔连接外部电路。同时，温度传感器和质量传感器以及加热装置镶嵌于引线另一侧的支持体底部直接与外部电路相连。

(2)传感器测量原理：该传感器的两个电极中，一侧电极为激励电极，连接至硬件电路中的激励模块，另一侧侧直接接地，在支持体内部形成回路。当有恒流激励源激励激励电极时，两个电极便会产生压降，该压降与溶液电导率成线性关系，从而通过测量传感器输出的压降来测量原油的电导率。通过温度传感器和加热装置测量在两个不同温度下原油的电导率，结合两次测量中的质量和温度所对应的原油馏分汽化率，利用微处理器的程序公式可计算出原油的含水率。其中计算含水率的公式为：

式中T₁和T₂为第一次测量和第二次测量所测得的温度，Z₁和Z₂是T₁和T₂温度下所对应的原油馏分汽化率，σ_m1和σ_m2为第一次测量和第二次测量的电导率，E₁和E₂是为第一次测量和第二次测量所测得的质量，B为原油含水率。

(3)硬件电路由信号激励模块，信号处理模块和信号传输模块三部分组成，其中信号激励模块由正弦信号发生电路、恒流激励电路和自适应档位切换电路三部分组成，信号处理模块主要包括电压信号放大电路、真有效值转换电路和A/D转换电路三部分组成，信号传输模块主要包括485电平转换电路。

本发明的有益效果是：

首先，本发明所述电极式原油含水率实时检测仪测量两个不同温度下的原油电导率值结合两次测量的质量，温度所对应的原油馏分汽化率。传感器所得信号通过硬件电路处理后传入微处理器通过发明内容中所述公式得到原油含水率。

其次，相比较于传统的电极式原油含水率实时检测仪，本发明所采用的电极式原油含水率实时检测仪避免了事先标定纯水相电导率而导致测量精确度无法保障的问题，保证了测量精度，提高了效率，从硬件角度实现也较为容易。

最后，本发明所提出的电极式原油含水率实时检测仪，可以根据所处环境及实际需要，适时的增加或减少加热的温度。两次测量的温度差越大，含水率测量精度越高，而整体成本并不会增加，表明本发明具有强大的可拓展能力。

附图说明

图1是本发明一种电极式原油含水率实时检测仪的整体结构图。

图2是支持体内部结构图。

图3是支持体外观图。

图4是工作信号流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，该含水率测量仪包括信号采集模块设计、信号处理模块设计和信号传输模块设计三部分组成。信号采集模块设计包括电导率信号采集模块和质量测量模块和温度信号采集模块以及加热装置。信号处理部分包括恒流源激励模块、自适应档位切换模块、信号放大模块、真有效值转换模块。信号传输模块主要是对输出信号进行485电平转换，通过通讯电缆与外界通讯。

如图2所示，含水率传感器的设计方面，该传感器由两个电极、支持体和温度传感器，质量传感器和加热装置所组成。电极的形状为一个带引线的圆环，支持体由三个空心圆柱采用插接结构组合而成，两个电极圆环平行且等间距排列于支持体内侧，引线一侧通过支持的体小孔连接外部电路。

如图3所示，两个电极引线封装成一根，从电极引线口引出。温度传感器，质量传感器和加热装置镶嵌于引线另一侧的槽中并引出信号线。

如图4所示，含水率传感器信号流向关系为：正弦信号发生电路产生正弦激励信号，该正弦信号经过由模拟开关控制的量程电阻后到达电导率传感器的激励电极，从而和接地电极上产生压降。信号处理模块将该电压降经过真有效值转换电路处理送至微处理器进行滤波，同时，温度传感器和质量传感器采集到的信号经过A/D转换电路传送至处理器，微处理器根据通过发明内容所述公式计算出原油含水率，通过控制信号传输模块输出原油含水率的值。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种电极式原油含水率实时检测仪，其特征在于：包括信号采集模块、信号处理模块、信号传输模块三部分，信号采集模块由电导率传感器和质量传感器以及温度传感器和加热装置组成，放置于油井勘探管的导流部分，信号处理模块和数据传输模块放置于勘探管的密封耐压部分，信号处理模块由指令放大电路、有效值转换电路、微处理器组成，信号传输模块采用485通讯。

2.根据权利要求1所述的一种电极式原油含水率实时检测仪，其特征在于：所述电导率传感器由二个电极和支持体组成，二个电极固定于支持体内侧，采用化学性质稳定、导电能力强的材料作为制作电极的材料，采用硬度高、绝缘能力好且耐腐蚀能力强的材料作为制作支持体的材料。

3.根据权利要求1所述的一种电极式原油矿化度实时检测仪，其特征在于：所述电导率传感器可以为三电极电导率传感器和七电极电导率传感器。

4.根据权利要求1所述的一种电极式原油矿化度实时检测仪，其特征在于：所述温度传感器镶嵌于支持体内侧，采用分辨率高、稳定性强且防水型温度传感器探头作为温度传感器原件。