CN112240870B - 原油含水率的测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原油含水率的测量系统及方法，属于油井开采的技术领域。该测量系统包括：光源结构、液体容器、光电检测结构和信号处理装置，液体容器设置有进液孔和出液孔，进液孔位于液体容器的顶端，出液孔位于液体容器的底端，且油井内的原油在重力的作用下从进液孔流至出液孔；液体容器位于光源结构与光电检测结构之间，光电检测结构与信息处理装置电连接，其中，液体容器上朝向光源结构的一侧设置有第一窗口，液体容器上朝向光电检测结构的一侧设置有第二窗口，且第一窗口与第二窗口相对。本发明可以避免造成结垢现象，提高了原油含水率的测量结果的精确度，且该方法不仅适用于含水率较低的原油，也适用于含水率高的原油，具有普适性。
Description
技术领域
本发明涉及油井开采的技术领域，特别涉及一种原油含水率的测量系统及方法。
背景技术
在油井开采过程中，原油的含水率是衡量原油质量的一个重要指标，对原油的开采、储运以及冶炼加工都具有重大影响。因此，通常需要测量原油的含水率。
目前，原油含水率的测量方法主要为密度计法，即采用密度计测量原油的含水率。密度计包括两个探头，一个探头与原油流经的通道的一端连接，用于发送信号；另一个探头与原油流经的通道的另一端连接，用于接收信号。然后，测量信号从发送至接收的时间间隔，进而根据该时间间隔测量原油的含水率。
当油井中原油的含水率高时，水中溶解的物质会造成密度计的探头结垢的现象，导致测量原油含水率的误差较大。因此该种方法仅适用于测量含水率较低的原油，缺乏普适性。
发明内容
本发明提供了一种原油含水率的测量系统及方法，可以解决相关技术中的测量原油含水率的误差较大，缺乏普适性的问题。本发明提供的技术方案如下：
第一方面，提供了一种原油含水率的测量系统，所述测量系统包括：光源结构、液体容器、光电检测结构和信号处理装置，所述液体容器设置有进液孔和出液孔，所述进液孔位于所述液体容器的顶端，所述出液孔位于所述液体容器的底端，且油井内的原油在重力的作用下从所述进液孔流至所述出液孔；
所述液体容器位于所述光源结构与所述光电检测结构之间，所述光电检测结构与所述信息处理装置电连接，其中，所述液体容器上朝向所述光源结构的一侧设置有第一窗口，所述液体容器上朝向所述光电检测结构的一侧设置有第二窗口，且所述第一窗口与所述第二窗口相对；
所述光源结构用于生成第一光信号，所述第一光信号通过所述第一窗口照射至所述液体容器中的原油，并经过所述原油的透射，得到第二光信号；
所述光电检测结构用于基于所述第二光信号生成第一模拟电信号和第二模拟电信号，并将所述第一模拟电信号和所述第二模拟电信号传输至所述信号处理装置；
所述信号处理装置用于将所述第一模拟电信号和所述第二模拟电信号分别转换为第一数字电信号和第二数字电信号，基于所述第一数字电信号和所述第二数字电信号根据流型识别模型识别所述原油包含的流型，根据所述第一数字电信号和所述原油包含的流型确定所述原油的含水率。
可选地，所述光源结构包括光源和斩波器，所述光源用于发出初始光信号，所述斩波器用于基于所述初始光信号生成所述第一光信号。
可选地，所述光电检测结构包括分光模块、第一滤波片、第二滤波片、第一探测单元、第二探测单元和检测电路，所述分光模块位于所述液体容器之后，所述第一滤波片位于所述分光模块与所述第一探测单元之间，所述第一探测单元与所述检测电路电连接，所述第二滤波片位于所述分光模块与所述第二探测单元之间，所述第二探测单元与所述检测电路电连接，所述检测电路与所述信号处理装置电连接；
所述分光模块用于将所述第二光信号分成第三光信号和第四光信号，所述第一滤波片用于对所述第三光信号进行滤波，得到第五光信号，所述第五光信号为单色光信号，所述第一探测单元用于将所述第五光信号转换为第三模拟电信号，所述检测电路用于将所述第三模拟电信号放大为所述第一模拟电信号，并将所述第一模拟电信号传输至所述信号处理装置；
所述第二滤波片用于对所述第四光信号进行滤波，得到第六光信号，所述第六光信号为单色光信号，所述第二探测单元用于将所述第六光信号转换为第四模拟电信号，所述检测电路用于将所述第四模拟电信号放大为所述第二模拟电信号，并将所述第二模拟电信号传输至所述信号处理装置。
可选地，所述第一滤波片的波段为1647-1653纳米。
可选地，所述信号处理装置包括：采集单元和处理单元，所述采集单元分别与所述光电检测结构和所述处理单元连接；
所述采集单元用于采集所述第一模拟电信号和所述第二模拟电信号，将所述第一模拟电信号和所述第二模拟电信号分别转换为所述第一数字电信号和所述第二数字电信号，并将所述第一数字电信号和所述第二数字电信号传输至所述处理单元；
所述处理单元用于基于所述第一数字电信号和所述第二数字电信号根据流型识别模型识别所述原油包含的流型，根据所述第一数字电信号和所述原油包含的流型确定所述原油的含水率。
可选地，所述流型识别模型为对反向传播BP人工神经网络进行流型识别训练得到的模型。
可选地，所述液体容器由三层石英比色皿组成。
可选地，所述第一窗口和所述第二窗口均填充蓝宝石玻璃材料。
可选地，所述液体容器的形状为圆柱体形状。
第二方面，提供了一种原油含水率的测量方法，所述方法包括：
所述光源结构生成所述第一光信号，将所述第一光信号通过所述第一窗口照射至所述液体容器中的原油，并经过所述原油的透射，得到第二光信号；
所述光电检测结构基于所述第二光信号生成第一模拟电信号和第二模拟电信号，并将所述第一模拟电信号和所述第二模拟电信号传输至所述信号处理装置；
所述信号处理装置将所述第一模拟电信号和所述第二模拟电信号分别转换为第一数字电信号和第二数字电信号，基于所述第一数字电信号和所述第二数字电信号根据流型识别模型识别所述原油包含的流型，根据所述第一数字电信号和所述原油包含的流型确定所述原油的含水率。
可选地，所述根据所述第一数字电信号和所述原油包含的流型确定所述原油的含水率，包括：
当所述信号处理装置识别到所述原油包含气相流型时，确定所述第一数字电信号中所述气相流型的原油对应的数字电信号所占的第一时长，以及确定所述第一数字电信号所占的总时长与所述第一时长之间的第一差值；
当所述信号处理装置识别到所述原油包含含油流型时，确定所述第一数字电信号中所述含油流型的原油中纯油对应的数字电信号所占的第二时长；
所述信号处理装置将所述第二时长与所述第一差值之间的比值确定为所述原油的含油率，将1与所述含油率之间的第二差值确定为所述原油的含水率。
可选地，所述光源结构包括光源和斩波器；
所述光源结构生成所述第一光信号，包括：
所述光源发出初始光信号；
所述斩波器基于所述初始光信号生成所述第一光信号。
可选地，所述光电检测结构包括分光模块、第一滤波片、第二滤波片、第一探测单元、第二探测单元和检测电路；
所述分光模块将所述第二光信号分成第三光信号和第四光信号，所述第一滤波片对所述第三光信号进行滤波，得到第五光信号，所述第五光信号为单色光信号，所述第一探测单元将所述第五光信号转换为第三模拟电信号，所述检测电路将所述第三模拟电信号放大为所述第一模拟电信号，并将所述第一模拟电信号传输至所述信号处理装置；
所述第二滤波片对所述第四光信号进行滤波，得到第六光信号，所述第六光信号为单色光信号，所述第二探测单元将所述第六光信号转换为第四模拟电信号，所述检测电路将所述第四模拟电信号放大为所述第二模拟电信号，并将所述第二模拟电信号传输至所述信号处理装置。
可选地，所述第一滤波片(32)的波段为1647-1653纳米。
可选地，所述信号处理装置包括：采集单元和处理单元；
所述采集单元采集所述第一模拟电信号和所述第二模拟电信号，将所述第一模拟电信号和所述第二模拟电信号分别转换为所述第一数字电信号和所述第二数字电信号，并将所述第一数字电信号和所述第二数字电信号传输至所述处理单元；
所述处理单元基于所述第一数字电信号和所述第二数字电信号根据流型识别模型识别所述原油包含的流型，根据所述第一数字电信号和所述原油包含的流型确定所述原油的含水率。
可选地，所述流型识别模型为对反向传播BP人工神经网络进行流型识别训练得到的模型。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的测量系统，不再使用探头在原油中收发信号的方式，而是设置了光源结构、光电检测结构、液体容器和信号处理装置。通过将光源结构生成的第一光信号照射至液体容器中的原油，并经过原油的透射，得到第二光信号，并且，由光电检测结构和信号处理装置对第二光信号进行处理，进而测量原油的含水率。也即是，本发明实施例采用光信号照射原油的方式来测量原油的含水率，测量过程中光源结构、光电检测结构和信号处理装置不会接触到水中溶解的物质，避免造成结垢现象，提高了原油含水率的测量结果的精确度，且该方法不仅适用于测量含水率较低的原油，也适用于测量含水率高的原油，具有普适性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的一种原油含水率的测量系统的结构示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种原油含水率的测量系统的结构示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种原油含水率的测量系统的结构示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的一种原油含水率的测量系统的结构示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种检测电路36的结构示意图；
图6是根据一示例性实施例示出的一种原油含水率的测量系统的结构示意图；
图7是根据一示例性实施例示出的信号处理装置4识别出原油包含的水相流型的示意图；
图8是根据一示例性实施例示出的信号处理装置4识别出原油包含的水包油泡状流的示意图；
图9是根据一示例性实施例示出的信号处理装置4识别出原油包含的水包油段塞流的示意图；
图10是根据一示例性实施例示出的通过流型识别模型对气相流型、水相流型、水包油泡状流和水包油段塞流这四种流型识别的结果图；
图11是根据一示例性实施例示出的一种原油含水率的测量方法的流程图。
图中的附图标记分别表示：
1-光源结构，2-液体容器，3-光电检测结构，4-信号处理装置，
11-光源，12-斩波器，13-斩波器信号源，14-衰减片，15-小孔光阑准，16-直透镜，
21-进液孔，22-出液孔，23-第一窗口，24-第二窗口，
31-分光模块，32-第一滤波片，33-第二滤波片，34-第一探测单元，35-第二探测单元，36-检测电路，
41-采集单元，42-处理单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1是根据一示例性实施例示出的一种原油含水率的测量系统的结构示意图，如图1所示，该测量系统包括：光源结构1、液体容器2、光电检测结构3和信号处理装置4。
液体容器2设置有进液孔21和出液孔22，进液孔21位于液体容器的顶端，出液孔22位于液体容器的底端，且油井内的原油在重力的作用下从进液孔21流至出液孔22。液体容器2位于光源结构1与光电检测结构3之间，光电检测结构3与信息处理装置4电连接，其中，液体容器2上朝向光源结构1的一侧设置有第一窗口23，液体容器2上朝向光电检测结构3的一侧设置有第二窗口24，且第一窗口23与第二窗口24相对。
其中，光源结构1用于生成第一光信号，第一光信号通过第一窗口23照射至液体容器2中的原油，并经过原油的透射，得到第二光信号；光电检测结构3用于基于第二光信号生成第一模拟电信号和第二模拟电信号，并将第一模拟电信号和第二模拟电信号传输至信号处理装置4；信号处理装置4用于将第一模拟电信号和第二模拟电信号分别转换为第一数字电信号和第二数字电信号，基于第一数字电信号和第二数字电信号根据流型识别模型识别原油包含的流型，根据第一数字电信号和原油包含的流型确定原油的含水率。
也即是，在该原油含水率的测量系统中，通过光源结构1生成第一光信号并将第一光信号照射至液体容器2中的原油，并通过光电检测结构3对透射原油后的第二光信号进行光电转化，得到第一模拟电信号和第二模拟电信号，进而通过信号处理装置4进行模数转换，得到第一数字电信号和第二数字电信号，基于第一数字电信号和第二数字电信号根据流型识别模型识别原油包含的流型，根据第一数字电信号和原油包含的流型确定原油的含水率。由于测量原油含水率的过程中光源结构1、光电检测结构3和信号处理装置4不会接触到水中溶解的物质，避免造成结垢现象，提高了含水率的测量结果的精确度，且该方法不仅适用于测量含水率较低的原油，也适用于测量含水率高的原油，具有普适性。
可选地，图2是根据一示例性实施例示出的一种原油含水率的测量系统的结构示意图。如图2所示，光源结构1包括光源11和斩波器12，光源11用于发出初始光信号，斩波器12用于基于初始光信号生成第一光信号。
需要说明的是，初始光信号为方向发散的白光。斩波器12用于生成方向固定的平行光，因此，第一光信号为斩波器12将初始光信号处理后生成的平行光的光信号。
还需要说明的是，可以将卤钨灯作为光源11，当然还可以将其他的光学器件作为光源11，本发明实施例对此不作限定。并且，可以将斩波器12与斩波器信号源13电连接，斩波器信号源13用于给斩波器12提供信号源。
另外，参考图2，光源结构1还可以包括衰减片14、小孔光阑15和准直透镜16。衰减片14位于光源11和小孔光阑15之间，准直透镜16位于小孔光阑15和斩波器12之间。衰减片14用于对光源11发出的初始光信号进行衰减，得到衰减后的初始光信号，小孔光阑15用于对衰减后的初始光信号进行光束或者视场的限制，准直透镜16用于维持经过小孔光阑15后得到的光信号的准直性。
可选地，图3是根据一示例性实施例示出的一种原油含水率的测量系统的结构示意图。如图3所示，斩波器12生成的第一光信号照射至液体容器2中的原油，并经过原油的透射，得到第二光信号。
其中，液体容器2可以由三层石英比色皿组成，单个石英比色皿的厚度为1mm，所以液体容器2的厚度可以为3mm。并且，液体容器2的形状可以为圆柱体形状，当然还可以为其他形状，例如立方体形状、不规则立体形状等等，本发明实施例对此不做限定。
需要说明的是，为了提高原油含水率的测量系统的寿命，在液体容器2两侧设置的第一窗口23和第二窗口24均可以填充有蓝宝石玻璃材料，这样，能够防止原油经由第一窗口23和第二窗口24流出液体容器2。为了满足井下高压环境的要求，该蓝宝石玻璃窗口的直径可为5毫米，蓝宝石玻璃厚度可为4毫米。另外，第一窗口23和第二窗口24也可以填充K9光学玻璃材料，本发明实施例对填充的材料的材质不作具体限定。
还需要说明的是，在本发明实施例中，油井内的原油在重力的作用下从液体容器2顶端的进液孔21流至液体容器2底端的出液孔22，这种方法下原油流动时变得稳定且连续，测量重复性较好。
可选地，图4是根据一示例性实施例示出的一种原油含水率的测量系统的结构示意图。如图4所示，光电检测结构3包括分光模块31、第一滤波片32、第二滤波片33、第一探测单元34、第二探测单元35和检测电路36，分光模块31位于液体容器2之后，第一滤波片32位于分光模块31与第一探测单元34之间，第一探测单元34与检测电路36电连接，第二滤波片33位于分光模块31与第二探测单元35之间，第二探测单元35与检测电路36电连接，检测电路36与信号处理装置4电连接。
分光模块31用于将第二光信号分成第三光信号和第四光信号，第一滤波片32用于对第三光信号进行滤波，得到第五光信号，第五光信号为单色光信号，第一探测单元34用于将第五光信号转换为第三模拟电信号，检测电路36用于将第三模拟电信号放大为第一模拟电信号，并将第一模拟电信号传输至信号处理装置4。
第二滤波片33用于对第四光信号进行滤波，得到第六光信号，第六光信号为单色光信号，第二探测单元35用于将第六光信号转换为第四模拟电信号，检测电路36用于将第四模拟电信号放大为第二模拟电信号，并将第二模拟电信号传输至信号处理装置4。
需要说明的是，分光模块31的作用是将一路光信号分成多路，该分光模块31可以为分光片。滤波片的作用是让一路光信号中波段与该滤波片波段相同的光信号以尽可能高的透射率通过，而衰减其他波段的光信号，以获得单色性良好的单色光信号。因此，第一滤波片32对第三光信号进行滤波得到的第五光信号为单色光信号，且第五光信号的波段与第一滤波片32的波段相同。第二滤波片33对第四光信号进行滤波得到的第六光信号也为单色光信号，且第六光信号的波段与第二滤波片33的波段相同。其中，第一滤波片32的波段可以为1647-1653纳米，并且，第一滤波片32的透过率大于60％，半峰值带宽为16-20nm，截止范围为1740-2000nm@T<1％，该T为1740-2000nm对应的透过率。第二滤波片33的波段可以为1047-1053纳米，并且，第二滤波片33的透过率大于60％，半峰值带宽为16-20nm，截止范围为400-1700nm@T<1％，该T为400-1700nm对应的透过率。
还需要说明的是，第一探测单元34与第二探测单元35的工作原理相同，以下以第一探测单元34的工作原理为例进行介绍。由于第一探测单元34位于第一滤波片32与检测电路36之间，且用于将经过第一滤波片32得到的第五光信号转换为第三模拟电信号，并将第三模拟电信号发送至检测电路36。因此，为了无畸变地将第五光信号转化为第三模拟电信号，并提高传输第三模拟电信号的效率，第一探测单元34的工作参数不仅需要与第一滤波片32、第五光信号相匹配，而且要与检测电路36的工作参数相匹配。如此，第一滤波片32、第一探测单元34和检测电路36均可以处于最佳的工作状态。其中，第一探测单元34和第二探测单元35均可以为探测器。
本发明实施例对第一探测单元34和第二探测单元35的材料不作具体限定。示例性地，第一探测单元34和第二探测单元35均可以选用光敏二极管，且该光敏二极管的三个引脚分别接正、负和外壳地，详细的工作参数如表1所示。
表1
还需要说明的是，检测电路36可以采用三级放大电路将第三模拟电信号放大为第一模拟电信号，并将第四模拟信号放大为第二模拟电信号。图5是根据一示例性实施例示出的一种检测电路36的结构示意图，如图5所示，第一级放大电路与第二级放大电路电连接，第二级放大电路与第三级放大电路电连接。检测电路36接收到的模拟电信号为电流信号，第一级放大电路用于将接收到电流信号的模拟电信号转换为电压信号的模拟电信号，第二级放大电路用于将电压信号的模拟电信号进行电压放大，第三级放大电路用于将放大后的模拟电信号进行反向转换并进行输出。
为了使检测电路36具有最好的性能，检测电路36需要满足以下三方面的要求：一是输出信噪比高，电路噪声小；二是通频带要足够宽；三是输出信号功率大，且位于检测电路36之后的电路的输入阻抗与检测电路36输出的信号功率相匹配。
可选地，图6是根据一示例性实施例示出的一种原油含水率的测量系统的结构示意图。如图6所示，信号处理装置4包括：采集单元41和处理单元42，采集单元41分别与光电检测结构3和处理单元42连接。采集单元41用于采集第一模拟电信号和第二模拟电信号，将第一模拟电信号和第二模拟电信号分别转换为第一数字电信号和第二数字电信号，并将第一数字电信号和第二数字电信号传输至处理单元42。处理单元42用于基于第一数字电信号和第二数字电信号根据流型识别模型识别原油包含的流型，根据第一数字电信号和原油包含的流型确定原油的含水率。其中，采集单元41与光电检测结构3中的检测电路36连接。
处理单元42可以基于第一数字信号和第二数字信号根据流型识别模型识别原油包含的流型，当识别到原油包含气相流型时，确定第一数字电信号中该气相流型的原油对应的数字电信号所占的第一时长，以及确定第一数字电信号所占的总时长与第一时长之间的第一差值。当处理单元42识别到原油包含含油流型时，确定第一数字电信号中该含油流型的原油中纯油对应的数字电信号所占的第二时长。进而，处理单元42将第二时长与该第一差值之间的比值确定为原油的含油率，将1与该含油率之间的第二差值确定为原油的含水率。
需要说明的是，第一数字电信号为1650nm的光信号对应的电信号，第二数字电信号为1050nm的光信号对应的电信号。为了提高识别原油包含的流型的精度，本发明实施例选择将第一数字电信号和第二数字电信号结合起来识别。而由于第一数字电信号最能反映原油的情况，因此，本发明实施例选择仅通过第一数字电信号来确定原油的含水率。
原油可能包含多种不同的流型，例如，气相流型、水包油泡状流、水包油段塞流等，水包油泡状流和水包油段塞流属于含油流型。需要说明的是，气相流型对于测量原油的含水率没有任何帮助，因此，当处理单元42识别出原油中的气相流型时，可以去除气相流型对于测量原油含水率的影响，也即是，处理单元42可以确定第一数字电信号中该气相流型的原油对应的数字电信号所占的第一时长，以及确定第一数字电信号所占的总时长与第一时长之间的第一差值，进而后续使用该第一差值进行原油含水率的测量。
还需要说明的是，当处理单元42识别到原油包含多个含油流型时，可以确定每个含油流型的原油中纯油对应的数字电信号所占的第三时长，进而将多个第三时长之和确定为第二时长。对于每个第三时长，可以通过如下过程确定：确定某个含油流型的原油的开始时刻和结束时刻，以及该含油流型的原油在该时长内的电压，基于预设公式确定该含油流型的原油中的纯油在该含油流型的原油中所占的比例，进而将该比例与该含油流型的原油所占时长的乘积作为该含油流型的原油中的纯油对应的第三时长。
示例地，水包油泡状流对应的预设公式可以为如下第一公式：
第一公式：
其中，U1为水包油泡状流的原油中的纯油在该水包油泡状流的原油中所占的比例，t0为该水包油泡状流的原油的开始时刻，tn为该水包油泡状流的原油的结束时刻，f(x)为该水包油泡状流的原油的电压，a为常数。
水包油段塞流对应的预设公式可以为如下第二公式：
第二公式：
其中，U2为水包油段塞流的原油中的纯油在该水包油段塞流的原油中所占的比例，t1为该水包油段塞流的原油的开始时刻，t2为该水包油段塞流的原油的结束时刻，g(x)为该水包油段塞流的原油的电压，a为常数。
还需要说明的是，由于第二时长是原油中纯油对应的数字电信号所占的时长，第一差值是原油中去除气相流型所占时长后的时长，因此，第二时长与第一差值之间的比值即为原油的含油率，1与该含油率之间的第二差值即为原油的含水率。
举例来说，原油包括气相流型、水包油泡状流和水包油段塞流这三种流型。原油的第一数字电信号所占的总时长为1000s，气相流型的原油对应的数字电信号所占的第一时长为100s，那么该总时长与第一时长之间的第一差值为900s。水包油泡状流的原油占了500s，水包油泡状流的原油中的纯油所占的比例为5％，则水包油泡状流的原油中的纯油所占的第三时长为25s。水包油段塞流的原油占了400s，水包油段塞流的原油中的纯油所占的比例为10％，则水包油段塞流的原油中的纯油所占的第三时长为40s。这两个第三时长之和，也即第二时长即为75s，则第二时长与第一差值之间的比值为75/900＝8.33％，也即原油的含油率为8.33％，而含水率即为1与8.33％之间的第二差值91.67％。
另外，为了提高识别原油包含的流型的精度，信号处理装置4可以基于第一数字电信号和第二数字电信号根据流型识别模型识别原油包含的流型；但为了提高识别原油包含的流型的速度，也可以基于第一数字电信号或者第二数字电信号根据流型识别模型识别原油包含的流型。可选地，流型识别模型可以为对反向传播BP人工神经网络进行流型识别训练得到的模型，训练时可以将BP人工神经网络设置成3层网络结构，且隐层神经元的数量为10。
如下对通过流型识别模型识别出的各种流型的原油的电压变化图进行简要说明：
如图7-9所示，图7是信号处理装置4识别出原油包含的水相流型的电压变化示意图，在该图中，水对光信号的吸收较平稳，1650nm光信号对应的电压均值为0.5145v，1050nm光信号对应的电压均值为0.1501v，表明纯水对1050nm波段的光信号吸收较强。图8是信号处理装置4识别出原油包含的水包油泡状流的电压变化示意图，在该图中，每一个油泡出现时，1650nm光信号和1050nm光信号对应的电压均会变化，但1650nm光信号对应的电压变化明显，1050nm光信号对应的电压变化不明显。图9是信号处理装置4识别出原油包含的水包油段塞流的电压变化示意图，在该图中，原油对1050nm光信号的吸收比对1650nm光信号的吸收弱，所以1050nm光信号对应的电压比1650nm光信号对应的电压强，1050nm光信号对应的电压均值为0.3962v，1650nm光信号对应的电压均值为0.2253v。
如图10所示，图10为通过流型识别模型对气相流型、水相流型、水包油泡状流和水包油段塞流这四种流型识别的结果图。在该图中，气相流型被正确识别了29次，识别率为78.38％；水相流型被正确识别了120次，识别率为96.77％；水包油泡状流被正确识别了244次，识别率为98.39％；水包油段塞流被正确识别了265次，识别率为100％。
另外，需要说明的是，处理单元42可以通过Labview(Laborary VirtualInstrument Engineering Workbench，实验虚拟仪器工程平台)软件控制采集单元41，并基于采集单元41传输的数字电信号识别原油包含的流型和确定原油的含水率。另外，处理单元42可以设有显示功能，并通过显示功能将原油的含水率进行显示。
本发明实施例对采集单元41和处理单元42的结构不作具体限定，示例性地，采集单元41为采集卡，处理单元42为上位机。且，本发明实施例对采集卡的具体参数不作具体限定，示例性地，该采集卡的参数如下：16路模拟输入通道，单通道的采样率1.25MS/s(每秒采集106倍的采样点)，多通道的采样率为1MS/s，16位分辨率，2路模拟输出，24条数字I/O(Input/Output，输入/输出)线，其中8条为10MHz(兆赫兹)硬件定时线，以及4路32位计数器定时器针，支持Windows7操作系统。
在本发明实施例中，不再使用探头在原油中收发信号的方式，而是设置了光源结构、光电检测结构、液体容器和信号处理装置。通过将光源结构生成的第一光信号照射至液体容器中的原油，并经过原油的透射，得到第二光信号，并且，由光电检测结构和信号处理装置对第二光信号进行处理，进而测量原油的含水率。也即是，本发明实施例采用光信号照射原油的方式来测量原油的含水率，测量过程中光源结构、光电检测结构和信号处理装置不会接触到水中溶解的物质，避免造成结垢现象，提高了原油含水率的测量结果的精确度，且该方法不仅适用于测量含水率较低的原油，也适用于测量含水率高的原油，具有普适性。
图11是根据一示例性实施例示出的一种原油含水率的测量方法的流程图，如图11所示，该方法应用于上述实施例所示的测量系统，该方法包括：
步骤1101：光源结构生成第一光信号，将第一光信号通过第一窗口照射至液体容器中的原油，并经过原油的透射，得到第二光信号。
步骤1102：光电检测结构基于第二光信号生成第一模拟电信号和第二模拟电信号，并将第一模拟电信号和第二模拟电信号传输至信号处理装置。
步骤1103：信号处理装置将第一模拟电信号和第二模拟电信号分别转换为第一数字电信号和第二数字电信号，基于第一数字电信号和第二数字电信号根据流型识别模型识别原油包含的流型，根据第一数字电信号和原油包含的流型确定原油的含水率。
在一个可能的实现方式中，根据第一数字电信号和原油包含的流型确定原油的含水率，包括：
当信号处理装置识别到原油包含气相流型时，确定第一数字电信号中气相流型的原油对应的数字电信号所占的第一时长，以及确定第一数字电信号所占的总时长与第一时长之间的第一差值；
当信号处理装置识别到原油包含含油流型时，确定第一数字电信号中含油流型的原油中纯油对应的数字电信号所占的第二时长；
信号处理装置将第二时长与第一差值之间的比值确定为原油的含油率，将1与含油率之间的第二差值确定为原油的含水率。
在一个可能的实现方式中，光源结构包括光源和斩波器；
光源结构生成第一光信号，包括：
光源发出初始光信号；
斩波器基于初始光信号生成第一光信号。
在一个可能的实现方式中，光电检测结构包括分光模块、第一滤波片、第二滤波片、第一探测单元、第二探测单元和检测电路；
分光模块将第二光信号分成第三光信号和第四光信号，第一滤波片对第三光信号进行滤波，得到第五光信号，第五光信号为单色光信号，第一探测单元将第五光信号转换为第三模拟电信号，检测电路将第三模拟电信号放大为第一模拟电信号，并将第一模拟电信号传输至信号处理装置；
第二滤波片对第四光信号进行滤波，得到第六光信号，第六光信号为单色光信号，第二探测单元将第六光信号转换为第四模拟电信号，检测电路将第四模拟电信号放大为第二模拟电信号，并将第二模拟电信号传输至信号处理装置。
可选地，第一滤波片的波段为1647-1653纳米。
在一个可能的实现方式中，信号处理装置包括：采集单元和处理单元；
采集单元采集第一模拟电信号和第二模拟电信号，将第一模拟电信号和第二模拟电信号分别转换为第一数字电信号和第二数字电信号，并将第一数字电信号和第二数字电信号传输至处理单元；
处理单元基于第一数字电信号和第二数字电信号根据流型识别模型识别原油包含的流型，根据第一数字电信号和原油包含的流型确定原油的含水率。
在一个可能的实现方式中，流型识别模型为对反向传播BP人工神经网络进行流型识别训练得到的模型。
在本发明实施例中，不再使用探头在原油中收发信号的方式，而是设置了光源结构、光电检测结构、液体容器和信号处理装置。通过将光源结构生成的第一光信号照射至液体容器中的原油，并经过原油的透射，得到第二光信号，并且，由光电检测结构和信号处理装置对第二光信号进行处理，进而测量原油的含水率。也即是，本发明实施例采用光信号照射原油的方式来测量原油的含水率，测量过程中光源结构、光电检测结构和信号处理装置不会接触到水中溶解的物质，避免造成结垢现象，提高了原油含水率的测量结果的精确度，且该方法不仅适用于测量含水率较低的原油，也适用于测量含水率高的原油，具有普适性。
上述所有可选技术方案，均可按照任意结合形成本发明的可选实施例，本发明实施例对此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种原油含水率的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：光源结构(1)、液体容器(2)、光电检测结构(3)和信号处理装置(4)，所述液体容器(2)设置有进液孔(21)和出液孔(22)，所述进液孔(21)位于所述液体容器(2)的顶端，所述出液孔(22)位于所述液体容器(2)的底端，且油井内的原油在重力的作用下从所述进液孔(21)流至所述出液孔(22)；
所述液体容器(2)位于所述光源结构(1)与所述光电检测结构(3)之间，所述光电检测结构(3)与所述信号处理装置(4)电连接，其中，所述液体容器(2)上朝向所述光源结构(1)的一侧设置有第一窗口(23)，所述液体容器(2)上朝向所述光电检测结构(3)的一侧设置有第二窗口(24)，且所述第一窗口(23)与所述第二窗口(24)相对；
所述光源结构(1)用于生成第一光信号，所述第一光信号通过所述第一窗口(23)照射至所述液体容器(2)中的原油，并经过所述原油的透射，得到第二光信号；
所述光电检测结构(3)用于基于所述第二光信号生成第一模拟电信号和第二模拟电信号，并将所述第一模拟电信号和所述第二模拟电信号传输至所述信号处理装置(4)；
所述信号处理装置(4)用于将所述第一模拟电信号和所述第二模拟电信号分别转换为第一数字电信号和第二数字电信号，基于所述第一数字电信号和所述第二数字电信号根据流型识别模型识别所述原油包含的流型，根据所述第一数字电信号和所述原油包含的流型确定所述原油的含水率；
所述光电检测结构(3)包括分光模块(31)、第一滤波片(32)、第二滤波片(33)、第一探测单元(34)、第二探测单元(35)和检测电路(36)，所述分光模块(31)位于所述液体容器(2)之后，所述第一滤波片(32)位于所述分光模块(31)与所述第一探测单元(34)之间，所述第一探测单元(34)与所述检测电路(36)电连接，所述第二滤波片(33)位于所述分光模块(31)与所述第二探测单元(35)之间，所述第二探测单元(35)与所述检测电路(36)电连接，所述检测电路(36)与所述信号处理装置(4)电连接；
所述分光模块(31)用于将所述第二光信号分成第三光信号和第四光信号，所述第一滤波片(32)用于对所述第三光信号进行滤波，得到第五光信号，所述第五光信号为单色光信号，所述第一探测单元(34)用于将所述第五光信号转换为第三模拟电信号，所述检测电路(36)用于将所述第三模拟电信号放大为所述第一模拟电信号，并将所述第一模拟电信号传输至所述信号处理装置(4)；
所述第二滤波片(33)用于对所述第四光信号进行滤波，得到第六光信号，所述第六光信号为单色光信号，所述第二探测单元(35)用于将所述第六光信号转换为第四模拟电信号，所述检测电路(36)用于将所述第四模拟电信号放大为所述第二模拟电信号，并将所述第二模拟电信号传输至所述信号处理装置(4)；
所述根据所述第一数字电信号和所述原油包含的流型确定所述原油的含水率，包括：
当所述信号处理装置(4)识别到所述原油包含气相流型时，确定所述第一数字电信号中所述气相流型的原油对应的数字电信号所占的第一时长，以及确定所述第一数字电信号所占的总时长与所述第一时长之间的第一差值；
当所述信号处理装置(4)识别到所述原油包含含油流型时，确定所述第一数字电信号中所述含油流型的原油中纯油对应的数字电信号所占的第二时长；
所述信号处理装置(4)将所述第二时长与所述第一差值之间的比值确定为所述原油的含油率，将1与所述含油率之间的第二差值确定为所述原油的含水率；
所述第一滤波片(32)的波段为1647-1653纳米；
所述第二滤波片(33)的波段为1047-1053纳米。
2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述光源结构(1)包括光源(11)和斩波器(12)，所述光源(11)用于发出初始光信号，所述斩波器(12)用于基于所述初始光信号生成所述第一光信号。
3.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述信号处理装置(4)包括：采集单元(41)和处理单元(42)，所述采集单元(41)分别与所述光电检测结构(3)和所述处理单元(42)连接；
所述采集单元(41)用于采集所述第一模拟电信号和所述第二模拟电信号，将所述第一模拟电信号和所述第二模拟电信号分别转换为所述第一数字电信号和所述第二数字电信号，并将所述第一数字电信号和所述第二数字电信号传输至所述处理单元(42)；
所述处理单元(42)用于基于所述第一数字电信号和所述第二数字电信号根据流型识别模型识别所述原油包含的流型，根据所述第一数字电信号和所述原油包含的流型确定所述原油的含水率。
4.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述流型识别模型为对反向传播BP人工神经网络进行流型识别训练得到的模型。
5.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述液体容器(2)由三层石英比色皿组成。
6.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述第一窗口(23)和所述第二窗口(24)均填充蓝宝石玻璃材料。
7.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述液体容器(2)的形状为圆柱体形状。
8.一种原油含水率的测量方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的系统，所述方法包括：
所述光源结构(1)生成所述第一光信号，将所述第一光信号通过所述第一窗口照射至所述液体容器(2)中的原油，并经过所述原油的透射，得到第二光信号；
所述光电检测结构(3)基于所述第二光信号生成第一模拟电信号和第二模拟电信号，并将所述第一模拟电信号和所述第二模拟电信号传输至所述信号处理装置(4)；
所述信号处理装置(4)将所述第一模拟电信号和所述第二模拟电信号分别转换为第一数字电信号和第二数字电信号，基于所述第一数字电信号和所述第二数字电信号根据流型识别模型识别所述原油包含的流型，根据所述第一数字电信号和所述原油包含的流型确定所述原油的含水率；
所述根据所述第一数字电信号和所述原油包含的流型确定所述原油的含水率，包括：
当所述信号处理装置(4)识别到所述原油包含气相流型时，确定所述第一数字电信号中所述气相流型的原油对应的数字电信号所占的第一时长，以及确定所述第一数字电信号所占的总时长与所述第一时长之间的第一差值；
当所述信号处理装置(4)识别到所述原油包含含油流型时，确定所述第一数字电信号中所述含油流型的原油中纯油对应的数字电信号所占的第二时长；
所述信号处理装置(4)将所述第二时长与所述第一差值之间的比值确定为所述原油的含油率，将1与所述含油率之间的第二差值确定为所述原油的含水率。
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