CN116008310B - 一种快速安装的在线式原油含水率检测装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速安装的在线式原油含水率检测装置及其安装方法，该装置包括防爆表头和含水率传感器，防爆表头与两段对接管线上的卡箍连接，含水率传感器安装在两段对接管线的卡箍法兰之间，并由卡箍夹紧固定；含水率传感器包括集成密封钢圈和接液结构件，接液结构件安装在集成密封钢圈中心的安装槽内，接液结构件的侧面安装有微波检测天线以及与微波检测天线连接的PCB板，接液结构件中心设有供管线中原油流过的中心孔，并在中心孔的孔壁开槽以露出部分微波检测天线，以检测原油含水率；安装时，将原卡箍内的密封钢圈替换为本装置的含水率传感器，并安装外置防爆表头。本发明极大地简化含水率检测装置在油气井的井口管线上的安装。

Description

一种快速安装的在线式原油含水率检测装置及其安装方法

技术领域

本发明属于原有含水率检测领域，具体涉及一种适用于油井的在线式原油含水率检测装置及其安装方法。

背景技术

含水率是原油开采过程中的一个重要经济指标，也是指导油田开采的重要技术指标。在数字化油田建设过程中，单井的原油含水率检测仪是一个重要组成部分，在线式原油含水率检测仪的应用也越来越广泛。中国有几十万口在产油气井，绝大部分油气井暂时还没有安装在线式原油含水率检测仪，制约其广泛应用的原因除了含水率检测技术本身的限制外，还有一个原因就是目前在线式含水率检测仪的结构不方便在现有油气井上进行改造安装。

现有的油井含水率分析仪或者检测装置有管道式和插入式两种结构。不管是管道式还是插入式，都需要接入现有的管线，通过标准法兰、标准卡箍或者标准螺纹与现有管线连接。这些连接方式都需要对油井的管道连接流程进行改造，需要拆下管线重新焊接法兰、卡箍或者螺纹油任，然后把含水率仪嵌入式安装进管线。现有的这种安装方式存在以下几个问题：

1、油气井的井口管线一般都比较短，并且固定安装有截止阀、单流阀、注水多路阀等阀门或者其它类型的仪器仪表，并没有预留很长的安装空间。而现有的含水率检测仪具有一定的长度，一般在150mm～1000mm之间，大多数的油气井都不具备直接安装含水率检测仪的条件，需要改造管线，工作量非常大；

2、改造管线可能需要现场动火，割断部分管线，然后再焊接对接的法兰或者卡箍。按照油气田的安全管理流程，井口动火是非常危险的作业，需要层层审批，严格监督，而且作业的人员需要持证并经过严格培训；

3、井口管线上一般还安装有其它各类仪表和阀门，如果再安装比较长的含水率检测仪，就会影响原来仪表和阀门的安装；

4、当含水率检测仪需要拆下来进行维护标定时，如果没有同样长度的管段替换，就会造成停井，直接造成经济损失。

因此，为了更好的在油气田推广应用在线式原油含水率检测仪，结构简介安装方便是一个重要条件。从油田用户来说，需要实现以下几个要求：

1、安装不需要动火，只需要拧螺丝等简单操作；

2、不改动现有管线结构，产品拿来就能安装，拆下来就能恢复原来状态；

3、具备通用性，能适应绝大部分现有油气井，能任意互换。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速安装的在线式原油含水率检测装置及其安装方法，通过结构的改进改变其安装方式，将检测装置的传感器安装在截止阀出口卡箍位置，从而将检测装置与截止阀集成在一起，无需对原有管线进行改造，拆装方便，通用性强，能够适应大部分油气井。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种在线式原油含水率检测装置，包括防爆表头和含水率传感器，防爆表头和用于连接两段对接管线的卡箍连接，含水率传感器安装在两段对接管线的卡箍法兰之间，并由卡箍的上抱箍和下抱箍夹紧固定；含水率传感器包括集成密封钢圈和接液结构件，接液结构件安装在集成密封钢圈中心的安装槽内，接液结构件的侧面安装有微波检测天线以及与微波检测天线连接的PCB板，接液结构件中心设有供管线中原油流过的中心孔，并在中心孔的孔壁开槽以露出部分微波检测天线，以检测原油含水率。

所述微波检测天线装配在密封套中，微波检测天线、密封套和接液结构件相互之间紧密连接。

所述微波检测天线的表面喷涂疏油疏水涂层。

所述集成密封钢圈的侧面设置有钢圈出线孔，PCB板上的微波屏蔽线通过钢圈出线孔引出。

所述防爆表头和表头连接短节连接，表头连接短节通过连接管和含水率传感器连接，含水率传感器的导线穿设在连接管内，并与防爆表头连接。

所述连接管一端通过两片对接的卡箍法兰中间的缝隙与含水率传感器焊接，另一端与表头连接短节焊接。

所述防爆表头通过表头固定片与卡箍中的紧固螺杆连接。

一种原油含水率检测装置的在线安装方法，用以将以上所述的原油含水率检测装置安装在油气井井口管线上，该方法包括如下步骤：

S1，关停油井的抽油机，关闭截止阀；

S2，拆下截止阀出口卡箍的紧固螺母和紧固螺杆以及上、下抱箍，露出卡箍法兰部分；

S3，将截止阀后部管线拉开一小段距离，取出卡箍中原来的密封钢圈；

S4，将含水率传感器嵌入截止阀卡箍法兰和管道卡箍法兰中间，并将两片卡箍法兰对接；

S5，安装上下抱箍以及防爆表头，并用紧固螺杆、紧固螺母紧固；

S6，检查后打开截止阀，启动抽油机，安装完成。

本发明的有益效果是：本发明把含水率检测装置的传感器部分集成在密封钢圈上，替换原有的密封钢圈，嵌入安装在两片对接卡箍法兰的中间，既起到密封的作用，也起到含水率传感器的作用。含水率传感器的连接线从两片对接卡箍法兰中间的缝隙引出，通过不锈钢细管连接到表头进线短接，再进入外置的防爆表头。

本发明采用上述结构后整个安装过程只需要两人配合，借助管钳扳手等工具就可以完成，整个过程只需要10分钟左右，而原来的安装方式一般都需要一天以上，而且还需要气割、电焊等很多作业工具，因此本发明可以极大地简化含水率检测装置在油气井的井口管线上的安装。

附图说明

图1为现有技术中油气井的井口管线示意图；

图2为现有技术中管线上卡箍连接的示意图；

图3为现有技术中管线上卡箍连接的爆炸示意图；

图4为本发明所述在线式原油含水率检测装置在井口管线水平管段的安装示意图；

图5为本发明所述在线式原油含水率检测装置的结构示意图；

图6为本发明所述在线式原油含水率检测装置的爆炸示意图；

图中标记：1、抽油机油套管，101、水平管段，102、向下垂直管段，2、截止阀，201、截止阀入口卡箍，202、截止阀出口卡箍，3、温度压力表，4、卡箍，401、上抱箍，402、下抱箍，403、紧固螺杆，404、紧固螺母，405、密封钢圈，5、管线，501、卡箍法兰，6、表头固定片，7、防爆表头，701、表头，702、表头紧固螺母，8、表头进线短节，9、连接管，10、含水率传感器，1001、过渡槽，1002、接液结构件，1003、集成密封钢圈，1004、钢圈出线孔，1005、上层微波检测天线，1006、左PCB，1007、PCB固定螺丝，1008、下层微波检测天线，1009、上层密封套，1010、右PCB，1011、下层密封套，1012、接液结构固定螺丝。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

目前，油气井的井口至少有一个截止阀，大多数通过卡箍的连接方式与管线连接，如图1所示。抽油机抽油杆通过上下往复运动将原油提升至地面，原油通过截止阀2、水平管段101以及向下垂直管段102再入地下管线。水平管段101上一般还安装有温度压力表3，有的油井在水平管段101上还安装有单流阀、取样阀或者其它仪器仪表。

由于油井管道内流动的除了原油和水，还有大量的天然气，因此原油含水率检测仪一般都水平安装，减少气体对原油含水率检测的影响。所以现有技术中适合安装原油含水率检测装置的位置只有截止阀出口卡箍202后面的一段水平管线。

目前卡箍的结构和安装方式如图2、3所示，管道上对接的两个卡箍法兰501都设置有密封槽，密封钢圈405嵌入密封槽中，上下抱箍被配合的紧固螺杆403、螺母404拧紧后，两片对接的卡箍法兰501连接在一起，密封钢圈405受力达到密封效果。由于密封钢圈405有一定的厚度，两片卡箍法兰501对接后会有4～6mm的缝隙，同样上下抱箍之间也有10～20mm的缝隙。这个两个缝隙并不影响连接和密封。

本发明的设计思路是：把含水率检测装置的传感器部分做成类似密封钢圈的结构，替换原有的密封钢圈，嵌入安装在两片对接卡箍法兰的中间，既起到密封的作用，也起到含水率传感器的作用。含水率传感器的连接线从两片对接卡箍法兰中间的缝隙引出，通过不锈钢细管连接到表头进线短接，再进入外置的防爆表头。防爆表头内置电源板、高频电路板、微处理器板以及太阳能电池板和锂电池等。表头通过固定片固定在抱箍的紧固螺杆上。

基于以上设计思路，本发明提出的在线式原油含水率检测装置的结构以及安装状态如图4-6所示。

如图4、5所示，所述在线式原油含水率检测装置包括含水率传感器10、连接管9、表头连接短节8、表头固定片6和防爆表头7。含水率传感器10安装在对接管线的两个卡箍法兰501之间，并由卡箍4固定；连接管9的一端通过两片对接卡箍法兰501中间的缝隙与含水率传感器10焊接，另一端与表头连接短节8焊接；表头连接短节8具有外螺纹接口，与防爆表头7的内螺纹接口对接并固定；含水率传感器10的微波屏蔽线穿设在连接管9内，并通过表头连接短节8进入防爆表头7内；防爆表头7通过表头固定片6与卡箍4中的紧固螺杆403连接，实现防爆表头7与卡箍4的连接。

再结合图6所示，含水率传感器10主要由接液结构件1002、集成密封钢圈1003、上层微波检测天线1005、下层微波检测天线1008、左PCB1006、右PCB1010、上层密封套1009和下层密封套1011组成。集成密封钢圈1003、接液结构件1002由不锈钢材料加工成，集成密封钢圈1003内设置有环形的过渡槽1001，过渡槽1001围成一个中间开孔的安装槽；所述接液结构件1002中心开口，开口尺寸和安装槽的开孔尺寸相适应；上层微波检测天线1005、下层微波检测天线1008均为金属材质，外面喷涂疏油疏水涂层，分别安装在PEEK材料的上层密封套1009和下层密封套1011内，上层密封套1009和下层密封套1011嵌入安装在接液结构件1002侧面的环槽中，分别位于环槽的上方和下方，微波检测天线、密封套和接液结构件相互之间都是紧密连接，可起到密封的作用；所述环槽的左侧和右侧分别设置左PCB1006和右PCB1010，并用PCB固定螺丝1007紧固在接液结构件1002上，微波检测天线的两端焊接在PCB上；安装好微波检测天线和PCB的接液结构件1002通过接液结构固定螺丝1012安装在集成密封钢圈1003的安装槽内。集成密封钢圈1003的侧面开设有钢圈出线孔1004，以便微波屏蔽线从PCB板上引出，并进入与钢圈出线孔1004连接的连接管9内，连接管9为不锈钢管。由于集成密封钢圈1003的外侧不承受管道内压力，仅有大气压力，因此无需考虑耐压强度。

接液结构件1002中心的开口的孔壁开槽，以便露出部分微波检测天线，当原油从接液结构件1002的中心孔流过时，跟微波检测天线接触，从而通过微波信号检测原油的含水率。

采用本发明的结构后，原油含水率检测装置的安装就十分简单，只需要以下几个步骤就可以完成：

1、停抽油机，关闭截止阀；

2、拆下截止阀出口卡箍的螺母和螺杆以及上下抱箍，露出卡箍法兰部分；

3、将截止阀后部管线拉开一小段距离，取出原来的密封钢圈；

4、将含水率仪传感器部分嵌入两个管道卡箍法兰中间，并将两片卡箍法兰对接；

5、安装上下抱箍以及防爆表头，并用紧固螺杆、紧固螺母紧固；

6、检查后打开截止阀，启动抽油机，安装完成。

整个安装过程只需要两人配合，借助管钳扳手等工具就可以完成，整个过程只需要10分钟左右。而原来的安装方式一般都需要一天以上，而且还需要气割、电焊等很多作业工具。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种快速安装的在线式原油含水率检测装置，其特征在于：包括防爆表头和含水率传感器，防爆表头和用于连接两段对接管线的卡箍连接，含水率传感器安装在两段对接管线的卡箍法兰之间，并由卡箍的上抱箍和下抱箍夹紧固定；所述防爆表头和表头连接短节连接，表头连接短节通过连接管和含水率传感器连接，含水率传感器的导线穿设在连接管内，并与防爆表头连接；所述连接管一端通过两片对接的卡箍法兰中间的缝隙与含水率传感器焊接，另一端与表头连接短节焊接；含水率传感器包括集成密封钢圈和接液结构件，接液结构件安装在集成密封钢圈中心的安装槽内，接液结构件的侧面安装有微波检测天线以及与微波检测天线连接的PCB板，接液结构件中心设有供管线中原油流过的中心孔，并在中心孔的孔壁开槽以露出部分微波检测天线，以检测原油含水率。

2.根据权利要求1所述的一种快速安装的在线式原油含水率检测装置，其特征在于：所述微波检测天线装配在密封套中，微波检测天线、密封套和接液结构件相互之间紧密连接。

3.根据权利要求1所述的一种快速安装的在线式原油含水率检测装置，其特征在于：所述微波检测天线的表面喷涂疏油疏水涂层。

4.根据权利要求1所述的一种快速安装的在线式原油含水率检测装置，其特征在于：所述集成密封钢圈的侧面设置有钢圈出线孔，PCB板上的微波屏蔽线通过钢圈出线孔引出。

5.根据权利要求1所述的一种快速安装的在线式原油含水率检测装置，其特征在于：所述防爆表头通过表头固定片与卡箍中的紧固螺杆连接。

6.一种原油含水率检测装置的在线安装方法，用以将权利要求1-5任一项所述的原油含水率检测装置安装在油气井井口管线上，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1，关停油井的抽油机，关闭截止阀；

S2，拆下截止阀出口卡箍的紧固螺母和紧固螺杆以及上、下抱箍，露出卡箍法兰部分；

S3，将截止阀后部管线拉开一小段距离，取出卡箍中原来的密封钢圈；

S4，将含水率传感器嵌入截止阀卡箍法兰和管道卡箍法兰中间，并将两片卡箍法兰对接；

S5，安装上下抱箍以及防爆表头，并用紧固螺杆、紧固螺母紧固；

S6，检查后打开截止阀，启动抽油机，安装完成。