CN208334370U - 原油含水率的修正装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种原油含水率的修正装置，包括：温度传感器、压力传感器、密度测试仪、含水率测试仪和处理设备；温度传感器、压力传感器、密度测试仪、含水率测试仪分别与处理设备通信连接；温度传感器、压力传感器设置在原油管道靠近原油进口的一端；含水率测试仪设置在原油管道靠近原油出口的一端；密度测试仪设置在原油管道的中部。本实用新型提供的原油含水率的修正装置，获取原油的含水率时，考虑了残余气体的影响，提高了获取的原油含水率的准确度。

Description

原油含水率的修正装置

技术领域

本实用新型涉及油气开发技术领域，尤其涉及一种原油含水率的修正装置。

背景技术

在油气田开发过程中，油气水同时从油气井中产出。为了得到有效的油能源和气能源，油气井产出的油气水混合液通常要经过气液分离器，将油气水混合液中的天然气成分分离出去作为能源使用，而分离后的油水混合液中含水率的检测是油田工程的一项重要工作，含水率检测的准确与否直接影响油气田的可持续生产。

现有技术中，原油含水率的检测方法通常分为人工测量法和在线测量法，均是根据油与水本身特性的不同进行检测，如根据油水混合液中的油与水对电磁波的接受能力不同，通过接收到的电磁波的不同强度检测原油中的含水率。

但在将油气水混合液中的天然气经气液分离器分离出去时，由于受到分离器性能或其他因素的影响，经气液分离后的原油中或多或少含有一定量的天然气，而存在的天然气给原油含水率的检测精度会造成一定的影响，使得原油含水率的检测结果存在误差。

实用新型内容

本实用新型提供一种原油含水率的修正装置，在获取经气液分离器分离气体之后的原油的含水率时，考虑了残余气体的影响，提高了获取的原油含水率的准确度。

本实用新型提供一种原油含水率的修正装置，包括：温度传感器、压力传感器、密度测试仪、含水率测试仪和处理设备；

所述温度传感器、压力传感器、密度测试仪、含水率测试仪分别与所述处理设备通信连接；

所述温度传感器、压力传感器设置在原油管道靠近原油进口的一端；所述含水率测试仪设置在所述原油管道靠近原油出口的一端；所述密度测试仪设置在原油管道的中部。

可选的，所述原油管道为拐角型管道，所述温度传感器、压力传感器、密度测试仪分别垂直穿设在所述原油管道的上方；所述含水率测试仪在所述原油管道的拐角处与所述原油管道平行设置。

可选的，所述原油管道为直线型管道，所述温度传感器、压力传感器、密度测试仪、含水率测试仪分别垂直穿设在所述原油管道的上方。

可选的，所述温度传感器的测试探头、所述压力传感器的测试探头、所述密度测试仪的测试探头、所述含水率测试仪的测试探头设置在所述原油的液面的下方。

可选的，所述温度传感器的测试探头、所述压力传感器的测试探头、所述密度测试仪的测试探头的设置方向与所述原油管道进口处的原油流动方向垂直；

所述含水率测试仪的测试探头的设置方向与所述原油管道出口处原油的流动方向垂直。

可选的，所述温度传感器的测试探头、所述压力传感器的测试探头、所述密度测试仪的测试探头、所述含水率测试仪的测试探头的设置高度相同。

可选的，所述密度测试仪为在线密度仪或哥式质量流量计。

可选的，所述含水率测试仪为短波式原油含水仪。

可选的，所述修正装置还包括：模数A/D转换器，所述温度传感器、压力传感器、密度测试仪、含水率测试仪分别与所述A/D转换器连接，所述A/D转换器与所述处理设备连接。

可选的，所述处理设备为智能仪表、工控机或数字选择性呼叫DSC终端。

本实用新型提供一种原油含水率的修正装置，包括：温度传感器、压力传感器、密度测试仪、含水率测试仪和处理设备；温度传感器、压力传感器、密度测试仪、含水率测试仪分别与处理设备通信连接；温度传感器、压力传感器设置在原油管道靠近原油进口的一端；含水率测试仪设置在原油管道靠近原油出口的一端；密度测试仪设置在原油管道的中部。本实用新型提供的原油含水率的修正装置，在获取原油的含水率时，考虑了残余气体的影响，提高了获取的原油含水率的准确度。

附图说明

图1为本实用新型提供的原油含水率的修正装置的连接示意图；

图2为本实用新型提供的原油含水率的修正装置的结构示意图一；

图3为本实用新型提供的原油含水率的修正装置的结构示意图二；

图4为本实用新型提供的原油含水率的修正装置的结构示意图三；

图5为本实用新型提供的原油含水率的修正方法的流程示意图一；

图6为本实用新型提供的原油含水率的修正方法的流程示意图二；

图7为本实用新型提供的原油含水率的修正方法的应用实施例。

附图标记说明：

10-原油含水率的修正装置；

11-温度传感器；

12-压力传感器；

13-密度测试仪；

14-含水率测试仪；

15-处理设备；

16-模数A/D转换器；

20-原油管道。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型提供的原油含水率的修正装置的连接示意图，图2为本实用新型提供的原油含水率的修正装置的结构示意图一；如图1-2所示，本实施例提供的原油含水率的修正装置10包括：温度传感器11、压力传感器12、密度测试仪13、含水率测试仪14和处理设备15。

本实施例提供的原油含水率的修正装置10设置在原油管道20上，该原油管道20中的原油是经气液分离器分离其中的气体后的原油，该处理过的原油中仍然存在残余气体，且该原油中含有一定含量的水分，本实施例提供的原油含水率的修正装置10是为了修正该原油中的含水率。

其中，温度传感器11、压力传感器12、密度测试仪13、含水率测试仪14分别与处理设备15通信连接，具体的，该通信连接方式可以是有线连接或无线连接，本实施例对通信连接的具体方式不做限制，只要能够实现温度传感器11、压力传感器12、密度测试仪13、含水率测试仪14将采集到的原油的相关参数发送给处理设备15即可。

具体的，本实施例提供的温度传感器11、压力传感器12、密度测试仪13、含水率测试仪14均为在线测试设备，可以通过设置温度传感器11、压力传感器12、密度测试仪13、含水率测试仪14，使得各元件可以实时或者周期性地采集原油的相关参数并发送给处理设备15。

温度传感器11用于采集各时刻原油中残余气体的温度，压力传感器12用于采集各时刻的原油中残余气体的压力，该残余气体压力为绝对压力，密度测试仪13用于采集各时刻的原油混合液的混合密度，即原油中油、气、水三者的混合密度；含水率测试仪14用于采集各时刻的原油的测试体积含水率。

如图2所示，温度传感器11、压力传感器12设置在原油管道20靠近原油进口的一端；本实施例中的温度传感器11、压力传感器12分别用于采集原油中残余气体的温度和压力，由于该残余气体的温度和压力是为了用于获取残余气体的密度，而将温度传感器11、压力传感器12设置在原油管道20的上游，刚进入原油管道20中的原油流速较快，原油混合液中的油、气、水三者分离的程度也相较于原油管道20其他位置的分离程度大，使得获取的残余气体的密度更加准确。

含水率测试仪14设置在原油管道20靠近原油出口的一端；基于上述相同的原因，含水率测试仪14设置在原油管道20的原油出口的一端，使得获取的原油中的含水率更加准确；密度测试仪13设置在原油管道20的中部，相较于与那油管道的原油进口、出口处的原油流速，原油管道20中部的原油流速较为缓慢，此时原油混合液中的油、气、水三者混合度也更高，使得获取的原油混合液的混合密度更加准确。

温度传感器11、压力传感器12、密度测试仪13、含水率测试仪14将各时刻采集的原油中残余气体的温度、压力以及原油混合液的混合密度以及原油中的测试体积含水率发送给处理设备15后，处理设备15用于根据温度传感器11采集的各时刻原油中残余气体的温度以及压力传感器12采集的各时刻的原油中残余气体的压力，获取各时刻的原油中残余气体的密度。

具体的，根据残余气体的温度和压力，获取残余气体的密度的具体方式可根据《用标准孔板流量计测量天然气流量(GB/T 21446)》提供的天然气密度计算公式获取，由于其推导过程复杂，本实施例中仅对最后的公式进行例举，如下式公式一所示；具体可参照上述《用标准孔板流量计测量天然气流量(GB/T 21446)》。

其中，ρ_g表示原油中参与气体的密度，Kg/m3；M_g表示残余气体的相对分子质量，Kg/Kg-mol；P_g表示残余气体的绝对压力，MPa；Z表示实际工况下的残余气体的压缩因子；R表示通用气体常数，通常为0.00831448MPa·m3/Kg-mol·K；T_g表示残余气体的热力学温度，K。

处理设备15用于根据预先存储的原油的试油资料，获取原油的密度ρ_o、原油中水的密度ρ_w；其中，在试油阶段可获取原油的相关参数，本实施例中根据该试油资料，直接获取原油的密度以及原油中水的密度。

处理设备15还用于根据各时刻的原油中残余气体的密度ρ_g、原油的密度、原油中水的密度、密度测试仪13采集的各时刻的原油混合液的混合密度和预先存储的修正模型，对含水率测试仪14采集的各时刻的原油的测试体积含水率进行修正处理，获取各时刻的原油的修正体积含水率。

本实施例中所采用的修正模型可如下公式二所示：

其中，ρ_o表示原油的密度；ρ_w表示原油中水的密度；ρ_s表示原油混合液的混合密度；η_w表示原油的测试体积含水率；f_w表示原油的修正体积含水率。

具体的，该修正模型的原理可由如下所示：

原油混合液中包括油、气、水三种成分，因此原油中残余气体的体积分数、原油的体积分数和原油中水的体积分数之和为定值1，具体可如下公式三所示：

η_w+η_o+η_g＝1 公式三

其中，η_o表示原油的体积分数；η_g表示原油中残余气体的体积分数。

且原油混合液的质量即为原油中残余气体的质量、原油的质量和原油中水的质量之和，具体可如下公式四所示：

ρ_wη_w+ρ_oη_o+ρ_gη_g＝ρ_s 公式四

其中，ρ_s表示原油混合液的混合密度。

而由原油中水的体积含水率的概念可知原油的修正体积含水率可如下公式五所示：

其中，原油的修正体积含水率为原油中水的体积分数与“原油混合液中原油和水的体积分数之和”的比值，而根据上述公式三将“原油混合液中原油和水的体积分数之和”换算为定值1与残余气体的体积分数之差。

结合公式四与公式五，将原油中残余气体的体积分数用原油混合液中原油和水的相关参数进行表示可得原油的修正体积含水率如下公式六所示：

公式六经简化后获得最终得到如公式五所示的原油含水率的修正模型。

处理设备15根据预先存储的修正模型，以及各时刻的原油中残余气体的密度、原油的密度、原油中水的密度、原油混合液的混合密度，对含水率测试仪采集的各时刻的原油的测试体积含水率进行修正处理，可以获取各时刻的原油的修正体积含水率。

本实施例提供的原油含水率的修正装置包括：温度传感器、压力传感器、密度测试仪、含水率测试仪和处理设备；温度传感器、压力传感器、密度测试仪、含水率测试仪分别与处理设备通信连接；温度传感器、压力传感器设置在原油管道靠近原油进口的一端；含水率测试仪设置在原油管道靠近原油出口的一端；密度测试仪设置在原油管道的中部。本实用新型中各部件的设置位置使得在采集过程中的原油参数更为准确，使得获取的修正体积含水率也更为准确；且本实施例提供的原油含水率的修正装置，在获取原油的含水率时，考虑了残余气体的影响，进一步提高了获取的原油含水率的准确度。

下面结合图3-图4对本实施例中的原油含水率的修正装置的使用场景及结构进行更为详细的说明，图3为本实用新型提供的原油含水率的修正装置的结构示意图二，图4为本实用新型提供的原油含水率的修正装置的结构示意图三；如图3-4所示，本实施例提供的原油含水率的修正装置可应用在但不限于原油管道为直线型或拐角型的管道中，其中，拐角型的管道包括弧线型的拐角管道以及折线型的拐角管道中。

场景一：

如图3所示，原油管道20为拐角型管道，温度传感器11、压力传感器12、密度测试仪13分别垂直穿设在原油管道20的上方；含水率测试仪14在原油管道20的拐角处与原油管道20平行设置。且温度传感器11、压力传感器12、密度测试仪13、含水率测试仪14的设置位置与上述实施例中的设置位置相同，本实施例对此不做限制。

具体的，含水率测试仪14在原油管道20的拐角处也穿设设置，在原油管道20上各部件穿设的位置处设置有密封垫圈，密封垫圈的大小与各部件探头的大小相同，为了使得各部件能够获取更为准确的原油的相关参数。

为了确保各部件采集原油中各参数的准确性，温度传感器11的测试探头、压力传感器12的测试探头、密度测试仪13的测试探头、含水率测试仪14的测试探头设置在原油的液面的下方。

温度传感器11的测试探头、压力传感器12的测试探头、密度测试仪13的测试探头的设置方向与原油管道20进口处的原油流动方向垂直；且含水率测试仪14的测试探头的设置方向与原油管道20出口处原油的流动方向垂直。将各部件测试探头的设置方向设置为与原油流动方向垂直，使得各部件测试探头采集的原油中的各参数具有更高的准确性，且也保证了操作人员在检修时的便利性。

进一步为了确保各部件采集的原油的各参数的适用性，温度传感器11的测试探头、压力传感器12的测试探头、密度测试仪13的测试探头、含水率测试仪14的测试探头的设置高度相同。即本实施中各部件采集的各时刻的原油中的各参数为同一高度液面的参数。

场景二：

如图4所示，原油管道20为直线型管道，温度传感器11、压力传感器12、密度测试仪13、含水率测试仪14分别垂直穿设在原油管道20的上方。且温度传感器11、压力传感器12、密度测试仪13、含水率测试仪14的设置位置与上述实施例中的设置位置相同，本实施例对此不做限制。

具体的，温度传感器11的测试探头、压力传感器12的测试探头、密度测试仪13的测试探头、含水率测试仪14的测试探头的设置位置、方向和高度与场景一中的相同，在此不作赘述。

进一步的，本实施例提供的原油含水率的修正装置10还包括：模数A/D转换器16；其中，温度传感器11、压力传感器12、密度测试仪13、含水率测试仪14分别与A/D转换器16连接，A/D转换器16与处理设备15连接。

由于温度传感器11、压力传感器12、密度测试仪13、含水率测试仪14采集的原油中的残余气体的温度、压力以及原油混合液的混合密度以及原油中的测试体积含水率均为模拟数据，该模拟数据经由A/D转换器16转换成数字数据，由处理设备15进行处理修正。

可选的，本实施例提供的密度测试仪13为在线密度仪或哥式质量流量计；含水率测试仪14为短波式原油含水仪；处理设备15为智能仪表、工控机或数字选择性呼叫DSC终端，其中，处理设备15优选为工控机。本实施例提供的原油含水率的修正装置10中的各元件，相较于现有技术中采用的含水仪(如γ射线式原油含水仪及x射线式原油含水仪)，具有更高的环保性。

本实施例提供的原油含水率的修正装置中温度传感器的测试探头、压力传感器的测试探头、密度测试仪的测试探头、含水率测试仪的测试探头设置在原油的液面的下方；且温度传感器的测试探头、压力传感器的测试探头、密度测试仪的测试探头的设置方向与原油管道进口处的原油流动方向垂直；含水率测试仪的测试探头的设置方向与原油管道出口处原油的流动方向垂直；且测试探头的设置高度相同，提高了原油中各参数的采集准确性，且在获取原油的含水率时，考虑了残余气体的影响，提高了获取的原油含水率的准确度。

本实用新型还提供一种原油含水率的修正方法，下面结合图5对本实施例提供的原油含水率的修正方法进行说明，图5为本实用新型提供的原油含水率的修正方法的流程示意图一，图5所示方法的执行主体为原油含水率的修正装置中的处理设备，本实施例提供的原油含水率的修正方法的包括：

S501，根据各时刻原油中残余气体的温度和压力，获取各时刻的原油中残余气体的密度。

处理设备根据温度传感器采集的各时刻原油中残余气体的温度以及压力传感器采集的各时刻的原油中残余气体的压力，获取各时刻的原油中残余气体的密度；其中，残余气体的密度的获取方式与上述实施例中相同，在此不作赘述。

S502，根据原油的试油资料，获取原油的密度、原油中水的密度。

处理设备中可预先存储有原油的试油资料，根据该试油资料，直接获取原油的密度以及原油中水的密度。

S503，根据各时刻的原油中残余气体的密度、原油的密度、原油中水的密度、各时刻的原油混合液的混合密度和预先存储的修正模型，对各时刻的原油的测试体积含水率进行修正处理，获取各时刻的原油的修正体积含水率。

具体的，修正模型的获取方式以及获取各时刻的原油的修正体积含水率的方式与上述实施例中的获取方式相同，在此不做赘述。

本实施例中，在获取原油的体积含水率时，考虑了原油中的残余气体的影响，提高了获取的原油含水率的准确度。

下面结合图6对本实施例提供的原油含水率的修正方法进行说明，图6为本实用新型提供的原油含水率的修正方法的流程示意图二，本实施例提供的原油含水率的修正方法包括：

S601，获取修正模型。

具体的，获取修正模型的具体步骤可以包括：根据原油混合液中残余气体、原油、原油中水的体积分数之和为定值，获取原油中水的体积含水率的函数；即根据上述实施例中的公式三、公式五获取原油中水的体积含水率的函数。

根据原油混合液中残余气体、原油、原油中水的质量之和为原油混合液的质量，获取残余气体的密度函数；即根据上述实施例中的公式四获取残余气体的密度函数。

根据原油中水的体积含水率的函数和残余气体的密度函数，获取原油中水的体积含水率的修正模型，即根据上述实施例中的公式四、公式五获取原油中水的体积含水率的修正模型。

获取修正模型具体可参照上述实施例中的相关描述，在此不作赘述。

S602，根据各时刻原油中残余气体的温度和压力，获取各时刻的原油中残余气体的密度。

S603，根据原油的试油资料，获取原油的密度、原油中水的密度。

S604，根据各时刻的原油中残余气体的密度、原油的密度、原油中水的密度、各时刻的原油混合液的混合密度和预先存储的修正模型，对各时刻的原油的测试体积含水率进行修正处理，获取各时刻的原油的修正体积含水率。

其中，S602-S604具体可参照上述实施例S501-S503中的相关描述，在此不做赘述。

下面结合图7对本实施例提供的原油含水率的修正装置和方法进行了应用，图7为本实用新型提供的原油含水率的修正装置和方法的应用实施例。

具体的应用过程为：试验配置9个不同体积含水率的煤油与水的混合液，并分别通入原油管道中；其中，该混合液中体积含水率分别为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％和90％。

在每个体积含水率的原油管道的进口处中，再分别掺入不同体积含气率的氮气，其中，氮气的体积含气率分别为0％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％和45％；即每个体积含水率的混合液样品中通入10种不同的氮气。该应用中总共获取90个不同的体积含气率的样品结果。

具体的，温度传感器采集用于采集各时刻混合液中氮气的温度，压力传感器用于采集各时刻混合液中氮气的压力，处理设备用于根据氮气的温度和压力，获取各时刻的混合液中氮气的密度；且处理设备中预先存储有该应用煤油、水的密度和本实施例提供的修正模型。

处理设备还用于根据氮气的密度、煤油的密度、水的密度、密度测试仪采集的各时刻的原油混合液的混合密度和修正模型，对含水率测试仪采集的各时刻的混合液的体积含水率(即10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％和90％)进行修正处理，获取修正后油气水混合液的原油体积含水率。

具体的，修正后的体积含水率如图7所示，横坐标为实验配置原油的体积含水率，纵坐标为不同体积含气率下的修正后的油气水混合液的原油体积含水率。

经分析可得，利用本实施例提供的原油含水率的修正装置和方法，当混合液中含气率小于15％时，混合液修正后的体积含水率与原体积含水率偏差均落在3％的误差线内；当含气率小于25％时，混合液修正后的体积含水率与原体积含水率偏差均落在5％的误差线内；当含气率在25％至45％的范围内时，混合液修正后的体积含水率与原体积含水率偏差全部落在8％的误差线内。

综上，采用本实施例提供的原油含水率的修正装置和方法，获取的混合液的体积含水率具有更小的误差和更高的准确度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种原油含水率的修正装置，其特征在于，包括：温度传感器、压力传感器、密度测试仪、含水率测试仪和处理设备；

所述温度传感器、压力传感器、密度测试仪、含水率测试仪分别与所述处理设备通信连接；

所述温度传感器、压力传感器设置在原油管道靠近原油进口的一端；所述含水率测试仪设置在所述原油管道靠近原油出口的一端；所述密度测试仪设置在原油管道的中部。

2.根据权利要求1所述的修正装置，其特征在于，所述原油管道为拐角型管道，所述温度传感器、压力传感器、密度测试仪分别垂直穿设在所述原油管道的上方；所述含水率测试仪在所述原油管道的拐角处与所述原油管道平行设置。

3.根据权利要求1所述的修正装置，其特征在于，所述原油管道为直线型管道，所述温度传感器、压力传感器、密度测试仪、含水率测试仪分别垂直穿设在所述原油管道的上方。

4.根据权利要求2或3所述的修正装置，其特征在于，所述温度传感器的测试探头、所述压力传感器的测试探头、所述密度测试仪的测试探头、所述含水率测试仪的测试探头设置在所述原油的液面的下方。

5.根据权利要求4所述的修正装置，其特征在于，所述温度传感器的测试探头、所述压力传感器的测试探头、所述密度测试仪的测试探头的设置方向与所述原油管道进口处的原油流动方向垂直；

所述含水率测试仪的测试探头的设置方向与所述原油管道出口处原油的流动方向垂直。

6.根据权利要求5所述的修正装置，其特征在于，所述温度传感器的测试探头、所述压力传感器的测试探头、所述密度测试仪的测试探头、所述含水率测试仪的测试探头的设置高度相同。

7.根据权利要求1所述的修正装置，其特征在于，所述密度测试仪为在线密度仪或哥式质量流量计。

8.根据权利要求1所述的修正装置，其特征在于，所述含水率测试仪为短波式原油含水仪。

9.根据权利要求1所述的修正装置，其特征在于，所述修正装置还包括：模数A/D转换器，所述温度传感器、压力传感器、密度测试仪、含水率测试仪分别与所述A/D转换器连接，所述A/D转换器与所述处理设备连接。

10.根据权利要求1所述的修正装置，其特征在于，所述处理设备为智能仪表、工控机或数字选择性呼叫DSC终端。