CN2757126Y - 同轴线原油含水率传感器 - Google Patents

Abstract

一种在油田开发和生产过程中测量原油含水率的同轴线传感器。主要解决油田现在所使用的测量原油含水率的仪器存在的测量范围窄、测量误差大的不足。其特征在于：外导体(6)为圆环柱体，其上部开有若干个通孔作为出液孔，内导体(8)为圆柱体，其穿过密封短节(4)被固定于外导体(6)之中，与外导体(6)具有相同的中心轴线并构成同轴线，内导体(8)下端连接有一根硬质同轴线(9)，该硬质同轴线(9)沿外导体(6)内的线槽铺设并由密封短节(4)引出。该传感器具有全量程的测量范围和能够实现较高的测量精度的特点。

Description

同轴线原油含水率传感器

技术领域：

本实用新型涉及一种传感器，尤其是涉及一种在油田开发和生产过程中测量原油含水率的同轴线传感器。

背景技术：

在石油开采过程中，测量油井储层产液含水率是进行油田动态监测的一项重要工作，在油田稳油控水中发挥着非常重要的作用。目前油田所使用的测量原油含水率的仪器有电容法含水率计、连续微波法含水率计、连续阻抗法含水率计，其中，应用较多的是电容法含水率计和阻抗法含水率计。电容法含水率计又分为取样式和过流式。取样式电容法含水率计虽然在较宽的含水率变化范围内具有较好的响应特性，但因取样后取样筒内的油水在短时间内难以分离，电极还容易被油玷污，从而导致较大的测量误差；特别是在抽油机采油井中含水率随抽油机的工作而有规律的变化，因取样筒的尺寸有限，所取样品很难具有代表性，使得在抽油机采油井中取样式含水率计逐渐被淘汰。过流式电容法含水率计在油为连续相时分辨率较好，而高含水时测试精度较差。阻抗法含水率计适合于水为连续相或低流量的条件下工作，含水率测量范围为50％——100％，但若遇到多层合采井的下部层位为低含水时，就很难分辨和进行解释。

实用新型内容：

为了克服现有油田所使用的测量原油含水率的仪器存在的测量范围窄、测量误差大的不足，本实用新型提供一种同轴线原油含水率传感器，该种同轴线原油含水率传感器与相关仪器配套使用后进行原油含水率测量具有全量程的测量范围和能够实现较高的测量精度的特点。

本实用新型的技术方案是：该种同轴线原油含水率传感器，主要由内导体、外导体以及密封短节构成，其中外导体为圆环柱体，其上部开有若干作为出液孔的通孔，内导体为圆柱体，其穿过密封短节被固定于外导体之中，与外导体具有相同的中心轴线而构成同轴线，内导体的下端连接有一根硬质同轴线，该硬质同轴线沿外导体内的线槽铺设并由密封短节引出。

本实用新型具有如下有益效果：由于地层水的电导率和介电常数远大于原油的电导率和介电常数，而电磁波的传播特性是由介质的电导率和介电常数决定的，因此通过测量电磁波在油水介质中的传播特性就可得到原油的含水率。采取上述方案的同轴线原油含水率传感器可以将来自于外加电路产生的电磁波以TEM模式传输，使得模式简单、数学模型简单化；通过提高电磁波信号的工作频率，使得在低频下为良导体的地层水，在高频下成为电介质，能够降低地层水电导率的不确定性对测量准确度的影响；并且电磁波在同轴线传感器内是以TEM波的形式传播，被测的油水介质构成电磁波传播的载体，这样既扩大了对被测介质的敏感区域，又减小了油水混合均匀程度不够对测量信号的影响，所以使用本传感器进行测量时具有较大的测量动态范围，又具有很好的分辨率，尤其是在含水率超过70％，测量结果基本不受流态的影响。本方案克服了常规取样式找水仪的缺点和不足，真正实现了连续动态测量，在油田高含水期测量结果受流量影响小，重复性好，具有重要的使用价值。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。

图中1-输出信号端，2-输入信号端，3-电路筒，4-密封短节，5-出液口，6-外导体，7-进液口，8-内导体，9-硬质同轴线。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

本实用新型是基于以下构思而产生的：因为地层水的电导率和介电常数远大于原油的电导率和介电常数，而电磁波的传播特性是由介质的电导率和介电常数决定的，所以当电磁波在不同含水率的油水介质中传播时，其传播特性一定会发生变化，那么通过测量电磁波在油水介质中的传播特性就可得到其含水率，由此考虑构造一种能够实现本构想的传感器。

如图1所示，该种同轴线原油含水率传感器，主要由内导体8、外导体6以及密封短节4构成，其中外导体6为圆环柱体，其上部开有若干通孔，此圆环柱体的下端就作为油水介质的进液口7，而其上端的若干通孔就作为油水介质的出液口5。内导体8为圆柱体，其穿过密封短节4被固定于外导体6之中，并且与外导体6具有相同的中心轴线。在内导体8的下端连接有一根硬质同轴线9，该硬质同轴线9沿外导体6内的线槽铺设并由密封短节4引出。为取得较好的测量效果，保证电磁波强度，该线槽应尽可能的靠近外导体的外壁。

此外，为减小电磁波在同轴线内的衰减以及降低原油对传感器的沾污，可在内导体8的外表面覆盖一层作为高频低损耗介质的聚酯漆，也可在外导体6的内表面同时覆盖一层聚酯漆。

由电磁场理论可知，波导只能传输TE波和TM波，而同轴线既能传输TEM波，又能传输TE波和TM波。由于在它们所传输的电磁波模式中，TEM波是最简单的传输模式，所以本技术方案的最佳实施方式应是选择电磁波以TEM模式传输，这样既有利于简化计算公式，又可以比较容易得到精确的电磁波传播特性，为保证这种选择的实现要使得内导体8的外径与外导体6的内径之比在1/4～1/16的范围之中，由此保证电磁波在该传感器内以TEM波的形式传播。

通过提高电磁波信号的工作频率，使得在低频下为良导体的地层水，在高频下成为电介质；并且电磁波在同轴线内是以TEM波的形式传播，被测的油水介质构成电磁波传播的载体，这样既扩大了对被测介质的敏感区域，又减小了油水混合均匀程度不够对测量信号的影响。

在本技术方案中对导体的要求为，所述内导体8和外导体9的材料应为电的良导体。

实际使用时，将本传感器通过密封短节4与电路筒3进行稳固联结，然后放入油水介质中进行测量，这时油水介质从进液口7流入，从内外导体之间流过，经出液口5流出。由电子线路产生的电磁波信号由输入信号端2直接传递给内导体8，电磁波在同轴线中传输后，其幅度特性和相位特性随油水介质发生了变化，再通过硬质同轴线9传输到信号处理电路中。由于油水混合介质在同轴线传感器的内、外导体之间流过，因此构成电磁波传播的载体。电磁波在同轴线传感器的传输过程中，因地层水的导电性使得电磁波衰减过大，为了减小电磁波在同轴线内的衰减，在同轴线内导体的外部和外导体的内部覆盖一层高频低损耗的聚酯漆，这样既减少了减小电磁波在同轴线内的衰减，又降低了原油对同轴线的玷污性。TEM波是电磁波传播模式中最简单的传播模式，为了保证信号传播的简单化和后续信号处理电路的最简化，必须保证在同轴线内只传输TEM波，这就同时需要电磁波的工作波长要受到一定的限制。

本实用新型经过多次现场实验证实，该仪器具有较大的测量动态范围，又具有很好的分辨率，尤其是在含水率超过70％，测量结果基本不受流态的影响。该实用新型克服了常规取样式找水仪的缺点和不足，真正实现了连续动态测量，在油田高含水期测量结果受流量影响小，重复性好，具有重要的使用价值；此外因为原油中含有大量的石蜡，地层水中又含有很多钙离子，而本仪器的结构及高频特征使得本实用新型还具有能够防垢也可以防结蜡的功能。

Claims (5)

1、一种同轴线原油含水率传感器，主要由内导体(8)、外导体(6)以及密封短节(4)构成，其特征在于：外导体(6)为圆环柱体，其上部开有若干作为出液孔的通孔，内导体(8)为圆柱体，其穿过密封短节(4)被固定于外导体(6)之中，与外导体(6)具有相同的中心轴线，内导体(8)下端连接有一根硬质同轴线(9)，该硬质同轴线(9)沿外导体(6)内的线槽铺设并由密封短节(4)引出。

2、根据权利要求1所述的同轴线原油含水率传感器，其特征在于：内导体(8)的外表面有一层聚酯漆。

3、根据权利要求2所述的同轴线原油含水率传感器，其特征在于：外导体(6)的内表面有一层聚酯漆。

4、根据权利要求1、2或3所述的同轴线原油含水率传感器，其特征在于：内导体(8)的外径与外导体(6)的内径之比在1/4～1/16范围之内。

5、根据权利要求4所述的同轴线原油含水率传感器，其特征在于：所述内、外导体(8，9)的材料为电的良导体。

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