CN86105543A - 原油含水率自动监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明是一种现代化的原油含水率自动监测仪，采用油和水对X射线的吸收强弱不同的方法来测定原油中的含水率。仪器的测量系统由四部分组成：1、X射线源；2、碘化钠晶体；3、光电倍增管；4、电子学线路。与传统的方法，如取样蒸馏化验法、电容法和微波法相比，该仪器具有自动、连续、快速、测量精度高、可同时给出原油含水率和纯油总量等优点。

Description

本发明是一种现代化测量分析仪器，它适用于原油或其他油品含水率的自动测定分析。

在现行的油田开发过程中，为了准确地统计各采油队直至单井的纯油产量，原油含水率的测量，是油田计量工作中重要的一环。

就发明人所知，测量原油含水率的已有技术是，取样蒸馏化验法、电容法和微波法。取样馏蒸化验法，费工费时，误差大，并且不能及时了解输油管道内原油含水率的变化情况。用电容法测量含水率时，如果原油含水率大于30%，电容法无法使用。而油田在进入开采中期，特别是后期之后，原油含水率普遍超过30%，有时甚至达到80%以上，在这种情况下，电容法根本无法普遍采用。而采用微波法测量含水率时，由于原油对微波的反射系数，与油包水或水包油的状态有关，需要根据情况，增加补偿电路，对测量数据进行修正，给测量工作带来不少麻烦。

本发明所述的原油含水率自动监测仪，其主要特点是，利用油和水对X射线吸收强弱不同的方法来测定原油含水率的。因为X射线是作用于原子的，物质对X射线的吸收与原子结合成分子的化学性质无关，也与水包油或油包水的状态无关，不因油包水或水包油引起测量误差。

为了说明水和油对X射线的吸收情况，假设每分钟有N（O）条X射线穿过高度为L的空载容器打到荧光屏上。将容器注满水，水的厚度应是L，这时每分钟打到荧光屏上的X射线数为N（水），N（水）和N（O）的关系式为：

N（水）＝N（O）e^{-M（水）·L}

M（水）是水对X射线的吸收系数。

止式可以改写为

M（水）＝ 1/(L) Ln（ (N（o）)/(N（水）) ）

如果在容器里注满油，则有

N（油）＝N（O）e^{-M（油）·L}

或

M（油）＝ 1/(L) Ln（ (N（o）)/(N（油）) ）

一般情况下，作为容器的输油管道里流过的原油是油水二相的，如果油、水分界面清楚，

L＝L（水）+L（油）

这时每分钟打到荧光屏上的X射线数N（混）为

N（混）＝N（O）e^{-〔M（水）·L（水）+M（油）·L（油）〕}

容器中的原油含水率可以写为

P＝L（水）/L

而L（水）＝LP

L（油）＝L-L（水）＝（1-P）L

代入N（混）的表示式

(N（O）)/(N（混）) ＝e^{〔M（水）-M（油）〕P-M（油）·L}

或

P＝ (LnN（O）-LnN（混）-LM（油）)/(L〔M（水）-M（油）〕)

原油含水率自动监测仪的测量系统由四部分组成。

1、X射线源：它放出特定能量的X射线。

2、碘化钠（NaI）晶体：它的作用类似荧光屏，接受一条X射线，发出一次闪光。

3、光电倍增管：射线在碘化钠晶体上引起的闪光，透过光电倍增管的玻璃管壁，照在光阴极上，立即有光电子发射出来，再经过电子倍增板的倍增作用，最后被电子收集板收集，输出一个电脉冲信号。

4、电子学线路：用于记录光电倍增管输出的电脉冲信号，它包括：

①、放大器：把光电倍增管的输出信号放大。

②、单道脉冲幅度分析器：用于甄别电信号的强弱，把需要的信号取出来。

③、计算机：将单道脉冲幅度分析器输出的信号，送入电子计算机。计算机根据每一分钟输入信号的多少，按照计算程序，计算出原油含水率。

整个仪器的工作过程是这样的：X射线源放出X射线，射线穿过输油管道内的原油，有的被吸收掉了，没有被吸收的X射线，进入碘化钠晶体引起闪光，光线透过光电倍增管的玻璃壁，照在光阴极上，发射出电子，电子在电子倍增板上不断地倍增，最后被电子收集板收集，输出一个电信号，信号经放大器放大，输入到单道脉冲分析器，把需要的信号记录下来，再送入计算机，计算机里固化有计算程序，可根据每分钟输入信号的多少，计算出每一时刻的原油含水率。

在实际测量时，由于输油管道的材料是钢铁，对X射线的吸收很历害，使X射线不易穿过管壁。为了使X射线能穿过管壁，须在管道两侧开测量窗，并用某种材料把窗口堵住，使得原油不能从窗口流出。这种材料既要能经受原油的压力，又要对X射线吸收不强。因此，这种材料必须是原子量小，刚性又好的金属。作为例子，我们选用一定厚度的铍板作为窗材料。为了防止油水对铍窗的腐蚀，可以在铍窗内表面复盖一定厚度的塑料薄膜。

另外，为了解决油水混相不均匀的问题，一是探头部位的一段输油管应垂直安装，二是可在探头部位的上游输油管道上安装螺旋片。当原油在螺旋片中流动时发生旋转，从而把油水分层结构或团状结构打碎，使原油成为乳化或半乳化状态。

附图1是原油含水率自动监测仪测量系统方柜图，它包括：

1、X射线原：是用放射性同位素制备的，作为例子，它可以是镉-109、镅-243等，用于提供需要的X射线。

2、探头：包括碘化钠（NaI）晶体和光电倍增管，它的作用是把X射线信号转换为电脉冲信号。

3、放大器，它把探头输出的微弱电信号放大。

4、单道脉冲幅度分析器：用于甄别放大器输出的电信号的强弱，记录所需要的电信号。

5、计算机：记录电信号，并按程序计算出原油含水率、纯油量和纯水量等数据。

6、流量计：用于记录油水总量。

7、施密特电路：为双稳态多谐振荡器电路。能把来自流量计的信号，送入计算机。

8、高压、低压电源：为测量系统提供所需要的电源。

9、输油管道。

图2是铍窗和螺旋片在输油管道上的安装图。其中1是X射线源，2是探头，10是螺旋片，11是铍窗。

上述原油含水率自动监测仪、与测量原油含水率的传统方法相比，具有以下突出的优点：

1、测量自动、连续、快速。

2、每分钟可以分别显示一次该时刻流经管道的原油瞬时含水率数据和已经流过管道的原油总量、纯油量及纯水量数据，必要时可以打印出来。

3、测量精度高，累计误差不大于1%。

4、含水率测量范围，可以从0-100%，油包水或水包油不影响测量误差。

Claims (5)

1、一种原油含水率自动监测仪，其特征在于，它是利用油和水对X射线的吸收强弱不同的方法来测量原油含水率的。

2、如权利要求1所述的原油含水率自动监测仪，其特征在于，它由X射线源1、探头2、放大器3、单道脉冲幅度分析器4、计算机5、流量计6、施密特电路7、高低压电源8等部分构成。

3、如权利要求2所述的原油含水率自动监测仪，其中X射线源1是用放射性同位素制备的。

4、如权利要求2所述的原油含水率自动监测仪，其特征在于，用于输油管道上进行测量时，须在管道两侧开测量窗，窗材料必须是原子量小，刚性又好的金属。为了防止油水对金属窗的腐蚀，应在窗内表面复盖一定厚度的塑料薄膜。

5、如权利要求2所述的原油含水率自动监测仪，其特征在于，用于输油管道上进行测量时，探头部位的一段管道应垂直安装，并须在探头部位的上游管道内安装螺旋片。