DE2120744A1 - Verfahren zum Messen der Dielektrizi tatskonstante - Google Patents

Verfahren zum Messen der Dielektrizi tatskonstante

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DE2120744A1 DE19712120744 DE2120744A DE2120744A1 DE 2120744 A1 DE2120744 A1 DE 2120744A1 DE 19712120744 DE19712120744 DE 19712120744 DE 2120744 A DE2120744 A DE 2120744A DE 2120744 A1 DE2120744 A1 DE 2120744A1
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Description

Hamburg, den 19. April I97I
Priorität: 26. Juni 1970, USA, Ser. No. 50022
Anmelder :
Chevron Research Company
San !Francisco, California, USA
Verfahren zum Messen der Dielektrizitätskonstante
Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zum Messen der Dielektrizitätskonstante eines flüssigen Mediums, das leitende Verunreinigungen und Wasser enthält. Insbesondere betrifft die Erfindung ein neues Verfahren zum Messen der Dielektrizitätskonstante von Rohölen, die leitende anorga^- nische kolloidale Teilchen und Wasser enthaltene
Die verschiedensten Verfahren und Instrumente werden bereits zum messen der Dielektrizitätskonstante fließfähiger Stoffe verwendet. Ein grundsätzliches Verfahren wird in der US-Patentschrift 2 654· 067 beschrieben und besteht darin, eine Kapazitätssonde in das fließfähige Medium einzuführen, die Kapazität des Kreises zu messen und dann die Dielektrizitätskonstante des Mediums zu bestimmen, indem die gemessene Kapazität durch diejenige geteilt wird, die. mit derselben Sonde in einem Vakuum erhalten wird. Das Grundverfahren ist in Verbindung mit Verfahren zum Bestimmen des
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CUuL 'W'6-fl· / _ 2 - '
spezifischen Gewichtes verwendet worden, wie z.B. in den US-Patentschriften 2,783,420 und 3,253,606 beschrieben. Das G-rundverfahreh ist ferner in Verbindung mit colorimetrischen ' Verfahren verwendet worden, siehe z.B. die US-Patentschrift 2,859»757· Neuere Entwicklungen betreffen die Verwendung einer sehr niedrigen Frequenz, siehe die US-Patentschrift 3,394,308, eines Dualfrequenzverfahrens, siehe US-Patentschrift 3»255»410, und die Verwendung einer besonderen Schaltung, um die Leitfähigkeitswirkung des Materials, das der Messung unterliegt, auf einen Kleinstwert zu bringen, siehe die US-Patentschrift 3,072,844.
Eine bekannte Schwierigkeit besteht darin, die Dielektrizitätskonstanten von fließfähigen oder flüssigen Stoffen genau zu messen, die selbst eine merkliche Leitfähigkeit aufweisen oder stark leitende Verunreinigungen enthalten. Aufgrund der Leitfähigkeit der Verunreinigungen in dem Medium hat der Strom zwischen den Platten der Kapazitätssonde eine Leitungsstromkomponente zusätzlich zu der regulären Verschiebungsstromkomponente. Die Frequenzabhängigkeit dieser Erscheinung wird Dispersion genannt und verursacht erhebliche Schwierigkeiten, eine direkte genaue Messung der Dielektrizitätskonstanten zu erzielen, da die Leitungsstromkomponente die Kapazität beeinflußt, welche von den üblichen Kapazitätssonden gemessen wird.
Bei der tatsächlichen. Messung der Dielektrizitätskonstante flüssiger Medien ergeben sich Schwierigkeiten auch dadurch,
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daß polare Moleküle, wie Wasser, entweder als Bestandteile der Medien oder als Verunreinigungen etwas von der Energie des Meßkreises absorbieren. Im Fall von Wasser wird diese Erscheinung Wasser-Dipol-Absorption genannt. Dieser Energieverlust im Meßkreis hat zu !Fehlern in den Erüfergebnissen geführt«,
Die Dielektrizitätskonstante ist eine komplexe Funktion, die aus einem reellen und einem imaginären Teil besteht:
B =» I· + i6"
Der reelle Teil £' ist die Komponente, die gewöhnlich als Dielektrizitätskonstante erwähnt wirdo Der Imaginärteil £" wird gewöhnlich Verlustfaktor genannt. Der reelle Teil der Dielektrizitätskonstante beruht auf dem Verschie.bungsstrom und würde der alleinige Bestandteil der Dielektrizitätskonstante sein, falls ein Wechselstrom unendlicher Frequenz benutzt würde, um eine übliche oder Standard-Kapazitätssonde zu betreiben; in diesem lall bestünde keine Gelegenheit für einen Leitungsstrom, in dem Medium zu fließen, und die Ijolaren Wassermoleküle hätten keine Gelegenheit zu Schwingungen, so daß keine Reibungsverluste verursacht würden. Der komplexe Teil der Dielektrizitätskonstante beruht auf dem Leitungsstrom und der Wasserdipolabsorption, d«h. auf Reibungsverlusten, die mit der Bewegung polarer Wassermoleküle verbunden sind, welche sich selbst in dem elektrischen Wechselfeld auszurichten versuchen, das durch den Kapazitätsmeßkreis hergestellt wird. Der physikalische
- 4 109853/1639
Stromfluß und. die Schwingung der polaren Moleküle führt zu einem Energieverlust im Meßkreis und beschränkt dadurch · die Wirksamkeit der Kapazitätssondenkreise, da deren Energie angezapft wird. Der Energieverlust verzerrt auch die gemessenen Kapazitätswerte, so daß die gemessene Dielektrizitätskonstante nicht den reellen Teil der komplexen Dielektrizitätskonstante darstellt, deh. den Teil, dessen Messung erwünscht ist, da er eine spezifische Größe ist, die benutzt werden kann, um die Anwesenheit eines bestimmten Stoffes festzustellen.
Die Erfindung bezweckt daher, den reellen Teil der Dielektrizitätskonstante eines flüssigen Mediums mit einer merklichen Leitfähigkeit oder mit einem Gehalt an leitenden Verunreinigungen direkt zu messen.
Die Erfindung bezweckt ferner, die Dielektrizitätskonstante eines flüssigen Mediums direkt zu messen, indem Messungen ausgeführt werden, die verhältnismäßig unempfindlich gegenüber irgendeinem Leitungsstrom sind, der in dem Dielektrikum fließt.
Ein weiterer Zweck besteht in der Messung der .Dielektrizitätskonstante eines flüssigen Mediums bei geringster Störung durch EnergieVerluste, die auf Wasserdipolabsorption beruhenο
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, in einem flüssigen
_ ZZ ^
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Medium, dessen Dielektrizitätskonstante gemessen werden soll, eine Kapazitätssonde mit einer Frequenz innerhalb eines Frequenzbereiches zu betreiben, der von 10 - 300 MHz reicht«, Die Erfindung hat gezeigt, daß der resile Teil der Dielektrizitätskonstante innerhalb dieses Bereiches eine überwiegende Wirkung hat. Leitungswirkungen und Wasserdipolabsorption sind innerhalb dieses Bereiches minimal, so daß auch der Imaginärteil der komplexen Dielektrizitätsfunktion ein Minimum hat«
Der Beitrag des Imaginärteils der zusammengesetzten Dielektrizitätskonstante oder der Verlustfaktor, der durch Wasserdipolreittung entsteht, ist in der Tafel I dargestellte Die Daten stammen aus dem Buch "Dielektric Materials and their Applications" von A. von Hippel, dritte Auflage, 1961, Seite 361. Das Verhältnis des Verlustfaktors zum reellen Teil der Dielektrizitätskonstante, tg & wird als Funktion der Frequenz angegebene
TABELLE- I
Frequenz in MHz tg Δ für tg Δ für tg Δ für
T -■» 1.50C T ■ 250C T « 65°C
0,0046 0,0125
0,0050 0,003
0,016 0,0073
0,15? 0,054?
0,54 0,26 0,265
Daraus zeigt sich, daß der Imaginärteil der Dielektrizitätskonstante von Wasser, der auf der Wasserdipolabsorption beruht, unbedeutend bei Frequenzen unter 300 MHz ist.
109853/1639 " 6 "
ORIGINAL INSPECTED
10 0,002
100 0,007
300 0,032
1. 000 0,31
10. 000 1,03
25. 000 0,42
Ein Fenster von ΊΟ bis etwa 300 MHz ist geeignet, Wasser-" * ■ " dipolverluste und täuschende Wirkungen zu vermeiden, die
auf Elektrodenpolarisation beruhen. Der untere Bereich des Fensters muß jedoch verengt werden, um Leitungswirkungen zu vermeiden, die durch die Gegenwart von leitenden Verunreinigungen verursacht sind. Zur Erfindung sind eine Reihe von Versuchen angestellt worden, die gezeigt haben, daß leitende- anorganische kolloidale Verunreinigungen eine merkliche Wirkung auf die Dielektrizitätskonstante haben, die für eine Wasser-in-Öl-Emulsion gemessen wird, wenn die Messungen bei Frequenzen bis zu 30 oder 40 MHz aufgeführt werden· Z.B. wurde ein Wasserabschnittmesser (Water cut meter), der mit einer Frequenz von 10 MHz arbeitete, benutzt, um die Dielektrizitätskonstante verschiedener organischer Lösemittel zu messen, die, Spurenmengen eines trockenen Tones, Montmorillonit, enthielt. Dabei wurden korrekte Messungen der Dielektrizitätskonstante ausgeführte Dann wurde weniger als Λ% Wasser zugesetzt, um den Ton anzu-™ feuchten. Die gemessene Dielektrizitätskonstante erhöhte sich um etwa 10$. Die Spurenmengen des Montmorillonit hatten demnach nach der Änfeuchtung einen außerordentlichen Effekt auf die gemessene Dielektrizitätskonstante. Der gleiche Versuch wurde mit anderen Tonen ausgeführt, wobei ähnliche Wirkungen beobachtet wurden, obwohl sie nicht so stark hervortraten.
Die Leitüngsirirkungen von Ton schwanken, sie haben jedoch
mehrere gemeinsame Eigenschaften, welche ihre Fähigkeit . ~ 7 ~
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> .21207AA
fördern, als Leiter zu wirken« Zunächst absorbieren sie Wasser und quellen daher, so daß sie eine Oberfläche merklicher Größe haben und wirksame Träger elektrischer Ladungen bilden, d.h. als Leiter wirken. Weiterhin haben die Tonteilchen zwar die verschiedensten Formen, zeigen jedoch vorwiegend Blättchen- oder Nadelform, und es ist bekannt, daß Blättchen- oder riadelformen die Fähigkeit haben, als gerichtete Leiter zu wirken. Siehe z.B. R.W. Sillars, "The Properties of a Dielectric Containing Conducting Particles of Various Shapes", Institute of Electrical Engineers Journal, v.80, No. 484 (April 1937), PP. 378 - 394. Ferner bestehen Tone zum großen Teil aus Aluminium-Silikaten, welche von Haus aus stark leitende Materialien sind. Aus diesen Gründen kann in einem flüssigen Medium eine Konzentration von Tonteilchen, die so klein ist, daß sie nur die Größenordnung von O,OO1# erreicht, eine Dispersion in der gemessenen Dielektrizitätskonstante in der Größenordnung von 1O# erzeugen. Es ist hauptsächlich der physikalische Zustand der leitenden Verunreinigungen, und nicht eine g
hohe Konzentration, die zu einer merklichen Auswirkung auf die gemessene Dielektrizitätskonstante führt. Aus den gleichen Gründen können andere leitende anorganische kolloidale Verunreinigungen, wie Barite, bei Anwesenheit zu einem ähnlichen Ergebnis führen.
Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungs-
109853/163S ~8 ~
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form der Erfindung beispielsweise erläutert und dargestellt ist. Es zeigen :
Fig. 1 ein Flußschema, das eine Anwendung der
Erfindung erläutert, bei der Kapazitätssonden in einem vollständig automatisierten Betrieb eines ölfeldes eingesetzt werden,
Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild eines
Kapazitätssondenkreises, der zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann,
Fig« 3 eine graphische Darstellungt welche die
dielektrische Dispersion als Funktion der Frequenz für ein Rohöl aus Kalifornien zeigt,
Fig. 4 eine graphische Darstellung, welche die
Dispersion der Dielektrizitätskonstanten als Funktion der Frequenz bei 2,8# Illit-Ton und 5$ Wasser in reinem weißen öl zeigt,
Fig· 5 eine der Fig. M- entsprechende Darstellung
der dielektrischen Dispersion als Funktion der Frequenz bei 2,8# Koalinit-Τόη und 5# Wasser in reinem weißen öl, und
Fig. 6 eine der Fig. 4· ähnliche Darstellung der
dielektrischen Dispersion bei 2,68$ Montmorillonit-Ton und 9,88$ Wasser in reinem weißen Öl·
In der Suszeptibilität der verschiedenen Arten von Mineralien
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— Q _
treten offenbar Schwankungen auf, die die Messungen der Dielektrizitätskonstante stören. Fig. 4, 5 und 6 zeigen die Abhängigkeit der gemessenen Dielektrizitätskonstante von der Frequenz für drei Töne, nämlich Illit, Kaolinit und Montmorillonit. Illit zeigt geringe Dispersion oberhalb von 10 MHz, Kaolinit zeigt geringe Dispersion oberhalb 30 MHz, Montmorillonit jedoch zeigt eine erhebliche Dispersion bis zu wenigstens 80 MHz. Alle zeigen eine erhebliche Dispersion bei Frequenzen unter 10 MHz. Entgegen λ den Versuchsergebnissen der Erfindung wird von einigen Autoren berichtet, daß die Dielektrizitätskonstante von Rohöl im Bereich von 1-10 MHz nicht frequenzabhängig ist, siehe W. J. Warren, Journal of Petroleum Technology, 14, 1207 (1962). In der Reihe der Versuche, die in der Tabelle II zusammengestellt sind, wurde die Dielektrizitätskonstante von Rohölen verschiedener Herkunft durch eine Kapazitätssonde gemessen, die bei 10 MHz arbeitete, und anschließend durch eine Sonde, die bei 100 MHz arbeitete· Von jedem Rohöl wurde eine Probemenge zentrifugiert, um das genaue ™ Verhältnis von Wasser in Öl zu bestimmen Die Ergebnisse zeigen deutlich die Frequenzabhängigkeit der gemessenen Dielektrizitätskonstante und zeigen ferner, daß bei 100 MHz wesentlich genauere Messungen ausgeführt werden können.
■— 10 —
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- 10 — - 2120744 0
TABELLE II 100 MHz fm I fm yJ I *T "Ύ
Zentrifugen-		 0
Rohöl 10 MHz Wert Wert 1.0
Wert 0 Spuren
JTlatlake 5o2 0 0
W. ^airfield, Texas 5*2 1.2 Spuren
Ban try-Manville 6.0 0 0 -■-■■■■
Ayoluengo, Spanien 1.0 0 .©
Dead ^orse Creek 2oO 0
Baldwin A 5*5 0 0o°2
Caprizo Wilcox 4.0 " 0 0
Murphy-Whittier A 0 0
Murphy-Whittier B 5*5 0 0.5
Libya, Oasis 3.0 0 1.5
Libya, Amin 4.7 0 6.0 .
Kelly-Snyder 0.2 0 31 o5
Baldwin B 5*5 1.5 43» O
Baldwin C 6.5 4o5 0
Baldwin D 10.2 31.5 ~. 0.5
Murphy-Whittier C 36.0 44o5 3.0
Las Plores 49.0 0.2 1.0
Casmalia 6.7 0 1.5
Belmont Offshore 5-5 1.5 20.0
SACS 9.5 0 1.0
Monte Christo A 6.5 0.5 Spuren
Monte Christo B 7.0 17.0 Spuren
Huntington Beach A 21.0 0 0
Mt. Diablo 6.0 0 8.5
Surfside ' 5-5 0 8.2
Swanson River 2.0 0 Spuren
Cymric 4.5 7.5 23.5
Huntington Beach B 14.0 7.8 0.5
Tognazini 14.5 .1.5 2.0
Boscan 8.0 25.O
Huntington Beach C 27.0 0.5
Patterson Ranch 8.7 1.8
McPhee 8.5
Nur ein Beispiel von insgesamt etwa 50 zeigte keine merkliche Dispersion bei 10 MHz. Der Prozentsatz an Wasser wurde entsprechend der folgenden Formel berechnet :
ν - 1
Wasser
Hierin ist S= gemessene Dielektrizitätskonstante, £ =* reeller Teil der Dielektrizitätskonstante von Wasser = 79> en = Dielektrizitätskonstante von Rohöl =* 2,30.
10 98-5 3/16 3*9
- 11 -
Es ist anzunehmen, daß die vorstehenden Ergebnisse daher rühren, daß bei höheren Frequenzen die Leitfähigkeitswirkungen leitender Verunreinigungen vermieden werden. Wenn die anorganischen kolloidalen Verunreinigungen aus den beiden ölproben unter Verwendung von Pentan ausgefällt wurden, wurde die dielektrische Dispersion vermieden, und es^gVb sich ein niedrigerer Wert für die Dielektrizitätskonstante O
Einen ähnlichen Aufschluß über die Frequenzabhängigkeit der gemessenen Dielektrizitätskonstante zeigt Fig. 3> in der die gemessene Dielektrizitätskonstante eines kalifornischen Rohöls gegen die Frequenz abgetragen worden ist. Wieder zeigt sich deutlich, daß eine Frequenzabhängigkeit vorhanden ist und daß es erwünscht ist, den Bereich von 1-10 MHz zu vermeiden und mit einer Frequenz zu arbeiten, in der die Leitungsiwkrungen im wesentlichen ausgeschaltet sind, z.B. bei Frequenzen von über 10 MHz, vorzugsweise über 50 MHz.
Ein besonderes Beispiel für die Verwendbarkeit und Nützlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich unter Bezug auf die Erdölindustrie. Rohöl wird fast immer aus dem Boden als eine Wasser-in-Öl-Emulsion gefördert. Im Sinne der weiteren Verarbeitung ist das Wasser eine Verunreinigung, und es ist deshalb sowohl erwünscht, die genaue Menge des im Öl vorhandenen Wassers zu kennen, als auch das Wasser abzuscheiden. Das weiterbehandelte Rohöl wird
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oft mit Wasser in Tanks gespeichert, wobei es erwünscht ist, den Ort der Grenzfläche zu kennen. Rohöl wird auch vielfach durch Rohrleitungen befördert, die durch Fluten mit Wasser gereinigt -werden oder in denen Wasser als Trennwand zwischen verschiedenen Ladungen Rohöl benutzt wird. In derartigen Rohrleitungen ist die Auffindung, von Wasser-Öl --Grenzflächen wesentlich. Die Bestimmung des Wasser-Öl-Verhälthisses wird; in der Ölindustrie benutzt, um festzulegen, ob eine Rohrleitung oder eine Raffinerie eine bestimmte Ladung Rohöl aufnehmen soll. Falls der Wassergehalt zu hoch ist, wird die Ladung nicht übernommen. In einem praktischen Fall wurde eine Ladung Rohöl, die normalerweise von einer Pipeline übernommen worden wäre,, fortlaufend umgewälzt. Aus der Ladung wurde ein Muster entnommen und eine erhebliche dielektrische Dispersion festgestellt« Anschließend wurde ein Muster von einer Ladung genommen, die von derselben Rohrleitung übernommen worden war. Dieses nachfolgende Muster zeigte wesentlich geringere dielektrische Dispersion.
Falls keine Dispersion auftreten würde, würde die Messung der Dielektrizitätskonstante der Wasser-in-Ql-Emulsion ein ausreichendes Mittel sein, um zwischen dem Vorhandensein von Ol und Wasser zu unterscheiden. Reine öle haben typisch eine Dielektrizitätskonstante in der Größenordnung von 2, während Wasser eine Dielektrizitätskonstante in der Größenordnung von 79 hat. Falls keine leitenden Verunreinigungen vorhanden sind oder keine Verluste aufgrund von Reibung der Wasserdipole auftreten, würde die gemessene zusammenge-
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setzte Dielektrizitätskonstante die Mengen von öl und Wasser, die vorhanden sind, wiedergeben. Daher könnte die gemessene Dielektrizitätskonstante benutzt werden, um den Prozentsatz von Wasser und den Prozentsatz von öl zu bestimmeno Die Gegenwart von leitenden Verunreinigungen und das Auftreten von Verlusten aufgrund von Wasserdipolreibung macht es jedoch unmöglich, den Anteil des Wassers und den des Öls genau zu messen. Ungenaue Messungen der Dielektrizitätskonstanten in Wasser-in-Öl-Emulsionen haben zu ungenauer Bestimmung der Wasser-Öl-Verhältnisse geführt· Das hat wiederum dazu geführt, daß zuviel Wasser in dem Gemisch vorhanden gewesen ist, das an die Raffinerien abgegeben worden ist, odrer es sind zu hohe Förderzinsen oder Konzessionsgebühren an Landbesitzer oder Regierungsstellen gezahlt worden, denen an sich Gebühren nach dem Volumen des Rohöls und nicht nach dem Volumen der Wasser-in-öl-Emulsion zu zahlen ist, das auf ihrem Land gefördert worden ist· Überwachungsventile für Rohrleitungen haben zoB. nicht auf Änderungen in der Zusammensetzung der. Rohöl-Emulsion angesprochen. Es ist typisch, daß sie grobe Änderungen, wie z.B. einen Übergang von Wasser auf eine Wasser-in-öl-Emulsion feststellen können, jedoch keine allmählichen oder langsamen Änderungen im Wassergehalt einer Wasser-in-Öl-Emulsion, ζ·Ββ von einer 2#igen auf eine 3#ige Mischung von Wasser-in-öl. Diese Unempfindlichkeit gegenüber geringen Änderungen beruht auf dorn überwältigenden Einfluß der leitenden anorganischen kolloidalen Verunreinigungen, wie z.B. Tonteilchen, auf die gemessene zusammengesetzte Dielektrizitätskonstante, wenn Verunreinigungen auftreten.
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Die Benutzung von Kapazitätsmeßsonden in der Ölindustrie wird mit Bezug auf Fig. .1 besser verständlich, die ein vereinfachtes Flußschema eines automatisierten ölfeldbetriebes mit der Verbindung von Förderbohrung zur Pipeline zeigte Das Rohöl wird unmittelbar in einen Schwereabschneiderbehälter gepumpt, in dem es über eine bestimmte Zeit bleibt. Yom oberen Bereich des Behälters wird das Naturgas abgezogen, das freie Wasser vom Bodenbereich und eine Wasserin-Öl-Emulsion von der Mitte des Behälters· Eine Überwachung der Grenzflächen im Behälter wird durch elektronische oder Schwimmervorrichtungen ermöglicht, so daß nur die gewünschte Wasser-ih-Öl-Emulsion in den Systemfluß eingespeist wird· Die Emulsion enthält typischerweise 1 - 70$ Wasser. Die Emulsion wird einer Vorrichtung zur Analyse des Nettoölgehaltes zugeführt, einem Gefäß, in welchem eine Kapazitätssonde arbeitet. Die elektrische Ausgangsgröße der Sonde ist, falls sie richtig arbeitet, ein Maß für die vorhandene Ölmenge und wird zur Berechnung der Fördergebühren benutzt.
Die Emulsion wird danach, siehe Fig. 1, in einen Waschbehälter eingespeist, in welchem Emulsionsbrecher zugesetzt werden und in dem eine weitere Schwere-Abscheidung eintreten kann. Danach fließt die Emulsion in einen Wärmebehandler, in welchem die Emulsion weiter durch Erwärmung zersetzt wird. Falls die dabei erzeugte Ölmenge nicht groß genug ist, um unmittelbar in eine Förderleitung eingespeist zu werden, kann die Emulsion dann in einem vorratsbehälter
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~ Λ3 -
gespeichert werden. Schließlich wird der Vorrat, wenn eine genügende Menge angesammelt worden ist, in eine selbsttätige Überwachungs- und Überleitungseinheit eingespeist, die ihn in eine Rohrleitung abgibt, falls weniger als eine vorbestimmte Menge Wasser vorhanden ist. Die Bestimmung des Wasser/öl-Verhäl-bnisses wird durch eine Kapazitätssonde ausgeführt« Falls mehr als die vorbestimmte Wassermenge, ζ·Β. 3#» vorhanden ist, wird der vorrat zum Wärmebehandler zurückgeschickt. Falls das Abgabemerkmal, z.B. 3#, eingehalten ist, wird der Vorrat in die Rohrleitung abgegeben. Die abgegebene ölmenge wird durch ein mit positiver Verdrängung arbeitende Meßvorrichtung aufgezeichnet. Muster des Öls, das in die Pipeline abgegeben worden ist, werden fortlaufend genommen, so daß das Wasser/Öl-Verhältnis mit Prüfzentrifugen überwacht werden kann. Dieser zuletzt erwähnte Vorgang zeigt das Mißtrauen, das den im Handel erhältlichen Kapazitätssonden entgegengebracht wird, und betont die Notwendigkeit für ein zuverlässiges Kapazitätsmeßverfahren. Zentrifugenprüfungen sind zeitraubend und umständlich, während ein zuverlässiges Kapazitätsmeßverfahren ohne menschlichen Einsatz arbeitet·
Eine Resonanzschaltung mit einer Röhremroltmeter-Ablesung wird vorzugsweise verwendet, um eine übliche Kapazitätssonde zu betreiben, mit der die Erfindung ausgeführt wird. Eine ausführliche Beschreibung von 5 Arten geeigneter
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Resonanzschaltungen sind in dem von A. von Hippel herausgegebenen Buch "Dielectric Materials and their Applications" auf Seiten 58 - 62 angegeben. Null-Verfahren, mit Wider-. Stands- und Kapazitätszweig-Brücken sind an sich im Bereich von 10 - 300 MHz weniger erwünscht, da Rest-Impedanzen in den Randelementen solcher Schaltungen auftreten. Für gewöhnliche ölfeldarbeiten können jedoch auch Null-Verfahren verwendet werden, lig. 2 zeigt vereinfacht eine Brückenschaltühg. Wenn die Kapazitätssonde in das zu prüfende Medium eingeführt wird, wird eine unbekannte Impedanz, die aus dem Widerstand R, und der Kapazität C, besteht, in den Kreis eingeführt. Wenn der veränderliche Widerstand R-. und die veränderliche Kapazität 0, auf die Kapazitätssonden-Impedanz abgeglichen werden, wird an der Brücke eine Null wahrgenommen und die Kapazität des zu prüfenden Mediums dadurch bestimmt. Eine weitere brauchbare Meßschaltung kann mit Übertragungsleitungsmessungen arbeiten, wie im einzelnen in dem Buch von v. Hippel, siehe oben auf Seiten 63 - 70, beschrieben ist.
In der vorstehenden Beschreibung ist die Erfindung insbesondere mit Bezug auf Wasser-Rohöl-Emulsionen erläutert worden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auf irgendein Medium angewandt werden, das leitende. Verunreinigungen enthält, welche eine dielektrische Dispersion venursachen, und außerdem Wasser enthält, das eine Wasserdipolabsorption verursacht.
- PATENTANSPRÜCHE 109853/1639

Claims (1)

  1. 4^ 212074A
    PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zum Bestimmen des reellen Teiles der komplexen Dielektrizitätskonstanten eines flüssigen Mediums mit einem oder mehreren Bestandteilen, und unter Vermeidung der Wirkungen der dielektrischen Dispersion und der Wasserdipolabsorption, dadurch gekennzeichnet, daß in das flüssige Medium eine üapazitätssonde eingeführt wird., die von einem Wechselstromkreis mit einer Frequenz im ,Bereich von etwa 10 MHz bis etwa 300 MHz betrieben wird, worauf die Kapazität der Kapazitätssonde innerhalb ües flüssigen Mediums gemessen und der reelle Teil der komplexen Dielektrizitätskonstante, g,1, des Mediums mit einem oder mehreren Bestandteilen mittels der .Formel ε * = C/GQ berechnet wird, wobei CQ = der Kapazität des Kreises im Vakuum und C = der im Medium gemessenen Kapazität ist.
    2e Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die.Kapazitätssonde durch eine Wechselstromschaltung mit einer Frequenz in einem Bereich von 70 - 150 MHz betrieben wird.
    3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1-2 auf eine Wasser-in-Rohöl-Emulsion mit leitenden anorganischen kolloidalen Verunreinigungen·
    4·. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1-2 auf eine aus Wasser und Rohöl bestehende Emulsion, die leitende Tonteilchen enthält·
    109853/1639
    Λ9
    Le erse i te
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