HU184200B

HU184200B - Method for measuring the liquid-gas proportion of crude oils and/or oil industry products, furthermore the water content of the liquid

Info

Publication number: HU184200B
Authority: HU
Inventors: Endre Hazi; Gyoergy Faludi; Zoltan Csapo; Robert Horvath; Arpad Kassay; Ferenc Dallos
Original assignee: Magyar Szenhidrogenipari; Veszpremi Vegyipari Egyetem
Priority date: 1977-07-29
Filing date: 1977-07-29
Publication date: 1984-07-30

Abstract

A találmány lényege abban van, hogy az ásványi olajokat, illetve olajipari termékeket szállító csővezetékekben áramló közeg mennyiségének mérésével egyidejűleg az áramló közegre állandó gyors neutron fluxust bocsátva detektáljuk az áramló közegben keltett lassú neutronokat, és a kapott — a víz és olaj emulzió vagy keverék vízmennyiségével vagy térkitöltéssel arányos - impulzusváltozásokat regisztráljuk. A találmány szerint előnyös, ha a víztartalom mérése mellett radiometrikus térkitöltés-mérést is végzünk és a két mérés eredményének összevetését, valamint egymással való összehasonlítását elektronikus úton végezzük. Az impulzusszám-változásokat értékelve, azokkal folyamatszabályozást is végezhetünk. A találmány szerinti eljárásnál a mérési eredmény kialakításában a csővezetéken átáramló anyagmennyiség teljes volumene részt vesz, amiből következik, hogy a kapott eredmény igen pontos érték. A csőben a közeg szabad áramlását a térkitöltés-mérésből kifolyólag semmi sem akadályozza és a mérés eredménye a méréssel egy időben, azonnal rendelkezésre áll. -1-The essence of the present invention is that, by measuring the amount of fluid flowing in the pipelines transporting mineral oils or oil products, a continuous rapid neutron flux is detected on the flowing medium to detect the presence of slow neutrons in the fluid and the amount of water or oil emulsion or mixture in water. space-proportional - record pulse changes. According to the invention, it is advantageous to carry out radiometric spatial measurement in addition to the measurement of the water content, and to compare and compare the results of the two measurements electronically. By evaluating the number of pulse changes we can also perform process control. In the process according to the invention, the total volume of material flowing through the pipeline is involved in the design of the measurement result, which means that the result obtained is very accurate. The free flow of media in the tube is not hindered by the space filling measurement and the result of the measurement is immediately available at the same time as the measurement. -1-

Description

A találmány tárgya eljárás ásványolajok, és/vagy olajipari termelvények folyadék—gáz arányának, ill. a folyadék víztartalmának mérésére, ill. meghatározására.The present invention relates to a process for the determination of the liquid-gas ratio of mineral oils and / or oil products. for measuring the water content of the liquid, or determination.

A kőolaj-kitermelés és -feldolgozás során egyik legfontosabb tevékenység a kitermelést, illetve feldolgozást jellemző paraméterek pontos mérése és állandó figyelemmel kísérése.One of the most important activities in the extraction and refining of oil is the accurate measurement and constant monitoring of the parameters that characterize the extraction and processing.

A legtöbb olaj mezőn igen lényeges ilyen paraméter az egyes kutak által termelt folyadékok gáz- vagy víztartalmának változása.In most oil fields, such a parameter is the change in the gas or water content of the liquids produced by each well.

A víztartalom értéke igen széles határok között változhat. így például a kimerülőben lévő olajkutak esetén a víztartalom 95%-ot, vagy ennél nagyobb értéket is elérhet. Az ismert eljárás szerint az olajkutakból kitermelt folyadék kémiai úton történő víztelenítés után kerül további feldolgozásra. Az olajfinomító felé történő elszámoláskor a feldolgozásra átadott olaj víztartalma szintén fontos paraméter,The water content can vary within very wide limits. For example, in the case of a depleted oil well, the water content can reach 95% or more. According to the known process, the liquid extracted from oil wells is further processed after chemical dewatering. The water content of the oil delivered for processing is also an important parameter when clearing to the oil refinery,

A víztartalom-változás kutankénti és naponta történő megfigyelése nagy létszámú fizikai és műszaki szervezetet kíván. Ugyanis jelenleg a mintavételezés utáni kémiai víztartalom meghatározása az egyedül alkalmazott eljárás.Monitoring the change in water content per well and daily requires a large number of physical and technical organizations. Currently, the determination of the chemical water content after sampling is the only procedure used.

A kapott eredmény jellemző volta azonban nem teljes, mivel a minta vételét, összegyűjtését, valamint vizsgálatát számos szubjektív és objektív tényező befolyásolja. A kapott eredmény használhatóságából sokat levon az a tény is, hogy a mintavétel és az eredmény megadása között hosszú idő, - legalább egy nap - telik el.However, the characterization of the result obtained is incomplete, as the sampling, collection and examination of the sample are influenced by a number of subjective and objective factors. The fact that there is a long time - at least one day - between taking the sample and providing the result, also makes it very useful.

A leggyakrabban a Marcusson-féle kémiai víztartalom meghatározási eljárást alkalmazzák. Ritkán —, általában csak speciális esetekben — alkalmaznak egyéb eljárásokat, mint például alkáli fémekkel való reagál tatást, vagy a víztartalom inért gázzal való kihajtását, kalciumkloridos elnyeletését, centrifugálását.The most commonly used method is the Marcusson chemical water content determination. Other methods, such as reacting with alkali metals or expulsion of water with inert gas, calcium chloride absorption, centrifugation, are rarely used, usually only in special cases.

Ismeretesek továbbá olyan eljárások, amelyekkel a víztartalmak folyamatosan is meghatározhatók. Legjobb eredményt e téren dielektrometriai alapon üzemelő berendezésekkel értek el.Methods for continuously determining water contents are also known. The best results in this field were achieved using dielectrometric equipment.

Ezek a berendezések a víz és az olaj eltérő dielektromos állandója alapján mérik a víztartalmat.These devices measure the water content based on the different dielectric constants of water and oil.

Csővezetékbe beépített elektródákkal folyamatos mérés is megvalósítható. Ezen eljárás hátránya, hogy viszonylag szűk víztartalom intervallumban — általában 10% vagy annál alacsonyabb víztartalom esetén — használható. Hátrányos az a körülmény is, hogy a mérés pontosságát zavarja az olaj minőségváltozása, továbbá a víz ásványisó-tartalma, a csőben lévő gázkiválások és végezetül az elektródák mechanikai elszennyeződése.Continuous measurement can also be performed with the electrodes integrated in the pipeline. The disadvantage of this process is that it can be used in a relatively narrow water content interval, usually at a water content of 10% or less. Another disadvantage is that the accuracy of the measurement is affected by changes in the quality of the oil, and by the mineral salt content of the water, the gas in the tube and, finally, the mechanical contamination of the electrodes.

A találmány célja ásványolajok, illetve olajipari termékek víztartalmának meghatározására olyan eljárás kidolgozása, amellyel bármilyen mértékű víztartalom esetén, függetlenül az olaj minőségének változásától, a víz ásványisó-tartalmától, vagy egyéb tényezőktől, az olajban lévő víz mennyisége folyamatosan és folytonosan meghatározható.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for determining the water content of mineral oils or petroleum products by which the amount of water in the oil can be continuously and continuously determined at any water content, regardless of oil quality change, water salt content or other factors.

A találmány eljárás ásványolajok, illetve olajipari termékek folyadék-gáz arányának, ill. víztartalmának folyamatos meghatározására, amelynek során az ásványolajat, illetve olajipari terméket üzemi körülmények között csővezetékben áramoltatjuk.The present invention relates to a process for the determination of the liquid-gas ratio of mineral oils or petroleum products. continuously determining the water content of the petroleum or petroleum product in a pipeline under operating conditions.

A találmány értelmében a csővezetékben áramló közeg mennyiségének mérésével egyidejűleg az áramló közegre állandó gyors-neutron fluxust bocsátva detektáljuk az áramló közegben keletkezett lassú-neutronokat és a ;· kapott, — a víz- és olaj-emúlziő, vagy keverék vagy elegy folyadéktartalmával arányos — irnpulzusváltozásokat regisztráljuk.In accordance with the present invention, while measuring the amount of fluid flowing in the pipeline, a constant rapid-neutron flux is detected by detecting the slow neutrons generated in the flowing medium and the resulting pulse proportional to the liquid content of the water and oil emulsion or mixture or mixture. register.

A találmány szerinti eljárás alapja tehát a gyors- és lassú-neutronok, valamint a mérendő közeg között kialakított kölcsönhatások eredményeként bekövetkező mérhető impulzusszám-változás, amely egyértelműen összefüggésbe hozható az olaj, illetve olajipari termék víztartalmával, illetve a vezeték térkitöltésével.The process according to the invention is thus based on a measurable change in the number of pulses as a result of the interactions between the fast and slow neutrons and the medium to be measured, which is clearly related to the water content of the oil or petroleum product or the space filling.

A gyors-neutronok termikus-neutron energiára való lassítása a mérendő közeg atommagjaival való ütközések során megy végbe. A neutronokkal azonos tömegű hidrogénatommagok a leghatásosabb fékezők.The deceleration of fast-neutrons to thermal-neutron energy occurs during collisions with the nuclei of the medium to be measured. Hydrogen nuclei of the same mass as neutrons are the most effective brakes.

Mivel a víz és a kőolaj súlyszázalékos hidrogéntartalma igen közel esik egymáshoz, a gyors-neutronok fékezése alapján nem valósítható meg érzékeny víztartalommérési eljárás. Azonban a kőolaj és víz közel azonos százalékos hidrogéntartalma biztosítja azt, hogy állandó gyors-neutron fluxust bocsátva a mérendő közegre, abban térfogategységben és időben közel azonos számú termikus-neutron keletkezik, függetlenül attól, hogy a közeg víz, vagy olaj.Because the weight percent hydrogen in water and oil are very close to each other, a sensitive water content measurement method cannot be implemented based on fast neutron braking. However, nearly equal percentages of hydrogen in oil and water ensure that a constant rapid neutron flux is emitted to the medium to be measured to produce approximately the same number of thermal neutrons in volume and time, regardless of whether the medium is water or oil.

A víz esetében a hidrogéhatomok mellett oxigén, a kőolaj esetében a hidrogén mellett szénatomok vannak jelen. Az oxigén és a szén termikus- epitermikus- és lassúneutronokra vonatkozó abszorpciós hatás keresztmetszete közel egy nagyságrenddel eltér, és a makroszkopikus szórási hatáskeresztmetszetük is különbözik. így az eredő „lassítási jóság” tényező szignifikánsan eltérő a különböző víztartalmú olaj—víz rendszerekre. A lassúneutronokat detektálva ez az eltérés impulzusszám-változásban jelentkezik. Víz és olaj emulzió vagy keverék folyamatos tömegáramát mérve az impulzusszám-változás arányos lesz a mért anyag víztartalmával.In the case of water, oxygen is present beside the hydrogen hydrogens, and in the case of petroleum, the carbon atoms are present. The absorption effects of oxygen and carbon on thermal, epithermal, and slow neutrons differ by nearly an order of magnitude, and their macroscopic scattering cross-sections also differ. Thus, the resulting “deceleration goodness” factor is significantly different for different water-containing oil-water systems. When detecting slow neutrons, this difference occurs in pulse rate change. When measuring the continuous mass flow of water and oil emulsion or mixture, the change in pulse rate will be proportional to the water content of the material being measured.

A találmány tárgyát képező eljárás fontos jellemzője az, hogy olyan két- vagy többkomponensű rendszerekben alkalmas a víztartalom vagy térkitöltés meghatározására, melyekben a víz mellett lévő másik komponens is nagy mennyiségben tartalmaz hidrogént. Az eljárást ez a tulajdonság szignifikánsan különbözteti meg az ismert egyéb - neutronkölcsönhatáson alapuló - nedvességtartalom meghatározási módszerektől, melyeknél a két komponens (víz és az az anyag, melynek a víztartalmát mérik) alapvetően eltér százalékos hidrogéntartalma vonatkozásában. Ezeknél a módszereknél a nedvességmérés céljából kihasznált kölcsönhatás a gyors neutronoknak a hidrogénatommagokon való lefékeződése. Ezen módszerek alapelvéből következik sajátosságuk, mégpedig az, hogy kielégítő pontossággal kis víztartalomértékig (legfeljebb 30-40%) használhatók.An important feature of the process of the present invention is that it is suitable for the determination of water content or volume in two or multi-component systems in which the other component beside the water also contains a large amount of hydrogen. This property is significantly different from other known methods of determination of moisture content based on neutron interaction, in which the two components (water and the substance whose water content is measured) are essentially different in their percentage hydrogen content. In these methods, the interaction used to measure moisture is the quenching of fast neutrons on hydrogen nuclei. The basic principle of these methods is that they can be used with satisfactory accuracy up to a low water content (up to 30-40%).

A találmány szerinti eljárás - az előzőekben kifejtett jellemzői miatt - elsődlegesen a kőolajbányászatban, a kőolaj-feldolgozásban és általában az olajiparban bír különösen nagy jelentőséggel, mert ott fordulnak elő olyan összetevőjű rendszerek, melyek - meglehetősen magas víztartalmának folyamatos vizsgálata megfelelő vagy kielégítő pontossággal eddig nem volt megoldva.Because of the above-described features, the process of the present invention is of particular importance primarily in the petroleum mining, petroleum refining and oil industry in general, because of the presence of component systems that have not been continuously tested for sufficiently high water content with adequate or satisfactory accuracy. solved.

Amennyiben a mérendő folyadék a mérő csőszakaszt teljes keresztmetszetében nem tölti ki, — pl. a gyakorlatban a víz és kőolaj mellett gázfázis is van jelen, úgy ez az ismert más víztartaloinmérési eljáráshoz hasonlóan - a neulron kölcsönhatáson alapuló víztartalommérést is zavaqa értelemszerűen. Ez a zavaró hatás azonban a találmány szerinti eljárás értelmében korrigálható, kompenzálható.If the liquid to be measured does not fill the entire cross-section of the measuring tube, in practice, in addition to water and oil, a gas phase is present, as is the other known method for measuring water content - the measurement of the water content based on the neulron interaction, as appropriate. However, this interference can be corrected or compensated for according to the method of the invention.

184 200184,200

A találmány szerint ez esetben előnyös, ha a víztartalommérés mellett radiometrikus térkitöltésmérést végzünk és a két mérés eredményeinek összevetését, valamint egymással való összehasonlítását elektronikus úton végezzük el. ₅ In accordance with the present invention, it is advantageous in this case to perform a radiometric fill measurement along with the measurement of the water content and to compare and compare the results of the two measurements electronically. ₅

A találmány szerinti eljárásnál tehát a gázfázis zavaró hatását a víztartalom mérésétől független radiometrikus eljárással kell figyelembe venni és a kapott értékkel kell korrigálni a víztartalom mérési eredményét.Thus, in the process according to the invention, the interference of the gas phase must be taken into account by a radiometric method independent of the measurement of the water content, and the result obtained must be corrected by the value obtained.

A víztartalomméréstől független radiometrikus térkitöltésmérés történhet gammasugár reflexiós, vagy abszorpciós elven, attól függően, hogy milyen az a csőátmérő, amelyben a mérés történik, illetve milyen nagyságrendű a gáztartalom térfogatszázalékos értéke.Irrespective of the water content measurement, radiometric volume measurement may be performed by gamma-ray reflection or absorption, depending on the tube diameter at which the measurement is made and the magnitude of the volume content of the gas.

A találmány szerinti térkitöltés mérési eljárás ön-jg állóan is alkalmazható. Alkalmazására akkor kerülhet sor, ha a mérésnél érdektelen a folyadékfázis összetétele, csak a szabad gáztartalom mérése a feladat. Az olajiparban gyakran merül fel ilyen mérési igény is.The spatial filling measurement method according to the invention can be applied independently. It can be used if the liquid phase composition is not important for the measurement, only the measurement of the free gas content is the task. In the oil industry, such measurement requirements are often encountered.

A találmány szerinti térkitöltés mérési eljárásnál az 20 alkalmazott gammasugár energiájának, a sugárforrások geometriai elhelyezésének, a detektor és a sugárforrások előtt alkalmazott kollimátorok helyes megválasztásával elérhető, hogy a folyadékfázis, ill. a gázfázis anyagi minőségváltozása nem zavarja a mérést. Az előző tényezők, 25 illetve a mérésnél alkalmazott mérési (integrációs) idő optimális megválasztása lehetővé teszi a különböző jellegű áramlások (lamináris, turbulens, dugós stb.) mérést zavaró hatásának kiküszöbölését is. Abban az esetben, ha a térkitöltésmérést önállóan végezzük, az eljárás 30 0-100%-os térkitöltési tartományban egyaránt alkalmazható.In the field fill measurement method of the present invention, by correctly selecting the energy of the gamma ray applied, the geometric location of the radiation sources, the detector and the collimators used before the radiation sources, it is possible to achieve the material quality change of the gas phase does not disturb the measurement. The optimum choice of the above factors, as well as the measurement (integration) time used in the measurement, also makes it possible to eliminate the interfering effects of various flows (laminar, turbulent, plugged, etc.). In the case of a volumetric filling measurement performed independently, the method can be used in the range of 30 to 100% filling volume.

A két mérés eredményének összevetése és egymással való korrigálása elektronikus úton történhet.The results of the two measurements can be compared and corrected electronically.

A találmány szerinti eljárásnál az impuizusszám-válto- 35 zásokat értékelvé azokkal folyamatszabályozást is végezhetünk.In the process of the invention, pulse rate changes can also be evaluated by process control.

A találmány szerinti mérési eljárás mind dinamikus üzemben, mind statikus üzemben alkalmazható a neutronforrások aktivitásának alkalmas megválasztásával. 40The measurement method of the present invention can be used in both dynamic mode and static mode by appropriately selecting the activity of neutron sources. 40

A rajz a találmány szerinti eljáráshoz kivitelezett berendezést - példaként — ábrázolja.The drawing shows, by way of example, an apparatus for carrying out the process according to the invention.

A gyors neutronokat kibocsátó 1 neutronforrások az — elemekből álló, reflektor és sugárvédelem célját szolgáló - 2 grafittömbben lévő furatokban helyezkedik el. 45The neutron sources 1 emitting fast neutrons are located in holes in the graphite block 2, which is composed of elements for reflector and radiation protection. 45

Az 1 neutronforrásból kilépő, illetve a 2 grafittömbből visszaverődő neutronok 3 kadmiumlemez szűrőn, illetve a 4 cső falán keresztüljutnak a 4 csőben áramló 5 mérendő közegbe. A közeg áramlási iránya közömbös. A mérendő anyagon lejátszódó kölcsönhatásokban kelet- 50 kezett szóródott és nem abszorbeálódott lassú neutronokat a 6 lassú neutrondetektorral detektálják. A 6 lassú neutrondetektorhoz kapcsolt 7 erősítő az elektromos jelek erősítését szolgálja. A 6 lassú neutrondetektorból és 7 erősítőből álló „detektor rendszert” a zavaró háttér- 55 sugárzástól — célszerűen kettős — 8 kadmiumlemez borítás védi. A 8 kadtnium borításnak sugárvédelmi szerepe is van.The neutrons leaving the neutron source 1 and reflected from the graphite block 2 pass through the cadmium plate filter 3 and the tube 4 into the medium 5 to be measured in the tube 4. The flow direction of the medium is inert. Slow neutrons generated in interactions on the material being measured are detected by the 6 slow neutron detectors, which are scattered and unabsorbed. The amplifier 7 coupled to the slow neutron detector 6 serves to amplify the electrical signals. The "detector system", consisting of 6 slow neutron detectors and 7 amplifiers, is protected from interfering background radiation 55, preferably by a double cadmium plate cover. The 8 cadmium plating also has a radiation protection role.

A 7 erősítőben kialakított jelet a 9 kábel vezeti a feldolgozó, kijelző egységhez. Az egész berendezés 10 bilinccsel van a 4 csőre felerősítve. Az említett elemekből á’ló sugárforrásegységet, valamint a teljes detektoregységet 11 szorítócsavarok rögzítik. A 12 bórparaffinburkolat szintén sugárvédelmi célokat szolgál. Mérete az alkalmazóit 1 neutronforrások fajtájától és aktivitásától függ. A 12 bórparaffmt kívülről - a rajzon fel nem tüntetet — szilárd burkolat tartja.The signal formed in the amplifier 7 is led by the cable 9 to the processing display unit. The whole apparatus is attached to the tube 4 with 10 clamps. The radiation source unit from the aforesaid elements and the entire detector unit are fastened by clamping screws 11. The 12 boron paraffin casings also serve radiation protection purposes. Its size depends on the kind and activity of the neutron sources it employs. The 12 boron paraffin is held on the outside by a solid casing (not shown).

Kísérletek során bizonyítást nyert, hogy a mérési pontosság eléri a +2,5%-ot, - az olajipari főgyűjtővezetékként használt - 70 mm-nél nagyobb csőátmérők esetén is.Experiments have shown that the measurement accuracy is + 2.5%, even for pipe diameters greater than 70 mm, which is used as the main oil pipeline.

A találmány nagy előnye, hogy a mérési eredmény kialakításában a csővezetéken átáramló anyagmennyiség teljes volumene részt vesz, tehát a kapott mérési eredmény igen nagy átlagra vonatkozó, valóban reprezentatív víztartalomérték. A csőben az anyag szabad áramlását a vízt irtalommérés módszeréből következően semmi sem akadályozza, nincsenek benyúló szerelvények, elektródák, amelyek elszennyeződhetnének. A víztartalommesés eredménye a méréssel egyidőben azonnal rendelkezésre áll és az eredmény, mint elektronikus jel, nemcsak regisztrálható, hanem az szükség szerint a folyamat szabályozására is felhasználható.It is a great advantage of the invention that the total volume of material flowing through the pipeline is involved in determining the measurement result, so that the measurement result obtained is a very representative average water content. The free flow of material in the pipe is not obstructed by the method of measuring volumetricity, there are no protruding fittings or electrodes that could be contaminated. The result of the water content drop is immediately available at the same time as the measurement and, as an electronic signal, the result can not only be registered but also used to control the process as needed.

Végezetül szükséges megjegyezni, hogy a találmány szerinti eljárásnál a mérendő közeg maga tölti be a módé; átor szerepét.Finally, it should be noted that in the process of the invention, the medium to be measured is filled by the mode itself; role.

Claims

Claims.

A process for the determination of the liquid-gas ratio and / or the ratio of mineral oils and / or oil products. to determine the water content of a liquid, wherein the mineral oil and / or petroleum product is e.g. running under pipeline braking conditions, characterized in that by simultaneously measuring the amount of fluid flowing in the pipeline, the flux neutrons produced in the flowing medium are detected and the water, oil emulsion pulse changes are recorded.

2. A method according to claim 1, characterized in that, in addition to measuring the water content, a radiometric volume measurement is performed and the results of the two measurements are compared and compared electronically.

The method of carrying out the method according to claim 1 or 2, characterized in that the pulse rate changes are detected and then controlled in a manner known per se.

4. The method of claim 1, wherein the liquid-gas ratio is determined by applying gamma radiation to the flow mixture and measuring its absorbance or reflection, digitally representing the percentage of the pulse number.