一种原油高含水率检测方法及装置

1.本发明涉及原油检测技术领域，尤其涉及一种原油高含水率检测方法及装置。


背景技术：

2.在我国,随着石油的持续开采,部分油田的石油资源已经接近枯竭状态,且大部分油田都处于高含水状态。高含水原油含水率测量技术在原油的开采、加工、储运、炼制等过程中都起着重要作用，高含水原油含水率在线检测技术的研究和应用也得到了越来越广泛地重视。其测量受油水两相流态、温度、矿化度、非线性特性等多因素的影响，研究高含水原油含水率的测量方法,对油田开采具有十分重要的意义。
3.由于井口含水率实时检测难度较大，采用现有的检测方法检测原油的高含水率测量精度低，费时费力，且不能满足实时性的要求。随着油田现代化程度的不断提高，对高含水原油含水率的检测也提出了新的要求，如何实时准确的检测原油高含水率是保证油田油品质量的重要依据，对原油的产量和油田的发展有重要意义，因此，我们提出了一种原油高含水率检测方法及装置，来解决上述背景技术中存在的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种原油高含水率检测方法及装置，解决了上述背景技术中提出的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种原油高含水率检测装置，包括流量计出口阀、分离器出油阀与齿轮泵入口阀、齿轮泵、齿轮泵出口阀，所述流量计出口阀的一侧相连有辅助加热装置，所述辅助加热装置的一侧设置有搅拌装置，所述搅拌装置的一侧设置有含水率检测装置，所述含水率检测装置一侧设有用于连接原油入口的搅拌装置出口阀；
6.所述含水率检测装置内包括外部保护腔体、peek材料内腔、电路板及电容器仓，所述peek材料内腔外设有外部保护腔体，所述peek材料内腔内壁上设有电路板及电容器仓，并将温度检测探头放入舱内；
7.所述含水率检测装置远离搅拌装置出口阀的一侧设有用于连接原油出口的分离器入口阀，及与分离器入口阀相连的油水分离器、分离器出水阀和分离器出油阀；所述分离器出油阀与齿轮泵入口阀、齿轮泵、齿轮泵出口阀相连接，所述辅助加热装置一端与流量计出口阀和齿轮泵出口阀相连，另一端与搅拌装置相连。
8.优选地，所述原油进出口分别连接带有电磁阀的原油进阀门管线和带有电磁阀的原油出阀门管线，及连接原油进阀门管线的搅拌装置和连接原油出阀门管线的油水分离器，在所述搅拌装置和油水分离器均设置有电磁阀。
9.优选地，所述油水分离器分别连接分离器出水阀和分离器出油阀，分离出来的油一部分被齿轮泵吸入，用于加入搅拌装置和原油混合。
10.优选地，在所述外部保护腔体上开设有可供数据传输线穿过的接口，所述数据传
输线用于连接电路板和电容器仓与所述上位机，所述上位机通过循环发送指令来获取所述含水率检测装置端采集的数据，所述数据传输线采用rs-485通讯电路。
11.优选地，外部保护腔体6采用l80油管钢作为保护外壳材料，peek材料内腔7内部顶端设有安装电路板和电容器仓的接口，通过内腔的顶部将电路板和电容器仓下装到内腔内部，所述电路板和电容器仓对称安装在内腔的内壁上。
12.优选地，所述含水率检测装置5还包括与电容传感器组电路一端连接的通道选择电路，所述电容传感器组电路至少包括电容传感器组，所述电容传感器组响应于所述通道选择电路进行原油电参数检测，所述电容传感器组电路另一端依次连接a/d转换电路和主控制电路；所述主控制电路另一端将信息发送至上位机端，所述上位机还设置有两个接口，包括用于与检测装置通讯的rs485接口和电源供电接口。
13.优选地，所述电容传感器组电路包括50对尺寸规格为40mm
×
10mm的电容极板，每一所述电容极板按每间隔10mm依次安装在所述电路板及电容器仓8内。
14.一种原油高含水率检测方法，包括以下步骤：
15.s1、井口原油经辅助加热与计量检测后，进入搅拌装置(3)；
16.s2、通过搅拌装置(3)将固定体积的油和原油混合，从而降低原油的含水率；
17.s3、搅拌后的原油通过含水率检测装置，将电路板及电容器仓(8)安装在内腔内壁，通过分组选通的方法逐个选通每一个电容芯片的每个通道，通过检测罐体内液体的电参数，将测得的电参数通过rs485通讯电路发送到上位机，从而通过建立电参数和含水率之间的数学模型计算出罐内的低含水率，再将原油体积减去，得到对应的高含水率；
18.s4、将测量后的原油通过油水分离器(10)将油和水分离，分离出的固定体积的油重复循环利用，加入搅拌装置(3)继续下一次的原油含水率检测，将剩余的油排出；
19.采用浓度迁移思想，将分离出的固定体积的油加入到含水率检测的流程中，使得含水率检测装置检测的原油含水率的测量精度更高，同时适用于各个井口。
20.与相关技术相比较，本发明提供的一种原油高含水率检测方法及装置具有如下有益效果：
21.1、本发明提供一种原油高含水率检测方法及装置，辅助加热装置、外部保护腔体和设在peek材料内腔内壁上的电路板和电容器仓，用于测量罐内组分的电参数，从而通过建立电参数和含水率之间的数学模型计算出罐内的低含水率，再将原油体积减去，得到对应的高含水率；再将测量后的原油通过油水分离器将油和水分离，分离出的固定体积的油重复循环利用，加入搅拌装置继续下一次的原油含水率检测；同时，在所述peek材料内腔底部设有用于连接搅拌装置和分离装置的阀门管线；所述peek材料内腔中还设有参数检测装置；及分别与所述参数检测装置和所述电路板进行通讯的上位机，采用本发明所属装置进行原油高含水率检测，不但有较强的抗干扰能力，还进一步提高了高含水原油含水率的测量精度。
22.2、本发明提供一种原油高含水率检测方法及装置，相比于现有的测量方式，本发明采用了浓度迁移的思想，将分离出的固定体积的油加入到含水率检测的流程中，使得含水率检测装置检测的原油含水率的测量精度更高，同时适用于各个井口。
附图说明
23.图1为本发明实施原油高含水率检测装置示意图；
24.图2为本发明实施所述的检测装置的电气原理图。
25.图中：1、流量计出口阀；2、辅助加热装置；3、搅拌装置；4、搅拌装置出口阀；5、含水率检测装置；6、外部保护腔体；7、peek材料内腔；8、电路板及电容器仓；9、分离器入口阀；10、油水分离器；11、分离器出水阀；12、分离器出油阀；13、齿轮泵入口阀；14、齿轮泵；15、齿轮泵出口阀。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
27.实施例：
28.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种原油高含水率检测方法及装置，包括流量计出口阀1、分离器出油阀12与齿轮泵入口阀13、齿轮泵14、齿轮泵出口阀15，流量计出口阀1的一侧相连有辅助加热装置2，辅助加热装置2的一侧设置有搅拌装置3，搅拌装置3的一侧设置有含水率检测装置5；含水率检测装置5一侧设有用于连接原油入口的搅拌装置出口阀4；
29.含水率检测装置5内包括外部保护腔体6、peek材料内腔7、电路板及电容器仓8，peek材料内腔7外设有外部保护腔体6，peek材料内腔7内壁上设有电路板及电容器仓8，并将温度检测探头放入舱内；
30.含水率检测装置5远离搅拌装置出口阀4的一侧设有用于连接原油出口的分离器入口阀9，及与分离器入口阀9相连的油水分离器10、分离器出水阀11和分离器出油阀12；分离器出油阀12与齿轮泵入口阀13、齿轮泵14、齿轮泵出口阀15相连接，辅助加热装置2一端与流量计出口阀1和齿轮泵出口阀15相连，另一端与搅拌装置3相连。
31.其中，原油进出口分别连接带有电磁阀的原油进阀门管线和带有电磁阀的原油出阀门管线，及连接原油进阀门管线的搅拌装置3和连接原油出阀门管线的油水分离器10，在搅拌装置3和油水分离器10均设置有电磁阀。
32.其中，油水分离器10分别连接分离器出水阀11和分离器出油阀12，分离出来的油一部分被齿轮泵14吸入，用于加入搅拌装置3和原油混合。
33.其中，在外部保护腔体6上开设有可供数据传输线穿过的接口，数据传输线用于连接电路板和电容器仓与上位机，上位机通过循环发送指令来获取含水率检测装置5端采集的数据，数据传输线采用rs-485通讯电路。
34.如图2所示，其中，含水率检测装置的硬件电路系统由电容传感器组电路、a/d转换电路、与a/d转换电路相连的主控电路、通道选择电路、以及电源电路组成，各部分电路说明如下：
35.(1)主控制电路:主控制电路选用ti公司的单片机msp430f5438作为主控芯片,芯片主要负责整个系统任务的调度以及对信号的采集,将芯片传送出的信号经a/d转换电路
采集到单片机进行分析处理。
36.(2)电容传感器组电路选用可编程的电容模数转换芯片ad7142，该芯片共有14个电容式传感器输入通道，检测装置只利用了前8组，该芯片分辨率优于1ff，相连着8个接收极板，依次按顺序进行工作。
37.(3)通道选择电路:通道选择电路选用cd4051b芯片，用来分时控制选通每组芯片，依次发射脉冲到控制的8个发射极板上，信号经过介质衰减后到达接收极板，接收极板将采集到的模拟信号输入到模数转换芯片ad7142上，芯片经过数字转换，换算成可量化的数字信号存储到每个接收极板对应的寄存器中，再经iic通信与单片机之间完成数据传输工作。
38.(4)电源电路:电源电路主要用于为主控制电路、电容传感器组电路、信号调理电路等供电，由检测主机为电路板供电。
39.其中，外部保护腔体6采用l80油管钢作为保护外壳材料，peek材料内腔7内部顶端设有安装电路板和电容器仓的接口，通过内腔的顶部将电路板和电容器仓下装到内腔内部，电路板和电容器仓对称安装在内腔的内壁上。
40.本实施方案中，外部保护腔体6用来防止外部环境对罐体的损坏，由于井口压力为1.6mpa～10mpa，含水率检测装置需要在此压力环境下稳定运行，优选的采用l80油管钢作为其保护外壳。peek材料内腔7选择耐高压规格，材料密度均匀。
41.其中，含水率检测装置5还包括与电容传感器组电路一端连接的通道选择电路，电容传感器组电路至少包括电容传感器组，电容传感器组响应于通道选择电路进行原油电参数检测，电容传感器组电路另一端依次连接a/d转换电路和主控制电路；主控制电路另一端将信息发送至上位机端，上位机还设置有两个接口，包括用于与检测装置通讯的rs485接口和电源供电接口。
42.其中，电容传感器组电路包括50对尺寸规格为40mm
×
10mm的电容极板，每一电容极板按每间隔10mm依次安装在电路板及电容器仓8内。
43.一种原油高含水率检测方法，包括以下步骤：
44.s1、井口原油经辅助加热与计量检测后，进入搅拌装置3；
45.s2、通过搅拌装置3将固定体积的油和原油混合，从而降低原油的含水率；
46.s3、搅拌后的原油通过含水率检测装置，将电路板及电容器仓8安装在内腔内壁，通过分组选通的方法逐个选通每一个电容芯片的每个通道，通过检测罐体内液体的电参数，将测得的电参数通过rs485通讯电路发送到上位机，从而通过建立电参数和含水率之间的数学模型计算出罐内的低含水率，再将原油体积减去，得到对应的高含水率；
47.s4、将测量后的原油通过油水分离器10将油和水分离，分离出的固定体积的油重复循环利用，加入搅拌装置3继续下一次的原油含水率检测，将剩余的油排出；
48.本实施方案中，采用浓度迁移思想，即井口原油经辅助加热与计量检测后，进入搅拌装置，此时加入油水分离得到固定体积的油，以此降低原油含水率，而后利用低含水率下的数学模型进行含水率检测，计算得到低含水率值后，根据数学关系计算得到实际的高含水率值。完成含水率检测后，将加入的油分离出以便循环利用，而后将剩余的油排出。
49.具体的，假设检测时水的体积为v1，流量计排出的原油体积为v2，浓度迁移时加入的固定体积的油的体积为v3，进行浓度迁移后检测的低含水率值为α，实际高含水率值为α'，进行高含水率检测时，加入固定体积的油将含水率降低，利用含水率检测装置检测此时
的低含水率值，其低含水率值由于浓度迁移时加入的油的体积v3以及流量计排出的原油体积v2为定值，因此可以求得检测时水的体积v1＝(v2+v3)α，求得检测时水的体积v1后，将浓度迁移时加入的有的体积v3减去，即可计算出实际的高含水率值
50.搅拌装置出口阀和带有第一电磁阀的检测装置入口阀管线相连，分离装置入口阀和带有第二电磁阀检测装置出口阀管线相连，在原油管道上还设有第三电磁阀。在检测时，将第一电磁阀开启，第二电磁阀、第三电磁阀关闭，原油经管线首先流经原油加热装置加热，再经搅拌装置后进入到peek材料内腔，原油加热装置采用电加热方式进行加热。含水率检测装置测得罐体内有油水混合液后，会测得混合液的电参数，peek材料内腔的温度也随之变化，检测装置根据通道选择电路依次选通每一组单元，通过iic总线将电容测量芯片测得的数据传送到单片机进行数据存储，依次选通完每一组电容测量芯片后，电路板将数据打包发送到上位机，上位机将测得的数据进行存储，并在上位机显示。
51.电源部分采用dc24v电源供电,包括两级稳压电路,第一级降压电路选用utc78d05al稳压芯片将dc24v转换为dc5v,第二级降稳压电路选取ams1117将dc5v转换为dc3.3v,供后续电路使用,第一级稳压电路选取稳压管串联电阻,串联电阻目的是起限流作用。

技术特征：
1.一种原油高含水率检测装置，包括流量计出口阀(1)、分离器出油阀(12)与齿轮泵入口阀(13)、齿轮泵(14)、齿轮泵出口阀(15)，其特征在于：所述流量计出口阀(1)的一侧相连有辅助加热装置(2)，所述辅助加热装置(2)的一侧设置有搅拌装置(3)，所述搅拌装置(3)的一侧设置有含水率检测装置(5)，所述含水率检测装置(5)一侧设有用于连接原油入口的搅拌装置出口阀(4)；所述含水率检测装置(5)内包括外部保护腔体(6)、peek材料内腔(7)、电路板及电容器仓(8)，所述peek材料内腔(7)外设有外部保护腔体(6)，所述peek材料内腔(7)内壁上设有电路板及电容器仓(8)，并将温度检测探头放入舱内；所述含水率检测装置(5)远离搅拌装置出口阀(4)的一侧设有用于连接原油出口的分离器入口阀(9)，及与分离器入口阀(9)相连的油水分离器(10)、分离器出水阀(11)和分离器出油阀(12)；所述分离器出油阀(12)与齿轮泵入口阀(13)、齿轮泵(14)、齿轮泵出口阀(15)相连接，所述辅助加热装置(2)一端与流量计出口阀(1)和齿轮泵出口阀(15)相连，另一端与搅拌装置(3)相连。2.根据权利要求1所述的一种原油高含水率检测装置，其特征在于：所述原油进出口分别连接带有电磁阀的原油进阀门管线和带有电磁阀的原油出阀门管线，及连接原油进阀门管线的搅拌装置(3)和连接原油出阀门管线的油水分离器(10)，在所述搅拌装置(3)和油水分离器(10)均设置有电磁阀。3.根据权利要求1所述的一种原油高含水率检测装置，其特征在于：所述油水分离器(10)分别连接分离器出水阀(11)和分离器出油阀(12)，分离出来的油一部分被齿轮泵(14)吸入，用于加入搅拌装置(3)和原油混合。4.根据权利要求1所述的一种原油高含水率检测装置，其特征在于：在所述外部保护腔体(6)上开设有可供数据传输线穿过的接口，所述数据传输线用于连接电路板和电容器仓与所述上位机，所述上位机通过循环发送指令来获取所述含水率检测装置(5)端采集的数据，所述数据传输线采用rs-485通讯电路。5.根据权利要求1所述的一种原油高含水率检测装置，其特征在于：外部保护腔体(6)采用l80油管钢作为保护外壳材料，peek材料内腔(7)内部顶端设有安装电路板和电容器仓的接口，通过内腔的顶部将电路板和电容器仓下装到内腔内部，所述电路板和电容器仓对称安装在内腔的内壁上。6.根据权利要求1所述的一种原油高含水率检测装置，其特征在于：所述含水率检测装置(5)还包括与电容传感器组电路一端连接的通道选择电路，所述电容传感器组电路至少包括电容传感器组，所述电容传感器组响应于所述通道选择电路进行原油电参数检测，所述电容传感器组电路另一端依次连接a/d转换电路和主控制电路；所述主控制电路另一端将信息发送至上位机端。7.根据权利要求6所述的一种原油高含水率检测装置，其特征在于：所述上位机还设置有两个接口，包括用于与检测装置通讯的rs485接口和电源供电接口。8.根据权利要求6所述的一种原油高含水率检测装置，其特征在于：所述电容传感器组电路包括50对尺寸规格为40mm
×
10mm的电容极板，每一所述电容极板按每间隔10mm依次安装在所述电路板及电容器仓(8)内。9.一种根据权利要求1-8任一所述的原油高含水率检测方法，其特征在于：包括以下步
骤：s1、井口原油经辅助加热与计量检测后，进入搅拌装置(3)；s2、通过搅拌装置(3)将固定体积的油和原油混合，从而降低原油的含水率；s3、搅拌后的原油通过含水率检测装置，将电路板及电容器仓(8)安装在内腔内壁，通过分组选通的方法逐个选通每一个电容芯片的每个通道，通过检测罐体内液体的电参数，将测得的电参数通过rs485通讯电路发送到上位机，从而通过建立电参数和含水率之间的数学模型计算出罐内的低含水率，再将原油体积减去，得到对应的高含水率；s4、将测量后的原油通过油水分离器(10)将油和水分离，分离出的固定体积的油重复循环利用，加入搅拌装置(3)继续下一次的原油含水率检测，将剩余的油排出；采用浓度迁移思想，将分离出的固定体积的油加入到含水率检测的流程中，使得含水率检测装置检测的原油含水率的测量精度更高，同时适用于各个井口；假设检测时水的体积为v1，流量计排出的原油体积为v2，浓度迁移时加入的固定体积的油的体积为v3，进行浓度迁移后检测的低含水率值为α，实际高含水率值为α'，进行高含水率检测时，加入固定体积的油将含水率降低，利用含水率检测装置检测此时的低含水率值，其低含水率值由于浓度迁移时加入的油的体积v3以及流量计排出的原油体积v2为定值，因此可以求得检测时水的体积v1＝(v2+v3)α，求得检测时水的体积v1后，将浓度迁移时加入的有的体积v3减去，即可计算出实际的高含水率值

技术总结
本发明公开了一种原油高含水率检测方法及装置，涉及原油检测技术领域。该原油高含水率检测装置，包括流量计出口阀、分离器出油阀与齿轮泵入口阀、齿轮泵、齿轮泵出口阀，所述流量计出口阀的一侧相连有辅助加热装置，所述辅助加热装置的一侧设置有搅拌装置，所述搅拌装置的一侧设置有含水率检测装置。本发明所属装置进行原油含水率检测，不但有较强的抗干扰能力，还进一步提高了高含水原油含水率的测量精度；相比于现有的测量方式，本发明采用了浓度迁移的思想，将分离出的固定体积的油加入到含水率检测的流程中，使得含水率检测装置检测的原油含水率的测量精度更高，同时适用于各个井口。口。口。


技术研发人员：刘宝 徐越 刁晓晖 张璐 王君红
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/7