散射和荧光法油田注水在线检测系统研究

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1、散射和荧光法油田注水在线检测系统研究Studyontheoilfieldinjectionwateronlinedetectionsystemusingscatteringandfluorescence学科专业：仪器科学与技术研究生：许飞指导教师：段发阶教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一五年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用

2、过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要在油田现场通常采用地下注水的方式

3、来保证油层的压力，回注水中悬浮物和油含量决定回注水的注入性，影响着注水系统的寿命，是水驱油藏高效开发的关键。本文受中石化胜利油田“油田回注水水质在线监控装置研究及试验”项目支持，旨在开发一套针对油田回注水水质的小型化在线测量设备。通过对油田回注水中悬浮物和油分颗粒的光学特性进行研究，确定了悬浮物水下散射法与油分表面荧光法结合的综合测量方法，设计并搭建了回注水水质在线检测系统，进行了悬浮物和油分浓度测量实验。本文最终完成了系统在实验室环境下的数据测量与模型论证，主要内容如下：1.分别对悬浮物和水中油常用的检测方法进行对比

4、，根据在线检测的要求结合回注水中悬浮物和油分颗粒的光学特性，确定了悬浮物的90°水下散射测量方法和油分的表面荧光测量方法。2.以Mie散射原理与紫外荧光效应为理论基础，分别对两种方法进行建模，建模过程考虑了悬浮物颗粒、油分颗粒、水分子对光传播吸收和散射作用产生的间接影响，仿真并讨论了主要参数如颗粒直径、入射光波长、光程等参数变化对模型的影响。对水下散射法和表面荧光法测量模型进行实验验证。3.讨论悬浮物与油分测量时相互之间产生的影响并进行仿真，提出“先荧光后散射”的综合测量方法。4.根据散射和荧光法模型要求以及油田现场管

5、线的小型化尺寸要求合理设计光学结构和参数，对光路结构引入的误差进行探究并提出优化方案。5.设计硬件电路模块并调试，根据系统指标选择器件。提出光电检测模块基本单元组成结构，讨论主要功能模块的具体实现方法，如负反馈光强稳定电路和微弱信号处理电路的实现。对光电电路的噪声进行分析，并探究提高信噪比的方法。6.搭建回注水水质监测平台，在实验室条件下分别对悬浮物和水中油溶液进行测量实验和误差分析。实验结果证明了回注水水质检测方法的可行性，初步达到油田回注水水质的测量要求。关键词：油田回注水，悬浮物，油，Mie散射，荧光效应，Lam

6、bert-Beer定律ABSTRACTWeusuallyuseundergroundinjectionwaterintheoilfieldtoensurethepressureoftheoillayer.Thecontentofsuspendedsolids(SS)andoildeterminetheinjectioncharacterofwaterandthelifespanofthesystem,playingakeyroleinoilproduction.Thispaperissupportedbytheproj

7、ectof“Theresearchandexperimentofoilfieldinjectionwateronlinemeasuringdevice”fromSinopec,owingtodesignasmallandprecisedevicefortheoilfieldinjectionwatermeasurement.ByresearchingontheopticalcharacterofSSandoilparticles,thepaperworkedouttheapproachofunderwaterscatt

8、eringcombinedwithsurfacefluorescenceandestablishedonlinemeasuringsystemtoaccomplishtheexperiment.Thepaperfinallyaccomplishedthedataacquirementandmethodverificationint