原油含水率在线测量仪的实验研究.pdf

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1、石油仪器2012年第26卷第6期PETRoLEUMINSTRUMENIS·开发设计·原油含水率在线测量仪的实验研究魏勇余厚全陈强汤天知刘国权屈凡(1．长江大学电子信息学院湖北荆州)(2．中国石油集团测井有限公司陕西西安)摘要：原油含水率的测量在原油的开采、储运、加工等环节中起着至关重要的作用。针对我国油田高含水的现状，含水率测量仪既要有效地克服地层水矿化度的影响，又要解决常规含水率计在高含水条件下分辨率低的问题。采用在传感器的始端和终端分别激发和接收电磁波的测量方案，提出一种基于高频电磁波相移测量原油介电常数进而计算含水率的实验方法。给出了电磁波含水率测量仪

2、的实例和实验数据，并验证了该方法可行。实验表明，该测量仪具有较高的分辨率，能够实现含水率全范围的连续测量。关键词：原油；含水率；测量仪；电磁波；分辨率中图法分类号：TE357文献标识码：B文章编号：1004—9134(2012)06—0001．04范围高分辨率连续测量，相关的实验数据和结论为电0引言磁波含水率测量仪的结构设计提供了依据。原油含水率的测量在原油的开采、储运、加工等1电磁波含水率的测量方法环节中起着至关重要的作用_1]。目前测量原油含水率的方法主要可分为取样型和连续型。由于取样型测量电磁波在介质中的传播特性是由介质的介电常数和的时间间隔较长，且随

3、机性较大，因此不能满足于实电导率决定，因此通过测量电磁波在油水混合介质中的时准确测量的工程需求。连续型含水率仪主要有密度传播特性可以提取介质的介电常数和电导率参数信息，法，短波法，微波法，阻抗法，电容法。国外在测量进而计算油水混合物的含水率。基于上述思路，采用同含水率较低时，主要采用电容法和阻抗法如英国轴传输线的结构，电磁波含水率的测量方案如图1所示。Sondex公司推出了CAT(电容阵列多相持率测井仪CapacitanceArrayToo1)_2J和斯伦贝谢公司研制的流体扫描仪(FlowScanner)_3J。这两类仪表分辨率较高，价格也较贵，仅实用于中低

4、含水率油井的测量，这与国外油田的低含水率现状是相适应的。而目前国内油田大部分进入开发后期，综合含水率都已经达到了80％以上，因此，国外含水率测量仪表及技术不适于(a)发送和接收信号相位差检测示意图在国内油田应用。国内具有代表的研究是王进旗等人ULfJ研制的同轴线相位法含水率仪_4；黄正华等人研制的短波法原油含水率测定仪；刘兴斌等人研制的阻抗式．f＼＼／^＼／^＼八／^＼一两相含水率仪。目前一般认为在高含水率的条件下检VVVVV测含水率比较有效的方法是同轴线相位检测法。本文(f)从电路和信号的角度对同轴传输线上电磁波的幅度和厂、／^＼／n＼／^＼一相位特性进行

5、了理论分析，并在此基础上进行实验研究，给出了在含水率全范围变化条件下，电磁波在不√VVVV一妒同尺寸结构的传感器上信号幅度和相位特性的实验结(b)发送和接收波形果。实验结论与理论分析基本一致，同时否定了相关文献中利用电磁波幅度测量持水率的可行性。实验表图1电磁波含水率的检测方案示意图明按照一定结构要求设计的传感器能够实现含水率全第一作者简介：魏勇，男，1979年生，讲师，2003年毕业于江汉石油学院电子信息工程专业，2006年毕业于长江大学信号与信息处理专业硕士，目前为长江大学在读博士，研究方向：声电测井新方法与仪器研究。邮编：434023石油仪器·2·PE

6、TRoLEUMINSTRUMENIS2012年12月其中，始端发送的信号Us(f)经过传感器传输到器衰减后，通过荧光屏显示不同频点的幅度特性；相终端产生了相移，反映在终端接收的信号(f)的相位差检测电路主要用来检测经过传感器前后的高频正位上，经过混频将信号变换到中频段，再经鉴相器检弦信号的相移信息，通过混频、滤波、鉴相等一系列测两者之间的相位差。信号处理方法将高频信号的相位差信号转换成中频信设始端激励信号(f)一A~sin(COot)，电磁波在传号，然后通过微处理器检测鉴相器的输出脉宽，最终感器内传输后，产生了幅度衰减和相位移，则终端信数据传至计算机，由计算

7、机计算出电磁波在传感器中号为传播时的相位差和与之对应的含水率，最终完成数(f)=Asin(COot一)(1)据处理并绘制含水率曲线。其中：Aam=2A13传感器的性能测试v"2u2(2)根据含水率测量方法的分析，高频电磁波经过传tg(留()(3)感器后产生幅度衰减和相位移动，由式(2)和式(3)式中，A为激励信号的幅度，∞o为激励信号的角可见，与混合物的介电常数s呈非单调递增关系，频率；为终端信号的幅度，为激励信号的相移；与混合物的介电常数s呈单调递增关系。为了验证该Z0和ZI_分别为传输线的特性阻抗和负载，为传输线结论，设计如下实验。以下实验中所使用的传感

8、器型单位长度上的相移。其中与混合物的介电常数s呈号如