[发明专利]一种井下在线干度测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及仪表仪器领域，特别涉及一种井下在线干度测量装置及方法。

背景技术

现有主要的干度测量方法包括：氯根法、热力学法、光学法、示踪剂法、电导率法、分离法、临界速度法以及孔板测量法等，较为常用流动湿蒸气湿度测量的方法是氯根法、热力学法、光学法和示踪剂法。

氯根法使用该方法时需要配制标准试剂，分别对锅水和蒸汽进行采样、滴定和计算，测量过程复杂、耗时长且误差较大。

热力学法是自20世纪60年代开始发展起来的根据热力学理论测量蒸汽湿度的一系列方法。热力学法主要包括：节流法、凝结法、加热法、蒸汽-空气混合法等，它们都属于抽汽取样法，即从蒸汽的主汽流中抽取蒸汽试样，然后引向测量段。热力学法均需要从湿蒸气的主汽流中抽取部分试样，然后引向测量段进行测量，故不能实现在线测量，测量过程耗时长。由于蒸汽试样的抽取要能充分代表主汽流的状态，所以热力学法的测量精度不但取决于测量环节，还要受到试样抽取环节的影响。

光学法、蒸汽湿度的光学测量法是建立在光的散射原理基础上的，其基本原理是光线通过含有细微颗粒的均匀介质时，一部分光产生散射现象，另一部分光被颗粒吸收。光学湿度测量法主要分为两类:角散射法和全散射法(或称消光法)。不能否定光学法应用于湿度测量时的优越性，如:能够实现在线实时测量，探针外形较小等，但要真正推广还受到很多限制。由于湿蒸气流中水滴的大小不同，分布不均匀，所以会造成光学法测量结果的随机性很强；鉴于实际可用光的波长限制，光学法通常只能对湿蒸气中直径小于3微米的水滴进行测量，造成测量结果低于真实值；光学法对测量环境的要求十分严格，光学法的成功关键之一就是要保持光学窗口的洁净，保证窗口不能与油污和水接触，这一点在实际测量中是很难实现的；测量设备造价较高，并且对测量现场的仪器配置和测量条件要求很高。

示踪剂法而对于放射性示踪法来讲，还必须要有放射性物质持有和使用中所需要的特别许可证明和相应的必要防护及危害处理程序，在实际使用过程中，放射性同位素示踪物质的选用、运输、配置、注入和取样都需要专门的人员和设备，运行成本昂贵。

综上所述，现有的干度技术测量中，传统方法耗时长且准确性不高，光学方法等高精度测量都是在实验室中能够进行，但是并不能在井下实现，因为稠油具有黏度高、分布不均的特点，通常开采的方法是向油井中注入高温、高压蒸汽，待石油呈流状后再加以开采，蒸汽注入过程中其干度的变化值是判断油层分布的重要资料，同时也是合理利用蒸汽资源的重要参考依据。注入的蒸汽温度和压力一般在300℃和20MPa左右。那么测量仪器是处于高温、高压和剧烈震荡环境中工作的，这势必对干度测量仪器设备提出较为苛刻的要求。因此，急需解决井下干度测量时现有技术所带来的问题。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提出一种井下在线干度测量装置及方法，该技术方案根据声学知识，声波在气液两相流混合物种的传播速度明显小于在纯液体和纯气体中的传播速度。并且气液两相流中相应含量不同，会引起声速的变化，根据这一原理，可以利用超声波检测蒸汽干度或者湿度。

为实现上述目的，本发明提供了一种井下在线干度测量装置，包括处理器、正弦波发生器、发射换能器、接收换能器、测量器和腔体；其中，待测湿蒸汽充满所述腔体，所述测量器、正弦波发生器、发射换能器及接收换能器设置于所述腔体内，所述正弦波发生器与所述发射换能器相连，所述发射换能器与所述接收换能器之间距离为L；所述测量器、正弦波发生器及接收换能器均与所述处理器相连；

所述正弦波发生器，用于发射正弦波信号至所述发射换能器；

所述发射换能器，用于将所述正弦波发生器发送的信号发送出去，并将发出信号的时刻T₁记录下来传送至所述处理器；

所述接收换能器，用于接收所述发射换能器发出的信号，并将接收到信号的时刻T₂记录下发送至所述处理器；

所述测量器，用于测量所述腔体内的压力和温度，并将测量得到的压力和温度传输至所述处理器；

所述处理器，用于根据时刻T₁、时刻T₂、所述发射换能器与所述接收换能器之间距离L以及所述测量器测得的腔体内的压力和温度来获取待测湿蒸汽的干度。

可选的，在本发明一实施例中，所述处理器包括待测湿蒸汽声速单元、水蒸汽体积百分比单元和待测湿蒸汽干度单元；