[发明专利]一种音叉谐振原油含水率测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种音叉谐振原油含水率测量装置及其测量方法。它包括驱动电路模块、传感器模块、阻抗测量模块、检测电路模块、数据处理模块和上位机，驱动电路模块包括放大电路和频率激振电路，传感器模块包括压电激振电路、音叉谐振式传感装置和压电拾振电路，阻抗测量模块包括阻抗测量电路，检测电路模块包括电荷放大电路、仪表放大电路和滤波整形电路，数据处理模块包括密度理论计算模型、粘度理论计算模型和原油含水率理论计算模型，驱动电路模块、传感器模块、阻抗测量模块和检测电路模块依次相连，形成一个闭环回路，滤波整形电路与数据处理模块相连，数据处理模块与上位机相连。

技术领域

本发明属于原油含水率检测装置领域，涉及一种音叉谐振原油含水率测量装置及其测量方法。

背景技术

在油田开采过程中，地质勘探、钻采输、炼化等生产链都离不开原油含水率的准确测量，原油含水率是油田开采过程中的一项重要指标，通过及时准确的了解原油含水率来估计油井的工作状态，可以预测油井水位、油层位置，估计原油产量和开采价值，科学安排开采方案，对增强油田自动化管理，提高生产效率，准确评价区块可开采价值、指导钻井作业起着非常重要的作用。

目前，原油含水率的检测方法可以归纳为两类：直接测量法和间接测量法。直接测量法主要包括蒸馏法、电脱法、卡尔-费休法，间接测量法主要有密度法、微波法、电导率法、射线法、电容法、射频法、短波法等。

蒸馏法测量原油含水率是通过加热将原油和水分离，进而测量原油的含水率。目前，蒸馏法在原油含水率测量中的标准为GB/T8929-88和GB/T260-88。GB/T8929-88采用的溶剂为二甲苯，GB/T260-88采用的溶剂是工业溶剂油。使用GB/T260-88进行测量时，当原油含水率比较高时，测量结果的精确度比较低。使用GB/T8929-88精确度比较高，可是所采用的二甲苯溶剂使用量大而且具有一定的毒性，对于工作人员会造成一定的伤害。同时蒸馏法测量原油含水率必须是离线测量，难以适应野外作业的要求。而且蒸馏法操作需要取样、稀释、缓慢加热等程序，耗时多，不能够满足油田和原油运输管线实时监管的需求。当原油处于水包油状态，即含水率较高的情况时，原油和水难以均匀混合，对于蒸馏法取样造成影响，将使得测量失去意义。

电脱法的测试原理是通过高压电场，利用电破乳技术使油水分离，来测试原油的含水率。但是电脱法存在着一些缺点，即在脱水过程中，油样需要加温，易使原油剧烈沸腾而外溢，与带电的内、外电极裸露的金属部分触碰，易引起电击危险。

卡尔-费休法的测试原理是利用含碘、二氧化硫、吡啶及无水甲醇溶液(通常称为卡尔-费休溶液)与试样中的水进行定量反应，根据滴定过程中消耗的卡氏试剂的量，计算原油的含水率。但测试中使用的溶剂会污染电极表面，而且卡尔-费休法对于外界环境要求比较高，整个实验过程必须在完全密闭的空间中进行，否则空气中的水分会影响测试结果。

间接测量法是通过测量油水不同比例混合液的物理参数来间接测量原油含水率，在油田生产中得到了快速的发展，测试速度和精度和自动化水平较高。

电导率法是利用油水混合物中油、水电导率差异较大，通过施加恒定电场测量溶液的电导率，通过含水率与电导率之间的关系计算原油含水率。据资料表明，在实际的管道中，对于从0％至100％的原油含水率进行了测量，测量结果显示其有用信号还是较微弱，因此，如何对微弱信号进行处理，以提高测量的精度，仍将是此课题一个需要解决的难点。而且由于受溶液的矿化度的影响，会使得测量电极对之间的电压波动较大，同样导致测量结果受到影响。

电容法是利用油水介电常数的差异特性进行测量的。但电容式传感器的电容量很小，导致电容法的量程范围小，可调性差，仅适合于低含水率的油田，且油水混合液的分层也对系统测量重复性的稳定造成了较大影响。

射频法是一种原油含水率测量的有效方法，测量原理是基于介质的射频阻抗理论，将含水原油作为电介质，通过测定油水混和液对射频信号所呈现的阻抗特性变化来反映原油中的含水率。但利用这种新型技术的测试仪器成本较高，维护也不易，因此还未得到广泛为应用。