[发明专利]一种高压环境下的微波含水率测试装置及其测试方法

说明书

本发明的目的在于提供一种高压环境下的微波含水率测试装置及其测试方法，属于含水率测试技术领域。该装置通过设计耐高压的测试夹具，利用渐变槽天线作为接收发送单元，将管道含水率的变化转换成对天线传输系数的影响，通过时域选通技术滤除电磁波的多次反射信号，从而得到传输系数和流体含水率的关系，实现高压环境下管道含水率的实时检测，并且该装置测试范围宽、精度高。

技术领域

本发明属于含水率测试技术领域，涉及一种微波含水率实时测试装置，具体涉及一种高压环境下利用时域选通技术的微波含水率实时检测装置及其测试方法。

背景技术

含水率是石油化工业的重要检测对象。对于油井、气井而言，含水率测试可以有效降低开采与输运能耗，同时提高设备生命周期和生产效率。因此，准确实时获取高压环境下的含水率，对管道的维护和管理有着至关重要的意义。

目前，针对高压环境下的管道含水率实时检测，传统的测试方法有电容法和电导法；电容法是通过测试传感器通入流体时的电容值来计算含水率，而当含水率高于50％以上，流体表现出导电性，难以准确测试电容值，存在含水率测试的局限性；电导法是通过测试传感器通入流体的电导值来计算含水率，当含水率较低时，流体表现出绝缘性，同样难以测试其电导值。专利号为CN101865873B的“一种原油含水率电容电导测试仪”专利中将传统的电容法和电导法相结合，实现优势互补，可以测试低含水率和高含水率的情况。但是，这种方式需要获取电容和电导两种参数，测试系统设计更加复杂。

微波因工作频带宽、灵敏性好，被广泛用于通信领域。目前，也有不少学者将微波用于流体含水率测试中，其优势在于灵敏性高，能同时应付高含水率和低含水率的情况。例如，专利号为CN111088975A的“基于微波三探头油井在线含水率监测仪的含水率监测方法”专利中，为保证探针正常工作，发明人将微波探针插入管道内部，根据电磁波在不同材料下的传输时差来计算流体含水率。这种方式计算精度高，测试范围宽，但是缺点在于，该方式需要将探针伸入管道内部，影响管道密闭性，对于高压下的流体可能存在安全隐患；在“原油含水率微波测量系统”的学术论文中，作者将螺旋天线安装在管道外侧，同时将天线辐射区域内的管道部分换成透波材料，保证天线正常工作。这种方式也难以保证管道的封闭性，不能用于高压环境下的流体含水率测试；而一篇名为“微波透射法测量含水率的研究”的学术论文中，作者在管道两侧位置相对的地方用有机玻璃代替，并在该位置安装喇叭天线，同样存在封闭性问题。

然而，实际在深井进行油气开采时，开采物质通常为高压流体，若采用上述方式测试流体含水率，很容易产生安全隐患。鉴于此，如何采用微波手段在高压环境下实现对较大检测范围的含水率测试就成为迫切需要解决的问题。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种高压环境下的微波含水率测试装置及其测试方法。该装置通过设计耐高压的测试夹具，利用渐变槽天线作为接收发送单元，将管道含水率的变化转换成对天线传输系数的影响，通过时域选通技术滤除电磁波的多次反射信号，从而得到传输系数和流体含水率的关系，实现高压环境下管道含水率的实时检测，并且该装置测试范围宽、精度高。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高压环境下的微波含水率测试装置，包括，测试夹具、测试天线、主机模块、电源和工控机；

所述测试夹具为两层，内层为管道结构，外层为金属保护层，内层和外层贴合；内层管壁上对称设置n对天线插槽，所述测试天线包括n对天线，设置于天线插槽中；所述保护罩固定设置于测试夹具的外层上，并延伸至内层，用于固定测试天线并保护天线的微波接头；所述主机模块与测试天线采用微波电缆连接，用于测试收发天线的传输系数并计算流体含水率；所述电源模块用于给主机模块供电；所述工控机与主机模块采用通信线缆连接，用于控制主机模块进行测试并接受主机模块的测试结果。