用于測(cè)量原油的發(fā)射率和密度的方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】用于測(cè)量原油的API比重的設(shè)備，其包括：用于油的管道(1)；在管道中的熱電偶(4)，所述熱電偶(4)用于測(cè)量與其接觸的油的溫度；在管道中的藍(lán)寶石窗(3)；用于通過(guò)窗測(cè)量油之溫度的紅外溫度計(jì)(5，6)；以及用于比較通過(guò)溫度計(jì)測(cè)得的溫度之測(cè)量結(jié)果以獲得原油的發(fā)射率度量并且從而獲得其API比重的裝置(20)。
【專利說(shuō)明】用于測(cè)量原油的發(fā)射率和密度的方法和設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及原油的密度的測(cè)量，并且具體涉及原油的API比重的測(cè)量。

【背景技術(shù)】
[0002]美國(guó)石油學(xué)會(huì)比重，或API比重，是石油液體與水相比有多重或有多輕的度量(measure)。其通過(guò)以下線性關(guān)系與具體比重(SG)相關(guān)聯(lián):API比重=141.5/(SG)-131.5，使得如果液體的API比重大于10，則液體比水更輕并且漂浮在水上；如果液體的API比重小于10，則液體比水更重并且下沉。
[0003]API比重用于比較石油液體的相對(duì)密度。其定義是溫度為15.6°C時(shí)的密度。API比重越高，原油越輕?！拜p質(zhì)原油”通常具有38度或更高的API比重，“重質(zhì)原油”具有22度或更低的API比重。API比重在22度至38度之間的原油通常被稱為“中質(zhì)原油(mediumcrude)”。還在硫含量的方面對(duì)原油進(jìn)行表征。“低硫”原油(crude)通常被定義為硫含量小于0.5 %的油，而“含硫”原油的硫含量為大于0.5%。
[0004]原油的質(zhì)量決定了實(shí)現(xiàn)煉油廠看作產(chǎn)品的最佳混合所需要的加工和轉(zhuǎn)化的水平。輕質(zhì)低硫原油比重質(zhì)含硫原油更昂貴，原因是對(duì)于生產(chǎn)給定的最終石油產(chǎn)品而言，輕質(zhì)低硫原油與重質(zhì)含硫原油相比需要較少的加工。
[0005]因此，用于測(cè)量API比重的在線遠(yuǎn)程方法對(duì)于油工業(yè)是有用的。
[0006]根據(jù)黑體輻射定律，所有物體在大于絕對(duì)零度的情況下均發(fā)射紅外輻射。遠(yuǎn)程檢測(cè)物體的溫度需要知道該物體的發(fā)射率。發(fā)射率是表示材料發(fā)射熱輻射的能力的術(shù)語(yǔ)。各種材料具有不同的發(fā)射率。材料的發(fā)射率可以在理論上的O(完全不發(fā)射)至同樣理論上的1(完全發(fā)射)的范圍內(nèi)；發(fā)射率經(jīng)常隨溫度變化。黑體是一種在其接觸溫度下輻射紅外輻射的理論物體。如果在黑體輻射體上的熱電偶的讀數(shù)是50°c，則黑體將釋放的輻射也會(huì)是50°C。因此，真正的黑體的發(fā)射率將是I。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明依賴于以下事實(shí):原油的發(fā)射率與其API比重相關(guān)。只要發(fā)射率的測(cè)量足夠精確，其就會(huì)提供原油之API比重的合理指標(biāo)。原油的發(fā)射率隨著API比重變化，使得能夠根據(jù)本發(fā)明通過(guò)比較原油溫度測(cè)量的不同方法來(lái)檢測(cè)API比重的變化。
[0008]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，接觸式溫度計(jì)(例如高度精確的熱電偶溫度傳感器)測(cè)量原油的實(shí)際溫度?？梢允褂镁哂羞m當(dāng)發(fā)射率的相同的原油樣品來(lái)測(cè)量相同的溫度以校準(zhǔn)第二遠(yuǎn)程紅外傳感器。當(dāng)原油流過(guò)這兩個(gè)傳感器時(shí)，在遠(yuǎn)程紅外傳感器(不考慮校準(zhǔn)漂移和準(zhǔn)確度限制)與熱電偶傳感器的溫度測(cè)量之間的任意不同指示原油發(fā)射率的改變并且因而指示API比重的改變。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1 是溫差(differential temperature)測(cè)量的示意圖。
[0010]圖2是測(cè)量系統(tǒng)的示意性表示。
[0011]圖3是根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)方法和測(cè)量方法的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1是用于估計(jì)原油密度的溫差測(cè)量?jī)x器的示意圖。在可以使原油2流過(guò)的管道I例如出油管(flow line)上(或在井下測(cè)量?jī)x器中)的合適位置處設(shè)置有窗3使得可以對(duì)出油管內(nèi)的原油進(jìn)行光學(xué)測(cè)量。
[0013]在緊鄰窗3處還安裝有接觸式溫度計(jì)4 (例如，熱電偶)使得接觸式溫度計(jì)4的感測(cè)元件與原油接觸。紅外溫度計(jì)設(shè)置于能夠通過(guò)窗3檢測(cè)原油溫度的位置。紅外溫度計(jì)可以是在一個(gè)儀器中的發(fā)射器和接收器，或者替代地可以被布置成在第二儀器中帶有接收器6的發(fā)射器5(如所示的)，兩者都通過(guò)藍(lán)寶石窗觀測(cè)原油。使用透鏡7可以將來(lái)自紅外溫度計(jì)的紅外發(fā)射聚焦到原油上，透鏡7可以由鍺制成。紅外溫度計(jì)設(shè)置在與管道I相鄰并且覆蓋窗3的殼體8中。
[0014]窗3優(yōu)選地由藍(lán)寶石玻璃制成，該藍(lán)寶石玻璃對(duì)于該應(yīng)用的窗的具有若干有利特性。藍(lán)寶石玻璃是氧化鋁(Al2O3)單晶。藍(lán)寶石玻璃在機(jī)械上非常堅(jiān)固，具有高拉伸強(qiáng)度(400MPa)和高彈性模量(345GPa)，使其非常耐磨并且耐沖擊。藍(lán)寶石玻璃是熱穩(wěn)定的，直到溫度超過(guò)2000 °C為止其機(jī)械性能和光學(xué)性能不變。藍(lán)寶石玻璃具有優(yōu)良的透射性能，透射窗從190nm至5000nm(在Imm厚的情況下)，使其既適用于近紫外焚光激發(fā)又適用于紅外應(yīng)用。
[0015]紅外輻射是一種波長(zhǎng)比可見(jiàn)光長(zhǎng)、波段在大約從780nm至300 μπι(取決于分類)的電磁福射。具有透射窗從190nm至大約5 μπι的藍(lán)寶石窗僅適用于使近紅外波段(780nm至3μ--)中的紅外輻射和一些中紅外波段(3μπ?至50μ--)通過(guò)。鍺窗為紅外波長(zhǎng)的透射提供了最佳選擇。然而，目前可獲得的鍺窗的機(jī)械性能對(duì)于在出油管中使用不理想。
[0016]圖2以簡(jiǎn)化形式示出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)。在比較與計(jì)算電路20中比較通過(guò)接觸式溫度計(jì)4和紅外溫度計(jì)5&6測(cè)量的溫度，所述比較與計(jì)算電路20是根據(jù)(例如)將發(fā)射率與API比重聯(lián)系起來(lái)的表而進(jìn)行編程的。比較與計(jì)算電路可以在設(shè)備殼體內(nèi)?；蛘?，可以通過(guò)例如線纜將表示測(cè)量結(jié)果的信號(hào)發(fā)送至遠(yuǎn)程位置以進(jìn)行處理。
[0017]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)方法和測(cè)量方法。
[0018]在圖3中的步驟30、步驟31和步驟32表示至少紅外溫度計(jì)的校準(zhǔn)?？梢赃x擇原油的已知樣品以校準(zhǔn)接觸式傳感器和紅外傳感器兩者。該油樣品將是某些標(biāo)準(zhǔn)品并且在將系統(tǒng)布置在海底之前完成。假設(shè)該校準(zhǔn)樣品在15.6攝氏度的API比重為30。該溫度便于使用，原因是API比重是在該溫度下定義的。在使用該樣品的情況下通過(guò)接觸式溫度計(jì)(必要時(shí)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn))指示的溫度^為15.60C，并且紅外溫度計(jì)被校準(zhǔn)成使得其溫度讀數(shù)t i同樣為15.6°C。實(shí)踐中，紅外溫度計(jì)可以具有對(duì)紅外溫度計(jì)所觀測(cè)的樣品之發(fā)射率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谋壤蜃印?br> [0019]在圖3中的步驟33和步驟34表示借助接觸式溫度計(jì)和紅外溫度計(jì)測(cè)量在管道即出油管I中流動(dòng)原油的溫度。經(jīng)過(guò)這兩個(gè)溫度計(jì)的原油具有不同的密度。如果原油的密度與30的API不同，則該原油樣品的發(fā)射率與校準(zhǔn)樣品的發(fā)射率不同。然而，紅外溫度計(jì)基于以下假設(shè)測(cè)量溫度-^與^之間的差d與其在校準(zhǔn)樣品中時(shí)是相同的。所以來(lái)自原油的紅外輻射與校準(zhǔn)的紅外輻射水平不同。因此，通過(guò)紅外溫度計(jì)測(cè)量的溫度ti與通過(guò)接觸式溫度計(jì)測(cè)量的溫度td將不同。檢測(cè)該差(步驟35)并且使其與原油的發(fā)射率聯(lián)系起來(lái)并且從而與油的API比重聯(lián)系起來(lái)。獲得發(fā)射率的值(步驟36)并且將其轉(zhuǎn)換成API比重的值(步驟37) ο
[0020]研宄表明，對(duì)于典型的原油樣品，發(fā)射率隨密度的變化小且在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，所以溫度計(jì)必須非常準(zhǔn)確并且非常穩(wěn)定。
【權(quán)利要求】
1.用于測(cè)量原油的API比重的設(shè)備，其包括:用于所述油的管道(I);在所述管道中的溫度計(jì)(4)，所述溫度計(jì)(4)用于測(cè)量與其接觸的油的溫度；在所述管道中的窗(3);用于通過(guò)所述窗測(cè)量所述油的溫度的紅外溫度計(jì)(5，6);以及用于比較通過(guò)所述溫度計(jì)測(cè)得的溫度之測(cè)量結(jié)果的裝置(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述用于測(cè)量的裝置(20)被構(gòu)造成檢測(cè)所述原油的發(fā)射率的改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中所述窗(3)包含藍(lán)寶石玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述接觸式溫度計(jì)(4)設(shè)置在所述管道⑴中并且與所述窗⑶相鄰。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述接觸式溫度計(jì)(4)包括熱電偶。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述管道(I)為出油管。
7.—種測(cè)量原油的發(fā)射率的方法，包括: 使用接觸式溫度計(jì)(4)測(cè)量原油的至少一個(gè)樣品的溫度； 使用紅外溫度計(jì)(5，6)測(cè)量所述樣品的溫度，所述紅外溫度計(jì)(5，6)被設(shè)置成通過(guò)窗(3)檢測(cè)所述樣品的溫度； 校準(zhǔn)所述紅外溫度計(jì)(5，6)以指示與所述接觸式溫度計(jì)所指示的所述樣品之溫度相同的溫度； 使用所述接觸式溫度計(jì)(4)測(cè)量流動(dòng)原油(2)的溫度； 使用所述紅外溫度計(jì)(5，6)通過(guò)所述窗(3)測(cè)量所述流動(dòng)原油的溫度；以及 比較(35)通過(guò)所述接觸式溫度計(jì)和所述紅外溫度計(jì)測(cè)得的所述流動(dòng)原油的溫度以獲得所述流動(dòng)原油的發(fā)射率的指標(biāo)。
8.一種測(cè)量流動(dòng)原油的API比重的方法，所述方法借助于測(cè)量所述原油的發(fā)射率并且將所測(cè)得的發(fā)射率轉(zhuǎn)換成API比重的度量來(lái)進(jìn)行。
【文檔編號(hào)】G01J5/00GK104487812SQ201380027508
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月26日
【發(fā)明者】菲利普·邁克爾·巴戈利, 羅賓·斯萊特 申請(qǐng)人:阿凱爾海底有限公司