一種原油含水率檢測裝置及方法
【專利說明】一種原油含水率檢測裝置及方法 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于石油化工儀表領(lǐng)域，具體涉及一種原油含水率檢測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 石油在開采、集輸、計量、煉化等過程中，都要求檢測石油的含水率。石油含水率的 檢測，對于確定油井出水、出油層位、估計原油產(chǎn)量、預(yù)測油井的開發(fā)壽命等，都具有很重要 的意義。及時準確的原油含水率檢測數(shù)據(jù)，不僅能夠反映出油井的工作狀態(tài)，而且對管理部 門減少能耗，降低成本，實現(xiàn)油田自動化管理也起著重要的作用。
[0003] 近幾年，國內(nèi)外已先后采用電容、超聲波、微波、短波等方式，開發(fā)出了各種各樣的 石油含水率檢測儀器。但由于這些測量方法都依賴測量原油的介電常數(shù)，而原油混合液的 介電常數(shù)和原油質(zhì)量含水率之間沒有線性的比例關(guān)系，標定過程復(fù)雜，準確性差，這些檢測 儀器距離實際應(yīng)用還存在著不少差距。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有方法存在的不足，本發(fā)明提出一種原油含水率檢測裝置及方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：
[0006] -種原油含水率檢測裝置，包括：恒溫缸、換熱油、恒溫缸溫度傳感器、樣品換熱 缸、樣品溫度傳感器、真空絕熱缸、換熱油溫度傳感器和主控單元；其中：
[0007] 恒溫缸：用于容納換熱油，并保證換熱油保持在設(shè)定溫度附近；
[0008] 恒溫缸溫度傳感器：安裝在恒溫缸上，用于測量恒溫缸內(nèi)換熱油的實時溫度；
[0009] 樣品換熱缸：置于真空絕熱缸內(nèi)，用于容納原油樣品；
[0010] 樣品溫度傳感器：安裝在樣品換熱缸上，用于測量原油樣品溫度；
[0011] 真空絕熱缸：包圍樣品換熱缸，用于從恒溫缸中獲得換熱油進行貯存或者將其所 貯存的換熱油排出到恒溫缸中；
[0012] 換熱油溫度傳感器：安裝在真空絕熱缸上，用于測量真空絕熱缸內(nèi)換熱油的溫 度；
[0013] 主控單元：用于控制原油樣品進入樣品換熱缸中、原油樣品從樣品換熱缸中排出、 換熱油從恒溫缸中進入真空絕熱缸中及換熱油從真空絕熱缸中排出進入恒溫缸中；同時， 采集換熱油溫度傳感器反饋的恒溫缸內(nèi)換熱油的實時溫度數(shù)據(jù)、樣品溫度傳感器反饋的原 油樣品溫度數(shù)據(jù)和換熱油溫度傳感器反饋的絕熱缸內(nèi)換熱油的溫度數(shù)據(jù)；根據(jù)換熱油從恒 溫缸中進入真空絕熱缸中與樣品換熱缸中的原油樣品換熱后的溫度上升所需的熱量約等 于原油樣品與真空絕熱缸中的換熱油換熱后的溫度下降而失去的熱量，計算出原油樣品的 熱容值，進而計算出樣品的含水率。
[0014] 根據(jù)所述的原油含水率檢測裝置，所述恒溫缸和所述真空絕熱缸均為不銹鋼制成 的真空缸體，缸體外包裹納米微孔隔熱材料，外表面再使用鋁箱包裹。
[0015] 根據(jù)所述的原油含水率檢測裝置，所述樣品換熱缸的缸體容積為1000ml。
[0016] 根據(jù)所述的原油含水率檢測裝置，所述換熱油為導熱油。
[0017] 采用所述的原油含水率檢測裝置檢測原油含水率的方法，包括如下步驟：
[0018] 步驟1 :控制原油樣品進入樣品換熱缸，貯存在樣品換熱缸內(nèi)；
[0019] 步驟2 :使用樣品溫度傳感器測量原油樣品溫度；
[0020] 步驟3 :根據(jù)原油樣品溫度，在恒溫缸中對換熱油進行調(diào)溫處理，使得恒溫缸中換 熱油的溫度達到預(yù)設(shè)的換熱油初始溫度Ts，T s應(yīng)遠小于原油樣品溫度；
[0021] 步驟4 :控制換熱油從恒溫缸中進入真空絕熱缸中；
[0022] 步驟5 :在真空絕熱缸內(nèi)的換熱油與樣品換熱缸內(nèi)的原油樣品進行換熱的過程 中，實時監(jiān)控樣品溫度傳感器的溫度讀數(shù)，待其溫度下降至1時，讀取換熱油溫度傳感器讀 數(shù)T。；
[0023] 步驟6 :根據(jù)換熱油由溫度上升而得到的熱量約等于原油樣品由溫度下降而失去 的熱量，通過式（7)計算出原油樣品的熱容值，進而根據(jù)式（5)計算出原油樣品的含水率；
[0024] Cni= (T〇-Ts)MhCh/TdM (7)
[0025] Cn= C0+(Cw-C0) X (5)
[0026] 其中Cni為原油混合液的比熱容，C。、Cw分別為原油混合液中油的比熱容、水的比熱 容；X為原油混合液的質(zhì)量含水率;M h為換熱油質(zhì)量；Ch為換熱油比熱容；T s為換熱油初始 溫度；Tci為換熱油結(jié)束溫度；Td為原油樣品下降的溫度；
[0027] 步驟7 :控制換熱油從真空絕熱缸中排出進入恒溫缸中，同時監(jiān)控恒溫缸溫度傳 感器的讀數(shù)，將換熱油的溫度處理到Ts并保持恒定；
[0028] 步驟8 :更新樣品換熱缸內(nèi)的原油樣品，轉(zhuǎn)去執(zhí)行步驟2。
[0029] 根據(jù)所述的原油含水率檢測方法，原油樣品溫度高于50°C，換熱油初始溫度TsS 定為10°C，原油樣品下降溫度Td設(shè)定為10°C。
[0030] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過研究和實驗提出的通過測量比熱容來測量原油 含水率的檢測裝置及方法，理論依據(jù)充分，具有如下優(yōu)點：
[0031] (1)不同于市面上常用的通過測量介電常數(shù)來測含水率的方法，被測量油水混合 物的比熱容和原油質(zhì)量含水率之間存在線性的比例關(guān)系，使得本方法在理論上可以實現(xiàn)較 高準確性的測量。
[0032] (2)設(shè)備的主要傳感器為溫度傳感器，成本低廉。
[0033] (3)本發(fā)明的原油含水率檢測裝置可以直接測量出質(zhì)量含水率，不同于市面上其 它儀器需要用體積含水率換算質(zhì)量含水率。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明一種實施方式的原油含水率檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明一種實施方式的原油含水率檢測方法流程圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0037] 本實施方式的原油含水率檢測裝置，如圖1所示，包括：恒溫缸1、換熱油2、恒溫缸 溫度傳感器3、進樣閥4、樣品換熱缸5、排樣閥6、樣品溫度傳感器7、進油栗8、真空絕熱缸 9、換熱油溫度傳感器10、排油栗11和主控單元12 ;其中：恒溫缸I :用于盛裝換熱油2,并保 證換熱油2保持在設(shè)定溫度附近；恒溫缸溫度傳感器3 :安裝在恒溫缸1上，用于測量恒溫 缸1內(nèi)換熱油的實時溫度；樣品換熱缸5 :置于真空絕熱缸9內(nèi)，用于盛裝原油樣品；樣品溫 度傳感器7 :安裝在樣品換熱缸5上，用于測量原油樣品溫度；真空絕熱缸9 :包圍樣品換熱 缸5,用于從恒溫缸1中獲得換熱油進行盛裝或者將其所盛裝的換熱油排出到恒溫缸1中； 換熱油溫度傳感器10 :安裝在真空絕熱缸9上，用于測量真空絕熱缸9內(nèi)換熱油的溫度；主 控單元12 :用于控制原油樣品進入樣品換熱缸5中、原油樣品從樣品換熱缸5中排出、換熱 油從恒溫缸1中進入真空絕熱缸9中及換熱油從真空絕熱缸9中排出進入恒溫缸1中；同 時，采集換熱油溫度傳感器10反饋的恒溫缸1內(nèi)換熱油的實時溫度數(shù)據(jù)、樣品溫度傳感器 7反饋的原油樣品溫度數(shù)據(jù)和換熱油溫度傳感器10反饋的絕熱缸內(nèi)換熱油的溫度；根據(jù)換 熱油從恒溫缸1中進入真空絕熱缸9中與樣品換熱缸5中的原油樣品換熱后的溫度上升所 需的熱量約等于原油樣品與真空絕熱缸9中的換熱油換熱后的溫度下降而失去的熱量，計 算出原油樣品的熱容值，進而計算出原油樣品的含水率；
[0038] 本實施方式的恒溫缸1和真空絕熱缸9均采用不銹鋼制成真空缸體，外包裹 NWX-1000-ALU型納米微孔隔熱材料，外表面再使用鋁箱包裹，隔熱性能是傳統(tǒng)材料的3至4 倍，耐1000度高溫，鋁箱具有一定反射紅外線、防水防塵功能，整體導熱系數(shù)小于0. 022W/ mK〇
[0039] 本實施方式的樣品換熱缸5采用導熱性能較好的銅作為缸體材料，缸體容積 1000ml，缸體容積過高則原油樣品降溫過程緩慢，過少則不能滿足誤差精度的需要，1000 ml 為實驗得出的一個較佳取值，并且方便計算。
[0040] 本實施方式的換熱油2采用長城牌L-Q B300導熱油，比熱容高，熱傳導性能好，低 溫流動性好，與其接觸到的材料相容性好，不腐蝕，密度868. 5kg/m3。
[0041 ] 本實施方式的溫度傳感器均采用快速插入式0-200度熱敏電阻PT100溫度隔離變 送器，高精度，〇. 1 %級；低溫漂，最大耐溫范圍-40~+85度。
[0042] 本實施方式的進油栗8、排油栗11采用的是YB1-10型定量葉片栗，排量10ml/r， 轉(zhuǎn)速1450r/min，容積效率彡88 n v%。
[0043] 本實施方式的主控單元12采用的是型號為STC89C51的單片機主控單元。
[0044] 采用本實施方式的原油含水率檢測裝置檢測原油含水率的方法，包括如下具體步 驟：
[0045] 步驟1 :通過STC89C51型單片機控制進樣閥4打開，使溫度高于50°C的原油樣品 進入樣品換熱缸5,樣品換熱缸5充滿后，利用STC89C51型單片機關(guān)閉進樣閥4和排樣閥 6,使得原油樣品盛裝在樣品換熱缸5內(nèi)；
[0046] 步驟2 :使用樣品溫度傳感器7測量原油樣品溫度；
[0047] 步驟3 :根據(jù)原油樣品溫度，在恒溫缸1中采用冷卻與加熱設(shè)備對換熱油溫度進行 調(diào)節(jié)，使得恒溫缸1中換熱油的溫度達到預(yù)設(shè)的換熱油初始溫度T s，Ts應(yīng)遠小于原油樣品溫 度；
[0048] 步驟4 :通過STC89C51型單片機控制進油栗8將換熱油從恒溫缸1中抽入到真空 絕熱缸9中；
[0049] 步驟5 :真空絕熱缸9內(nèi)的換熱油2與樣品換熱缸