一种差分阻抗变频扫描式含水仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于测量井下原油含水率的含水仪，该差分阻抗变频扫描式含水仪包括差分接收发送单元、数字直接频率合成单元、信号采集单元、主控单元、数字处理单元、功率单元以及电源单元；主控单元通过数字直接频率合成单元将激励信号送至功率单元，功率单元与差分接收发送单元的发送电极相连；来自接收电极的信号则接入信号采集单元，数字化后送回主控单元。本装置采用变频率扫描介质阻抗，具有低频段、高频段自动辨识切换功能，提高了井下原油含水数据采集的准确度。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及井下原油含水测量技术装置领域，尤其涉及用于测量井下原油含水率的含水仪。
技术介绍
含水精确测量是多年来油田一直关注的问题，能够精确测量产出液的含水值，可以为稳油控水提供最重要、最直接的依据。目前，国内外含水仪功能单一，单井原油品质标定技术较差，对井下含水流量测量精度误差较大。目前，含水率的测量方法较多，通常采用射线法、电容法、电导法。射线法含水仪具有非接触测量的特点，但测量时需混匀气液，当含气量高达35%以上时，因气液混合不同，测量精度不准确；电容法含水仪，适用于低含水的情况，而目前国内外市场上普遍应用的电导法含水仪仅适合应用水为连续相的工况，水平井介质分层流动时测量不准确。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本技术是采用差分阻抗变频扫描原理的测量井下原油中油、气、水的三相计量含水仪。本技术的目的是通过以下技术方案实现的:—种差分阻抗变频扫描式含水仪，包括主控单元、数字处理单元、数字直接频率合成单元、功率单元、差分缓冲器、第一传感器、第二传感器、FLASH存储器、RAM存储器、差分阻抗传感器激励信号电路和差分阻抗传感器接收信号电路；其中，主控单元分别与差分缓冲器、FLASH存储器、数字处理单元和数字直接频率合成单元连接；功率单元分别与差分缓冲器、第一传感器、第二传感器和数字直接频率合成单元连接；数字处理系统分别与差分阻抗传感器激励信号电路、差分阻抗传感器接收信号电路、RAM存储器和主控单元连接；第一传感器与差分阻抗传感器激励信号电路连接，第二传感器与差分阻抗传感器接收信号电路连接。进一步地，所述第一传感器包括参比天线，参比天线的发送电极1和接收电极2之间形成的密闭空间内充满液体介质，所述液体介质为水。进一步地，所述第二传感器包括测量天线，测量天线的底部设有液体介质流入口3，测量天线的接收电极2上开有液体介质流出口 4。进一步地，所述差分阻抗传感器激励信号电路包括参考时钟电路、锁相环频率合成电路、压控放大器电路、RF功率放大器电路;其中，参考时钟电路与锁相环频率合成电路、压控放大器电路、RF功率放大器电路和第一传感器的发送电极1依次连接，锁相环频率合成电路还与数字处理单元连接。进一步地，所述差分阻抗传感器接收信号电路包括不平衡变压器和I/Q正交解调器，其中第二传感器的接收电极(2)与不平衡变压器、I/Q正交解调器和数字处理单元依次连接。与现有技术相比，本技术的技术方案所带来的有益效果是:1.本技术是通过电磁波发射器将电能以稳频恒幅的电磁波发射到油水混合液中，再根据混合液吸收电能的差异来检测原油含水率，操作简便。2.本技术是采用变频率扫描介质阻抗，从短波段到微波段，低频端采用测量介质损耗(吸收能量)应对低含气工况，速度快实时性好。高频端测量介质透、反射率及相移，测量油水气不同组分在不同频率下吸收谱线来应对高含水的分散度不确定性。分别用油水气三相的相敏感频率进行不同频率扫描，将数据“凝固在RAM存储器中”，合成一张灰阶“照片”，假定最亮区为气相，最黑区为水相，经与地面数据对比标定，即可获得各相含量。3.本技术将一个连续波信号从参比天线发出，经过被测量的介质，到达测量天线，接收到的信号相对于原始发射信号，经过被测量介质后被做了衰减和相移处理。该幅度变化和相移可用来确定介质内容。幅度和相移可以直接关联被测量介质的透射率和反射率属性，故采用差分天线可以最大程度上抵消掉温度、电导、矿化度对测量的影响。4.本技术采用双传感器测量方案，测量天线传感器测量油水混合液，参比天线传感器测量全水(提取油水混合液中的水)，油水混合液的温度及电导率等参量同时影响两个传感器的性能，电路采用差分的处理方式，消除温度及电导率对测量精度的影响，假定此刻介质分散相参数可以忽略，将得到精确的含水率。5.本技术采用变频率扫描介质阻抗，具有低频段、高频段自动辨识切换功能。在含气率小于5%时，切换到低频段扫描，测量被测介质的损耗信号，直接输出；高含气率下切换到高频段范围扫描，测量介质损耗信号的同时，还测量被测介质的透射和相移信号，采用数据凝固成灰阶图像等数字化处理后输出，提高了测量信号的丰度，为流型辨识与数据拟合提供实时物理依据，提高了井下原油含水数据采集的准确度。【附图说明】图1是本技术提供的差分阻抗变频扫描式含水仪电路原理图；图2a是本技术提供的差分阻抗变频扫描式含水仪的参比天线结构图；图2b是本技术提供的差分阻抗变频扫描式含水仪的测量天线结构图。图中，1-发送电极，2-接收电极，3-液体介质流入口，4-液体介质流出口。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本技术做进一步说明。如图1所示，该含水仪的主控单元分别与差分缓冲器、FLASH存储器、数字处理单元和数字直接频率合成单元连接;功率单元分别与差分缓冲器、第一传感器、第二传感器和数字直接频率合成单元连接;数字处理系统分别与差分阻抗传感器激励信号电路、差分阻抗传感器接收信号电路、RAM存储器和主控单元连接;第一传感器与差分阻抗传感器激励信号电路连接，第二传感器与差分阻抗传感器接收信号电路连接。第一传感器中设有参比天线，用来测量全水介质(提取油水混合液中的水)，第二传感器中设有测量天线，用来油水混合液，油水混合液的温度及电导率等参量同时影响两个传感器的性能，电路采用差分的处理方式，消除温度及电导率对测量精度的影响。测量开始后，主控单元CPU控制数字处理单元DSP输出特定微波激励频率，检查被测量量介质含气率，得到的数据与预先存储在FLASH存储器中的标定数据对比，连续比较一段时间后，如果含气率小于5%，CPU将关闭差分阻抗传感器激励信号电路和差分阻抗传感器接收信号电路(即高频段测量电路)，转由数字直接频率合成单元DDS输出短波激励(即通过低频段测量电路进行测量)。激励信号通过分离器SPLITTER分配，进入射频功率放大器PA进行功率放大，经由模拟开关分别馈入参比天线和测量天线，其在PA中消耗的功率信号经BUF缓冲处理后被A/D转换器电路采集，送入CPU处理和存储，至此，完成一轮测量采集工作。若通过检测发现含气率大于等于5%时，DSP将调整锁相环频率合成电路PLL分别输出测量含水与含油的微波段频率，压控放大器电路VC0提供低抖动载波信号经PA馈至第一传感器，同时调整L0本振频率，保证使其进入I/Q正交解调器时，与通过不平衡变压器BALUN配平的测量信号正确解调，高频段信号从第二传感器经BALUN进入I/Q正交解调器，产生I和Q两路相差90°信号，经无源滤波后进入双路高速A/D转换器，DSP将数据缓存在RAM中等待处理，待将气相、油相、水相扫描数据采集完毕后，DSP将数据群“凝固”成灰阶图像，经模板解释后送至CPU，CPU将高频端、低频段数据参比修正后通过串口 UART直接输出上传。假定最亮区为气相，最黑区为水相，经与地面数据对比标定，即可获得各相含量。以上所述实施例仅表达了本技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种差分阻抗变频扫描式含水仪，其特征在于，包括主控单元、数字处理单元、数字直接频率合成单元、功率单元、差分缓冲器、第一传感器、第二传感器、FLASH存储器、RAM存储器、差分阻抗传感器激励信号电路和差分阻抗传感器接收信号电路；其中，主控单元分别与差分缓冲器、FLASH存储器、数字处理单元和数字直接频率合成单元连接；功率单元分别与差分缓冲器、第一传感器、第二传感器和数字直接频率合成单元连接；数字处理系统分别与差分阻抗传感器激励信号电路、差分阻抗传感器接收信号电路、RAM存储器和主控单元连接；第一传感器与差分阻抗传感器激励信号电路连接，第二传感器与差分阻抗传感器接收信号电路连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾海涛，
申请(专利权)人：北京昊天光大仪表科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11