管输原油含水率测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种管输原油含水率测量系统及测量方法；系统包括内电极和外电极；外电极为中空圆筒型，底部通过绝缘密封底座固定在水浴槽内，内电极呈实心圆柱型，且同轴套设在外电极内部，在内电极与外电极之间预留有一定间隙，用于容置待测原油溶液；在内电极顶部设置有连接杆，连接赶通过树脂绝缘环与旋转升降平台相连，旋转升降平台由上位机控制并带动内电极旋转和上下移动，用于为待测原油溶液提供稳定剪切场，模拟管输原油的剪切环境，水浴槽由上位机控制水浴温度，用于模拟管输原油的温度环境，在内电极和外电极上还连接有辅助测量电路和频率分析仪，辅助测量电路用于测量阻抗普数据，通过提取阻抗特征频率实现管输原油含水率测量。水率测量。水率测量。

【技术实现步骤摘要】
管输原油含水率测量系统及测量方法


[0001]本专利技术涉及原油含水率测量
，具体地涉及一种管输原油含水率测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]基于油水两相电性差异研制的含水率测量仪器原理简单、维护方便，在实际油田生产计量中具有广泛的应用前景。目前主要应用的方法是电容、电导法，采用1
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75MHz范围的定频交流信号作为激励信号，测量电阻、电容等电参数对含水率进行分析。
[0003]以电容法举例，原油和水在常温下的介电常数分别约为2.3和81，基于两者介电常数差异，通过电极测量油水混合物在交流电场下的电压或者电流，计算得到电容值进而分析含水率。目前，常见的电容传感器有对壁式、同轴电极结构传感器。然而由于原理限制，电容、电导法的测量范围具有局限性，电导法更适用于高含水率范围内的测量，而电容法则在高含水率范围的测量精度较低。当含水率较低时，油
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水混合物在稳定的剪切环境下易形成“油包水”型乳状液(w/o)，此时油相为连续相，电导率可被忽略，其电导式传感器测量精度低。反之，当含水率较高，油水混合物更易形成“水包油”型混合物，水相作为连续相，会极大地影响混合物的电导率，此时电容法测量精度受限。
[0004]目前，也有采用交流阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy，简称EIS)方法实现含水率的测量。但阻抗谱技术在原油计量中的应用起步较晚，对含水率的影响机制及作用规律认识尚浅，在传感器及装置的设计上，尚未能考虑到复杂的剪切环境造成的影响，与实际工程应用仍具有一定的距离。部分研究搭建多相流管道进行动态测量，这极大地增加了测量成本和复杂程度，难以得到广泛应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术所需要解决的技术问题在于提供一种管输原油含水率测量系统及测量方法。
[0006]本专利技术提出的第一个技术方案是，一种管输原油含水率测量系统，包括内电极和外电极，其关键在于：所述外电极为中空圆筒型，底部通过绝缘密封底座固定在水浴槽内，所述内电极呈实心圆柱型，且同轴套设在所述外电极内部，在所述内电极与所述外电极之间预留有一定间隙，用于容置待测原油溶液；在所述内电极顶部设置有连接杆，所述连接赶通过树脂绝缘环与旋转升降平台相连，所述旋转升降平台由上位机控制并带动所述内电极旋转和上下移动，用于为待测原油溶液提供稳定剪切场，模拟管输原油的剪切环境，所述水浴槽由上位机控制水浴温度，用于模拟管输原油的温度环境，在所述内电极和所述外电极上还连接有辅助测量电路和频率分析仪，所述辅助测量电路用于测量阻抗普数据，通过提取阻抗特征频率实现管输原油含水率测量。
[0007]本专利技术利用油水两相体系在交流电场下具有显著的介电频散现象，其引起的频率响应序列能充分反映出体系内部丰富的成分及结构信息。且阻抗特征参数能综合体现介质
的容性和阻性特征，避免了测量范围的局限性。本专利技术面向复杂油水管输环境，充分考虑剪切环境的影响，设计出一套针对动态油水两相流的阻抗谱测量系统，致力于提高实际工程中原油含水率计量的准确性及实效性。
[0008]可选地，所述旋转升降平台和所述水浴槽设置在转矩流变仪工作台上，并通过所述转矩流变仪工作台上的转子带动所述旋转升降平台旋转和上下移动。
[0009]可选地，所述内电极为直径41.6mm，高度55.0mm的钛合金实心圆柱。
[0010]可选地，所述外电极为内径43.2mm，外径45.2mm，高度75.0mm的钛合金空心圆筒。
[0011]可选地，所述绝缘密封底座的直径为45.2mm，高度为8.5mm。
[0012]可选地，所述辅助测量电路包括参考电阻R和两个测试端口，其中：第一测试端口CH1与所述外电极连接，且通过所述参考电阻R连接所述频率分析仪的接地端；第二测试端口CH2与所述内电极连接且通过导线连接所述频率分析仪的交流信号输出端，所述频率分析仪在1Hz～5
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105Hz范围内按照扫频方式输出交流正弦电压，上位机通过采集和测量第一测试端口CH1和第二测试端口CH2之间的电压和相角信息得到阻抗谱数据，并提取阻抗特征频率。
[0013]本专利技术提出的第二个技术方案是，一种管输原油含水率测量方法，利用前文所述的管输原油含水率测量系统，其关键在于：包括如下步骤：
[0014]S1、将所述外电极通过所述绝缘密封底座固定在所述水浴槽内，并通过上位机控制所述水浴槽达到预设温度T；
[0015]S2：将所述内电极通过连接杆与旋转升降平台连接，打开上位机，对旋转升降平台进行高度的校正和调零；
[0016]S3：将待测原油溶液缓慢倒入外电极内部，并恒温静置15min，使其温度与水浴温度保持一致；
[0017]S4：控制旋转升降平台带动内电极下降到设定位置，再调控旋转升降平台按设定转速带动内电极旋转，用于提供稳定剪切场；
[0018]S5：停止调控旋转升降平台转动，通过辅助测量电路和频率分析仪重复测量待测原油溶液的阻抗频响数据；
[0019]S6：根据提取的阻抗特征频率和预测模型计算待测原油溶液含水率。
[0020]可选地，当内外电极间距为0.8mm，待测原油溶液容量为40ml时，所述预测模型为：
[0021][0022]其中：T为预设温度，f
s
为阻抗特征频率，225.997，2.325及4.685由前期测量数据计算所得模型参数，为预设温度T下的含水量。
[0023]本专利技术所述的一种管输原油含水率测量系统及测量方法的有益效果是：
[0024]本专利技术有效避免了电容及电导法在含水率测量范围上的局限性，实现全范围的含水率测量。本专利技术由旋转升降平台带动内电极旋转，为被测原油溶液提供稳定剪切场，模拟管输环境的剪切环境中流体经过阀门、泵以及流动过程中的剪切历史，实现动态原油的含水率测量，提高了含水率测量的准确性及实效性。本专利技术测量方法简单，成本低，可广泛应用于石油、能源输送等领域。
附图说明
[0025]图1是本专利技术所述的内电极和外电极的结构示意图。
[0026]图2是本专利技术具体实施例中辅助测量电路的连接示意图。
[0027]图3是本专利技术具体实施例中油水混合体系等效电路模型；
[0028]图4是本专利技术具体实施例中阻抗虚部及实际特征频率曲线。
具体实施方式
[0029]下面结合试验例及具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。
[0030]实施例1，参见图1和图2，一种管输原油含水率测量系统，包括内电极和外电极，外电极为中空圆筒型，底部通过绝缘密封底座固定在水浴槽内，所述内电极呈实心圆柱型，且同轴套设在所述外电极内部，在所述内电极与所述外电极之间预留有一定间隙，用于容置待测原油溶液；在所述内电极顶部设置有连接杆，所述连接赶通过树脂绝缘环与旋转升降平台相连，所述旋转升降平台由上位机控制并带动所述内电极旋转和上下移动，用于为待测原油溶液提供稳定剪切场，模拟管输原油的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管输原油含水率测量系统，包括内电极和外电极，其特征在于：所述外电极为中空圆筒型，底部通过绝缘密封底座固定在水浴槽内，所述内电极呈实心圆柱型，且同轴套设在所述外电极内部，在所述内电极与所述外电极之间预留有一定间隙，用于容置待测原油溶液；在所述内电极顶部设置有连接杆，所述连接赶通过树脂绝缘环与旋转升降平台相连，所述旋转升降平台由上位机控制并带动所述内电极旋转和上下移动，用于为待测原油溶液提供稳定剪切场，模拟管输原油的剪切环境，所述水浴槽由上位机控制水浴温度，用于模拟管输原油的温度环境，在所述内电极和所述外电极上还连接有辅助测量电路和频率分析仪，所述辅助测量电路用于测量阻抗普数据，通过提取阻抗特征频率实现管输原油含水率测量。2.根据权利要求1所述的管输原油含水率测量系统，其特征子在于：所述旋转升降平台和所述水浴槽设置在转矩流变仪工作台上，并通过所述转矩流变仪工作台上的转子带动所述旋转升降平台旋转和上下移动。3.根据权利要求1所述的管输原油含水率测量系统，其特征子在于：所述内电极为直径41.6mm，高度55.0mm的钛合金实心圆柱。4.根据权利要求3所述的管输原油含水率测量系统，其特征子在于：所述外电极为内径43.2mm，外径45.2mm，高度75.0mm的钛合金空心圆筒。5.根据权利要求4所述的管输原油含水率测量系统，其特征子在于：所述绝缘密封底座的直径为45.2mm，高度为8.5mm。6.根据权利要求1
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5任一所述的管输原油含水率测量系统，其特征子在于：所述辅助测量电路包括参考电阻R和两个测试端口，其中：第一测试端口CH1与...

【专利技术属性】
技术研发人员：青美伊，李作进，付温琪，李家庆，高忠科，梁华庆，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：