用于根据流体热特性测量水-油界面液位的光学系统技术方案

本发明专利技术提出了一种用于基于流体热特性测量水

【技术实现步骤摘要】
用于根据流体热特性测量水
‑
油界面液位的光学系统


[0001]本专利技术涉及测量从井产生的位于罐、储层、处理容器和存储容器中的流体之间的界面液位。所提出的专利技术可以应用于陆上或海上的若干存储罐、生产罐或三相分离器。

技术介绍

[0002]在油和气体工业中，对具有不同密度、腐蚀性和粘度的流体来说，需要对罐、储层、处理容器和存储容器中的流体之间的界面液位进行测量。此外，油和气体工业中的过程在高压和高温条件下发生，这增加了对仪器的复杂性和坚固性的要求。
[0003]油和气体工业中的主要过程中的一个主要过程是油、水和气体的分离。从生产井获得的碳氢化合物是油、气体、采出水和悬浮固体的混合物。这些不同的成分在油分离单元中分离，该油分离单元通常通过不混溶流体的密度差来实现油、气体与水之间的分离。然而，对流体中的每种流体来说，不存在分层的且界限清楚的层。相反，油与水之间存在乳剂层，该乳剂层在组成和行为方面受到水和油的特性的影响。另外，常压罐中的油层与水层之间可能有泡沫形成，这也具有动态行为。泡沫层和乳剂层可能会在界面液位传感器的测量中引入误差。罐壁上也可能有泥浆或蜡形成，并且在底部存在污泥，这也可能会损害传感器的性能。
[0004]除了由乳剂层和泡沫层的形成而引起的测量界面液位的操作问题外，还存在由于流体的多样性、在恶劣环境中的操作以及与所产生的爆炸性大气环境有关的安全隐患而产生的对目前的液位测量技术的局限性。油罐中存在的可燃气体可能会引起爆炸，并且为此，在罐仪器中使用的装置不能超过一定的电压、电流和电容限制。
[0005]多界面液位测量系统中的可能的不可靠性导致油分离器中的简化的控制策略。界面液位测量的这种局限性意味着若干分离器的串联安装，以便获得在流体的每个相的分离方面的更好的效率，这增加了设备成本和维护复杂性。如果油与水之间的分离不能正常进行，则油中大量水的存在将对后续过程的成本和效率产生负面影响。另一注意点是含水的油对环境的污染。
[0006]用于测量罐中的界面的常规(且最古老的)技术中的一种技术是通过使用手尺。在这种情况下，员工手动将尺向下放到罐中直至到达总油液位和水
‑
油界面。除了测量不是连续的和自动的之外，这种技术还涉及员工在分类区域中的转运、与有毒气体的接触以及在高空处的作业，这对员工造成风险。
[0007]针对连续测量技术以及在分类区域中对员工的依赖较少，提出了不同的连续测量技术，如下所述。
[0008]基于浮标(或移位器)的传感器：这些传感器假定了具有介于流体密度之间的密度(例如，大于油的密度且小于水的密度)的本体将定位在这两种液体之间的界面处。为此，该传感器包括密度大于油的密度且小于水的密度的浮子。浮标运动指示水和油的液位。尽管这种传感器具有低成本和简单性的优点，但该传感器仅可以测量密度的明显差异。因此，如果界面密度由于乳剂层的存在而不是恒定的，则移位器响应将不稳定。此外，泡沫层的厚度
不可以借助这种方法测量。
[0009]基于压力差的传感器：这些传感器利用静力学压力差来估计界面液位。由于静力学压力取决于液体密度且密度随温度变化，因此当采用这种方法时可能需要补偿温度。尽管一些构型仅可以在流体具有大的密度差的情况下探测界面液位，但当存在小的密度变化或存在乳剂层时可以应用具有多个压力传感器或具有沿着罐竖向移动的压力传感器的构型来估计多个界面的液位。通过应用多个压力传感器，可以借助传感器融合算法进一步提高其精度。
[0010]除了温度补偿的要求外，另一局限性是压力变送器中可能形成水垢，这将影响传感器的性能。温度依赖性是用于液体液位探测的一些技术的常见局限性并且可以通过在每个压力传感器旁边设置温度传感器以补偿温度效应来克服。
[0011]多电极阵列电容传感器：这种原理基于测量电容板之间的流体的介电常数。充放电电路是低成本的并且可以通过分析频域中的电容波动来探测泡沫层。为此，多年来已经提出了不同的构型。
[0012]两种构型是可能的。第一种基于两个独立的列，一列具有激励电极且另一列具有探测电极。第二种构型具有单列电极，该单列电极使用罐金属壁作为对传感器的支承。
[0013]这种方法的局限性是由导电液体引起的问题。当油具有的水含量大于其体积的40％时，电容测量可能会失去灵敏度，这会导致估计误差。另外，传感器中污垢的形成可能会损害传感器的功能，并且电极的电流局限性也是重要的缺点。
[0014]基于超声的传感器：基于超声的传感器在传输介质中采用发射器和接收器。不同的界面通过每层的声学阻抗的差异来探测，声学阻抗的差异与介质中的密度和声速度有关。另一种方法是将面向彼此的发射器和接收器放置在竖向支架上。因此，通过发射器和接收器二者沿着具有多相液体的罐的竖向移动，可以进行液体识别并且可以估计每个界面液位。
[0015]还可以借助超声波换能器阵列来估计具有多个界面的液体液位，该超声波换能器可以定位成两列，一列用于发射器并且一列用于接收器。可以采取类似的方法，但是应用单列。在这种构型中，超声波换能器在时间多路复用构型中被激活。
[0016]这种传感器通常需要温度补偿以及对每种液体的密度变化的补偿，这分别通过应用用于温度和压力的参考传感器来获得。此外，气泡、污垢和泥浆的存在可能会降低传感器性能。另一局限性是难以估计乳剂层和泡沫层的液位，这可以借助人工神经网络和模式识别算法来获得。挑战是需要限制用于满足爆炸性大气环境中的安全要求的功率。
[0017]基于辐射的传感器：这种方法包括呈竖向阵列的低能伽马射线发射器，该发射器通过盖革探测器测量。由探测器测量的衰减与介质中存在的流体的密度有关。这种技术可以在具有高温、高压和腐蚀性材料的侵蚀性环境中操作，并且可以可靠地测量所有界面。然而，该技术具有比所提出的其他技术更高的成本。另外，存在与来自这些装置的危险核辐射有关的安全隐患以及需满足的法律要求。
[0018]文件US4880990A公开了液体液位测量系统，该液体液位测量系统包括用于对容器中的特定液体液位进行光学测量的传感器以及用于该传感器单元的遥控单元。
[0019]文件BR112020019910A2公开了用于确定多相系统的界面液位的装置，该装置包括意在接纳多相系统的储层，该多相系统包括具有不同相的至少两种流体以及竖向浸没在储
层内部的管，所述管意在填充有具有与包含在储层内的流体相同的压力的流体，该管包括沿着管彼此竖向间隔开的多个膜式压差传感器以用于测量包含在储层内且在高度上分层的流体与包含在管内的流体之间的压力差。
[0020]文件EA027715B1公开了用于在油乳剂的动态稳定过程中调节油
‑
水界面液位的方法和装置。
[0021]所提出的现有技术不具有根据热特性测量两种流体之间的界面液位的能力。
[0022]鉴于以上提及的技术状态中存在的困难以及用于根据热流体特性测量水
‑
油界面液位的解决方案，需要开发一种能够有效执行且符合环境和安全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于根据流体热特性测量水
‑
油界面液位的光学系统，其特征在于，所述系统包括单模光纤(1)、FBG(2)、PTFE管(3)、连接装置(4)、凸缘(5)、光学连接器(6)和光学询问器(7)。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述FBG(2)从UV光束记录在所述单模光纤(1)上。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单模光纤(1)与一组所述FBG(2)一起插入到所述PTFE管(3)中。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述连接装置(4)为所述FBG(2)提供必要机械保护并且还执行介质与所述单模光纤(1)之间的热交换。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述连接装置(4)定位在所述PTFE管(3)之间。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：路易兹，
申请(专利权)人：圣埃斯皮里图联邦大学，
类型：发明
国别省市：