原油含气、含水率自动测量仪

摘要

本发明涉及一种原油含气、含水率自动测量仪；在测量管道的侧壁上沿径向中心线对称位置两侧分别固定有γ射线源和透射探测器；在与γ射线源和透射探测器所在中心线成夹角且沿测量管道轴向与之相距一定距离的中心线侧壁上固定有散射探测器；透射探测器和散射探测器的测量信号经线性放大电路后，进入计算机进行计算并显示输出；计算机由公知单片微机加上汇编语言编制的含计算公式等软件而成。该仪器可实现在线全流量连续自动测量、测量精度高、并可适于石油、化工、冶金等行业有关三相混合液的比份测量。

说明书

本发明涉及一种原油含气、含水率自动测量仪。

在油田开采中，为了准确掌握油田动态变化，及时统计各采油队单井的纯油产量，为油田开发和管理提供可靠的数据，原油含水率的测量是重要的技术指标和经济指标，也是油田计量工作的重点;但时至今年，原油含气、含水率在线测量仍是各大油田，乃至世界之技术难题之一。

在测量原油含水率的已有技术中，有取样化验法、电容法、微波法、振动密度法;取样化验法费工费时，且不能及时了解原油含水率的变化情况;电容法测含水率，如果原油含水率高于30%左右，则无法使用;采用微波法测量，由于原油对微波的反射系数与油水状态有关，需根据情况加以修正;振动管密度法测含水，由于现场条件难以满足仪表的技术条件，其稳定性很差。不仅如此，上述后三种方法不但长期运行的可靠性差，而且对含气原油的测量则更是无能为力。

中科院近代物理研究所已研制生产的ROH-F分离器型原油含水率测量仪和FSh-K型原油含水率测量仪，虽然测量精度较高，连续测量稳定性好，但也有其局限性，前者需要与立式分离器相配合使用，且仅适用于中低产量的单井测量;后者则只能用于不含气原油（含气率低于0.5%）的含水率测量。

本发明的目的是为了提供一种可连续在线全流量测量、稳定可靠、测量精度高、结构简单、可单独用于测量原油中含气、含水率的原油含气、含水率自动测量仪。

本发明的目的可通过如下措施来实现：

原油含气、含水率自动测量仪是在测量管道的侧壁上沿径向中心线对称位置两侧分别固定有γ射线源和透射探测器;在与γ射线源和透射探测器所在中心线成一定夹角且沿测量管道轴向与之相距一定距离的中心线侧壁上固定有散射探测器;透射探测器和散射探测器的测量信号经线性放大电路后，进入计算机进行计算后显示出含气率、含水率、透射计数率和散射计数率。

本发明的目的还可通过如下措施来实现：

原油含气、含水率自动测量仪的测量管道可直接与输油管道相接，其长为250-350毫米;γ射线源的强度为5-300毫居里、能量E为20-500千电子伏;散射探测器的所在中心线与γ射线源和透射探测器的所在中心线的夹角为15°-135°;且散射探测器的所在中心线沿测量管道的轴向离γ射线源和透射探测器所在中心线距离为0-±100毫米;测量仪的计算机由公知单片微机加上汇编语言编制的定时计数、数据采集、计算处理和显示输出等软件而成;其中计算处理软件中含有计算公式，由该公式可求出原油含气、含水率，其计算公式如下：

Ln（Nx/No）＝（1-λ）（A+Bη）    （1）

Ln（Mx/Mo）＝（1-λ）（a+bη）    （2）

公式（1）（2）中λ、η分别代表被测原油混合液的含气率、含水率、Nx、Mx分别代表管道中为被测原油混合液时的透射和散射计数率、No、Mo分别代表管道中全气时的透射和散射计数率、A、B、a、b为现场标定参数，对于确定的油井则为常数。

本发明的工作原理如下：

测量时，原油从测量管道中从下往上流过;此时，γ射线源辐射原油透射探测器和散射探测器分别探测出原油中各种介质对γ射线的吸收或散射后的信号;该信号经线性放大电路处理后进入计算机，由计算机计算处理并显示出含气率、含水率、透射计数率、散射计数率;计算机由公知单片微机加上汇编语言编制的定时计数、数据采集、计算处理和显示输出等软件构成的主程序。

计数机的主程序中计算处理的计算公式如下：

Ln（Nx/No）＝（1-λ）（A+Bη）    （1）

Ln（Mx/Mo）＝（1-λ）（a+bη）    （2）

上述公式（1）、（2）中λ、η分别代表被测原油混合液的含气、含水率、Nx、Mx分别代表管道中为被测原油混合液时的透射和散射计数率、No、Mo分别代表管道中全气时的透射和散射计数率、A、B、a、b为现场标定参数，对于确定的油井则为常数。由公式（1）、（2）可求出被测原油混合液的含气、含水率λ、η，并由计算机显示输出λ、η、Nx、Mx。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、本发明的测量管道可与输油管道直接相接，且其测量信号由线性放大电路处理后由计算机计算处理、显示输出，完全可实现在线全流量自动连续测量，无需其他辅助设备。

2、本发明测量精度高，含水率测量精度可达±1.5%、含气率测量精度可达±0.4%、测量稳定可靠。

3、本发明可对含气、含水原油进行测量;其测量原油中含水范围为1-100%、含气为0-50%（体积比）。

4、本发明充分利用同一辐射源作透射和散射源因而成本低、调试方便、使用范围广，可用于石油、化工、冶金、环保、食品等行业有关三相混合液的比份测量。

本发明的具体结构由以下附图给出：

图1是本发明的结构原理示意图

1-测量管道    2-γ射线源

3-散射探测器    4-透射探测器

图2是本发明的测量管道结构示意图

图3是本发明的计算机主程序框图

本发明还将结合附图1、2实施例作进一步详述：

参照图1，测量管道（1）的长为250毫米，其内径与石油化工上各种标准输油管管径相同;参照图2，在测量管道（1）的侧壁上沿径向中心线对称位置两侧分别固定有γ射线源（2）和透射探测器（4）;在与γ射线源（2）和透射探测量器（4）所在中心线成45°夹角且沿测量管道（1）轴向与之相距50毫米的所在中心线侧壁上固定有散射探测器（3）;γ射线源（2）为国营404厂产的镅241辐射源，散射探测器（3）和透射探测器（4）均为北京核仪器总厂的BH0059（4·344）;散射探测器（3）和透射探测器（4）的测量信号经线性放大电路后，进入计算机进行计算并显示输出含气率、含水率、透射计数率、散射计数率;线性放大电路由晶体管的通用电路或TTL集成电路、CMDS电路制成;参照图3，计算机由公知的单片微机加上汇编语言编制含有计算含气率λ、含水率η的主程序软件而成;计算机中主程序计算处理的计算公式如下：

Ln（Nx/No）＝（1-λ）（A+Bη）    （1）

Ln（Mx/Mo）＝（1-λ）（a+bη）    （2）

公式（1）（2）中的参数在现场可通过如下方式来确定：（λ为含气率，η为含水率）

①、当测量管道（1）为全气时，则λ＝1、η＝0，由公式（1）、（2）可知Nx＝No，即为计算机显示的测量管道（1）全气时的透射计数率;Mx＝Mo，即为计算机显示的测量管道（1）全气时的散射计数率。

②、当测量管道（1）为全油时，则λ＝0、η＝0，Nx为全油时的透射计数率N油，Mx为全油时散射计数率M油;由公式（1）、（2）即可推知：

A＝Ln (N油)/(No) a＝Ln (M油)/(Mo)

③、当测量管道（1）为全水时，则λ＝0、η＝1，Nx为全水时的透射计数率N水，Mx为全水时散射计数率M水;由公式（1）、（2）即可推知：

B＝Ln (N水)/(No) A b＝Ln (M水)/(Mo) -a

上述参数对于确定的油井或油品则为常数，因而现场只需标定一次，即可实现任何情况下被测原油混合液中含气、含水率λ、η的测量。