含油污泥水洗过程中含油率检测方法及装置

摘要

本发明公开了一种含油污泥水洗过程中含油率检测方法及装置，其中方法包括：将含油污泥样品置于水洗仪器内；在水洗仪器外采用单边核磁共振仪器，将驱动平衡脉冲序列作为一种快速一维核磁共振测量脉冲序列，对含油污泥样品进行核磁共振在线测量，获得含油污泥样品的回波串数据；根据含油污泥样品的回波串数据，确定含油污泥样品水洗过程中的含油率。本发明能够迅速完成含油污泥含油率的测定，从而实现在线检测含油污泥样品水洗过程中的含油率，还可以达到无损探测的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及石油工业技术领域，尤其涉及含油污泥水洗过程中含油率检测方法及装 置。

背景技术

含油污泥是石油工业的一大主要伴生废弃物，本身具有易燃、高污染、处理困难的特 点，目前已被列入《国家危险废物名录》中的危险废物。含油污泥来源于石油生产、运输、 储存和提炼的全过程，主要包含原油、水以及不同比例的固体颗粒三种组分。本着废弃物 资源化利用的原则，开展含油污泥的无害化处理及再利用相关研究，对石油石化行业的可 持续发展具有重要意义。当前，原油回收技术逐渐引起世人的关注，近几年发表的文献和 实际生产中发展了一系列含油污泥处理技术，这些方法主要分为两类：一类是回收处理， 另一类是无害化处理。为了分析不同处理方法的处理效果、优化操作参数和评价含油污泥 的回收价值，需要建立针对含油污泥样品含油率的快速准确分析方法。准确地分析含油率 对于含油污泥处理方法的选择具有重要的参考意义，例如，对于低含油率的含油污泥，考 虑到处理成本，焚烧等方法比较合适；对于高含油率的含油污泥，可以通过回收原油，实 现含油污泥的资源化利用。

含油污泥水洗是一种常用的含油污泥含油率测量和含油污泥三组分分离的化学方法， 其实质是采用NaOH或Na₂SiO₃水溶液浸泡含油污泥，从而提高原油的回收率并降低原油 与固体颗粒的分离条件，最终将含油污泥中的原油提取出来。目前在对油田含油污泥批量 水洗处理前，需要取样经行实验室水洗实验，测量含油污泥含油率，实验过程通常在一小 时左右，等到实验结束提取出含油污泥后才能知道含油污泥的含油率，耗时较长，无法在 线了解整个水洗过程中含油率的变化。并且，实验过程将造成含油污泥的损耗，无法达到 无损探测的目的。

发明内容

本发明实施例提供一种含油污泥水洗过程中含油率检测方法，用以实现含油污泥水洗 过程中含油率的无损在线检测，该方法包括：

将含油污泥样品置于水洗仪器内；

在水洗仪器外采用单边核磁共振仪器，将驱动平衡脉冲序列作为一维核磁共振测量脉 冲序列，对含油污泥样品进行核磁共振测量，获得含油污泥样品的回波串数据；

根据含油污泥样品的回波串数据，确定含油污泥样品水洗过程中的含油率。

一个实施例中，所述在水洗仪器外采用单边核磁共振仪器，将驱动平衡脉冲序列作为 一维核磁共振测量脉冲序列，对含油污泥样品进行核磁共振测量，获得含油污泥样品的回 波串数据，包括：

将水洗仪器放置在单边核磁共振仪器的探头上，并将所述探头的敏感区域对准含油污 泥样品所在位置。

一个实施例中，所述在水洗仪器外采用单边核磁共振仪器，将驱动平衡脉冲序列作为 一维核磁共振测量脉冲序列，对含油污泥样品进行核磁共振测量，获得含油污泥样品的回 波串数据，包括：

触发驱动平衡脉冲序列的极化窗口和回波采集窗口同时作用使回波幅值发生一次振 荡，采集一个回波数据，循环这一过程采集一组回波串数据。

一个实施例中，所述驱动平衡脉冲序列的循环次数根据预设的回波串数据的采样频率 确定。

一个实施例中，所述根据含油污泥样品的回波串数据，确定含油污泥样品水洗过程中 的含油率，包括：

根据所述回波串数据确定含油污泥样品水洗过程中的纵向弛豫时间和横向弛豫时间；

根据所述纵向弛豫时间和横向弛豫时间，确定含油污泥样品水洗过程中的含油率。

一个实施例中，所述根据含油污泥样品的回波串数据，确定含油污泥样品水洗过程中 的含油率，包括：

采用偏最小二乘法建立所述回波串数据与所述含油率的相关性数学模型；

根据所述相关性数学模型，确定含油污泥样品水洗过程中的含油率。

一个实施例中，所述采用偏最小二乘法建立所述回波串数据与所述含油率的相关性数 学模型，包括如下自学习过程和预测过程：

自学习过程：将预测量的含油污泥样品的回波串数据作为自变量数据集X，将相应的 含油率作业因变量数据集Y，按如下公式进行含油污泥样品的主成分分析：

$\left(\begin{array}{c}{m}_1=a_{11}{X}_1+a_{12}{X}_2+a_{13}{X}_3={\rho }_{1}X\\ n_1={\beta }_{11}{Y}_1={\gamma }_{1}Y\end{array}\right);$

其中，m₁和n₁分别为X和Y的一组主成分；a₁₁,a₁₂,a₁₃和β₁₁分别为用主成分表示X和 Y时的系数；ρ₁和γ₁分别为X和Y的系数矩阵，通过求解m₁和n₁的协方差cov(m₁,n₁)得到；

预测过程：按如下公式建立Y对X的回归模型：

$\left(\begin{array}{c}X=m_1{\sigma }^{\left(1\right)T}+X_0\\ Y=n_1{\tau }^{\left(1\right)T}+Y_0\end{array}\right);$

其中，X₀和Y₀为残差；σ和τ为最小二乘估计；T为矩阵转置符号；

循环估计直至X₀和Y₀小至可接受范围，确定X和Y之间的匹配关系。

本发明实施例还提供一种含油污泥水洗过程中含油率检测装置，用以实现含油污泥水 洗过程中含油率的无损在线检测，该装置包括：

回波测量模块，用于触发单边核磁共振仪器在水洗仪器外，将驱动平衡脉冲序列作为 一维核磁共振测量脉冲序列，对水洗仪器内放置的含油污泥样品进行核磁共振测量，获得 含油污泥样品的回波串数据；

含油率确定模块，用于根据含油污泥样品的回波串数据，确定含油污泥样品水洗过程 中的含油率。

一个实施例中，所述回波测量模块具体用于控制水洗仪器放置在单边核磁共振仪器的 探头上，并将所述探头的敏感区域对准含油污泥样品所在位置。

一个实施例中，所述回波测量模块具体用于触发驱动平衡脉冲序列的极化窗口和回波 采集窗口同时作用使回波幅值发生一次振荡，采集一个回波数据，循环这一过程采集一组 回波串数据。

一个实施例中，所述回波测量模块具体用于根据预设的回波串数据的采样频率确定所 述驱动平衡脉冲序列的循环次数。

一个实施例中，所述含油率确定模块具体用于：

根据所述回波串数据确定含油污泥样品水洗过程中的纵向弛豫时间和横向弛豫时间；

根据所述纵向弛豫时间和横向弛豫时间，确定含油污泥样品水洗过程中的含油率。

一个实施例中，所述含油率确定模块具体用于：

采用偏最小二乘法建立所述回波串数据与所述含油率的相关性数学模型；

根据所述相关性数学模型，确定含油污泥样品水洗过程中的含油率。

一个实施例中，所述含油率确定模块具体用于在采用偏最小二乘法建立所述回波串数 据与所述含油率的相关性数学模型时，执行如下自学习过程和预测过程：

自学习过程：将预测量的含油污泥样品的回波串数据作为自变量数据集X，将相应的 含油率作业因变量数据集Y，按如下公式进行含油污泥样品的主成分分析：

$\left(\begin{array}{c}{m}_1=a_{11}{X}_1+a_{12}{X}_2+a_{13}{X}_3={\rho }_{1}X\\ n_1={\beta }_{11}{Y}_1={\gamma }_{1}Y\end{array}\right);$

其中，m₁和n₁分别为X和Y的一组主成分；a₁₁,a₁₂,a₁₃和β₁₁分别为用主成分表示X和 Y时的系数；ρ₁和γ₁分别为X和Y的系数矩阵，通过求解m₁和n₁的协方差cov(m₁,n₁)得到；

预测过程：按如下公式建立Y对X的回归模型：

$\left(\begin{array}{c}X=m_1{\sigma }^{\left(1\right)T}+X_0\\ Y=n_1{\tau }^{\left(1\right)T}+Y_0\end{array}\right);$

其中，X₀和Y₀为残差；σ和τ为最小二乘估计；T为矩阵转置符号；

循环估计直至X₀和Y₀小至可接受范围，确定X和Y之间的匹配关系。

本发明实施例中，采用单边核磁共振仪器将驱动平衡脉冲序列作为一维核磁共振测量 脉冲序列，对含油污泥样品进行核磁共振测量，获得含油污泥样品的回波串数据，根据含 油污泥样品的回波串数据，确定含油污泥样品水洗过程中的含油率，能够迅速完成含油污 泥含油率的测定，从而实现在线检测含油污泥样品水洗过程中的含油率；并且，单边核磁 共振仪器是在水洗仪器外对置于水洗仪器内的含油污泥样品进行核磁共振测量，可以达到 无损探测的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中含油污泥水洗过程中含油率检测方法的处理流程图；

图2为本发明实施例中驱动平衡脉冲序列的示意图；

图3为本发明实施例中基于一维核磁共振的含油污泥含量油率测量建模实例图；

图4为本发明实施例中含油污泥水洗过程中含油率检测装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实 施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不 作为对本发明的限定。

为了实现含油污泥水洗过程中含油率的无损在线检测，本发明实施例提供一种含油污 泥水洗过程中含油率检测方法，如图1所示，该方法可以包括：

步骤101、将含油污泥样品置于水洗仪器内；

步骤102、在水洗仪器外采用单边核磁共振仪器，将驱动平衡脉冲序列作为一维核磁 共振测量脉冲序列，对含油污泥样品进行核磁共振测量，获得含油污泥样品的回波串数据；

步骤103、根据含油污泥样品的回波串数据，确定含油污泥样品水洗过程中的含油率。

具体的，在本发明实施例中，是将含油污泥样品置于水洗仪器内，在水洗仪器外采用 单边核磁共振仪器对含油污泥样品进行核磁共振测量，这样可以达到无损探测的目的。具 体实施时，为了获得更加准确的测量结果，可以将水洗仪器放置在单边核磁共振仪器的探 头上，并将探头的敏感区域对准含油污泥样品所在位置。单边核磁共振探头采用外置磁场 测量方式，探测深度可调。

本发明实施例中采用单边核磁共振仪器，将驱动平衡脉冲序列作为一维核磁共振测量 脉冲序列，对含油污泥样品进行核磁共振测量，获得含油污泥样品的回波串数据。其中驱 动平衡脉冲序列为一种快速一维核磁共振测量脉冲序列，该序列只需要几秒钟的时间就可 以完成一次核磁共振测量，基于核磁共振测量结果能够迅速完成含油污泥含油率的测定， 从而实现在线检测含油污泥样品水洗过程中的含油率。驱动平衡脉冲序列可以使含油污泥 样品的回波幅度反复上下振动，采用驱动平衡脉冲序列完成一次信号采集只需要10毫秒 左右的时间。在线检测到含油污泥样品水洗过程中的含油率后，还可以绘制出随水洗时间 推移含油污泥含油率的变化曲线。

实施例中，在对含油污泥样品进行核磁共振测量时，可以触发驱动平衡脉冲序列的极 化窗口和回波采集窗口同时作用使回波幅值发生一次振荡，采集一个回波数据，循环这一 过程采集一组回波串数据。图2是本发明实施例中驱动平衡(DE)脉冲序列的示意图。如 图2所示，驱动平衡脉冲序列包含两个窗口，一个是极化窗口，也可称为纵向弛豫时间(T1) 相关窗口，一个是回波采集窗口，也可称为横向弛豫时间(T2)相关窗口，分别对应τ₁和 τ₂两个持续时间。实际操作过程中，这两个窗口同时作用使回波幅值发生一次振荡，采集 一个回波数据，循环这一过程可以采集到一组回波串数据。图2中τ_DE表示半回波间隔时 间，90^X+表示沿着三维直角坐标系(X，Y，Z)的X轴正方向的90度脉冲，90^X-表示沿 着三维直角坐标系(X，Y，Z)的X轴负方向的90度脉冲，180^Y+表示沿着三维直角坐标 系(X，Y，Z)的Y轴正方向的180度脉冲。

实施例中，驱动平衡脉冲序列的循环次数可以根据预设的回波串数据的采样频率确 定。例如，驱动平衡脉冲序列的循环次数依实验所需的回波串数据的采样频率决定，一般 循环次数越多采集的回波串数据越多，含油率评价的样本集数据越多，准确性也就越高。

实施例中，驱动平衡脉冲序列使含油污泥样品的回波幅度反复上下振动，这些回波幅 值的变化可以反映被测样品的纵向弛豫时间和横向弛豫时间的信息。驱动平衡脉冲序列可 以在10毫秒左右的时间通过单次扫描快速测量得到样品的弛豫信息，其测量的快速性满 足化学反应流程在线测量的要求。

在获得回波串数据后，可以先根据回波串数据确定含油污泥样品水洗过程中的纵向弛 豫时间和横向弛豫时间，再根据纵向弛豫时间和横向弛豫时间，确定含油污泥样品水洗过 程中的含油率。含油污泥的组成成分复杂，不同组分的T1和T2各不相同，可能出现不同 组分T1相同但是T2不同的情况，单独研究T1和T2可能导致个别组分难以识别的问题出 现，影响含油率的测量解释结果。由于驱动平衡脉冲序列测量得到的回波数据同时包含了 样品的T1和T2信息，故其优于传统的只能测量T1的T1编辑脉冲序列和测量T2的CPMG 脉冲序列。

本发明实施例的含油污泥水洗过程中含油率检测方法可以包括基于一维核磁共振测 量数据的含油率建模方法。快速一维核磁共振脉冲序列可以在几秒钟的时间内快速测量得 到一组回波串数据，而含油率建模方法将依据这一组回波串数据直接推导出被测样品的含 油率。具体在确定含油污泥样品水洗过程中的含油率时，可以采用偏最小二乘法建立回波 串数据与含油率的相关性数学模型，根据该相关性数学模型确定含油污泥样品水洗过程中 的含油率。

上述进行含油率解释的相关性数学模型是基于偏最小二乘回归算法建立的，将多种含 油污泥样品测得的一维回波幅值数据作为自变量，将不同水洗时间后采用化学方法测量得 到的含油率数据作为因变量，从而搭建含油率解释模型，完成预检测样品的含油率在线测 试。图3为本发明实施例中基于一维核磁共振的含油污泥含量油率测量建模实例图，如图 3所示，先进行含油污泥样品采集，再进行含油污泥样品水洗，之后分别进行快速一维核 磁共振测量，将多种含油污泥样品测得的一维回波幅值数据作为自变量，建立自变量集， 进行索氏抽提法测量，将不同水洗时间后采用化学方法测量得到的含油率数据作为因变 量，建立因变量集，最后搭建出含油率解释模型。

实施例中，在采用偏最小二乘法建立所述回波串数据与所述含油率的相关性数学模型 时，可以执行如下自学习过程和预测过程：

自学习过程：将预测量的含油污泥样品的回波串数据作为自变量数据集X，将相应的 含油率作业因变量数据集Y，按如下公式进行含油污泥样品的主成分分析：

$\left(\begin{array}{c}{m}_1=a_{11}{X}_1+a_{12}{X}_2+a_{13}{X}_3={\rho }_{1}X\\ n_1={\beta }_{11}{Y}_1={\gamma }_{1}Y\end{array}\right);$

其中，m₁和n₁分别为X和Y的一组主成分；a₁₁,a₁₂,a₁₃和β₁₁分别为用主成分表示X和 Y时的系数；ρ₁和γ₁分别为X和Y的系数矩阵，通过求解m₁和n₁的协方差cov(m₁,n₁)得到； 这样，就可以实现对X和Y的主成分表达式；

自学习过程中，可以选取一批预测量区域含油污泥样品，每水洗一段时间，测量一次 核磁共振回波串，并记录计算此时水洗的含油率，将预测量的含油污泥样品的回波串数据 作为自变量数据集X，将相应的含油率作业因变量数据集Y，进行主成分分析；

预测过程：按如下公式建立Y对X的回归模型，即找到X和Y之间的函数关系：

$\left(\begin{array}{c}X=m_1{\sigma }^{\left(1\right)T}+X_0\\ Y=n_1{\tau }^{\left(1\right)T}+Y_0\end{array}\right);$

其中，X₀和Y₀为残差；σ和τ为最小二乘估计；T为矩阵转置符号；

循环估计直至X₀和Y₀小至可接受范围(例如X₀＝0.01X)，确定X和Y之间的匹配 关系。接下来只需要在含油污泥水洗过程中在线进行核磁共振回波串的测量，就可以通过 模型计算出该含油污泥实时的含油率变化曲线。

如上所述，本发明实施例的含油污泥水洗过程中含油率检测方法实现了几个方面的目 的：一是快速在线目的，该方法基于一种快速核磁共振探测技术，几秒钟就可完成一次含 油率的测量；二是无损探测目的，该方法采用的核磁共振技术是一种无损探测技术，在实 际测量过程中只需将水洗仪器(例如水洗用的烧杯或烧瓶)放置在单边核磁共振探头上即 可开始在线测量；三是实现了核磁共振探测含油率的目的，搭建了基于一维快速核磁共振 测量数据的油泥含油率解释模型。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种含油污泥水洗过程中含油率检测装 置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与含油污泥水洗过程中含油率检测 方法相似，因此该装置的实施可以参见含油污泥水洗过程中含油率检测方法的实施，重复 之处不再赘述。

图4为本发明实施例中含油污泥水洗过程中含油率检测装置的示意图，如图4所示， 该装置可以包括：

回波测量模块401，用于触发单边核磁共振仪器在水洗仪器外，将驱动平衡脉冲序列 作为一维核磁共振测量脉冲序列，对水洗仪器内放置的含油污泥样品进行核磁共振测量， 获得含油污泥样品的回波串数据；

含油率确定模块402，用于根据含油污泥样品的回波串数据，确定含油污泥样品水洗 过程中的含油率。

具体实施时，回波测量模块401具体可以用于控制水洗仪器放置在单边核磁共振仪器 的探头上，并将所述探头的敏感区域对准含油污泥样品所在位置。

具体实施时，回波测量模块401具体可以用于触发驱动平衡脉冲序列的极化窗口和回 波采集窗口同时作用使回波幅值发生一次振荡，采集一个回波数据，循环这一过程采集一 组回波串数据。

具体实施时，回波测量模块401具体可以用于根据预设的回波串数据的采样频率确定 所述驱动平衡脉冲序列的循环次数。

具体实施时，含油率确定模块402具体可以用于：

根据所述回波串数据确定含油污泥样品水洗过程中的纵向弛豫时间和横向弛豫时间；

根据所述纵向弛豫时间和横向弛豫时间，确定含油污泥样品水洗过程中的含油率。

具体实施时，含油率确定模块402具体可以用于：

采用偏最小二乘法建立所述回波串数据与所述含油率的相关性数学模型；

根据所述相关性数学模型，确定含油污泥样品水洗过程中的含油率。

具体实施时，含油率确定模块402具体可以用于在采用偏最小二乘法建立所述回波串 数据与所述含油率的相关性数学模型时，执行如下自学习过程和预测过程：

自学习过程：将预测量的含油污泥样品的回波串数据作为自变量数据集X，将相应的 含油率作业因变量数据集Y，按如下公式进行含油污泥样品的主成分分析：

$\left(\begin{array}{c}{m}_1=a_{11}{X}_1+a_{12}{X}_2+a_{13}{X}_3={\rho }_{1}X\\ n_1={\beta }_{11}{Y}_1={\gamma }_{1}Y\end{array}\right);$

其中，m₁和n₁分别为X和Y的一组主成分；a₁₁,a₁₂,a₁₃和β₁₁分别为用主成分表示X和 Y时的系数；ρ₁和γ₁分别为X和Y的系数矩阵，通过求解m₁和n₁的协方差cov(m₁,n₁)得到；

预测过程：按如下公式建立Y对X的回归模型：

$\left(\begin{array}{c}X=m_1{\sigma }^{\left(1\right)T}+X_0\\ Y=n_1{\tau }^{\left(1\right)T}+Y_0\end{array}\right);$

其中，X₀和Y₀为残差；σ和τ为最小二乘估计；T为矩阵转置符号；

循环估计直至X₀和Y₀小至可接受范围，确定X和Y之间的匹配关系。

综上所述，本发明实施例立足于解决现有在线含油污泥含油率测量技术的空白，提出 基于核磁共振技术的含油污泥水洗过程中含油率检测方法及装置，实施时采用单边核磁共 振仪器将驱动平衡脉冲序列作为一维核磁共振测量脉冲序列，对含油污泥样品进行核磁共 振测量，获得含油污泥样品的回波串数据，根据含油污泥样品的回波串数据，确定含油污 泥样品水洗过程中的含油率，能够迅速完成含油污泥含油率的测定，从而实现在线检测含 油污泥样品水洗过程中的含油率；并且，单边核磁共振仪器是在水洗仪器外对置于水洗仪 器内的含油污泥样品进行核磁共振测量，可以达到无损探测的目的。

能够在线检测到含油污泥样品水洗过程中的含油率，还有利于对大规模油泥水洗工业 流程提供合理的水洗时间、化学试剂用量、温度、压力等技术参数。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产 品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实 施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机 可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程 序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图 和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程 和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指 令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生 一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现 在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方 式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装 置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方 框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机 或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他 可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方 框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说 明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护 范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。