一种多极射频分层原油含水分析仪及含水检测方法

摘要

本发明公开了一种多极射频分层原油含水分析仪及含水检测方法，含水分析仪包括传感器、二次表和信号采集器，所述传感器包括多个首尾相连的子传感器，每个子传感器包括多个独立单元的单点发射极，所述传感器安装在储油罐透光孔盖上，所述传感器与所述二次表连接；所述二次表与所述信号采集器连接。本发明利用短波在油、水和空气中介电阻抗常数不同吸收的能量不同，据此设定含水率曲线，从而达到检测原油含水率的目的，本发明安装、操作简单方便，避免了人工爬罐的安全风险，同时可实现远程控制和在线监测。

说明书

技术领域

本发明涉及原油含水检测技术领域，更具体的说是涉及一种多极射频分层原油含水分析仪及含水检测方法。

背景技术

目前国内各油田原油生产过程中含水检测领域主要分为井口出液含水检测和联合站内原油含水检测。

井口出液含水检测主要通过井口取样检测和管线实时检测两种方式来实现。井口取样检测是从井口产出液中抽取一小部分油样，然后使用蒸馏设备、离心机或其他含水检测设备对油样进行含水检测；管线实时检测是将通过安装在输油管线上的含水仪检测原油含水。

联合站内的原油含水检测分为储油罐内原油含水检测和输油管线含水检测。储油罐含水检测主要通过人工上罐捞取的油样化验或罐底出油口油样化验来实现；站内的输油管线含水检测与井口样管线实时检测方法相同。

但是，储油罐检测时，需要人工爬到罐顶完成取样和液位、水层等参数的检测，罐高10米至20米不等，罐梯陡峭，罐顶有毒气体浓度高，该过程存在极大的安全隐患，风霜雨雪等极端天气下该检测工作也会暂停，无法正常检测。

因此，如何提供一种安全可靠、安装方便、操作简单的多极射频分层原油含水分析仪是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多极射频分层原油含水分析仪及含水检测方法，其目的是为了消除工人爬罐检测液位高度、油水界面及取样化验等带来的各种误差及弊端，消除不安全隐患、保障员工的身心健康及减轻工人的劳动强度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多极射频分层原油含水分析仪，其特征在于，包括传感器、二次表信号采集器和上位机，所述传感器包括多个首尾相连的子传感器，每个子传感器包括多个独立单元的单点发射极，所述传感器安装在储油罐透光孔盖上，所述传感器与所述二次表连接；所述二次表与所述信号采集器连接，所述信号采集器接收所述二次表传送的数据并上传到所述上位机。

优选的，所述子传感器之间内部线路板采用航空插头以插拔方式连接，外部活接螺纹固定并涂抹密封胶。

优选的，所述子传感器之间内部线路板采用航空插头以插拔方式连接，外部卡扣固定并涂抹密封胶。

优选的，所述子传感器各单点发射极之间还包括绝缘层。

优选的，所述传感器顶端连接空管，所述空管通过连接组件与所述二次表连接。

优选的，所述二次表密封在防爆接线盒内。

优选的，所述传感器还包括法兰盘，所述传感器通过法兰盘悬空安装在储油罐透光孔盖的中间位置。

优选的，所述单点发射极的长度为10mm～100mm。

一种多极射频分层原油含水分析仪含水检测方法，包括以下步骤：

S1、上位机向信号采集器传输含水检测指令，信号采集器接收指令并传输到二次表；

S2、二次表接收含水检测指令并发送给传感器，传感器各独立的单点发射极逐级选通，选通的单点发射极向储油罐四周发射短波，单点发射极因能量损耗形成模拟量信号；

S3、传感器各单点发射极产生的模拟信号反馈到二次表进行解析、排序、整合并发送给信号采集器；

S4、信号采集器接收二次表反馈信号，结合程序逻辑运算与人工输入的含水曲线参数，计算出液位高度、分层含水量、油水界面高度、储油罐内油量、水量、乳化层厚度参数，信号采集器向上位机发送相关数据；

S5、上位机根据液位高度、分层含水量、油水界面高度、储油罐内油量、水量、乳化层厚度参数以模拟动画的形式进行显示。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种多极射频分层原油含水分析仪，具有以下有益效果：

1.消除了大罐油、水上下分层，以及人工取样和采用输出口流动检测方法产生的不稳定因素，一台仪表可同时检测出液面高度，油、水界面高度，乳化层厚度和原油分层含水率四项基本数据，由此基本数据可得到储油罐中油量、水量，该仪表安装，操作简单方便，检测结果真实准确，为生产管理提供了可靠数据。

2.可实现远程控制和在线监测，根据模拟沉降罐、储油罐剖面图显示，可直观观测大罐内液位，油水界面高度，乳化层厚度和原油分层含水率；还可随时手动检测或定时检测并通过外接打印机打印出各种检测数据，以此作为排油、排水量和添加化学药剂量的依据。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的整体结构示意图；

图2附图为本发明提供的传感器和二次表头结构示意图；

图3附图为本发明提供的子传感器结构示意图；

图4附图为本发明提供的传感器内部信号端正确对接示意图；

图5附图为本发明提供的传感器外部连接示意图；

图6附图为本发明提供的连接空管与防爆接线盒连接示意图；

附图中各标号含义：1传感器、2二次表、3信号采集器、4上位机、5储油罐、6对接法兰、7法兰盘、8信号线、9空管、10连接组件、101单点发射极、102绝缘层、103活接螺帽、104密封胶圈、105硅化胶、106内层金属管、107传感器线路板、108线路板信号线、201防爆盒、1011上端传感器、1012下端传感器、1013航空插头母头、1014航空插头公头、L单点发射极长度。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1、附图2本发明实施例公开了一种多极射频分层原油含水分析仪，包括：传感器1、二次表2、信号采集器3和上位机4，根据油水混合物不均匀易分离的性质，传感器采用分层检测理论由多个首尾相连的子传感器组成，每个子传感器包括长度L且为独立单元的单点发射极101，L取值范围10mm～100mm，在传感器不动的情况下自上而下垂直逐层检测原油样品的瞬时含水率，最后把各层检测到的瞬时含水率加权平均就得出所检测油样品的平均含水率。

如附图3、附图4、附图5所示上端传感器1011的航空插头母头1013与下端传感器1012的航空插头公头1014互相连接，航空插头采用五芯航空插头，连接好的子传感器外部采用活接螺帽103固定，较紧传感器活接螺帽103前应缠好四氟带并涂抹704硅化胶105，在内层密封台处垫密封胶圈104，航空插头对插好后在外层用704硅化胶密封，对正传感器定位槽，然后较紧活接，较紧时力度不宜太大，以上下传感器之间无相对晃动为准。

另一个实施例中，上下两个子传感器之间内部采用插拔方式连接，外部卡扣固定并涂抹密封胶。

连接好的传感器通过信号线与二次表2相连接，二次表安装在罐顶保证传感器反馈信号不会因信号线铺设过长造成信号衰减同时减小被干扰概率，二次表通过长距离信号线与信号采集器3相连，信号采集器3安装在安全场所，信号采集器电源符合供电要求220V±10％50HZ，信号采集器3通过信号线与上位机4相连。

另一个实施例中，传感器、二次表、信号采集器之间通过无线传输模块无线连接。

子传感器各单点发射极之间还包括绝缘层，本实施例中绝缘层采用聚四氟乙烯绝缘环。

传感器2整体长度根据储油罐5溢流口的高度确定，根据储油罐5溢流口的高度选择子传感器的个数，将多个子传感器串接，安装后的传感器2顶端高出溢流口，保证液位的检测高度在传感器量程范围内，传感器2顶端连接空管9，信号线从所述空管9中间穿过。

上述实施例中，空管9中部连接法兰盘7，储油罐透光孔盖焊接有对接法兰6，传感器2整体通过法兰7垂直悬空安装在储油罐5透光孔盖的中间位置。

上述实施例中，如附图6所示，空管9中穿出的信号线按顺序穿进连接组件10的密封胶圈、活接头、垫片和压紧螺栓，对插好防爆线盒201的航空插头，双丝接头无晃动后较紧压紧螺栓，灌抹704硅化胶，固定好信号线，防爆线盒201内按照线序要求连接二次表2与信号线8，接好后密封在防爆接线盒201内。

本发明实施例中子传感器内部安装内层金属管106，金属管内放置传感器线路板107，金属管上有工艺孔，线路板的信号线108自对应孔穿出与单点发射极101焊接，各单点发射极101与各聚四氟乙烯绝缘环构成的绝缘层102交替套在内层管上，各个发射极101之间没有信息的相互传递，二次表瞬时只给某一特定单点发射极供电，并反馈信号，当该单点发射极发射能量并反馈信号的同时，其他单点发射极无供电、不工作。本发明检测原理如下：

①短波在油水混合比例不同的介质中，损耗能量不同，此能量差异呈兑数曲线形式，在上位机(或者信号采集器)中设置好能量与含水的对应关系(曲线)，即可换算为含水率。

②传感器各单点发射极是自上而下垂直设计、组装，同时各单点发射极之间是绝缘状态，依靠二次表逻辑控制实现其自上而下逐级选通，由此而实现了自上而下的分层检测，由此得到分层含水数值。

检测过程：

①上位机向信号采集器发送检测指令；

②继而信号采集器向二次表发送检测指令；

③二次表对各个传感器的相互绝缘的单点发射极进行控制，实现各个单点发射极逐级选通，选通的单个发射极向四周发射特定能量的短波，此发射极同时对能量损耗形成模拟量信号；

④各发射极逐个反馈模拟量信号给二次表；

⑤二次表对信号进行排序、解析、整合后发送给信号采集器；

⑥信号采集器对二次表反馈信号进行整理分析，结合程序逻辑运算与人工输入的相应参数项目，计算出液位高度、分层含水、油水界面高度、储油罐内油量、水量、乳化层厚度等参数，信号采集器向上位机发送相关数据。

油与水的介电常数不同，单点发射极所发射的恒定能量的短波在油水混合比例不同的介质中，损耗的能量不同，仪表是依据这个能量差异并结合信号采集器/上位机系统程序(两者均可输入参数，也可只在某一个输入)中手动设置的含水曲线参数，来计算出含水值，有了含水值就能知道哪里是“空气”，就能确定自哪里开始进入介质(也就是知道了液位高度)、哪里进入水层(也就是油水界面高度)，从而陆续知道“乳化层厚度”、“油水界面高度”；再利用信号采集器中可以输入储油罐的具体几何参数，同时可知道储油罐中的“油量”、“水量”等其他信息。

本发明所涉及的传感器线路板实现了极多个数量的传感器的集成设计，整体兼具协调性、稳定性、抗干扰性、本安防爆性，并由一个信号采集器对各单点发射极所反馈信号做整体解析、处理。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。