專利名稱：地面電導(dǎo)含水分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油田計量領(lǐng)域中所用到的一種一次儀表，尤其是涉及一種用于測量采油廠各中轉(zhuǎn)站原油外輸液中含水率的電導(dǎo)式含水量分析儀。
背景技術(shù)：
含水率測量是油田地面計量的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在油田開發(fā)處于高含水階段，迫切需要能準確可靠測量含水率的計量裝置。目前使用的油水兩相流含水率計量儀器有電容含水分析儀，振管密度計和放射性密度計等。電容含水分析儀適應(yīng)于油為連續(xù)相的情況下，在高含水時精度較低，目前已經(jīng)很少使用；放射性密度計性能可靠，但價格昂貴，且存在安全隱患；振管密度計測量精度較高，但易受結(jié)垢等因素的影響，而且流體中含氣也對測量造成較大誤差，所以，至目前為止，還沒有一種能夠能安全環(huán)保且準確可靠測量含水率的計量儀器。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有油田地面含水率計量領(lǐng)域中存在的尚無一種能夠安全環(huán)保且準確可靠測量油井采出液中含水率的計量儀器的不足，本發(fā)明提供一種地面電導(dǎo)含水分析儀，該種地面電導(dǎo)含水分析儀具有受油水分布狀態(tài)、沾污、結(jié)垢、流體含氣等因素的影響較小的特點，因此其具有測量精度較高、重復(fù)性和一致性好、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、響應(yīng)速度快、安全環(huán)保等顯著優(yōu)點，應(yīng)用于地面水為連續(xù)相時的含水率測量具有優(yōu)勢，在技術(shù)上具有顯著的進步。
本發(fā)明的技術(shù)方案是該種地面電導(dǎo)含水分析儀，包括法蘭、密封筒、防爆盒，以及一個電導(dǎo)傳感器、激勵源生成電路、電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路，所述電導(dǎo)傳感器位于密封筒內(nèi)，由絕緣管、安裝在絕緣管內(nèi)壁上的環(huán)形激勵電極、環(huán)形測量電極構(gòu)成。激勵源生成電路與電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路均位于防爆盒內(nèi)，所述激勵源生成電路由一個正弦波發(fā)生器、一個交變恒流源構(gòu)成，該電路的兩個信號輸出端經(jīng)過接線短接密封后被連接至環(huán)形激勵電極上，由此使得激勵電極在激勵源生成電路的作用下，提供幅值恒定的交變電流。所述電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路由差動放大器、交直流轉(zhuǎn)換器、壓頻轉(zhuǎn)換器以及功率放大器組成，測量電極經(jīng)過接線短接與該電路的兩個差動信號輸入端相連接，由此電極向電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路提供差動電壓信號，該信號經(jīng)過差動放大器放大后獲得一個調(diào)幅波，該調(diào)幅波經(jīng)過交直流轉(zhuǎn)換器的作用轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘?，該直流信號在壓頻轉(zhuǎn)換器的作用下進行壓頻轉(zhuǎn)換，由壓頻轉(zhuǎn)換器輸出的頻率信號經(jīng)功率放大器輸出。此外，為了得到準確的測量結(jié)果，還可以在該分析儀上的密封筒下端安裝一個電磁閥，用來對全水值進行校正。該電磁閥與密封筒之間通過法蘭連接，其打開與關(guān)閉受二次儀表的控制，打開電磁閥，待測液體從傳感器內(nèi)部流過，傳感器測得混相值；電磁閥在關(guān)閉狀態(tài)時，傳感器內(nèi)部的混合液體進行靜態(tài)分離，由于油的比重比水小，靜態(tài)分離后，油在上面，水在下面，這樣傳感器測得全水值。
在本技術(shù)方案中，環(huán)形激勵電極、環(huán)形測量電極均為不銹鋼電極，其數(shù)量均為2個，四個電極環(huán)位于在絕緣管內(nèi)壁上形成的四個有間距的凹形環(huán)槽內(nèi)，其中環(huán)形測量電極位于環(huán)形激勵電極所形成的空間內(nèi)，即兩個激勵電極在上下兩端，兩個測量電極在內(nèi)部。
本發(fā)明具有如下有益效果由于采取上述方案的地面電導(dǎo)含水分析儀通過由激勵電極提供一幅值恒定的交變電流，然后測量流過兩個測量電極間的流體阻抗變化即可以將石油采出液中含水率的情況表征出來，使得本種作為一次儀表使用的地面電導(dǎo)含水分析儀與地面二次儀表配合使用后精度較高，測量的含水率的絕對誤差小于1％。如果工作條件理想即在管線中具有較高的流速時，含水率的測量精度可達到0.7％。此外，它的重復(fù)性和一致性好，重復(fù)性誤差小于0.4％，并且工作穩(wěn)定可靠，振動對地面電導(dǎo)含水分析儀基本上無影響，少量的結(jié)蠟、結(jié)垢對測量亦無影響，由于氣相不導(dǎo)電，氣對儀器響應(yīng)的貢獻等效于增加了同樣體積的油，如果流體中含有1％的氣，則指示的含水率會相應(yīng)降低1％，因此含氣對測量的影響很小。由于在儀器中增加了電磁閥可以能夠?qū)崿F(xiàn)全水值校正功能，因此整個測量過程中，不受溫度和礦化度的影響。此外，本種儀器維護簡單，預(yù)計所需的維護是一年內(nèi)僅僅需要數(shù)次清洗，甚至不用清洗。地面電導(dǎo)含水分析儀無阻流部件，對流動無干擾，儀表的通徑可靈活改變，可以放置在主管道中，也可以安置在旁路上，成本低、壽命長，安全環(huán)保，密封筒和密封短接的設(shè)計可實現(xiàn)與現(xiàn)場管線的快速連接，便于對內(nèi)部電導(dǎo)傳感器的安裝及維護。


附圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本發(fā)明中電導(dǎo)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是本發(fā)明中密封筒的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是本發(fā)明中電路部分的原理框圖；附圖5是本發(fā)明中激勵源生成電路、電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路中提供工作電源部分的電氣原理圖；附圖6是本發(fā)明中激勵源生成電路的電氣原理圖；附圖7是本發(fā)明中電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路電氣原理圖；附圖8是應(yīng)用本發(fā)明進行動態(tài)實驗裝置圖；附圖9是不同流量下配比含水率與儀器響應(yīng)的關(guān)系圖版；附圖10是5m3/h重復(fù)測量的儀器響應(yīng)與配比含水率的關(guān)系圖版；附圖11是7m3/h重復(fù)測量的儀器響應(yīng)與配比含水率的關(guān)系圖版；附圖12是現(xiàn)場試驗裝置示意圖。
圖中1-法蘭，2-密封筒，3-內(nèi)置電路，4-防爆盒，5-電導(dǎo)傳感器，6-電磁閥，7-流體流通通道，8-傳感器外殼，9-環(huán)形激勵電極，10-環(huán)形測量電極，11-絕緣管，12-密封圈，13-管線密封短接，14-接線筒帽，15-密封塞，16-接線短接，17-接線筒。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明首先產(chǎn)生本發(fā)明的技術(shù)啟發(fā)如下如果有一種傳感器由嵌在絕緣管道內(nèi)壁的不銹鋼電極構(gòu)成，當(dāng)待測液體從傳感器內(nèi)部流過時，雖然電極與待測液體相接觸，但對流動無干擾。當(dāng)流體從傳感器內(nèi)流過時，對傳感器供電，由于電極間流體阻抗的存在，根據(jù)電學(xué)原理可知，電極間產(chǎn)生電壓幅度與流過傳感器的流體的電導(dǎo)率成反比。設(shè)流過傳感器的流體混相電導(dǎo)率為σm，水相電導(dǎo)率為σw，混相時測量電極間電壓為Vm，全水(水浸沒所有電極)時測量電極間電壓為Vw，則有VmVm=σmσw--(1)]]>該電壓經(jīng)差動放大、AC/DC轉(zhuǎn)換、V/F轉(zhuǎn)換等線性電路轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成頻率輸出，于是有(2)式成立，其中fw、fm分別為全水時的輸出頻率即全水值和混相時的輸出頻率即混相值。
VwVm=fwfm--(2)]]>則由式(1)和式(2)有下式成立VwVm=fwfm=σmσw--(3)]]>σm與σw之比由Maxwell公式給出σmσw=2β3-β--(4)]]>式中β為兩相流中連續(xù)導(dǎo)電相的體積分數(shù)，在油水兩相流中為持水率，即水的體積占總體積之比。可通過fw/fm大小求含水率Yw，稱fw/fm為儀器的相對響應(yīng)。以上，就為本發(fā)明設(shè)計上的出發(fā)點，本發(fā)明目的在于構(gòu)造一種能夠滿足需要的可作為一次儀表使用的儀器。
如圖1至圖7所示，該種地面電導(dǎo)含水分析儀，包括法蘭1、密封筒2、防爆盒4，以及一個電導(dǎo)傳感器5和位于防爆盒4中的內(nèi)置電路3，該內(nèi)置電路3主要由激勵電源生成電路、電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路電路組成。在這里，法蘭材料為304鋼，尺寸為DN40；密封筒的材料是1Cr13，外徑80mm，內(nèi)徑62mm。
所述電導(dǎo)傳感器由絕緣管11、安裝在絕緣管內(nèi)壁上的環(huán)形激勵電極9、環(huán)形測量電極10構(gòu)成，環(huán)形激勵電極9、環(huán)形測量電極10均為不銹鋼電極，其數(shù)量均為2個，四個電極環(huán)位于在絕緣管11內(nèi)壁上形成的四個有間距的凹形環(huán)槽內(nèi)，其中環(huán)形測量電極10位于環(huán)形激勵電極9所形成的空間內(nèi)，在這里，絕緣管材料尼龍，外徑58mm，內(nèi)徑40mm；電極環(huán)材料鈦鋼，外徑46mm，內(nèi)徑40mm。
激勵源生成電路與電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路均位于防爆盒4內(nèi)，防爆盒4由鋼板及密封墊構(gòu)成，將外界易燃氣體與電路隔開，防止爆炸。所述激勵電源生成電路由一個正弦波發(fā)生器、一個交變恒流源構(gòu)成，其電氣原理圖如圖5、圖6所示，其中圖5是本發(fā)明中激勵源生成電路、電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路中提供工作電源部分的電氣原理圖，電源部分由+12伏穩(wěn)壓塊LM7812和+6伏穩(wěn)壓塊LM7806及電容C1、C2、C3構(gòu)成，C1、C2、C3的取值可均為0.47F，由地面提供+15V電壓，將點B作為虛地點，則點A電壓為+6V，點C電壓為-6V，至此，電源可以提供±6V電壓。正弦波發(fā)生器是由波形發(fā)生器ICL8038和外圍元件構(gòu)成，交變恒流源由兩個雙運算放大器LF353組成，該電路的兩個信號輸出端D和輸出端E則連接至環(huán)形激勵電極9上，由此使得激勵電極9在激勵源生成電路的作用下，能夠提供幅值恒定的交變電流。當(dāng)選擇電阻R1為5.7k歐姆，電阻R2為75k歐姆，電阻R3為10k歐姆，電阻R4為10k歐姆，電阻R5為10k歐姆，電阻R6為10k歐姆，電阻R7為10k歐姆，電容C4為5000pF時，該電路則通過兩個信號輸出端D和輸出端E向電導(dǎo)傳感器5上的一對激勵電極提供頻率為20KHz、電流恒定的正弦波信號，激勵電極之間的流體則作為恒流源的負載。
如圖7所示，所述電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路由差動儀表放大器AD620、交直流轉(zhuǎn)換器AD637、壓頻轉(zhuǎn)換器AD537以及功率放大器LM386組成，測量電極10與該電路的兩個差動信號輸入端F和輸入端G相連接，其中，電容C5選擇0.47F、電容C6選擇0.33F、電容C7選擇0.33F、電容C8選擇10F，電阻R8至電阻R12均選擇10k歐。由于兩測量電極之間的電勢差為一差動信號，則由此測量電極向電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路提供差動電壓信號，該差動信號經(jīng)儀表放大器AD620進行差動放大，獲得一個以20KHz為載波，以原油和水流動所產(chǎn)生的低頻信號為調(diào)制信號的調(diào)幅波，將調(diào)幅波經(jīng)交直流轉(zhuǎn)換器AD637進行交直流變換，將調(diào)幅波轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘?。該直流信號?jīng)壓頻轉(zhuǎn)換器AD537進行壓頻轉(zhuǎn)換，將電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率信號。將該頻率信號經(jīng)功率放大器LM386進行功率驅(qū)動，經(jīng)由電纜傳至二次儀表進行處理。
由于水的電導(dǎo)率受溫度和礦化度的影響，因此為了使得測量結(jié)果更準確，必須對全水值進行校正，所采用的方法是采用電磁閥進行全水值校正，即在分析儀上安裝一個電磁閥6，該電磁閥6與密封筒2之間通過法蘭連接。電磁閥的工作狀態(tài)受二次儀表控制，它的工作狀態(tài)為兩種方式開和關(guān)。通常電磁閥處于打開狀態(tài)，待測液體從電導(dǎo)傳感器內(nèi)部流過時，傳感器則測得混相值；可以設(shè)定每隔一小時電磁閥關(guān)閉一次，一次時間為5分鐘，此時電導(dǎo)傳感器內(nèi)部的混合液體進行靜態(tài)分離，由于油的比重比水小，靜態(tài)分離后，油在上面，水在下面，這樣傳感器測得全水值。
在本技術(shù)方案中，對密封筒2的設(shè)計參照常規(guī)也進行了改進，如圖3所示，密封筒2有兩部分需要密封，為實現(xiàn)與現(xiàn)場管線的快速連接，密封筒兩端兩側(cè)采用DN40法蘭。為便于電導(dǎo)傳感器5的維修及與管線的連接，將放置傳感器的密封筒分為上、下兩部分，下部分由傳感器外殼8、傳感器5和DN40法蘭1構(gòu)成；上部分由管線密封短接13和DN40法蘭構(gòu)成。上部分插入下部分中，其間用“O”圈φ60×412加以密封；另一需要密封的部分是傳感器的引線與內(nèi)置電路3的連接部分，其間需要密封，其方式如下電導(dǎo)傳感器5安裝在下部密封筒中，其連線通過接線筒17與安裝在接線短接16上的φ4.5密封塞相連接。接線短接16插入接線筒17中，其間用φ25×3的“O”圈加以密封。接線筒帽14將接線短接16固定在接線筒17中。通過上述措施，可保證地面電導(dǎo)含水分析儀有較高的測量精度，解決油田地面含水率計量問題。
實際使用時，將本發(fā)明中所述的地面電導(dǎo)含水分析儀與二次儀表準確連接后，即可進行測量。下面，對二次儀表的情況加以說明。
二次儀表以工控機為核心，配以數(shù)據(jù)采集卡完成中轉(zhuǎn)站所需的外輸液流量和含水率兩個參數(shù)的采集、處理、顯示、存儲、控制和打印等功能。具體步驟如下1、二次儀表向含水分析儀的電磁閥發(fā)出指令控制電磁閥的開關(guān)，來獲取電導(dǎo)傳感器所測得的全水值及混相值，二次儀表將全水值及混相值進行采集。
2、正常工作情況下，電磁閥處于開啟狀態(tài)，來獲取電導(dǎo)傳感器所測得的混相值，每隔半小時控制電磁閥關(guān)閉3分鐘，使傳感器內(nèi)部的油水進行靜態(tài)分離測得全水值。
3、標定圖版設(shè)兩測量電極之間的電導(dǎo)在混相時為Gm，全水時為Gw，混相時輸出電壓為Vm，輸出頻率為fm，全水時輸出電壓為Vw，輸出頻率為fw，σm為混相電導(dǎo)率，σw為水相電導(dǎo)率，儀器輸出頻率與混相流體的電導(dǎo)率成反比fwfm=VwVm=GmGw=σmσw--(1)]]>利用公式(1)可計算出持水率。實驗流量點為4m3/h、5m3/h、7m3/h、10m3/h3、15m3/h、20m3/h和30m3/h，對于每一流量點含水范圍為40％--100％，每次遞增10％。在給定的流量和含水率下，記錄儀器混相時輸出頻率，取其平均值；然后測量全水值，根據(jù)實測數(shù)據(jù)及計算結(jié)果，得出下列圖版。圖9為不同流量下，配比含水率與儀器響應(yīng)的關(guān)系圖版。圖中，橫坐標為配比含水率，縱坐標為儀器響應(yīng)，即fw/fm。由圖可見，儀器響應(yīng)與配比含水率的關(guān)系具有明顯的規(guī)律性，在4m3/h和5m3/h儀器響應(yīng)不但取決于含水率，也與流量相關(guān)。在7m3/h以上儀器響應(yīng)與配比含水率的關(guān)系不依賴于油水總流量。因此，在不同流量下，做多項式擬合得到含水率Kw與儀器響應(yīng)Y的關(guān)系式流量為4m3/h的擬合公式Kw＝0.2041+0.96Y-0.1586Y2(4)擬合的相關(guān)系數(shù)R2＝0.997Kw＝0.1318+1.1452Y-0.2889Y2(5)流量為5m3/h的擬合公式擬合的相關(guān)系數(shù)R2＝0.9941Kw＝0.1649+0.9745Y-0.1451Y2(6)流量為7m3/h以上的擬合公式擬合的相關(guān)系數(shù)R2＝0.996當(dāng)總流量超過7m3/h時，儀器響應(yīng)與配比含水率的關(guān)系不依賴于油水總流量，因此采用一個圖版。采用上述擬合公式，或采用實驗圖版并插值，就可以根據(jù)儀器響應(yīng)和總流量計算出含水率4、一般來講，確定油水分相產(chǎn)量要通過測量總流量和含水率來確定。而通常的組分測量儀表只能直接測量兩相流的持水率，即水體積含量，而無法直接給出含水率。含水率只有利用測得的持水率和流量，結(jié)合實驗圖版或理論模型來獲取，本發(fā)明也遵循這一思路。由于多相流動的復(fù)雜性，水連續(xù)時油水兩相流的相對電導(dǎo)率不但決定于持水率，也相關(guān)于流速。因此根據(jù)相對電導(dǎo)率確定的含水率Kw是儀器響應(yīng)和流速的二元函數(shù)，即Kw＝Kw(R，V) (5)式中，R為儀器響應(yīng)，V為流體流速。由于很難獲得適用于所有儀器而又具有較高精度的Kw(R，V)的顯函數(shù)形式，一般都通過在室內(nèi)多相流實驗裝置上以原油和地層水為流動介質(zhì)，在不同的流速和配比含水率下進行實驗，獲取標定圖版?，F(xiàn)場測量時，依據(jù)測得的儀器響應(yīng)和流速，再根據(jù)圖版推算出含水率Kw。計算過程如下首先將在實驗裝置上獲得的實驗數(shù)據(jù)進行擬合，得到圖版，并將擬合結(jié)果錄入計算機；然后進行現(xiàn)場測量時，對應(yīng)不同的流量，在圖版上插值，得到在這一流量下，對應(yīng)于含水率為0％、10％、…100％時的儀器響應(yīng)；再次將得到的插值數(shù)據(jù)在直角坐標中繪出曲線，橫軸為儀器響應(yīng)，縱軸為含水率，該曲線表征了在這一流量下含水率與儀器響應(yīng)的關(guān)系；通過插值，獲得在這一流量下與儀器響應(yīng)對應(yīng)的含水值。
應(yīng)用本發(fā)明進行測量，具有如下有益效果本種作為一次儀表使用的地面電導(dǎo)含水分析儀與地面二次儀表配合使用后精度較高，測量的含水率的絕對誤差小于1％。如果工作條件理想即在管線中具有較高的流速時，含水率的測量精度可達到0.7％。此外，它的重復(fù)性和一致性好，重復(fù)性誤差小于0.4％，并且工作穩(wěn)定可靠，振動對地面電導(dǎo)含水分析儀基本上無影響，少量的結(jié)蠟、結(jié)垢對測量亦無影響，由于氣相不導(dǎo)電，氣對儀器響應(yīng)的貢獻等效于增加了同樣體積的油，如果流體中含有1％的氣，則指示的含水率會相應(yīng)降低1％，因此含氣對測量的影響很小。由于在儀器中增加了電磁閥可以能夠?qū)崿F(xiàn)全水值校正功能，因此整個測量過程中，不受溫度和礦化度的影響。此外，本種儀器維護簡單，預(yù)計所需的維護是一年內(nèi)僅僅需要數(shù)次清洗，甚至不用清洗。地面電導(dǎo)含水分析儀無阻流部件，對流動無干擾，儀表的通徑可靈活改變，可以放置在主管道中，也可以安置在旁路上，成本低、壽命長，安全環(huán)保，密封筒和密封短接的設(shè)計可實現(xiàn)與現(xiàn)場管線的快速連接，便于對內(nèi)部電導(dǎo)傳感器的安裝及維護。下面是一些實驗說明及數(shù)據(jù)，以此來證明本發(fā)明的有益之處。
圖8為動態(tài)實驗裝置圖，動態(tài)實驗及標定在大慶油田的設(shè)計院實驗基地進行。以原油和地層水為實驗介質(zhì)。將電導(dǎo)含水儀安裝在DN100的管線上，如圖8所示。在測量過程中，將閥門2打開，閥門1關(guān)閉，使原油和水混合液從地面電導(dǎo)含水分析儀內(nèi)部流過，地面電導(dǎo)含水分析儀測得混相值fm；將閥門2關(guān)閉，閥門1打開，使地面電導(dǎo)含水分析儀內(nèi)部的原油和水進行靜態(tài)分離，地面電導(dǎo)含水分析儀測得全水值為fw。利用公式(1)可計算出持水率。實驗流量點為4m3/h、5m3/h、7m3/h、10m3/h3、15m3/h、20m3/h和30m3/h，對于每一流量點含水范圍為40％--100％，每次遞增10％。在給定的流量和含水率下，記錄儀器混相時輸出頻率，取其平均值；然后測量全水值，根據(jù)實測數(shù)據(jù)及計算結(jié)果，得出下列圖版。圖9為不同流量下，配比含水率與儀器響應(yīng)的關(guān)系圖版。圖中，橫坐標為配比含水率，縱坐標為儀器響應(yīng)，即fw/fm。由圖可見，儀器響應(yīng)與配比含水率的關(guān)系具有明顯的規(guī)律性，在4m3/h和5m3/h儀器響應(yīng)不但取決于含水率，也與流量相關(guān)。在7m3/h以上儀器響應(yīng)與配比含水率的關(guān)系不依賴于油水總流量。因此，在不同流量下，做多項式擬合得到含水率Kw與儀器響應(yīng)R的關(guān)系式Kw＝0.2041+0.96R-0.1586R2(4)流量為4m3/h的擬合公式擬合的相關(guān)系數(shù)R2＝0.997Kw＝0.1318+1.1452R-0.2889R2(5)流量為5m3/h的擬合公式
擬合的相關(guān)系數(shù)R2＝0.9941流量為7m3/h以上的擬合公式Kw＝0.1649+0.9745R-0.1451R2(6)擬合的相關(guān)系數(shù)R2＝0.996當(dāng)總流量超過7m3/h時，儀器響應(yīng)與配比含水率的關(guān)系不依賴于油水總流量，因此采用一個圖版。采用上述擬合公式，或采用實驗圖版并插值，就可以根據(jù)儀器響應(yīng)和總流量計算出含水率。
圖10、圖11分別為5m3/h和7m3/h重復(fù)測量的儀器響應(yīng)與配比含水率的關(guān)系圖版，從圖版上看出，含水儀有很好的重復(fù)性，重復(fù)性誤差為±0.4％。上述實驗表明，儀器具有較高的精度，具有較好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，是較為理想的測量水連續(xù)時油水兩相流含水率的方法。
現(xiàn)場試驗是在在大慶油田采油二廠的南2-6中轉(zhuǎn)站上進行，裝置示意圖如圖12所示，測量時閥門1打開，使混相液體從傳感器流過，測量混相值；閥門1關(guān)閉，使油水混合液進行靜態(tài)分離，測量全水值，由公式(1)計算出儀器響應(yīng)，再根據(jù)不同流量利用公式進行擬合，求得測量含水率。閥門2為取樣閥門，用量筒取樣，進行手工化驗。試驗過程中，測量混相值和對油水混合液人工取樣同時進行，將測量結(jié)果與手工化驗結(jié)果進行對比。
表一為南2-6中轉(zhuǎn)站試驗結(jié)果，表中列出了計算含水率與取樣含水率之間的差值的算術(shù)平均值(反映系統(tǒng)誤差)、差值絕對值的平均值(反映了偶然誤差和系統(tǒng)誤差)和標準偏差。標準偏差定義為 式中Kwm′為第1次采用電導(dǎo)傳感器測量含水率值；Kws′為第i次取樣測量的含水率值；N為測量的總次數(shù)。
在該站的試驗中，每次測量都取了兩個流體樣，兩個樣的含水率化驗結(jié)果都非常接近，含水率的相差小于0.5％。將兩次取樣進行平均，列入表中。該中轉(zhuǎn)站當(dāng)時的日產(chǎn)量在6000m3/d～7500m3/d之間變化，該站主管線通徑也為250mm，折合流量為6.4m3/h～8m3/h(與通徑為40mm的含水率計的流速相同)。表中列出了采用5m3/h和7m3/h的擬合線計算的含水率。由表中可見，無論是采用5m3/h還是7m3/h的擬合線，計算的含水率都與取樣含水率非常接近。所有計算含水率與取樣含水率差值的算術(shù)平均值、絕對值平均、均方根值均很理想。均方差均小于1％。說明含水率計的工作非常穩(wěn)定，流速對測量的影響也很小，可以忽略。
表一 南2-6中轉(zhuǎn)站試驗結(jié)果

權(quán)利要求
1.一種地面電導(dǎo)含水分析儀，包括法蘭(1)、密封筒(2)、防爆盒(4)，其特征在于所述分析儀還包括一個電導(dǎo)傳感器(5)、激勵源生成電路、電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路，所述電導(dǎo)傳感器由絕緣管(11)、安裝在絕緣管內(nèi)壁上的環(huán)形激勵電極(9)、環(huán)形測量電極(10)構(gòu)成；激勵源生成電路與電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路均位于防爆盒(4)內(nèi)，所述激勵源生成電路由一個正弦波發(fā)生器、一個交變恒流源構(gòu)成，該電路的兩個信號輸出端(D，E)連接至環(huán)形激勵電極(9)上，由此使得激勵電極(9)在激勵源生成電路的作用下，提供幅值恒定的交變電流；所述電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路由差動放大器、交直流轉(zhuǎn)換器、壓頻轉(zhuǎn)換器以及功率放大器組成，測量電極(10)與該電路的兩個差動信號輸入端(F，G)相連接，由此電極向電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路提供差動電壓信號，該信號經(jīng)過差動放大器放大后獲得一個調(diào)幅波，該調(diào)幅波經(jīng)過交直流轉(zhuǎn)換器的作用轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘?，該直流信號在壓頻轉(zhuǎn)換器的作用下進行壓頻轉(zhuǎn)換，由壓頻轉(zhuǎn)換器輸出的頻率信號經(jīng)功率放大器輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地面電導(dǎo)含水分析儀，其特征在于所述分析儀還包括一個電磁閥(6)，該電磁閥(6)與密封筒(2)之間通過法蘭連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的地面電導(dǎo)含水分析儀，其特征在于環(huán)形激勵電極(9)、環(huán)形測量電極(10)均為不銹鋼電極，其數(shù)量均為2個，四個電極環(huán)位于在絕緣管(11)內(nèi)壁上形成的四個有間距的凹形環(huán)槽內(nèi)，其中環(huán)形測量電極(10)位于環(huán)形激勵電極(9)所形成的空間內(nèi)。
全文摘要
一種用于測量油田外輸液中含水率的地面電導(dǎo)式含水分析儀。主要解決現(xiàn)有油田含水率計量領(lǐng)域中尚無能夠準確測量含水率的計量儀器的不足。其特征在于所述分析儀還包括一個電導(dǎo)傳感器(5)、激勵源生成電路、電壓差動信號檢測及壓頻信號轉(zhuǎn)換電路，所述電導(dǎo)傳感器由絕緣管(11)、安裝在絕緣管內(nèi)壁上的環(huán)形激勵電極(9)、環(huán)形測量電極(10)構(gòu)成，激勵電極(9)在激勵電源生成電路的作用下，提供幅值恒定的交變電流，由測量電極(10)輸入的壓差信號在壓頻轉(zhuǎn)換器的作用下變?yōu)轭l率信號輸出，經(jīng)功率放大器傳送給二次儀表。具有受油水分布狀態(tài)、結(jié)垢、含氣等因素影響小的特點，測量精度高、重復(fù)性和一致性好、響應(yīng)速度快、安全環(huán)保等顯著優(yōu)點。
文檔編號G01N27/12GK1601265SQ20041004399
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月26日
發(fā)明者劉興斌, 袁智蕙, 莊海軍, 劉純, 張新紅, 鞠明淵 申請人:大慶油田有限責(zé)任公司