稠油油水界面檢測(cè)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油水分離技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種稠油油水界面檢測(cè)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在石油開(kāi)采領(lǐng)域中，油水分離是一項(xiàng)非常重要的環(huán)節(jié)。國(guó)內(nèi)油田普遍采用的 是重力油水分離的方法，即開(kāi)采出的原油經(jīng)過(guò)氣液分離和固體雜質(zhì)分離后，得到油水混合 物。將油水混合物送入分離罐中，再向其中添加高效活性劑、破乳劑等藥劑，再經(jīng)過(guò)加熱利 用油水比重差進(jìn)行分離。在這個(gè)過(guò)程中，關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)在于稠油與水的界面的檢測(cè)技術(shù)。 然而，由于稠油油水混合物黏度大，吸附性強(qiáng)，傳統(tǒng)油水界面檢測(cè)儀器的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、可 靠性及成本都難以適應(yīng)油田生產(chǎn)的實(shí)際需要。
[0003] 浮子式界面檢測(cè)儀是將特定密度浮子置于油水界面之上，簡(jiǎn)單易行，有一定精度。 但是對(duì)于黏度大的稠油，浮子容易被粘結(jié)，維護(hù)性很差。差壓式界面檢測(cè)儀可以通過(guò)檢測(cè)不 同位置的壓力以反映分離罐不同位置的油水混合物密度，然而在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，由于礦 化度、破乳劑、各種聚合物的影響，油和水的密度很接近，并且油的密度也是變化的，很難在 儀表中實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種稠油油水界面檢測(cè)方法及裝置，能夠在不破壞油水混合 物性質(zhì)的前提下，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲取油水界面信息。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種稠油油水界面檢測(cè)方法，該方法包括：
[0007] 分別建立稠油與水的傳熱速率模型，并以此計(jì)算出稠油與水的升溫速率比；
[0008] 利用鉑電阻溫度傳感器分別測(cè)量油水混合物中的各個(gè)位置的升溫速率；
[0009] 將稠油與水的升溫速率比，與測(cè)量到的各個(gè)位置的升溫速率相結(jié)合，從而確定油 水界面。
[0010] 所述建立稠油與水的傳熱速率模型，并以此計(jì)算出稠油與水的升溫速率比包括： [0011] 建立油的熱傳導(dǎo)模型
[0012] 其中，為稠油的熱流量，A為傳熱面積，# 為法向溫度梯度，λ M為稠油在溫度 on
t°C時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)；
[0013] 建立油的熱對(duì)流模型
[0014] 其中，為稠油的熱對(duì)流量，α M為稠油的給熱系數(shù)，！；為傳感器壁溫，T為流體 溫度；
[0015] 建立水的熱傳導(dǎo)模型
[0016] 其中，0_#為水的熱流量，A為傳熱面積，為法向溫度梯度，λ 7K為水在溫度t°C '(Μ 時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)；
[0017] 建立水的熱對(duì)流模型：Q水對(duì)=α水（TW-T)A ;
[0018] 其中，Q#為水的熱對(duì)流量，α 7K為水的給熱系數(shù)，!；為傳感器壁溫，T為流體溫度；
[0019] 計(jì)算稠油與水的升溫速率比：
[0021] 其中，Ρ 為水的密度，c7K為水的比熱容，Ρ Μ為稠油的密度，cM為稠油的比熱容。
[0022] 該方法還包括：利用傳動(dòng)裝置承載所述鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行高精度運(yùn)動(dòng)；
[0023] 所述傳動(dòng)裝置包括：高精度滾珠絲杠和運(yùn)動(dòng)控制器；
[0024] 所述滾珠絲杠將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的上下運(yùn)動(dòng)，承載鉑電阻溫度傳感器 在油水混合物中往復(fù)運(yùn)動(dòng)；
[0025] 所述運(yùn)動(dòng)控制器，用于精確控制滾珠絲杠的運(yùn)動(dòng)速度和周期。
[0026] 該方法還包括：
[0027] 利用降溫冷卻裝置冷卻運(yùn)動(dòng)回來(lái)的鉑電阻溫度傳感器，制造溫差。
[0028] 該方法還包括：利用恒溫儲(chǔ)油裝置加熱油水混合物，加速油水界面的形成。
[0029] 一種稠油油水界面檢測(cè)裝置，該裝置包括：
[0030] 傳熱速率模型建立與升溫速率比計(jì)算模塊，用于分別建立稠油與水的傳熱速率模 型，并以此計(jì)算出稠油與水的升溫速率比；
[0031] 數(shù)據(jù)采集裝置，用于分別測(cè)量油水混合物中的各個(gè)位置的升溫速率，其包括：分布 式采集模塊以及與其連接的多個(gè)用于測(cè)量油水混合物升溫速率的鉑電阻溫度傳感器；
[0032] 油水界面確定模塊，用于將稠油與水的升溫速率比，與測(cè)量到的各個(gè)位置的升溫 速率相結(jié)合，從而確定油水界面。
[0033] 所述建立稠油與水的傳熱速率模型，并以此計(jì)算出稠油與水的升溫速率比包括：
[0034] 建立油的熱傳導(dǎo)模型
[0035] 其中，為稠油的熱流量，A為傳熱面積，#為法向溫度梯度，λΜ為稠油在溫度on
t°C時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)；
[0036] 建立油的熱對(duì)流模型
[0039] 其中，0纟肖為水的熱流量，A為傳熱面積，Μ為法向溫度梯度，λ 為水在溫度t°C 時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)；
[0037] 其中，為稠油的熱對(duì)流量，α M為稠油的給熱系數(shù)，??；為傳感器壁溫，T為流體 溫度；
[0038] 建立水的熱傳導(dǎo)模型
[0040] 建立水的熱對(duì)流模型：Q水對(duì)=α水（TW-T)A ;
[0041 ] 其中，Q7jofit為水的熱對(duì)流量，α 為水的給熱系數(shù)，!；為傳感器壁溫，T為流體溫度；
[0042] 計(jì)算稠油與水的升溫速率比：
[0044] 其中，Ρ 為水的密度，c7K為水的比熱容，Ρ Μ為稠油的密度，cM為稠油的比熱容。
[0045] 該裝置還包括：
[0046] 傳動(dòng)裝置，用于承載所述鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行高精度運(yùn)動(dòng)；
[0047] 所述傳動(dòng)裝置包括：高精度滾珠絲杠和運(yùn)動(dòng)控制器；
[0048] 所述滾珠絲杠，用于將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的上下運(yùn)動(dòng)，承載鉑電阻溫度 傳感器在油水混合物中往復(fù)運(yùn)動(dòng)；
[0049] 所述運(yùn)動(dòng)控制器，用于精確控制滾珠絲杠的運(yùn)動(dòng)速度和周期。
[0050] 該裝置還包括：
[0051] 降溫冷卻裝置，用于冷卻運(yùn)動(dòng)回來(lái)的鉑電阻溫度傳感器，制造溫差。
[0052] 該裝置還包括：
[0053] 恒溫儲(chǔ)油裝置，用于加熱油水混合物，加速油水界面的形成。
[0054] 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，該方案以稠油和水的傳熱速率不同為基 礎(chǔ)，采用鉑電阻溫度傳感器進(jìn)行浸入式數(shù)據(jù)采集，極大減小了稠油吸附的影響，可以快速準(zhǔn) 確的找到油水界面。
【附圖說(shuō)明】
[0055] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 附圖。
[0056] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供一種稠油油水界面檢測(cè)方法的流程圖；
[0057] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供一種稠油油水界面檢測(cè)裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058] 下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒?發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0059] 實(shí)施例
[0060] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供一種稠油油水界面檢測(cè)方法的流程圖。如圖1所示，其 主要包括如下步驟：
[0061] 步驟11、分別建立稠油與水的傳熱速率模型，并以此計(jì)算出稠油與水的升溫速率 比。
[0062] 所述稠油與水的傳熱速率模型主要包括：油、水的熱傳導(dǎo)模型與熱對(duì)流模型。其 中，熱傳導(dǎo)簡(jiǎn)稱(chēng)導(dǎo)熱，熱量依靠物體內(nèi)部粒子的微觀運(yùn)動(dòng)而不是宏觀混合運(yùn)動(dòng)從物體的高 溫區(qū)向低溫區(qū)移動(dòng)。熱對(duì)流是由流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)發(fā)生宏觀運(yùn)動(dòng)時(shí)引起的熱量傳遞，當(dāng)固體壁 面與其鄰近的流體之間存在溫度差時(shí)，由于流體微團(tuán)位移的結(jié)果，便在壁面與流體之間發(fā) 生了熱交換。
[0063] 具體來(lái)說(shuō)：
[0064] 油的熱傳導(dǎo)模型可以用傅里葉定律描述
[0065] 其中，為稠油的熱流量，單位是W ;A為傳熱面積，單位是m2; ^為法向溫度梯 on 度，單位是°(： /m ; λ M為稠油在溫度t°C時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)，單位WAm. °C )。
[0066] 油的熱對(duì)流模型可由牛頓冷卻定律描述：Q油對(duì)=α油（TW_T)A ;
[0067] 其中，為稠油的熱對(duì)流量；α M為稠油的給熱系數(shù)，單位WAm2. °C ) ;TW為傳感 器壁溫，T為流體溫度，通常取橫截面上的流體平均溫度。
[0068] 影響給熱系數(shù)α的因素有液體密度Ρ、流體粘度μ、流體在壁溫下的粘度μ w、比 熱容cp、導(dǎo)熱系數(shù)λ、強(qiáng)制對(duì)流的流速U、管內(nèi)徑d等。稠油是高粘度流體，給熱系數(shù)〇?^表 示為：
[0070] 類(lèi)似的，可以建立水的熱傳導(dǎo)模型
[0071] 其中，為水的熱流量，單位是W ;A為傳熱面積，單位是m2; 為法向溫度梯度， 單位是°C /m ; λ 7Χ為水在溫度t°C時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)，單位WAm. °C )。
[0072] 在相同環(huán)境中，代入水和稠油的物性值計(jì)算，70°C時(shí)水的熱流密度是稠油的熱流 密度的5. 2467倍。A傳熱面積相同；因此，水的熱傳導(dǎo)的熱流量是稠油的熱流量 的 5. 2467 倍。
[0073] 建立水的熱對(duì)流模型：Q水對(duì)=α水（TW_T)A ;
[0074] 其中，Q7jofit為水的熱對(duì)流量；α 為水的給熱系數(shù)，單位WAm2. °C ) ;TW為傳感器壁 溫，T為流體溫度；
[0075] 水的給熱系數(shù)表示為：
[0077] 將稠油及水的物性數(shù)值分別代入前述α ?與α 7X表達(dá)式計(jì)算得出，水的給熱系數(shù) 是稠油的437. 9199倍；因此，水的熱對(duì)流的傳熱量Q7X_是稠油