井口原油含水率在線測量裝置的電容傳感器的製作方法

2023-09-19 10:11:15 3

專利名稱：井口原油含水率在線測量裝置的電容傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及油田採油技術領域，特別涉及一種採出原油檢測設備，是一種能 應用於油田單井井口的原油含水率在線測量裝置電容傳感器。
背景技術：
原油含水率實時測量是油井生產的一項重要工作。含水率的測量對象又分為含水 原油和脫水原油。現有油井井口原油含水率測量方法一般分為兩種，即人工測量法和在線 測量法。目前對於含水原油各油田大部分採用的是人工取樣測量法。人工取樣測量法根據 油水分離手段的不同分為蒸餾法、電脫法、卡爾一費休法。在線測量的方法又分為密度法、射線法、短波吸收法、微波法、電容法。密度法是確 定含水原油密度值後，根據純油密度和純水密度計算含水率。射線法是利用原油和水對射 線的吸收能力不同，以此計算出原油含水率。短波吸收法是將電能以電磁波的形式輻射到 以乳化狀態存在的油水介質中，根據油、水對短波吸收能力的不同來檢測油水乳化液中的 含水率。微波法的原理是根據油、水對微波能量的吸收能力的差別，採用微波反射式結構來 測量含水率。國外在測量較低含水率的原油時，主要採用電容法含水分析儀，這類儀表解析度 較高，並具有較高的測量穩定性，通過內置的溫度傳感器可實現實時溫度補償。在含水率較 高時，則採用微波法的含水分析儀。這些儀表基本都能通過RS232埠與計算機進行通訊 和聯機調試，人機界面採用菜單提示，因而其調試過程非常簡單。現有技術的缺點人工測量法的取樣時間較長，無法用於在線測量系統實時測量，取樣隨機性大，且 人為誤差大，費時費力，不能滿足油田生產自動化管理的要求。而在線測量法的微波和短波方法測量原油含水的儀表，其測量不能全面反映混合 兩相流的情況，因而實驗室條件下測量精度能達到要求，但在具體現場工況條件下不能滿 足精度要求。由於油包水或水包油等因素，容易發生零點漂移而導致測量範圍不準，非線性 誤差大。同時由於原油的腐蝕、結垢、結蠟等原因，致使儀表長期運行的可靠性較差。傳統電 容法測含水率較準確，但量程範圍小、可調性差，且僅適用於含水率低於30%以下的油井。由此可見，缺乏一種成本低廉、安裝使用方便，測量精確度高，適用於油田油井井 口含水率測量裝置，是目前油井井口含水率在線測量技術發展的主要障礙。類近的專利有一種防纏繞式高溫偏心井口測試儀(公開號CN201232546)； 一種原油含水率測定儀雙探頭傳感器(公開號CN2349574)；微波諧振法生產油井產 液剖面測井儀(公開號CN2809215)；油中含水在線測量儀及測量顯示裝置(公開號 CN201016974)。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種井口原油含水率在線測量裝置的電容傳感器，能夠實時在線對井口的原油含水率進行精確測量，並且測量範圍較寬。本實用新型採用的技術方案是井口原油含水率在線測量裝置的電容傳感器主要 由罩筒、過渡塊、管螺紋螺母、連接柱、基體、電極座、導線管、電容管、壓板、鎖緊螺釘和螺母 組成。導線管和電容管均採用不鏽鋼毛細管。電容管表面塗有絕緣塗 層，導線管與電容 管之間的距離在3 6mm。導線管和電容管中心孔內均有電加熱絲。導線管和電容管的兩 端分別固定在絕緣材料制的長方體形電極座上。兩個電極座分別嵌在基體內壁凹槽中並用 密封膠進行灌封。基體外壁為圓柱體形，基體內為長方形孔；基體下端內壁對稱分布有兩個 鑲嵌電極座的槽。基體有四個軸向孔，連接柱穿過基體壁上的軸向孔，在連接柱下端部通過 螺母固定有環形壓板。導線管和電容管內加熱絲的兩端分別連接有加熱導線；導線管和電 容管分別連接有測量電容輸出電極導線，加熱導線和測量電容輸出電極導線通過連接柱中 心孔引出。加熱導線和測量電容輸出電極導線連接在電路板上的接線端子上。連接柱的上 端穿過管螺紋螺母和圓形過渡塊並由螺母固定。管螺紋螺母與圓形過渡塊焊接在一起，管 螺紋螺母為圓柱體形，在管螺紋螺母的下端有外螺紋，上端為正六方體。圓形過渡塊的邊沿 分布有螺孔。在圓形過渡塊的上部有罩筒，罩筒與過渡塊之間通過連接螺栓固定。把導線管和電容管和電加熱絲採用灌封的工藝封裝於基體內，加工成一個整體做 成一體化封裝的結構。井口原油含水率在線測量裝置的電容傳感器安裝在採油井口的出油管線上，具體 位置是出油管線連接在三通的中間埠和一個直埠上。在三通的另一個直埠上固定 有電容傳感器。簡述電容傳感器的原理。參閱圖Ia和圖lb。電容傳感器為接觸式測量，與被測介 質接觸的是導線管7和電容管8。導線管7和電容管8的材料為0. 6mm不鏽鋼管，採用雙管 結構，其中電容管8不鏽鋼管表面有一層厚度均勻的電介質(絕緣塗層)，構成電容器的主 要部分，導線管7是表面無塗層的「裸絲」，其作用是構成電容器的另一電極。導線管7和電 容管8內均有一根電加熱絲。電加熱絲為導線管7和電容管8表面提供一定的熱量，使表 面溫度高於原油析蠟點，從而解決原油結蠟問題。電容管8表面的塗層用性能穩定、高介電 常數的高性能特種材料製作，可以較好的解決探針電極表面的結垢、油或水不易脫落等問 題。傳感器探頭採用一體化封裝結構後，一方面消除了無效加熱，另一方面能夠大大減小雜 散電容，使得加熱對測量電容基本沒有影響。採用電容探針直接接觸測量含水原油中油水兩相流與探針接觸形成的電容信號， 將電容信號送入測量電路，經轉換電路將電容信號轉換成電流信號，通過計算軟體計算出 原油含水率。本實用新型的有益效果本實用新型井口原油含水率在線測量裝置的電容傳感 器，實現了在油井井口對原油含水率進行在線準確測量，能滿足油井生產動態分析的需求 並滿足了數據遠傳要求。計量準確度高，最大相對偏差在士5%範圍以內；符合油田防爆要 求。而相對於目前在線測量方法的微波、短波方法以及傳統電容法，則解決了誤差大、可靠 性較差、測量範圍小、成本高等缺陷。解決了目前油田單井井口無法實時在線監測含水率的 問題。
圖Ia是本實用新型井口原油含水率在線測量裝置的電容傳感器結構剖面示意 圖；圖Ib是圖Ia的左視剖面圖。 圖2是本實用新型井口原油含水率在線測量裝置的電容傳感器安裝示意圖。圖中，1.罩筒，2.過渡塊，3.管螺紋螺母，4.連接柱，5.基體，6.電極座，7.導線 管，8.電容管，9.壓板，10.緊鎖螺釘，11.螺母，12.連接螺栓，16.採油井口，17.出油管線， 18.電容傳感器。
具體實施方式
實施例1 以一個井口原油含水率在線測量裝置的電容傳感器為例，對本實用新 型作進一步詳細說明。參閱圖la，本實用新型的井口原油含水率測量裝置的電容傳感器包括罩筒1、過 渡塊2、管螺紋螺母3、連接柱4、基體5、電極座6、導線管7、電容管8、壓板9、鎖緊螺釘10 和螺母11。導線管7和電容管8均採用外徑0.6mm、內徑0.3mm的不鏽鋼毛細管。導線管7是 表面無絕緣塗層，電容管8表面塗有厚度為30 μ m的絕緣塗層作為形成的電容器電介質層， 導線管7與電容管8之間的距離為5mm，並且導線管7在電容管8上面。導線管7的作用是 與包覆於其表面上的水一起形成的電容的一個電極，電容管8是電容傳感器中電容的產生 極；導線管7和電容管8中心孔內均有直徑為0. 15mm的電加熱絲，保證表面的溫度高於析 蠟點而不會在其表面結蠟。導線管7和電容管8的兩端分別固定在絕緣材料制的長方體形 電極座6上，並通過鎖緊螺釘10將導線管7和電容管8的兩端固定在電極座6上，使測量 流體的衝擊下導線管7和電容管8不容易脫落。兩個電極座6分別嵌在基體5內壁凹槽中 並用密封膠進行灌封，使導線管7、電容管8、鎖緊螺釘10以及加熱絲成為一體而不會產生 鬆動。基體5外壁為圓柱體形，基體5內為長方形孔；基體5下端內壁對稱分布有兩個鑲嵌 電極座6的槽。基體5有四個軸向孔，連接柱4穿過基體5壁上的軸向孔，參閱圖2b。在連 接柱4下端部通過螺母11固定有環形壓板9。參閱圖2a。導線管7和電容管8內加熱絲 的兩端分別連接有加熱導線；導線管7和電容管8分別連接有測量電容輸出電極導線(材 質為純銅)，加熱導線和測量電容輸出電極導線通過連接柱4中心孔(內徑為3mm)引出。 加熱導線和測量電容輸出電極導線連接在電路板上的接線端子上。連接柱4的上端穿過管 螺紋螺母3和圓形過渡塊2並由螺母固定。管螺紋螺母3與圓形過渡塊2焊接在一起，管 螺紋螺母3為圓柱體形，在管螺紋螺母3的下端有外螺紋，上端為正六方體。圓形過渡塊2 的邊沿分布有螺孔。在圓形過渡塊2的上部有罩筒1，罩筒1與過渡塊2之間通過連接螺栓 12固定。罩筒1上有兩個防爆管接口，接口尺寸為M25X2. 0mm。加熱導線和測量電容輸出 電極導線從防爆管接口穿出。完成了電容傳感器封裝。導線管7和電容管8總長度35mm，有效長度25mm，即兩個電極座6之間的距離為 25mm。導線管7和電容管8所在的矩形流道橫截面為20 X 25mm，流道總長度60mm。採用4_20mA電流輸出信號所需要的電路。電路器件的供電電壓為24V直流電壓。參閱圖2。電容傳感器18安裝在採油井口 16的出油管線17上，具體位置是出油管線17連接在三通 中間埠和一個直埠上。在三通的另一個直埠上固定有一個 電容傳感器18。
權利要求一種井口原油含水率在線測量裝置的電容傳感器，主要由罩筒(1)、過渡塊(2)、管螺紋螺母(3)、連接柱(4)、基體(5)、電極座(6)、導線管(7)、電容管(8)、壓板(9)、鎖緊螺釘(10)和螺母(11)組成；其特徵在於導線管(7)和電容管(8)均採用不鏽鋼毛細管，電容管(8)表面塗有絕緣塗層，導線管(7)與電容管(8)之間的距離在3～6mm，導線管(7)和電容管(8)中心孔內均有電加熱絲，導線管(7)和電容管(8)的兩端分別固定在絕緣材料制的長方體形電極座(6)上，兩個電極座(6)分別嵌在基體(5)內壁凹槽中並用密封膠灌封；基體(5)外壁為圓柱體形，基體(5)內為長方形孔；基體(5)下端內壁對稱分布有兩個鑲嵌電極座(6)的槽，基體(5)有四個軸向孔，連接柱(4)穿過基體(5)壁上的軸向孔，在連接柱(4)下端部通過螺母(11)固定有環形壓板(9)，導線管(7)和電容管(8)內加熱絲的兩端分別連接有加熱導線；導線管(7)和電容管(8)分別連接有測量電容輸出電極導線，加熱導線和測量電容輸出電極導線通過連接柱(4)中心孔引出，加熱導線和測量電容輸出電極導線連接在電路板上的接線端子上，連接柱(4)的上端穿過管螺紋螺母(3)和圓形過渡塊(2)並由螺母固定，管螺紋螺母(3)與圓形過渡塊(2)焊接在一起，管螺紋螺母(3)為圓柱體形，在管螺紋螺母(3)的下端有外螺紋，上端為正六方體，圓形過渡塊(2)的邊沿分布有螺孔，在圓形過渡塊(2)的上部有罩筒(1)，罩筒(1)與過渡塊(2)之間通過連接螺栓(12)固定。
2.如權利要求1所述的井口原油含水率在線測量裝置的電容傳感器，其特徵在於把 導線管(7)和電容管(8)和電加熱絲採用灌封的工藝封裝於基體(5)內，成為一體化封裝 結構。
3.如權利要求1或2所述的井口原油含水率在線測量裝置的電容傳感器，其特徵在於 所述的電容傳感器(18)安裝在採油井口(16)的出油管線(17)上，具體位置是出油管線(17)連接在三通的中間埠和一個直埠上，在三通的另一個直埠上固定有電容傳感器(18)。
專利摘要井口原油含水率在線測量裝置的電容傳感器，應用於油田採油單井井口原油含水率在線測量。導線管和電容管均採用不鏽鋼毛細管，電容管表面塗有絕緣塗層，導線管與電容管之間的距離在3～6mm，分別固定在電極座上，連接柱穿過基體壁上的軸向孔，導線管和電容管內加熱絲的兩端分別連接有加熱導線；導線管和電容管分別連接有測量電容輸出電極導線，在圓形過渡塊的上部有罩筒，罩筒與過渡塊之間通過連接螺栓固定。效果是在油井井口對原油含水率進行在線準確測量，能滿足油井生產動態分析的需求並能滿足數據遠傳要求。計量準確度高，最大相對偏差在±5％範圍以內。在線測量的誤差小、可靠性較高。
文檔編號G01N27/22GK201740755SQ201020231009
公開日2011年2月9日 申請日期2010年6月11日 優先權日2010年6月11日
發明者於世春, 徐勇, 徐永高, 操紅梅, 曹宗熊, 李麗, 李永清, 楊倉海, 楊華, 白博峰, 白曉紅, 穆謙益, 賀登輝, 魏小林 申請人:中國石油天然氣股份有限公司