用于高含水两相流的同轴电容含率测量初探

论文摘要

原油含水率是石油化工行业一个重要的参数。该参数的测量对于石油的开采、脱水和集输等具有重要的意义。由于油水两相流流动体系极为复杂,致使分相含率测量难度较大,至今没有满足油田需要的精确的含水率测量仪器。因此,原油含水率的实时准确测量成为油田需要亟待解决的问题。油水的介电特性差异比较大,油的相对介电常数2.3左右,而水的相对介电常数80左右。不同含水率的油水混合物介电常数不同。本文选取测量介电特性的电容法测量原油含水率。本文主要工作如下:1、针对高含水两相流含水率的测量,提出了基于虚实部解调的含水率测量方法,以期更准确的提取介电信息,分析其与含水率的关系。2、优化设计了同轴电容传感器,设计时充分考虑边缘效应、空间滤波效应、油水的相滑移、压力损失等多方面因素。运用电路知识对传感器中油水的阻抗进行分析,分析了不同频率下矿化度对测量值的影响,为测量选取合适的激励频率。3、基于模块化思想,设计了虚实部解调测量系统。优化了解调板模块,编写上位机程序与原有模块构成整套测量系统。通过实验验证了测量系统的可靠性和准确性。4、进行了可行性实验研究,初步验证了阻抗虚部受矿化度的影响较小,为进一步的研究奠定了基础。最后,针对当前研究和测量系统存在的不足,提出了一些建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景意义
• 1.2 国内外原油含水率研究现状
• 1.3 油水两相流检测方法
• 1.3.1 密度法
• 1.3.2 射线法
• 1.3.3 短波吸收法
• 1.3.4 电导法
• 1.3.5 电容法
• 1.4 本文主要工作与创新点
• 1.4.1 本文的主要工作如下
• 1.4.2 论文创新点
• 1.5 本文组织结构
• 第二章 介电测量理论及油水介电特性
• 2.1 介电测量理论
• 2.2 介电常数定义
• 2.2.1 静电场中介电常数定义
• 2.2.2 复介电常数的定义
• 2.3 油、水的介电特性
• 2.3.1 交变场中油水的极化
• 2.3.2 矿化度对油水介电常数的影响
• 2.3.3 温度对油水介电常数的影响
• 2.4 原油含水率与电导率与介电常数的关系
• 2.4.1 油水混合物的电导率
• 2.4.2 油水混合物的介电常数
• 2.5 位移与传导电流
• 2.5.1 传导电流
• 2.5.2 位移电流
• 2.5.3 介质在交变电场中的电流
• 第三章 传感器设计
• 3.1 引言
• 3.2 传感器结构设计
• 3.2.1 传感器的选择和分析
• 3.2.2 传感器电极长度设计
• 3.2.3 传感器内电极设计
• 3.2.4 传感器整体结构
• 3.3 测量方案分析
• 3.3.1 被测对象等效模型分析
• 3.3.2 不同频率下油水阻抗的测量值分析
• 第四章 测量系统设计
• 4.1 总体结构设计
• 4.2 硬件设计
• 4.2.1 信号源模块
• 4.2.2 阻抗检测模块
• 4.2.3 解调模块
• 4.2.4 测量系统硬件平台
• 4.3 测量系统软件设计
• 4.3.1 通信协议
• 4.3.2 上位机设计
• 4.3.3 下位机软件设计
• 第五章 实验及数据分析
• 5.1 硬件电路实验
• 5.1.1 系统稳定性实验
• 5.1.2 检测电极反馈端阻抗计算
• 5.2 被测对象的频率特性
• 5.3 含水率测量系统初步实验
• 5.3.1 传感器电极激励方式选取
• 5.3.2 矿化度实验
• 第六章 总结与建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢