原油含水率在线测量系统的研发

论文摘要

随着原油的不断开采,油田中原油的含量越来越低,水分含量越来越高。为了实现高效采油,急需开发一套测量精度高、测量范围广、价格低的原油含水率测量系统,期望该测量系统能够应用于各个井口,以保证每口油井高效运行。目前,尽管应用于油品含水率测量的方法有多种,但大多存在测量范围小、造价高等缺点,不适合我国油田高含水率的特点,且经济上不适合安装在每口油井的井口用于测量含水率。本文通过对各种方法的全面比较与分析,采用特殊设计的直接安装于管道中的同轴圆筒电容传感器作为原油含水率测量的传感器,并对其结构参数进行了优化设计。同轴圆筒电容传感器用于含水率测量的测量精度及测量范围受气体、液体混合状态、电极表面结垢或结蜡等诸多因素的影响,本文对这些影响因素进行了较全面的定性和定量分析,并在此基础上提出了一种集气液分离器、液体混合机构、电容传感器、自清洗机构及数据采集远程传输系统为一体的原油含水率测量系统,本系统可以有效地消除上述众多影响因素。另外,针对电容传感器电容测量过程中干扰因素较多和测量精度不高的缺点,选用CAV424集成芯片采集数据,并应用温度传感器进行温度补偿。同时,考虑到我国油田各油井之间、油井与中心控制室之间的距离较远,且工作环境恶劣等因素,采用GPRS系统和时钟系统来实现数据的定时远程传输。通过在实验装置上进行试验,初步验证了本系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 发展原油含水率测量技术的意义
• 1.1.1 国内外石油资源现状
• 1.1.2 原油含水率测量意义重大
• 1.1.3 原油含水率测量技术发展趋势
• 1.2 国内外现有原油含水率测量技术比较
• 1.2.1 人工测量法
• 1.2.2 在线测量法
• 1.2.3 方案选择
• 1.3 课题研究的内容和方案
• 1.3.1 课题研究的内容
• 1.3.2 课题研究的方案
• 第二章 电容传感器的原理及优化设计
• 2.1 电容传感器的基本理论
• 2.1.1 电容传感器分类
• 2.1.2 圆筒电容传感器的工作原理
• 2.1.3 圆筒电容传感器计算公式
• 2.2 圆筒电容传感器分类
• 2.2.1 非接触式圆筒电容传感器
• 2.2.2 插入式圆筒电容传感器
• 2.2.3 管道式圆筒电容传感器
• 2.3 混合液的相对介电常数
• 2.4 圆筒电容传感器的优化设计
• 2.4.1 内外电极半径的优化设计
• 2.4.2 内外电极长度的优化设计
• 2.4.3 内外电极材料的选择
• 2.5 绝缘层的优化设计
• 2.6 等位环
• 2.7 屏蔽罩
• 2.7.1 电容传感器外围干扰
• 2.7.2 屏蔽罩的优化设计
• 2.8 小结
• 第三章 原油含水率测量系统的研制
• 3.1 气体因素的影响及气液分离器
• 3.1.1 气体对电容传感器含水率测量的影响
• 3.1.2 气液分离器的选择
• 3.1.3 螺旋片导流式气液分离器
• 3.2 液体混合状态的影响及液体混合机构
• 3.2.1 液体混合状态
• 3.2.2 液体混合状态对测量结果的影响
• 3.2.3 油滴和水滴直径对测量结果的影响
• 3.2.4 静态混合器
• 3.3 电极表面结垢、结蜡的影响及自清洗机构
• 3.3.1 电极表面结垢、结蜡对测量结果的影响
• 3.3.2 自清洗机构的方案提出及选择
• 3.4 原油含水率测量系统整体结构
• 3.5 小结
• 第四章 数据的采集及远程传输
• 4.1 电容的测量方法
• 4.2 CAV424测量模块
• 4.2.1 CAV424功能原理
• 4.2.2 CAV424测量电路及参数设定
• 4.3 系统硬件设计
• 4.3.1 温度补偿
• 4.3.2 时钟系统
• 4.3.3 看门狗
• 4.3.4 固态继电器
• 4.3.5 数据的远程传输
• 4.4 系统抗干扰措施
• 4.4.1 硬件抗干扰
• 4.4.2 软件抗干扰
• 4.5 小结
• 第五章 原油含水率测量系统试验
• 5.1 CAV424电容测量试验
• 5.2 数据处理
• 5.2.1 公式法
• 5.2.2 查表法
• 5.2.3 实验标定法
• 5.3 原油含水率测量系统试验
• 5.4 小结
• 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 附录
• 致谢