一種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置，包括測量傳感器、防爆接線盒、室外防爆箱，測量傳感器包括探頭、接頭體、測量電路板、護管、殼體、對接體、壓緊螺柱和信號線，該裝置還包括測量電路和數據綜合處理電路，該實用新型解決了目前長慶油田單井井口無法實時在線監測含水率的問題，克服了現有設備成本高，探頭長時間與原油接觸易結蠟的問題， “一對多”的數據處理方式，大大的降低了生產投入成本。
【專利說明】
一種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及石油行業測量儀表技術的研究領域，具體涉及一種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置。
【背景技術】
[0002]原油含水率既是油井重要的油藏數據，也是重要的生產參數，對于確定出水、出油層位，估計產量和預測油井的開發壽命以及油田的產量質量控制、油井狀態檢測、降低成本和采油管理自動化具有重要的意義和實用價值。
[0003]目前國內各油田原油含水率的測量方法主要分為兩種，即人工取樣化驗法和在線測量法。人工取樣測量法根據油水分離手段的不同分為蒸餾法、卡爾一費休法等。在線測量法根據原理不同分為電容法、密度法、T射線法、微波法、射頻法等。
[0004]電容法利用水和油介電常數相差很大的原理，通過測量混合流體經過兩個同軸電極時，電路中電容值的變化得到含水率。密度法是確定含水原油的密度后，根據純水密度和純油密度，計算出原油含水率。γ射線法利用碳、氧元素對低能γ射線吸收不同，通過測量混合液中碳、氧含量計算出原油含水率。微波法基于微波在混合介質中傳播時，相位因油水比例不同發生變化，通過對相位的測量，得到原油含水率。射頻法通過發射器對測量介質發射高頻電磁波，利用油和水吸收波的能量不同，通過精確測量透射電磁波的強度來判斷含水率。
[0005]人工取樣化驗法的取樣時間長，人工勞動強度大，隨機性強，誤差大，效率低，無法實現連續測量，不能夠實時反映井口原油含水率的變化趨勢；電容法受傳感器固有電容的影響，無法測量“水包油”的狀態，僅適用于中低含水階段的測量;密度法受原油含砂、含氣影響大，測量精度低，僅適于高含水測量；γ射線法存在射線輻射，且設備價格昂貴、維護困難;微波法的測量原理屬于對管內兩相流點線式的采樣，不能全面反映混合兩相流的情況，現場工況條件下精度無法滿足要求。射頻法相比以上幾種方法，具有測量范圍寬，測量精度高，維護方便的優點，但其設備目前成本較高，且探頭長時間與原油接觸易結蠟，無法在單井產量低、含蠟高的長慶油田進行大規模推廣。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的是克服現有設備成本高，探頭長時間與原油接觸易結蠟的問題，提供研發一種基于射頻法，成本低，全量程，適合長慶油田單井井口使用，能夠實時在線對原油含水率進行精確測量的裝置。本實用新型的技術方案是提供了一種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置，包括測量傳感器、防爆接線盒和室外防爆箱，所述測量傳感器包括探頭、接頭體、測量電路板、護管、殼體、對接體、壓緊螺柱和信號線，所述殼體內部設置有護管，殼體上端通過絲扣與對接體連接，殼體下端與接頭體焊接，所述護管內部設置有測量電路板，且護管下端通過螺紋連接與接頭體連接，所述接頭體底部連接有探頭，且探頭與信號線末端連接，所述信號線穿過測量電路板，通過壓緊螺柱固定于對接體，所述測量傳感器上端的信號線穿過防爆軟管連接到防爆接線盒，且信號線穿過穿線管連接到室外防爆箱。
[0007]上述測量電路板上設置有測量電路，所述室外防爆箱上設置有數據綜合處理電路，所述測量電路包括依次連接的射頻信號發生器、射頻信號接收器、信號運算放大電路及信號轉換電路，所述數據綜合處理電路包括依次連接的A/D數據轉換器、中心處理器及通訊接口。
[0008]上述探頭內部設置有加熱絲，探頭上部設置有護罩，且護罩通過螺釘連接與接頭體連接，所述探頭的幾何形狀為流線型，材質為不銹鋼，且探頭表面添加0.2mm厚度瓷材料涂層。
[0009]上述接頭體內部的上面設置有絕緣套，絕緣套內部設置有鎖緊螺母，所述探頭與接頭體通過鎖緊螺母連接，且探頭與接頭體之間設置有絕緣墊。
[0010]上述壓緊螺柱側面與對接體相接處設置有鋼墊，壓緊螺柱底面與對接體相接處設置有膠墊。
[0011]上述射頻信號發生器使用JA8集成電路芯片，所述射頻信號接收器使用LM124A集成電路芯片。
[0012]上述A/D數據轉換器使用AD7710芯片。
[0013]上述中心處理器采用AVR單片機技術，且中心處理器上設置有數據存儲器，所述數據存儲器采用I2C容的存儲芯片技術，存儲容量達1MB。
[0014]上述通訊接口采用RS485總線。
[0015]本實用新型的有益效果:
[0016](I)本實用新型的這種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置解決了目前長慶油田單井井口無法實時在線監測含水率的問題，解決人工取樣勞動強度大、效率低、隨機性大、誤差大等安全、環保、節能等技術瓶頸問題，能夠適應長慶油田油井含水范圍寬、產量低、間歇出液井多、含蠟量高的特點，可在長慶油田進行大規模推廣使用。
[0017](2)本實用新型的這種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置的數據處理電路可以對井場中所有井口測量傳感器的測量電路傳輸的數據進行處理，即“一對多”的數據處理方式，一個井場只需配備一套數據處理電路，測量傳感器與數據處理電路剝離，降低了生產投入成本。
[0018](3)本實用新型的這種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置通過設置探頭幾何形狀計為流線型，保證探頭能夠充分接觸油水介質，提高了測量精確度，并且通過在探頭內部鑲嵌加熱絲，解決了探頭長時間與原油接觸易結蠟的問題，通過采用不銹鋼的探頭，且在探頭表面添加0.2_厚度瓷材料涂層，使得探頭能夠耐高溫、磨損、腐蝕，大大減少原油中泥沙對探頭的損傷。
[0019](4)本實用新型的這種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置通過在接頭體內部的上面設置絕緣套以及在探頭與接頭體之間設置有絕緣墊可以有效防止電路發生短路，通過用鎖緊螺母連接探頭與接頭體避免了在測量過程中探頭發生移動，影響測量準確性。
[0020](5)本實用新型的這種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置通過使用JA8集成電路芯片作為射頻信號發生器以及使用LM124A集成電路芯片作為射頻信號接收器，既保證了信號穩定，又耐高溫、耐低溫，長期使用也可保證測量精度與可靠運行。
[0021](6)本實用新型的這種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置的A/D數據轉換器采用Σ-△技術，使用AD7710芯片，具有24位無失碼性能，實現電流信號到數字信號的高精度轉換。
[0022](7)本實用新型的這種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置的中心處理器，基于ATmegal28單片機設計，采用AVR單片機技術，具備高速數據運行處理能力，數據存儲器采用I2C的存儲芯片技術，存儲容量達IMB，能夠存儲多個數據。
[0023](8)本實用新型的這種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置采用的RS485總線通訊接口，組網方便，傳輸距離遠，具有防雷設計和干擾信號隔離功能。
[0024]以下將結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0025]附圖1為本裝置現場連接示意圖。
[0026]附圖2為本裝置的電路框圖。
[0027]附圖3為本裝置的測量傳感器的結構示意圖。
[0028]附圖標記說明:1、測量傳感器;2、防爆接線盒;3、室外防爆箱;4、探頭;5、護罩;6、接頭體;7、測量電路板;8、護管;9、殼體;1、對接體;11、壓緊螺柱;12、信號線。
【具體實施方式】
[0029]實施例1:
[0030]本實施例提供了一種如圖1所示的基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置，包括測量傳感器1、防爆接線盒2和室外防爆箱3，所述測量傳感器I包括探頭4、接頭體6、測量電路板7、護管8、殼體9、對接體10、壓緊螺柱11和信號線12，所述殼體9內部設置有護管8，殼體9上端通過絲扣與對接體10連接，殼體9下端與接頭體6焊接，所述護管8內部設置有測量電路板7，且護管8下端通過螺紋連接與接頭體6連接，所述接頭體6底部連接有探頭4，且探頭4與信號線12末端連接，所述信號線12穿過測量電路板7，通過壓緊螺柱11固定于對接體10，所述測量傳感器I上端的信號線12穿過防爆軟管連接到防爆接線盒2，且信號線12穿過穿線管連接到室外防爆箱3。
[0031]進一步的，所述測量電路板7上設置有測量電路，所述室外防爆箱3上設置有數據綜合處理電路，所述測量電路包括依次連接的射頻信號發生器、射頻信號接收器、信號運算放大電路及信號轉換電路，所述數據綜合處理電路包括依次連接的A/D數據轉換器、中心處理器及通訊接口。
[0032]本實用新型的這種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置的工作原理如下:
[0033]測量傳感器I是本裝置的核心部分，測量傳感器I內部設置有測量電路板7，測量電路板7上設置有測量電路，測量電路是將反映含水率大小的電磁波信號轉換為電流模擬信號，探頭4向油水介質中發射電磁波，由信號接收器接收透射電磁波強度信號后，將其轉換為電流信號傳輸至數據綜合處理模塊，數據綜合處理模塊將電流信號轉換為數字信號，并綜合分析處理得到含水值數字信號，傳輸至井場數字化系統，最終傳輸至站控系統軟件，供工作人員隨時監控。
[0034]本實用新型的這種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置的電路流程如圖2所示:
[0035]測量電路所用射頻信號發生器內部芯片產生高頻恒幅電磁波，由探頭向油水介質中連續發射，透過油水介質的電磁波強度減弱，射頻信號接收器接收該透射電磁波信號，該信號經運算放大電路放大后，被信號轉換電路轉換成4_20mA電流信號，電流信號通過信號線傳輸至井場室外防爆箱中的數據綜合處理電路，由A/D轉換器將其轉換為數字信號，進入中心處理器進行數據綜合分析處理、運算，得到的實時含水數字信號存儲在數據存儲器中供數據調用，并通過通訊接口轉換為RS485信號輸出。
[0036]本實用新型解決了目前長慶油田單井井口無法實時在線監測含水率的問題，實現了在線測量油井采出物的含水率，并滿足了數據遠傳要求。解決人工取樣勞動強度大、效率低、隨機性大、誤差大等安全、環保、節能等技術瓶頸問題，能夠適應長慶油田油井含水范圍寬、產量低、間歇出液井多、含蠟量高的特點，可在長慶油田進行大規模推廣使用。而且本實用新型的數據處理電路可以對井場中所有井口測量傳感器的測量電路傳輸的數據進行處理，即“一對多”的數據處理方式，一個井場只需配備一套數據處理電路，測量傳感器與數據處理電路剝離，大大的降低了生產投入成本。
[0037]實施例2:
[0038]在實施例1的基礎上，本實施例提供了一種如圖3所示測量傳感器，所述探頭4內部設置有加熱絲，探頭4上部設置有護罩5，且護罩5通過螺釘連接與接頭體6連接，所述探頭4的幾何形狀為流線型，材質為不銹鋼，且探頭表面添加0.2mm厚度瓷材料涂層。
[0039]本實用新型所采用的傳感器為接觸式測量，與被測介質接觸的為探頭4，探頭4幾何形狀設置為流線型，保證其能夠充分接觸油水介質，提高測量精確度，探頭4內部鑲嵌加熱裝置，與探頭4一體化封裝，可對探頭4進行加熱，加熱溫度可達600C，能夠有效防止探頭表面結蠟，探頭4的材質為不銹鋼，且探頭表面添加0.2_厚度瓷材料涂層，耐高溫、磨損、腐蝕，大大減少原油中泥沙對探頭4的損傷，能夠適應長慶油田油井含水范圍寬、產量低、間歇出液井多、含蠟量高的特點，可在長慶油田進行大規模推廣使用。
[0040]實施例3:
[0041]在實施例2的基礎上，本實施例提供了一種如圖3所示測量傳感器，所述接頭體6內部的上面設置有絕緣套，絕緣套內部設置有鎖緊螺母，所述探頭4與接頭體6通過鎖緊螺母連接，且探頭4與接頭體6之間設置有絕緣墊。絕緣套和絕緣墊都可以有效防止電路發生短路，探頭4與接頭體6通過鎖緊螺母連接，這就避免了在測量過程中探頭發生移動，影響測量準確性。
[0042]為了使壓緊螺柱11與對接體10之間連接緊固，進一步的，所述壓緊螺柱11側面與對接體10相接處設置有鋼墊，壓緊螺柱11底面與對接體10相接處設置有膠墊。
[0043]實施例4:
[0044]為了保證信號穩定，所述射頻信號發生器使用JA8集成電路芯片，所述射頻信號接收器使用LM124A集成電路芯片，這些芯片均能耐高溫、耐低溫，長期使用也可保證測量精度與可靠運行。
[0045]進一步的，所述A/D數據轉換器使用AD7710芯片，本實用新型所使用的A/D數據轉換器，采用Σ-△技術，使用AD7710芯片，具有24位無失碼性能，實現電流信號到數字信號的高精度轉換。
[0046]進一步的，所述中心處理器采用AVR單片機技術，且中心處理器上設置有數據存儲器，所述數據存儲器采用I2C容的存儲芯片技術，存儲容量達1MB。本實用新型所使用的中心處理器，基于ATmegal28單片機設計，采用AVR單片機技術，具備高速數據運行處理能力，且數據存儲器采用I2C的存儲芯片技術，存儲容量達IMB，能夠存儲多個數據。
[0047]更進一步的，所述通訊接口采用RS485總線，組網方便，傳輸距離遠，具有防雷設計和干擾信號隔離功能。
[0048]以上例舉僅僅是對本實用新型的舉例說明，并不構成對本實用新型的保護范圍的限制，凡是與本實用新型相同或相似的設計均屬于本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置，其特征在于:包括測量傳感器(I)、防爆接線盒(2)和室外防爆箱(3)，所述測量傳感器(I)包括探頭(4)、接頭體(6)、測量電路板(7)、護管(8)、殼體(9)、對接體(10)、壓緊螺柱(11)和信號線(12)，所述殼體(9)內部設置有護管(8)，殼體(9)上端通過絲扣與對接體(10)連接，殼體(9)下端與接頭體(6)焊接，所述護管(8)內部設置有測量電路板(7)，且護管(8)下端通過螺紋連接與接頭體(6)連接，所述接頭體(6)底部連接有探頭(4)，且探頭(4)與信號線(12)末端連接，所述信號線(12)穿過測量電路板(7)，通過壓緊螺柱(11)固定于對接體(10)，所述測量傳感器(I)上端的信號線(12)穿過防爆軟管連接到防爆接線盒(2)，且信號線(12)穿過穿線管連接到室外防爆箱⑶。2.如權利要求1所述的一種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置，其特征在于:所述測量電路板(7)上設置有測量電路，所述室外防爆箱(3)上設置有數據綜合處理電路，所述測量電路包括依次連接的射頻信號發生器、射頻信號接收器、信號運算放大電路及信號轉換電路，所述數據綜合處理電路包括依次連接的A/D數據轉換器、中心處理器及通訊接□ O3.如權利要求1所述的一種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置，其特征在于:所述探頭(4)內部設置有加熱絲，探頭(4)上部設置有護罩(5)，且護罩(5)通過螺釘連接與接頭體(6)連接，所述探頭(4)的幾何形狀為流線型，材質為不銹鋼，且探頭表面添加0.2mm厚度瓷材料涂層。4.如權利要求1所述的一種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置，其特征在于:所述接頭體(6)內部的上面設置有絕緣套，絕緣套內部設置有鎖緊螺母，所述探頭(4)與接頭體(6)通過鎖緊螺母連接，且探頭(4)與接頭體(6)之間設置有絕緣墊。5.如權利要求1所述的一種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置，其特征在于:所述壓緊螺柱(11)側面與對接體(10)相接處設置有鋼墊，壓緊螺柱(11)底面與對接體(10)相接處設置有膠墊。6.如權利要求2所述的一種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置，其特征在于:所述射頻信號發生器使用JA8集成電路芯片，所述射頻信號接收器使用LM124A集成電路芯片。7.如權利要求2所述的一種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置，其特征在于:所述A/D數據轉換器使用AD7710芯片。8.如權利要求2所述的一種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置，其特征在于:所述中心處理器采用AVR單片機技術，且中心處理器上設置有數據存儲器，所述數據存儲器采用I2C容的存儲芯片技術，存儲容量達1MB。9.如權利要求2所述的一種基于射頻法的井口原油含水率在線直測裝置，其特征在于:所述通訊接口采用RS485總線。
【文檔編號】G01N22/04GK205449831SQ201521072969
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月22日
【發明人】于洋, 魏小林, 羅聰英, 趙曉龍, 李麗, 吳利利
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司