一种在线测量油井含水率的装置和方法
阅读说明：本技术 一种在线测量油井含水率的装置和方法 (Device and method for measuring water content of oil well on line ) 是由 马新明 于 2020-04-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种在线测量油井含水率的装置和方法,通过在输油主管道(1)引出一进油管道(3)和出油管道(6),进油管道(3)和出油管道(6)之间设置比热容含水率测量仪(9),采用比热容法测量从油井中采出的油气水流体的含水率,再将原油传送回输油主管。此外,进油管道(3)和出油管道(6)之间还设置流量热导流量计(8),用于测量所述油气水流体的流量,能够及时的检测油气水流体中含水率的同时,提高检测精度和准确度,含水率的可测量范围也更大,不仅如此,热导流量计和比热容含水率测量仪并行设置,可以先后测量油气水流体的流量和含水率,不必在输油主管道的其他位置进行管道连接设置,简单易行,占用空间小,节省时间和空间。而且有利于数据的统计,以及仪器和管道的维护。(The invention provides a device and a method for measuring the water content of an oil well on line, wherein an oil inlet pipeline (3) and an oil outlet pipeline (6) are led out from an oil transportation main pipeline (1), a specific heat water content measuring instrument (9) is arranged between the oil inlet pipeline (3) and the oil outlet pipeline (6), the water content of oil, gas and water fluid produced from the oil well is measured by adopting a specific heat method, and then crude oil is conveyed back to the oil transportation main pipeline. In addition, still set up flow thermal conductivity flowmeter (8) between oil inlet pipe way (3) and oil outlet pipe way (6), be used for measuring the flow of oil gas water fluid, when the moisture content in the detection oil gas water fluid that can be timely, improve and detect precision and degree of accuracy, the measurable quantity scope of moisture content is also bigger, moreover, thermal conductivity flowmeter and specific heat capacity moisture content measuring apparatu set up in parallel, can measure the flow and the moisture content of oil gas water fluid successively, needn't carry out the pipe connection setting in other positions of oil transportation trunk line, it is simple and easy, occupation space is little, save time and space. But also facilitates the statistics of data and the maintenance of instruments and pipelines.)
技术领域
本发明涉及原油检测领域，尤其涉及一种在线测量油井含水率的装置和方法。
背景技术
油田采油气井数数以万计，油气井含水率参数是观察和评价油井生产是否正常的重要参数之一。目前油井含水率的测量方法主要包括离线测量和在线测量两种，以离线测量为主。
离线测量是人工在井口取得少量油井采出的油气水流体，到室内通过仪器测量样品的含水率。离线测量法虽然操作简单，但是人为误差较大，样品代表性差，取样过程繁琐，劳动强度高，在极端天气(寒冷、大风、高温等)下取样人员需要克服各种困难，难以准确及时的反映采出的油气水流体中含水的变化，因而不能满足油田自动化管理的要求，不利于数字化油田的建设。
在线测量是通过在采出流体管线上安装仪器设备进行在线实时测量。这种方法的优点：自动测量，避免了人工井口取样工序；缺点：测量精度低，测量精度一般低于75％。油井含水率在线测量的原理主要包括：密度计法、微波法、γ射线法、射频法、电导法、电容法等。目前实际应用的测量方法包括：γ射线法、射频法和电容法。
(1)γ射线法射线法，是基于γ射线在通过不同类型的介质时，会有不同程度的衰减的原理测量油气水流体含水率的。由于油气水流体性质不同，对γ射线的吸收能力也不同，当γ射线通过油气水流体时，根据两者不同的吸收系数，从而可以得到油气水流体含水率。此方法不直接接触流体，可实现连续测量。缺点是对60MeV的γ射线，虽然油气水流体对该射线的吸收系数仍有差异，但只有20％左右，这就会导致含水分析仪的灵敏度与准确度较低。这类仪表的典型代表是美国研发的CM-3型、FDH-1型含水率检测仪。
(2)射频法，采出的油气水流体与水的介电常数相比差数倍，分别为2.3与80，当油气水流体中含水率发生改变时，其混合介电常数也发生改变。信号经转换后由接收器接收到电流信号，最终根据电流的改变量计算出油水中水的体积分。该方法电路简单、工作可靠、安装维护方便，如果再复合电导率测量电路，就能进一步扩展测试范围。以射频法为代表的分析仪有美国研制生产的CA-71-718智能型以及中国研发的SH型智能含水分析仪，由于设计条件的限制，该类产品一般只适用于50％含水率以下的油井。
(3)电容法，电容法测量采出的油气水流体含水率的原理较为简单，油和水的介电常数差异较大，当不同含水率的油气水流体流经特制的电容探头的两极时，其混合介电常数也不相同，就会产生不同的电容值，通过专业的电子线路与原件将电容值转变为电信号，从而实现对含水率的实时监测。但受矿化度和温度的影响较大，测量精度低。
发明内容
基于现有技术中存在的问题，本发明提供一种在线测量油井含水率的装置和方法，旨在准确及时的检测从油井中采出的油气水流体中含水率的同时，提高检测精度和准确度，并适用于0％-100％范围内含水率的油井。本发明是通过以下技术方案来实现的。
一种在线测量油井含水率的装置，包括：
进油管道，进油管道的一端与输油主管道连接，用于引入输油主管道传输的待测量单井采出的油气水流体；
第一进口阀，设置于进油管道上且靠近比热容含水率测量仪的前端，用于在将油气水流体引入比热容含水率测量仪进行含水率测量；
比热容含水率测量仪的前端与进油管道的另一端连接，用于测量油气水流体比热容，根据比热容计算出油气水流体的含水率；出油管道，出油管道的一端与比热容含水率测量仪的后端连接，出油管道的另一端与输油主管道连接，用于将油气水流体输送回输油主管道中；
第一出口阀，设置于出油管道上且靠近比热容含水率测量仪的后端，用于测量后将油气水流体从比热容含水率测量仪中引出至出油管道中；
输油主管道上设有主管道阀门，主管道阀门位于输油主管道和进油管道的连接处以及输油主管道和出油管道的连接处之间，用于控制输油主管道的连通和断开；
控制装置，分别与第一进口阀、比热容含水率测量仪和第一出口阀电性连接，用于：测量前控制开启第一进口阀、关闭述比热容含水率测量仪和第一出口阀，测量时关闭第一进口阀和第一出口阀，开启比热容含水率测量仪，测量后关闭比热容含水率测量仪，同时开启第一进口阀和第一出口阀。
进一步的，还包括：第二进口阀，设置于进油管道与输油主管道连接的一端，用于控制进油管道的开启和关闭；
第二出口阀，设置于出油管道与输油主管道连接的一端，用于控制出油管道的开启和关闭。
进一步的，还包括：油水混合器，设置在进油管道上且位于第一进口阀和第二进口阀之间，用于将油气水流体混合均匀。
进一步的，还包括：
热导流量计，用于测量油气水流体的流量，热导流量计的进油端连接第一内旁通管道的末端，热导流量计的出油端连接第二内旁通管道的起始端；
第一内旁通管道的起始端连接进油管道连接且位于油水混合器和第一进口阀之间；
第二内旁通管道的末端与出油管道连接且位于第一出口阀和第二出口阀之间；
控制装置还连接热导流量计，用于在含水率测试之前控制开启热导流量计工作。
进一步的，第一进口阀和第一出口阀均为电磁阀。
进一步的，控制装置为可编程逻辑控制装置。
一种在线测量油井含水率的方法，使用前述的一种在线测量油井含水率的装置，包括如下步骤：
步骤A1，关闭主管道阀门，将待测量单井采出的油气水流体由输油主管道引入进油管道；
步骤A2，控制装置控制第一进口阀开启，控制保持第一出口阀关闭，将油气水流体引入比热容含水率测量仪；
步骤A3，控制装置控制第一进口阀关闭，控制保持第一出口阀关闭，控制开启比热容含水率测量仪，比热容含水率测量仪测量油气水流体的比热容，根据比热容计算出油气水流体的含水率；
步骤A4，控制装置控制关闭比热容含水率测量仪，控制开启第一进口阀和第一出口阀，将油气水流体输送回输油主管道。
进一步的，在步骤A2之前还包括步骤B1：采用油水混合器将油气水流体进行混合。
进一步的，在步骤A2之前还包括步骤B2：将油气水流体引入热导流量计中，控制装置控制热导流量计开启测量油气水流体的流量；
其中，热导流量计的进油端连接第一内旁通管道的末端，热导流量计的出油端连接第二内旁通管道的起始端；
第一内旁通管道的起始端连接进油管道连接且位于油水混合器和第一进口阀之间；
第二内旁通管道的末端与出油管道连接且位于第一出口阀和第二出口阀之间；
第二出口阀，设置于出油管道与输油主管道连接的一端，用于控制出油管道的开启和关闭。
本发明的有益技术效果是：
通过本发明提供的在线测量油井含水率的装置和方法，在准确及时的检测从油井中采出的油气水流体中含水率的同时，提高检测精度和准确度，扩大了含水率的可测量范围。不仅如此，热导流量计和比热容含水率测量仪并行设置，可以先后测量油气水流体的流量和含水率，不必在输油主管道的其他位置进行管道连接设置，简单易行，占用空间小，节省时间和空间。而且有利于数据的统计，以及仪器和管道的维护。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
图2-4为本发明的方法步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
参见图1，本发明提供一种在线测量油井含水率的装置，其特征在于，包括：进油管道(3)，进油管道(3)的一端与输油主管道(1)连接，用于引入输油主管道(1)传输的待测量单井采出的油气水流体；第一进口阀(7)，设置于进油管道(3)上且靠近比热容含水率测量仪(9)的前端，用于在将油气水流体引入比热容含水率测量仪(9)进行含水率测量；比热容含水率测量仪(9)的前端与进油管道(3)的另一端连接，用于测量油气水流体的比热容，根据比热容计算出油气水流体的含水率；出油管道(6)，出油管道(6)的一端与比热容含水率测量仪(9)的后端连接，出油管道(6)的另一端与输油主管道(1)连接，用于将油气水流体输送回输油主管道(1)中；第一出口阀(11)，设置于出油管道(6)上且靠近比热容含水率测量仪(9)的后端，用于测量后将油气水流体从比热容含水率测量仪(9)中引出至出油管道(6)中；输油主管道(1)上设有主管道阀门(2)，主管道阀门(2)位于输油主管道(1)和进油管道(3)的连接处以及输油主管道(1)和出油管道(6)的连接处之间，用于控制输油主管道(1)的连通和断开；控制装置(10)，分别与第一进口阀(7)、比热容含水率测量仪(9)和第一出口阀(11)电性连接，用于：测量前控制开启第一进口阀(7)、关闭述比热容含水率测量仪(9)和第一出口阀(11)，测量时关闭第一进口阀(7)和第一出口阀(11)，开启比热容含水率测量仪(9)，测量后关闭比热容含水率测量仪(9)，同时开启第一进口阀(7)和第一出口阀(11)。
具体的，输油主管(1)是传输油气水流体的主管道，进油管(3)是旁通管道，连接在输油主管(1)的侧面。在测量时，主管道阀门(2)关闭，油气水流体流入进油管(3)，不测量时，主管道阀门(2)开启，油气水流体仍然在输油主管(1)上传输。
第一进口阀(7)和第一出口阀(11)设置在比热容含水率测量仪(9)的两端，当控制第一进口阀(7)开启时，第一出口阀(11)关闭时，油气水流体进入比热容含水率测量仪(9)。之后，控制第一进口阀(7)关闭，此时第一进口阀(7)和第一出口阀(11)同时处于关闭状态，油气水流体被维持在比热容含水率测量仪(9)中，控制比热容含水率测量仪(9)开启，便开始测量油气水流体的含水率。由于油和水的比热容差异大，不同的含水率升温幅度不同，以此确定被测量流体的含水率。比热容含水率测量仪(9)可以采用现有的测试仪器和计算方法，在此不必多述。
测量完之后，控制装置(10)控制第一进口阀(7)和第一出口阀(11)开启，将油气水流体送回输油主管道(1)中，第一进口阀(7)的开启主要是保证将进油管道(3)中的剩余油气水流体一同送回输油主管道(1)。
进一步的，装置还包括：第二进口阀(4)，设置于进油管道(3)与输油主管道(1)连接的一端，用于控制进油管道(3)的开启和关闭；第二出口阀(13)，设置于出油管道(6)与输油主管道(1)连接的一端，用于控制出油管道(6)的开启和关闭。
第二进口阀(4)为人为开启的手动阀，当开启时，输油主管道(1)中的油气水流体被引入进油管道(3)。第二出口阀(13)为人为开启的手动阀，当开启时，出油管道(6)中的油气水流体被送回输油主管道(1)。
进一步的，装置还包括：油水混合器(5)，设置在进油管道(3)上且位于第一进口阀(7)和第二进口阀(4)之间，用于将油气水流体混合均匀。油气水流体进入进油管(3)后，现在油水混合器(5)进行混合，保证后续采样测量的均匀性。
进一步的，装置还包括，热导流量计(8)，用于测量油气水流体的流量，热导流量计(8)的进油端连接第一内旁通管道(14)的末端，热导流量计(8)的出油端连接第二内旁通管道(12)的起始端；
第一内旁通管道(14)的起始端连接进油管道(3)连接且位于油水混合器(5)和第一进口阀(7)之间；
第二内旁通管道(12)的末端与出油管道(6)连接且位于第一出口阀(11)和第二出口阀(13)之间；
控制装置(10)还连接热导流量计(8)，用于在含水率测试之前控制开启热导流量计(8)工作。
当然，作为本发明的另外一种实施方式，第一内旁通管道(14)与进油管道(3)的连接处也可以设置在油水混合器(5)之前，即第二进口阀(4)和油水混合器(5)之间，也即，在热导流量计(8)工作时，不必进行油水混合。
目前油田油井采出流体的集输管网一般采用多口油井的油气水流体通过管线输送到输油主管道(1)，在输油主管道(1)分别对每口井的油气水流体流量进行依次轮流计量，然后由输油主管道(1)输送到下游管道。本发明在流量计量设备即热导流量计(8)处引入比热容含水率测量仪(9)，将待测量单井的油气水流体引入该装置进行含水率测量，然后将油气水流体送回输油主管(1)。先测量油气水流体的流量紧接着再测量油气水流体的含水率，不必在输油主管道(1)另处设置热导流量计(8)测流量或者另处设置比热容含水率测量仪(9)测含水率，节省时间和空间。而且有利于数据的统计，以及仪器和管道的维护。
进一步的，第一进口阀(7)和第一出口阀(11)均为电磁阀。
进一步的，控制装置(10)为可编程逻辑控制装置。
请参阅图2-4，本发明还提供一种在线测量油井含水率的方法，使用前述的一种在线测量油井含水率的装置来进行，包括如下步骤：
步骤A1，关闭主管道阀门(2)，将待测量单井采出的油气水流体由输油主管道(1)引入进油管道(3)；
步骤A2，控制装置(10)控制第一进口阀(7)开启，控制保持第一出口阀(11)关闭，将油气水流体引入比热容含水率测量仪(9)；步骤A3，控制装置(10)控制第一进口阀(7)关闭，控制保持第一出口阀(11)关闭，控制开启比热容含水率测量仪(9)，比热容含水率测量仪(9)测量油气水流体的比热容，根据比热容计算出油气水流体的含水率；
步骤A4，控制装置(10)控制关闭比热容含水率测量仪(9)，控制开启第一进口阀(7)和第一出口阀(11)，将油气水流体输送回输油主管道(1)。
进一步的，在步骤A2之间还包括步骤B1：采用油水混合器(5)将油气水流体进行混合。
进一步的，在步骤A2之前还包括步骤B2：将油气水流体引入热导流量计(8)中，控制装置(10)控制热导流量计(8)开启测量油气水流体的流量。其中，热导流量计(8)的进油端连接第一内旁通管道(14)的末端，热导流量计(8)的出油端连接第二内旁通管道(12)的起始端；
第一内旁通管道(14)的起始端连接进油管道(3)连接且位于油水混合器(5)和第一进口阀(7)之间；
第二内旁通管道(12)的末端与出油管道(6)连接且位于第一出口阀(11)和第二出口阀(13)之间；
第二出口阀(13)，设置于出油管道(6)与输油主管道(1)连接的一端，用于控制出油管道(6)的开启和关闭。
作为本发明的一种实施方式，第一内旁通管道(14)与进油管道(3)的连接处也可以设置在油水混合器(5)之前，即第二进口阀(4)和油水混合器(5)之间，也即，在热导流量计(8)工作时，不必进行油水混合。当然，第一内旁通管道(14)与进油管道(3)的连接处也可以设置在油水混合器(5)之后，即第一进口阀(7)和油水混合器(5)之间，也即，油水混合后进入热导流量计(8)进行流量测量。
通过本发明提供的在线测量油井含水率的装置和方法，在准确及时的检测油气水流体中含水率的同时，提高检测精度和准确度，扩大了含水率的可测量范围。不仅如此，还可以检测出油气水流体的流量，不必另外设置流量计量设备。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。