阅读说明：本技术 一种原油含水率超声检测方法及使用该方法的检测仪 (Ultrasonic detection method for water content of crude oil and detector using same ) 是由 吴叶军 刘彩艳 于 2019-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种原油含水率超声检测方法及使用该方法的检测仪,检测仪包括超声发射探头、超声接收探头、连接所述超声发射探头的激发模块、连接所述超声接收探头的处理模块,所述激发模块受控于所述处理模块,所述激发模块和所述处理模块设置于表头中,所述超声发射探头和所述超声接收探头从所述表头下方两侧伸出,检测时,所述超声发射探头和所述超声接收探头浸没在原油中；所述处理模块内置线性标定单元和线性运算单元。本发明采用了不同于以往的分析路径,避开了繁多又复杂的过程分析,直接从结果入手,给出了原理简单、使用方便、检测精度高的原油含水率超声检测仪实用方案。(The invention discloses an ultrasonic detection method for water content of crude oil and a detector using the method, wherein the detector comprises an ultrasonic transmitting probe, an ultrasonic receiving probe, an excitation module connected with the ultrasonic transmitting probe and a processing module connected with the ultrasonic receiving probe, the excitation module is controlled by the processing module, the excitation module and the processing module are arranged in a gauge outfit, the ultrasonic transmitting probe and the ultrasonic receiving probe extend out from two sides below the gauge outfit, and the ultrasonic transmitting probe and the ultrasonic receiving probe are immersed in the crude oil during detection; the processing module is internally provided with a linear calibration unit and a linear operation unit. The invention adopts the analysis path different from the prior art, avoids the analysis of various and complicated processes, directly starts with the result, and provides the practical scheme of the ultrasonic detector for the water content of the crude oil with simple principle, convenient use and high detection precision.)

一种原油含水率超声检测方法及使用该方法的检测仪

技术领域

本发明涉及原油检测技术领域，具体是一种原油含水率超声检测方法及使用该方法的检测仪。

背景技术

在石油工业中，原油含水率是一项重要指标，通过它可以预测油井水位、油层位置，对原油产量和开采价值进行估计，预测采出程度并制定相应的开采方案，预测油井的开发寿命有着非常重要的意义。原油含水率对于原油的开采、集输、脱水、计量、销售、炼化等也具有重大影响，油田生产中需要准确及时地了解原油含水率情况，通过原油含水率来估计油井的工作状态，提高油田的自动化管理，提高生产效率。

目前常用的原油含水率测量方法大致可以分为离线测量法和在线测量法两大类。离线测量法的基本原理是将原油中的水分分离出来，即可以以体积比的形式表示出来，又可代入油水密度值，求出质量含水率；根据油水分离手段不同，主要有蒸馏法、电脱法、卡尔-费休法。在线测量法主要有电导率法、密度法、电磁波法、电容法、射线法。基于油田自动化生产的要求，在线测量法成为主流测量方法。

由于原油含水率时刻发生变化，要求取样速度也足够快，保证取样的含水率情况能够代表实际原油含水率情况。根据我国油田生产过程中含水率的测量情况看，传感器是原油含水率测量仪器的主要组成部分，传感器要受到很多因素的影响较大，比如温度。目前，多传感器融合技术，即使用多个传感器同时对多个变量进行检测，主要是针对那些对原油含水率影响较大的因素，这样便可把其他影响因素对原油含水率的影响降低到最低程度；但是多传感器融合带来了设计成本的提高，使用成本的提高。

国家知识产权局2019年2月1日公开的发明专利申请CN 109298070A公开了一种基于超声波声速法的原油含水率检测方法，其中指出超声波声速法测量原油含水率具有测量范围宽、设备简单、成本低廉、易于维护等优点，但是弊病是测量精度受温度影响很大。因此，该发明申请设计了一种基于Urick模型的温度补偿机理模型，然后基于该机理模型和实验数据，得到原油含水率检测模型；实验数据来自于恒定温度下不同含水率样品实验和恒定含水率样品中改变温度实验。该方案一是较为复杂，二是影响含水率检测精度的不仅仅有温度，还有气泡含量、原油粘度变化等，方案中并未将温度以外的其他因素考虑到其中。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种原理简单、使用方便、检测精度高的原油含水率超声检测方法及使用该方法的检测仪。

本发明保护一种原油含水率超声检测仪，先用线性函数表征原油含水率与超声时间差两个变量之间的关系，超声时间差指的是超声发射探头发出超声波信号到超声接收探头接收到超声波信号之间的时间差；然后根据原油含水率与超声时间差之间的线性函数关系和实测超声时间差，得到原油含水率。

本发明还保护一种原油含水率超声检测仪，包括超声发射探头、超声接收探头、连接所述超声发射探头的激发模块、连接所述超声接收探头的处理模块，所述激发模块受控于所述处理模块，所述激发模块和所述处理模块设置于表头中，所述超声发射探头和所述超声接收探头从所述表头下方两侧伸出，检测时，所述超声发射探头和所述超声接收探头浸没在原油中；

所述处理模块内置线性标定单元和线性运算单元；所述线性标定单元根据油田原油采样数据，对原油含水率和超声时间差进行线性标定，形成原油含水率与超声时间差之间的线性函数关系；所述线性运算单元根据原油含水率与超声时间差之间的线性函数关系和实测超声时间差，得到原油含水率。

进一步的，检测仪测试段设置于恒温箱内。

进一步的，所述超声发射探头由从所述表头伸出的第一壳体和设置于所述第一壳体内的超声发射器组成，所述超声接收探头由从所述表头伸出的第二壳体和设置于所述第二壳体内的超声接收器组成，所述超声发射器和所述超声接收器之间的虚拟连接线与原油流动方向呈一定角度。

进一步的，所述超声发射器和所述超声接收器之间直线距离为0.2m。

进一步的，所述超声发射器和所述超声接收器分别密封于所述第一壳体和所述第二壳体内。

进一步的，所述表头外设有用于显示原油含水率的液晶显示屏，所述液晶显示屏与所述处理模块连接。

本发明采用了不同于以往的分析路径，避开了繁多又复杂的过程分析，直接从结果入手，给出了原理简单、使用方便、检测精度高的原油含水率超声检测仪实用方案；恒温箱的设置减少温度变化对原油含水率测量结果的影响，也可结合温度补偿使用；超声发射器和超声接收器之间安装角度和安装距离的优化设计，提高检测结果的准确性；液晶显示器便于读数。

附图说明

图1为原油含水率超声检测仪内部结构框图；

图2为原油含水率超声检测仪外部结构及使用状态示意图；

图3为油水混合物的等效示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

实施例1

一种原油含水率超声检测仪，如图1所示，包括超声发射探头1、超声接收探头2、连接所述超声发射探头的激发模块、连接所述超声接收探头的处理模块，所述激发模块受控于所述处理模块。

所述激发模块和所述处理模块设置于表头3中，所述超声发射探头1和所述超声接收探头2从所述表头3下方两侧伸出，检测时，所述超声发射探头和所述超声接收探头浸没在原油中4，如图2所示。

油水混合物的等效示意图如图3所示，容易得出含水率超声波信号从发射探头到接收探头的时间推到出代入得

由于发射探头和接收探头之间的距离L固定，尽管在原油中的声速受较多因素影响，但是在同一块油田的一段时间内V_油、V_水是保持不变的，V_油、V_水都是定值，因此，同一块油田一段时间内的原油含水率与超声时间差之间是呈线性关系的，可以用简单的关系式h＝at-b来表示。通过采样数据对这里的常数a和b进行标定后，就可以由超声时间差准确得到原油含水率。这里的超声时间差指的是超声发射探头发出超声波信号到超声接收探头接收到超声波信号之间的时间差。

故在所述处理模块中内置线性标定单元和线性运算单元。所述线性标定单元根据油田原油采样数据，对原油含水率和超声时间差进行线性标定，即确定常数a和b的数值，形成原油含水率与超声时间差之间的线性函数关系；所述线性运算单元根据原油含水率与超声时间差之间的线性函数关系和实测超声时间差，得到原油含水率。对于常数a和b，可以每隔一段时间，比如15天，就重新标定一次。

本发明采用了不同于以往的分析路径，避开了繁多又复杂的过程分析，直接从结果入手，给出了原理简单、使用方便、检测精度高的原油含水率超声检测仪实用方案。

由于采样数据肯定是在一定的温度条件下进行测试的，为了保证原油含水率检测的准确性，检测仪测试段设置于恒温箱内。此恒温箱不是要将原油加热到一定温度，而是让测试段的原油能够稳定在一定的温度下并保证标定过程的测试温度保持一致，减少温度变化对原油含水率测量结果的影响。

当然温度对于原油含水率的影响，也可以通过别的方式来进行补偿，可在两探头附近设置温度传感器，将其数据与标定过程的测试温度进行对比，然后进行适当补偿。具体的补偿方法现有研究介绍较多，例如背景技术中提及的发明专利申请，这里不再赘述。另外，恒温箱与温度补偿进行结合，也是可以进行的操作方式，保持温度稳定的情况下，对细微的温度变化进行温度补偿，提高检测结果的准确性。

所述超声发射探头1由从所述表头伸出的第一壳体和设置于所述第一壳体内的超声发射器5组成，所述超声接收探头2由从所述表头伸出的第二壳体和设置于所述第二壳体内的超声接收器6组成。所述超声发射器5和所述超声接收器6分别密封于所述第一壳体和所述第二壳体内，避免原油接触并影响超声发射器和超声接收器的检测准确度。

实际原油开采过程中，输油管道的安装复杂性以及管道中原油的流动性都影响检测结果，因此，超声发射器和超声接收器之间的安装角度也对检测结果产生影响。在直径为0.2m的原油管道中进行测试，原油流速C1为4m/s，原油中声速C0为1500m/s，在顺流情况下，不同安装角度对超声波传播时间的影响如表1所示，θ是指超声发射器和超声接收器之间的虚拟连接线与原油流动方向之间的夹角。由表1可见，θ越大，测试值与理想值之间的偏差越小。

θ(°)	10	20	30	40	50	60	70	80	90
										t(C1＝0)	0.7681	0.3899	0.2667	0.2074	0.1741	0.1540	0.1419	0.1355	0.1333
t(C1＝4)	0.7660	0.3889	0.2660	0.2069	0.1737	0.1537	0.1417	0.1354	0.1333

表1

在本实施例中，所述超声发射器5和所述超声接收器6之间的虚拟连接线与原油流动方向呈一定角度，考虑检测准确度和安装可行性，优选30°-80°。

在实际原油开采过程中，超声发射器与超声接收器之间的安装距离的选择也有一定的重要性。安装距离太远，超声波在原油中传播时间增大，其能量衰减大，接收到的电脉冲信号弱，影响检测精度；安装距离过小，超声波在原油中传播时间太小，其衰减不明显，不易进行超声波传播时间的读取与分辨，经过验证，直线距离0.2m是一个较佳的选择。

为了直观地读数，了解原油含水率，所述表头外设有用于显示原油含水率的液晶显示屏7，所述液晶显示屏与所述处理模块连接。

实际应用时，处理模块可采用MSP430单片机；激发模块由TDC1000和TDC7200组成，TDC1000是一款超声波感测模拟前端，常用于液体鉴定/识别、流量、测距应用，可与MSP430系类的单片机配套使用，TDC7200是一款时间-数字转换器，常用于超声波感测装置。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的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，都应属于本发明保护的范围。