一种原油分析系统和方法

技术领域

本发明涉及原油分析技术领域，尤其涉及一种原油分析系统和方法。

背景技术

由于原油组分的多样性，来自不同产油国和采油区块的原油或同一国家同一采油区块不同开采年限和地层深度油井的原油物性参数会有较大的差异，比如标准状态下原油的密度、粘度、凝点等参数均可能不同；此外，不同产地的原油中除碳氢化合物组分外的杂质如含水、硫、盐、蜡、胶质和沥青质、砂等都不同。因此，原油在线含水和密度分析就成为一大行业难题。

目前，由于没有适合这种原油组分品质多样性的在线含水分析仪表及装置，所以生产过程中不得不采用人工取样或自动取样器取样后通过实验室分析手段来得到原油含水率及密度。但是无论采用何种方法取样+实验室分析的方法均是一种间歇分析法，无法做到实时、连续的检测，且对于同一样本，由于不同的人操作会得出不同的结果，人为的因素直接会影响到结果。

由此，现在需要有一种更好的方案来解决现有技术中的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种原油分析系统和方法，通过多个仪器组成的系统，实现了实时连续的测量，且分析的结果一致性好，人为的因素不会直接影响到最终的结果。

具体的，本发明提出了以下具体的实施例：

本发明实施例提出了一种原油分析系统，包括：多点采样器、过滤器、数据采集及控制装置、分析子系统；所述分析子系统包括：加压泵、压力变送器、密度计、含水分析仪、人工取样口和取样器；其中，所述多点采样器用于设置在原油主管道上，所述多点采样器的采样面与所述原油主管道的中心轴垂直，所述多点采样器上设置有出油管与回流管；所述出油管与所述回流管两者的中心轴平行且均与所述原油主管道的中心轴垂直；在所述多点采样器的所述出油管与所述回流管的管路上依次设置有所述过滤器、所述加压泵、所述密度计、所述含水分析仪与所述人工取样口；所述压力变送器设置在所述加压泵的出口；所述取样器设置在所述人工取样口中；

所述密度计与所述含水分析仪数据连接，所述密度计将测得的密度数据传输给所述含水分析仪；所述数据采集及控制装置分别连接所述加压泵、所述压力变送器、所述密度计、所述含水分析仪及所述取样器。

在一个具体的实施例中，所述出油管、所述回流管、所述取样器的入口及所述人工取样口的出口均设置有阀门；

所述多点采样器包括：毂辐式取样器；

所述过滤器包括：篮式快拆过滤器；

所述含水分析仪包括：配置Autozero功能的基于微波共振原理的含水分析仪。

在一个具体的实施例中，所述密度计安装在贴合所述含水分析仪的入口一侧的位置；所述人工取样口安装在贴合所述含水分析仪的出口一侧的位置。

在一个具体的实施例中，还包括：静态混合器；所述静态混合器设置在所述多点采样器的上游。

在一个具体的实施例中，还包括：流量计；所述流量计设置在所述原油主管道上所述多点采样器的上游位置或下游位置；所述流量计数据连接所述数据采集及控制装置。

在一个具体的实施例中，还包括温度计；所述温度计连接所述数据采集及控制装置，用以检测所述分析子系统中流经原油的温度。

在一个具体的实施例中，还包括：排污装置、电伴热保温装置和可燃气体警报装置；

所述排污子装置连接所述分析子系统，以排空所述分析子系统中的原油；

所述电伴热保温装置紧贴所述分析子系统设置，以对所述分析子系统中的原油进行温度控制。

本发明实施例还公开了一种原油分析方法，应用于上述的原油分析系统，该方法包括：

通过数据采集及控制装置获取所述密度计测得的密度值以及获取所述含水分析仪基于所述密度值得到测得的第一含水率；

通过数据采集及控制装置基于密度法与所述密度值确定第二含水率；

若所述第一含水率与所述第二含水率均小于预设值，则将所述第一含水率作为最终含水率；

若所述第二含水率大于预设值，则将所述第二含水率作为最终含水率。

在一个具体的实施例中，所述含水分析仪测得的第一含水率是通过以下两个公式进行迭代计算得到的：

其中，β1是所述第一含水率；ρ

在一个具体的实施例中，所述第二含水率基于以下公式来计算得到：

β2＝(ρ

其中，β2为所述第二含水率；ρ

以此，本发明实施例提出了一种原油分析系统和方法，该系统包括：多点采样器、过滤器、数据采集及控制装置、分析子系统；所述分析子系统包括：加压泵、压力变送器、密度计、含水分析仪、人工取样口和取样器；所述多点采样器用于设置在原油主管道上，所述多点采样器的采样面与所述原油主管道的中心轴垂直，所述多点采样器上设置有出油管与回流管；所述出油管与所述回流管两者的中心轴平行且均与所述原油主管道的中心轴垂直；在所述多点取样器的所述出油管与所述回流管的管路上依次设置有所述过滤器、所述加压泵、所述密度计、所述含水分析仪与所述人工取样口；所述压力变送器设置在所述加压泵的出口；所述取样器设置在所述人工取样口中；所述密度计与所述含水分析仪数据连接，所述密度计将测得的密度数据传输给所述含水分析仪；所述数据采集及控制装置分别连接所述加压泵、所述压力变送器、所述密度计、所述含水分析仪及所述取样器。通过多个仪器组成的系统，实现了实时连续的测量，且分析的结果一致性好，人为的因素不会直接影响到最终的结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。

图1示出了一种原油分析系统的结构示意图；

图2示出了一种原油分析系统的部分结构示意图；

图3示出了一种原油分析系统的部分结构示意图；

图4示出了一种原油分析系统的框架结构示意图；

图5示出了一种原油分析方法的流程结构示意图。

图例说明：

10-多点采样器；11-采样面；12-出油管；13-回流管；

20-过滤器；30-加压泵；40-压力变送器；50-密度计；60-含水分析仪；70-数据采集及控制装置；80-人工取样口；90-取样器；

100-阀门；110-流量计。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做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。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

本发明实施例1公开了一种原油分析系统，如图1所示，包括：多点采样器10、过滤器20、数据采集及控制装置70、分析子系统；所述分析子系统包括：加压泵30、压力变送器40、密度计、含水分析仪60、人工取样口80和取样器90；其中，如图1所示，多点采样器10设置在原油主管道上，多点采样器10的采样面11与原油主管道的中心轴垂直，多点采样器10上设置有出油管12与回流管13；采样面11上设置有多个采样孔，所有采样孔均连通出油管12；出油管12与回流管13两者的中心轴平行且均与原油主管道的中心轴垂直；具体的，原油主管道一般直径比较大，例如可能直径在150-700mm，而原油自身粘度变化范围比较宽，在原油管道内输送的含水原油的混合可能因为原油自身粘度和流速混合并非均匀，因此本方案中采用多点采样器10在原油主管道中进行采样，特别是选用毂辐式取样器作为多点采样器10来进行采样，且毂辐式取样器本身具有静态混合之效果；以此综合原油主管道中的多个位置的原油，使得采样得到多个位置点的原油在汇合之后更贴近原油主管道中原油的特性，本方案得到的分析结果，如含水率以及密度等就越能代表主管的原油的实际参数，也即结果就越准确。

多点采样器10的采样面11垂直安装在原油主管道中，也即采样面11与原油主管道的中心轴垂直，且采样面11正对原油主管道中的原油流向方向，以此可以更好的借助原油流动的压力实现采样。

而为了实现实时不间断的检测分析，以及更好的与其他仪器设备连接，多点采样器10上设置有出油管12与回流管13，出油管12与回流管13两者的中心轴平行且均与原油主管道的中心轴垂直，以此，多点采样器10采样得到的原油经过出油管12流向其他仪器设备，并最终从回流管13回流到原油主管道；出油管12与回流管13垂直于原有主管道的设置也利于与其他仪器设备的连接。

在所述多点采样器10的所述出油管12与所述回流管13的管路上依次设置有所述过滤器20、所述加压泵30、所述密度计50、所述含水分析仪60与所述人工取样口80；所述压力变送器40设置在所述加压泵30的出口；所述取样器90设置在所述人工取样口80中。

出油管12与过滤器20的入口连通，过滤器20的出口连通加压泵30的入口、加压泵30的出口连通密度计50的入口、压力变送器40安装在加压泵30与密度计50之间；密度计50的出口连通含水分析仪60的入口；含水分析仪60的出口连通人工取样口80的入口，取样器90设置在人工取样口80中；人工取样口80的出口连通回流管13；

具体的，如图1、图2与图3所示，原油从原油主管道中被多点采样器10采样之后，所经过的仪器设备依次为过滤器20、加压泵30、密度计50、含水分析仪60、人工取样口80、取样器90，最终经过回流管13回流至原油主管道。

本方案中通过过滤器20的设置，可以过滤掉原油中的杂质以保护加压泵30。加压泵30的设置，则是对采出的原油样本进行增压与进一步油水混合，确保原油样本以一定的流速和混合状态先后通过密度计50和含水分析仪60。

具体的，密度计50：用于检测油水混合样本的工况密度及配合含水仪对原油组分(纯油介电常数)的实时修正；压力变送器40：用于系统内用于监控加压泵30出口压力和加压泵30的运行状态，起到系统诊断作用；含水分析仪60为本系统采用的Roxar配置Autozero功能的基于微波共振原理、免清洗的在线含水分析仪60。

密度计50安装在贴合含水分析仪60的入口一侧的位置；人工取样口80安装在贴合含水分析仪60的出口一侧的位置。以此，密度计50、含水分析仪60、人工取样口80就近安装能保证流经这三者的原油和水的混合物流场尽可能一致，以此提高仪器的检测精度。

人工取样口80中安装有取样器90、人工取样口80设置在含水分析仪60下游就近位置，用于取得和流经含水分析仪60一致的样本，通过实验室分析结果与系统读数作比对；而取样器90：安装在人工取样口80处，并与数据采集及控制装置70自动连接，以获取人工取样口80中的原油样本，所述数据采集及控制装置70可以控制人工取样口80的开合以及取样器90的工作与否。

密度计50与含水分析仪60数据连接；所述密度计50将测得的密度数据传输给所述含水分析仪60；具体的，密度计50得到的检测结果传输给含水分析仪60器，密度计50可以为管道式科氏力密度计50；而含水分析仪60可以为配置Autozero功能的基于微波共振原理的含水分析仪60。以便含水分析仪60器能基于密度计50所检测到的密度信号来实时修正纯油密度变化引起的纯油的介电常数变化。

为了能在线实时检测，本方案中还设置有数据采集及控制装置70；数据采集及控制装置70分别连接加压泵30、压力变送器40、密度计50、含水分析仪60、人工取样口80及取样器90。通过数据采集及控制装置70获取所连接的仪器的数据，以便进行后续的处理，例如通过数据采集及控制装置70自身的网络模块上传到云端的服务器或者传递到远端的设备进行显示等等。

具体的，数据采集及控制装置70可以包括数据采集系统室外单元：其安装在系统内的防爆控制箱内，通过PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)、输入/出及通讯模块实现现场信号的采集，处理并与实现室内单元HMI数据通讯；还包括：数据采集系统室内HMI(Human Machine Interface，人机接口或人机界面)单元：用于数据显示/记录、系统组态、诊断/报警信息、分析系统校准/比对及与上位机或DCS(DistributedControl System，分散控制系统)信号通讯，HMI内置油水混合修正软件用于对油水混合状态的修正；具体的，数据采集及控制装置70还可以包括网络模块，例如4G模块等，且还可以在终端上可以安装对应的APP(application，应用程序)，通过安装在移动终端设备里的APP连接与数据采集及控制装置70连接的云端服务器，以用于监控过程变量，系统检测值及报警及诊断信息。

以此，本方案中通过多个仪器组成的系统，实现了对原油实时连续的测量，且分析的结果一致性好，人为的因素不会直接影响到最终的结果。且基于密度计50与含水分析仪60的设置，本方案可以同时采集含水分析仪60输出的含水率和基于密度计50检测的密度通过密度法得出的含水率。以此，当低于50％含水率时，系统同时得到两个含水率，此时以含水分析仪60输出的含水率为最终输出值；当被监测的原油含水率高于微波法工作范围(一般在50％左右)，此时含水仪会输出超量程信息，则系统会选择输出密度法测得的含水率作为系统的输出含水率，使得在线含水分析系统能做到全量程无盲区测量。经过测试，本方案中可实现0-100％含水率范围内无盲区的测量。

实施例2

本发明实施例2还公开了一种原油分析系统，在实施例1的基础上，本发明实施例2进一步限定了：出油管12、回流管13、取样器90的入口及人工取样口80的出口均设置有阀门100；过滤器20包括：篮式快拆过滤器20；

具体的，如图1所示，考虑到实际的安装与拆解，在出油管12、回流管13、取样器90的入口及人工取样口80的出口这几处设置有阀门100，通过阀门100的闭合，避免安装与拆卸时原油的泄漏的现象；此外，过滤器20可以选用篮式快拆过滤器20，方便拆装。

此外，在一个具体的实施例中，本系统还可以包括：静态混合器；静态混合器设置在所述多点采样器10的上游。

具体的，基于静态混合器的设置，可以进一步提升原油的混合效果，保证本法案中的系统的分析的准确性。

在一个具体的实施例中，还包括：流量计110；流量计110设置在原油主管道上多点采样器10的上游位置或下游位置；流量计110数据连接数据采集及控制装置70。

具体的，基于流量计110的设置，还可以对流过原油主管道的原油的流量进行监测。

此外，如图4所示，加压泵30、压力变送器40、密度计50、含水分析仪60、人工取样口80和取样器90组成分析子系统。

在一个具体的实施例中，还包括温度计；温度计设置在分析子系统中，所述温度计连接所述数据采集及控制装置70；用以检测分析子系统中流经原油的温度。

在一个具体的实施例中，出于检修维护的需要，还包括排污装置；排污子装置连接分析子系统，以排空分析子系统中的原油。具体的排污装置可以为设置在连接分析子系统中的阀门100以及气压装置或水压装置，通过气压装置或水压装置对分析子系统中进行加压操作，且打开一处阀门100，控制其他阀门100关闭，以此实现排空分析子系统中的原油；此外，具体的排污装置还可以为位于分析子系统中位置最低的阀门100，当该位置最低的阀门100打开时，也可以排空分析子系统中的原油。

在一个具体的实施例中，还包括：电伴热保温装置；电伴热保温装置紧贴分析子系统设置，以对分析子系统中的原油进行温度控制。具体的，基于电伴热保温装置，使得整个分析子系统中具体的各个设备具有良好的流动性及在加压泵30停泵时实现对系统内设备的保护。

在一个具体的实施例中，还包括：可燃气体警报装置；可燃气体警报装置设置在靠近分析子系统的位置，以对分析子系统所泄露的可燃气体进行警示。具体的，考虑到原油中可能混杂可燃气体，如轻烃或甲烷等，而可燃气体容易逸散出来，容易造成爆炸等危险，在此情况下，设置有可燃气体警报装置，以检测分析子系统是否泄露的可燃气体，并在检测到泄露时进行报警。

在一个具体的实施例中，还包括：冷光照明装置；冷光照明装置设置在靠近分析子系统的位置，以对分析子系统所在范围进行照明。

考虑到分析子系统的具体环境，可能有可燃气体泄露，而在分析子系统可能需要晚上进行工作，在此情况下，还设置有冷光照明装置，对分析子系统所在的区域进行照明。

而除了上述装置或模块等以外，本系统中还可以包括粘度测量装置，对原油主管道中的原油进行监测，以提供粘度数据来提高输送效率和节能降耗。

实施例3

为了对本发明方案进行进一步的说明，本发明实施例3还公开了一种原油分析方法，应用于实施例1或实施例2的原油分析系统，如图5所示，该方法包括以下步骤：

步骤S101、通过数据采集及控制装置获取密度计测得的密度值以及获取含水分析仪基于所述密度值得到的第一含水率；

在一个具体的实施例中，含水分析仪测得的第一含水率是通过以下两个公式进行迭代计算得到的：

其中，β1是第一含水率；ρ

以上，含水分析仪消除油品组分变化引起的测量不确定度；此外，还可以对不同组分原油和水的混合能力进行修正(即根据原油组分特性指标的纯油密度，基于纯油密度区间的不同进行分段修正油水混合能力对含水测量的影响)。具体的，选用Roxar在线含水分析仪，由于其工作原理采用的是微波共振原理，通过一个微波天线向共振腔体内发射微波频谱，另一个微波天线在搜寻由于油水混合介电常数变化引起的共振波的频率，即共振频率。因为从原理上规避了由于探头附着物对测量的影响，不会因为探头污染而产生额外的偏差，此外，含水分析器连接了密度计，基于密度计测量得到的原油密度最终得到纯油的密度，进而得到纯油的介电参数，进而得到更精准的含水率，另外，还可以基于不同原油的密度分段来对含水率进行修正，以此含水分析仪输出的第一含水率同时消除了原油组分变化对纯油的介电常数的影响和组分变化导致的油水混合能力对分析结果的影响。

具体的，根据密度计测得的工况下的油水混合密度，通过标准换算可得20℃或15℃下的标准状态下的密度以及标准状态下的纯油密度。

具体的，根据，公式(1)可知，如果想要得到密闭管路里的油水混合物(也即原油)的含水率，只要纯油和水的介电常数已知，通过含水分析仪得到每一瞬间流经传感器的油水混合物(也即原油)的介电常数，那么就能到含水率。但前提是纯油介电常数一定是一个根据原油组分变化而变化的一个已知数。Roxar在线含水分析仪的Autozero功能就能解决这个原油组分变化引起的纯油介电常数的变化，最终达到的含水率从分析仪的角度对15℃原油密度变化引起的介电常数的变化做了实时的自动修正。

具体的，可以实现基于实验室建立起来的15℃标准状态下纯油密度和介电常数的关系。如果已知15℃标准状态下纯油的密度，很容易通过该关系得到纯油的介电常数。而工况纯油密度可以通过Autozero功能，通过就近安装的微波共振的在线密度计和科氏力原理的在线密度计两个传感器相互结合，即通过公式(1)与公式(2)之间的相互高速迭代运算得到，从而得到输出经过组分修正的含水率。

步骤S102、基于密度法与密度值确定第二含水率；

具体的，第二含水率基于以下公式来计算：

β2＝(ρ

其中，β2为第二含水率；ρ

步骤S103、若第一含水率与第二含水率均小于预设值，则将第一含水率作为最终含水率；

步骤S104、若第二含水率大于预设值，则将第二含水率作为最终含水率。

具体的，含水分析仪在含水率超过预设值，例如50％的情况下，会输出超量程信息，在此情况下，会直接选择基于密度计得到的第二含水率作为最终含水率；而当检测到含水率低于50％时(具体的，含水分析仪与密度计得到的含水值差值相差不会太大，因此当实际含水率小于预设值时，第一含水率与第二含水率都会小于预设值)，含水分析仪的测量精度会更高，因此选择第一含水值作为最终含水值。

以此，本发明实施例提出了一种原油分析系统和方法，该系统包括：多点采样器10、过滤器20、数据采集及控制装置70、分析子系统；所述分析子系统包括：加压泵30、压力变送器40、密度计50、含水分析仪60、人工取样口80和取样器90；其中，多点采样器10设置在原油主管道上，多点采样器10上设置有出油管12与回流管13；出油管12与回流管13两者的中心轴平行且均与原油主管道的中心轴垂直；在所述多点采样器10的所述出油管12与所述回流管13的管路上依次设置有所述过滤器20、所述加压泵30、所述密度计50、所述含水分析仪60与所述人工取样口80；所述压力变送器40设置在所述加压泵30的出口；所述取样器90设置在所述人工取样口80中；所述压力变送器40设置在所述加压泵30的出口；所述取样器90设置在所述人工取样口80中；密度计50与含水分析仪60数据连接；数据采集及控制装置70分别连接加压泵30、压力变送器40、密度计50、含水分析仪60、人工取样口80及取样器90。通过多个仪器组成的系统，实现了实时连续的测量，且分析的结果一致性好，人为的因素不会直接影响到最终的结果。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。