一种电特性法原油含水分析仪含水曲线标定系统及方法

技术领域

本发明属于石油行业测量仪表领域，具体涉及一种电特性法原油含水分析仪含水曲线标定系统及方法。

背景技术

含水分析仪是一种能够实现实时在线测量原油含水率的自动化仪表，相较于人工取样化验的方法，其因实时性强、工作效率高等优势，已得到广泛应用，其中基于电容法、射频法、电磁波法等电特性方法的含水分析仪因其价格优势在油井井口应用最为普遍。电特性法含水仪的含水曲线为含水仪输出电流信号值(4-20毫安)与其测量含水率结果(0-100％)一一对应的关系曲线，在出厂前，需要配比含水率已知且不同的多个油水混合液样本来测定。但是，存在如下问题：测定过程中实验样本所处环境为常温、常压，且样本为纯油与纯水混合液，未考虑到井口复杂工况，如温度、压力、矿化度、含气量等因素的影响，测定后的含水曲线不适用于现场井口原油测量，致使含水分析仪测量精度降低，不能满足现场生产需求。目前缺少一种可以模拟油井井口现场工况，能够对电特性法含水分析仪的含水曲线进行校准、标定的系统及标定方法。

发明内容

本发明提供了一种电特性法原油含水分析仪含水曲线标定系统及方法，目的在于提供一种通过调整含水分析仪被测样本的温度、压力、矿化度、含气率等条件，模拟现场使用环境，来对电特性法含水分析仪含水曲线进行标定的系统及标定方法，进而提高含水分析仪测量精度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电特性法原油含水分析仪含水曲线标定系统，包括外循环机构、加气机构、内循环机构和数据采集机构；所述的外循环机构和加气机构交汇后与内循环机构连通；所述的数据采集机构分别与外循环机构、加气机构和内循环机构电信号连接。

所述的外循环机构包括油水分离器、水管道和油管道；所述的油水分离器底部设置有进液口、油水分离器下部侧壁上设置有出水口，油水分离器顶部设置有出油口；所述的水管道的一端与油水分离器的出水口连通；所述的油管道的一端与油水分离器的出油口连通，油管道另一端与水管道的另一端连通后与内循环机构连接；所述的油管道上从油水分离器至内循环机构依次设置有过滤器、油泵、第一阀门和油流量计；所述的水管道上从油水分离器至内循环机构依次设置有过滤器、水泵、第二阀门和水流量计；所述的进液口与内循环机构连通。

所述的加气机构包括气泵、气管道、第三阀门和气体流量计；所述的气泵通过气管道与内循环机构连通；所述的气管道上设置有第三阀门和气体流量计。

所述的内循环机构包括过滤器、混输泵、混相器、试压泵、加药段、电加热管、温度传感器、压力传感器、第四阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门、含水仪和闭合的内循环管道；所述的混相器、试压泵、加药段、电加热管、含水仪、温度传感器、压力传感器、第六阀门、过滤器、混输泵和第四阀门顺序安装在内循环管道上；在第四阀门与混相器之间的管路上设置有内循环管道的入口，且在内循环管道的入口上设置有第五阀门，第五阀门与外循环机构中油管道另一端与水管道的另一端连通后的管路连通；在第六阀门与压力传感器之间的管路上设置有内循环管道的出口，且在内循环管道的出口上设置有第七阀门，第七阀门与外循环机构中油水分离器底部设置的进液口连通；在电加热管与含水仪之间的管路上设置有排气阀。

所述的加药段上设置有搅拌器。

所述的数据采集机构包括PLC控制器和计算机；所述的PLC控制器分别与计算机、外循环机构、加气机构和内循环机构电信号连接。

一种电特性法原油含水分析仪含水曲线标定系统的标定方法，包括如下步骤，

步骤一：确定电特性法原油含水分析仪安装井的井口压力、温度，采出液矿化度及含气率的工况数据；

步骤二；PLC控制器控制开启第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、第六阀门；经油水分离器分离出的油和水，分别通过油泵和水泵送入内循环管道，空气经气泵送入内循环管道；油流量计、水流量计及气体流量计分别对经过的油、水和气体进行计量；达到预定流量后，PLC控制器控制关闭第一阀门、第二阀门、第三阀门和第五阀门并将油泵、水泵和气泵停泵，使得配比含气率达到步骤一中的确定值、含水率为设定值；

步骤三：PLC控制器控制开启试压泵，向内循环管道打压；电加热管通电加热，PLC控制器获取压力变送器及温度变送器数据并传输给计算机，使得管道内混合样本压力及温度维持在步骤一中的确定值；

步骤四：称取食盐，并将称取的食盐从加药段加入混合液样本中，利用搅拌器充分搅拌均匀，使得混合液样本矿化度达到步骤一中采出液矿化度的确定值；

步骤五：PLC控制器控制启动混输泵，混合液样本由混输泵输送，经混相器多次充分混合均匀后，观察并记录含水仪输出电流信号值，得到含水曲线上的一个数据点；

步骤六：重复步骤一至步骤五，通过增加油或水流量，改变混合液含水率，并相应增大气体流量及投加食盐量，保证含气率、矿化度、温度及压力为步骤一中的确定值；从含水率为0开始，至含水率为100％结束，以5％为步长，依次配比不同组别的含水率混合样本，并记录不同组别含水率与含水仪相应的输出电流信号值数据；

步骤七：PLC控制器控制开启排气阀，排出内循环管道中气体；并控制开启第七阀门、关闭第六阀门，使油水混合液进入油水分离器进行分离；

步骤八：根据步骤六得到的不同组别数据，绘制得到原油含水曲线。

有益效果：

本发明通过调整含水分析仪被测样本的温度、压力、矿化度、含气率等条件，模拟现场使用环境，来对电特性法含水分析仪含水曲线进行标定，有效提高了含水分析仪测量的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中标定系统的组成示意图。

图中：1-油水分离器；2-气泵；3-过滤器；4-油泵；5-水泵；6-混输泵；7-油流量计；8-水流量计；9-气体流量计；10-混相器；11-试压泵；12-加药段；13-电加热管；14-排气阀；15-温度传感器；16-压力传感器；17-PLC控制器；18-计算机；19-内循环管道；20-气管道；21-水管道；22-油管道；23-第一阀门；24-第二阀门；25-第三阀门；26-第四阀门；27-第五阀门；28-第六阀门；29-第七阀门；30-含水仪。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例，详细说明如后。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明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的一部分实施例，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做出创造性劳动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。

实施例一：

参照图1所示的一种电特性法原油含水分析仪含水曲线标定系统，包括外循环机构、加气机构、内循环机构和数据采集机构；所述的外循环机构和加气机构交汇后与内循环机构连通；所述的数据采集机构分别与外循环机构、加气机构和内循环机构电信号连接。

在具体应用时，外循环机构对混合液进行油水分离，并根据需要加入内循环机构；加气机构根据需要往内循环机构内注入空气，使得内循环机构内混合液的含气率达到安装井采出液的含气率，内循环机构将进入的油、水、气及加入的盐进行充分混合，使其达到安装井内压力、井口温度、采出液矿化度及含气率。从含水率为0开始，至含水率为100％结束，以5％为步长，依次配比不同含水率混合样本多组，并记录各组含水率与含水仪相应的输出电流信号值的数据。根据得到多组数据，绘制适含水分析仪含水曲线。

本发明模拟现场使用环境，来对电特性法含水分析仪含水曲线进行标定，有效提高了含水分析仪测量精度。

实施例二：

参照图1所示的一种电特性法原油含水分析仪含水曲线标定系统，在实施例一的基础上，所述的外循环机构包括油水分离器1、水管道21和油管道22；所述的油水分离器1底部设置有进液口、油水分离器1下部侧壁上设置有出水口，油水分离器1顶部设置有出油口；所述的水管道21的一端与油水分离器1的出水口连通；所述的油管道22的一端与油水分离器1的出油口连通，油管道22另一端与水管道21的另一端连通后与内循环机构连接；所述的油管道22上从油水分离器1至内循环机构依次设置有过滤器3、油泵4、第一阀门23和油流量计7；所述的水管道21上从油水分离器1至内循环机构依次设置有过滤器3、水泵5、第二阀门24和水流量计8；所述的进液口与内循环机构连通。

在实际使用时，经油水分离器1分离出的油和水，分别通过油泵4和水泵5送入内循环管道19，油流量计7、水流量计8分别对经过的油、水进行计量，使得内循环机构中配比的混合液含水率分别达到标定实验要求的从0到100％的各个样本值。

实施例三：

参照图1所示的一种电特性法原油含水分析仪含水曲线标定系统，在实施例一的基础上，所述的加气机构包括气泵2、气管道20、第三阀门25和气体流量计9；所述的气泵2通过气管道20与内循环机构连通；所述的气管道20上设置有第三阀门25和气体流量计9。

在实际使用时，空气通过气泵2、气管道20、第三阀门25和气体流量计9送入内循环管道19，使内循环管道19内配比的混合液含气率达到含水分析仪安装的已知井的含气率，为含水分析仪含水曲线的准确标定奠定了基础。

实施例四：

参照图1所示的一种电特性法原油含水分析仪含水曲线标定系统，在实施例一的基础上，所述的内循环机构包括过滤器3、混输泵6、混相器10、试压泵11、加药段12、电加热管13、温度传感器15、压力传感器16、第四阀门26、第五阀门27、第六阀门28、第七阀门29、含水仪30和闭合的内循环管道19；所述的混相器10、试压泵11、加药段12、电加热管13、含水仪30、温度传感器15、压力传感器16、第六阀门28、过滤器3、混输泵6和第四阀门26顺序安装在内循环管道19上；在第四阀门26与混相器10之间的管路上设置有内循环管道19的入口，且在内循环管道19的入口上设置有第五阀门27，第五阀门27与外循环机构中油管道22另一端与水管道21的另一端连通后的管路连通；在第六阀门28与压力传感器16之间的管路上设置有内循环管道19的出口，且在内循环管道19的出口上设置有第七阀门29，第七阀门29与外循环机构中油水分离器1底部设置的进液口连通；在电加热管13与含水仪30之间的管路上设置有排气阀14。

进一步的，所述的加药段12上设置有搅拌器。

在实际使用时，试压泵11开启后，向内循环管道19内打压；电加热管13通电加热，观察压力变送器16及温度变送器15读数，保证内循环管道19内混合样本压力、温度维持在电特性法原油含水分析仪安装的已知井井口的压力及温度值。称取的一定量的食盐，从加药段12加入混合液样本，利用搅拌器充分搅拌均匀，保证混合液样本矿化度达到电特性法原油含水分析仪安装的已知井内采出液的矿化度。混合液样本由混输泵6输送，经混相器10多次充分混合，在内循环管道19内不断循环直至稳定后，观察并记录含水仪30输出电流信号值，得到含水曲线上的一个数据点。通过增加油或水流量，改变混合液含水率，并相应增大气体流量及投加食盐量，保证内循环管道19内的混合液的矿化度、含气率、温度及压力与电特性法原油含水分析仪安装的已知井内采出液的矿化度、含气率、温度及压力相同。从含水率为0开始，至含水率为100％结束，以5％为步长，依次配比不同含水率混合样本多组，并记录各组含水率与含水仪30相应的输出电流信号值的数据，为绘制适电特性法原油含水分析仪安装的已知井的含水曲线奠定了基础。

实施例五：

参照图1所示的一种电特性法原油含水分析仪含水曲线标定系统，在施例一的基础上：所述的数据采集机构包括PLC控制器17和计算机18；所述的PLC控制器17分别与计算机18、外循环机构、加气机构和内循环机构电信号连接。

在实际使用时，PLC控制器17分别与计算机18、外循环机构、加气机构和内循环机构电信号连接，完成了系统的数据采集功能，通过他们之间的有机协作，采集、显示并记录了混合液样本各参数值及电特性法原油含水分析仪输出的信号值。

实施例六：

参照图1所示的一种电特性法原油含水分析仪含水曲线标定系统，在实施例一的基础上：所述的外循环机构包括油水分离器1、水管道21和油管道22；所述的油水分离器1底部设置有进液口、油水分离器1下部侧壁上设置有出水口，油水分离器1顶部设置有出油口；所述的水管道21的一端与油水分离器1的出水口连通；所述的油管道22的一端与油水分离器1的出油口连通，油管道22另一端与水管道21的另一端连通后与内循环机构连接；所述的油管道22上从油水分离器1至内循环机构依次设置有过滤器3、油泵4、第一阀门23和油流量计7；所述的水管道21上从油水分离器1至内循环机构依次设置有过滤器3、水泵5、第二阀门24和水流量计8；所述的进液口与内循环机构连通；所述的加气机构包括气泵2、气管道20、第三阀门25和气体流量计9；所述的气泵2通过气管道20与内循环机构连通；所述的气管道20上设置有第三阀门25和气体流量计9；所述的内循环机构包括过滤器3、混输泵6、混相器10、试压泵11、加药段12、电加热管13、温度传感器15、压力传感器16、第四阀门26、第五阀门27、第六阀门28、第七阀门29和含水仪30；所述的混相器10、试压泵11、加药段12、电加热管13、含水仪30、温度传感器15、压力传感器16、第六阀门28、过滤器3、混输泵6和第四阀门26按照顺时针方向顺序连接形成闭合的内循环管道19；在第四阀门26与混相器10之间的管路上设置有入口，且在入口上设置有第五阀门27；在第六阀门28与压力传感器16之间的管路上设置有出口，且在出口上设置有第七阀门29；在电加热管13与含水仪30之间的管路上设置有排气阀14；所述的加药段12上设置有搅拌器；所述的数据采集机构包括PLC控制器17和计算机18；所述的PLC控制器17分别与计算机18、气泵2、油泵4、水泵5、混输泵6、油流量计7、水流量计8、气体流量计9、混相器10、试压泵11、排气阀14、温度传感器15、压力传感器16、第一阀门23、第二阀门24、第三阀门25、第四阀门26、第五阀门27、第六阀门28、第七阀门29和含水仪30电信号连接。

在实际使用时，首先确定电特性法原油含水分析仪安装井的井口压力、温度，采出液矿化度及含气率的工况数据；随后，PLC控制器17控制开启第一阀门23、第二阀门24、第三阀门25、第四阀门26、第五阀门27、第六阀门28；经油水分离器1分离出的油和水，分别通过油泵4和水泵5送入内循环管道19，空气经气泵2送入内循环管道19；油流量计7、水流量计8及气体流量计9分别对经过的油、水和气体进行计量；达到预定流量后，PLC控制器17控制控制关闭第一阀门23、第二阀门24、第三阀门25和第五阀门27并将油泵4、水泵5和气泵2停泵，使得配比含气率达到步骤一中的确定值、含水率为设定值；PLC控制器17控制开启试压泵11，向内循环管道19打压；电加热管13通电加热，PLC控制器17获取压力变送器16及温度变送器15数据并传输给计算机18，使得管道内混合样本压力及温度维持在安装井的工况数据确定值；之后，称取食盐，并将称取的食盐从加药段12加入混合液样本中，利用搅拌器充分搅拌均匀，使得混合液样本矿化度达到步骤一中采出液矿化度的确定值；PLC控制器17控制启动混输泵6，混合液样本由混输泵6输送，经混相器10多次充分混合均匀后，观察并记录含水仪30输出电流信号值，得到含水曲线上的一个数据点；重复上述过程，通过增加油或水流量，改变混合液含水率，并相应增大气体流量及投加食盐量，保证含气率、矿化度、温度及压力为步骤一中的确定值；从含水率为0开始，至含水率为100％结束，以5％为步长，依次配比不同组别的含水率混合样本，并记录不同组别含水率与含水仪30相应的输出电流信号值数据；PLC控制器17控制开启排气阀14，排出内循环管道19中气体；并控制开启第七阀门29、关闭第六阀门28，使油水混合液进入油水分离器1进行分离；根据得到的不同组别数据，绘制得到原油含水曲线。

其中的油水分离器1、过滤器3、油泵4、水泵5、混输泵6、混相器10和各阀门构成系统的动力循环部分，该部分作用是配比不同含水率的油水混合液样本输送到内循环管道19中，并在内循环管道19内进行循环。气泵2、试压泵11、加药段12和电加热管13构成系统的参数模拟控制部分，其作用是调整循环管道19中混合液样本的含气量、温度、压力和矿化度。油流量计7、水流量计8、气流量计9、温度传感器15、压力传感器16、PLC控制器17和计算机18构成系统的数据采集部分，其作用是采集、显示并记录混合液样本各参数值及含水分析仪输出信号值。

本发明通过调整含水分析仪被测样本的温度、压力、矿化度、含气率等条件，模拟现场使用环境，来对电特性法含水分析仪含水曲线进行标定的系统及标定方法，有效提高了含水分析仪测量的精度。

实施例七：

一种电特性法原油含水分析仪含水曲线标定系统的标定方法，包括如下步骤，

步骤一：确定电特性法原油含水分析仪安装井的井口压力、温度，采出液矿化度及含气率的工况数据；

步骤二；PLC控制器17控制开启第一阀门23、第二阀门24、第三阀门25、第四阀门26、第五阀门27、第六阀门28；经油水分离器1分离出的油和水，分别通过油泵4和水泵5送入内循环管道19，空气经气泵2送入内循环管道19；油流量计7、水流量计8及气体流量计9分别对经过的油、水和气体进行计量；达到预定流量后，PLC控制器17控制关闭第一阀门23、第二阀门24、第三阀门25和第五阀门27并将油泵4、水泵5和气泵2停泵，使得配比含气率达到步骤一中的确定值、含水率为设定值；

步骤三：PLC控制器17控制开启试压泵11，向内循环管道19打压；电加热管13通电加热，PLC控制器17获取压力变送器16及温度变送器15数据并传输给计算机18，使得管道内混合样本压力及温度维持在步骤一中的确定值；

步骤四：称取食盐，并将称取的食盐从加药段12加入混合液样本中，利用搅拌器充分搅拌均匀，使得混合液样本矿化度达到步骤一中采出液矿化度的确定值；

步骤五：PLC控制器17控制启动混输泵6，混合液样本由混输泵6输送，经混相器10多次充分混合均匀后，观察并记录含水仪30输出电流信号值，得到含水曲线上的一个数据点；

步骤六：重复步骤一至步骤五，通过增加油或水流量，改变混合液含水率，并相应增大气体流量及投加食盐量，保证含气率、矿化度、温度及压力为步骤一中的确定值；从含水率为0开始，至含水率为100％结束，以5％为步长，依次配比不同组别的含水率混合样本，并记录不同组别含水率与含水仪30相应的输出电流信号值数据；

步骤七：PLC控制器17控制开启排气阀14，排出内循环管道19中气体；并控制开启第七阀门29、关闭第六阀门28，使油水混合液进入油水分离器1进行分离；

步骤八：根据步骤六得到的不同组别数据，绘制得到原油含水曲线。实施例八：

下面以已知安装井井口压力为0.8MPa、井口温度为15℃、采出液矿化度约为50000mg/L、含气率约为10％的塬XX-XX井口工况为例，说明标定方法对电特性法含水仪含水曲线的具体标定过程。

(1)开启第一阀门23、第二阀门24、第三阀门25、第四阀门26、第五阀门27、第六阀门28，经油水分离器1分离出的油和水分别经油泵4、水泵5送入内循环管道19，空气经气泵2送入内循环管道19，由油流量计7、水流量计8及气体流量计9分别计量，达到预定流量后关闭第一阀门23、第二阀门24、第三阀门25、第五阀门27，并将油泵4、水泵5和气泵2停泵，配比含气率为10％、含水率为设定值的油、水、气三相混合液样本。

(2)开启试压泵11，向内循环管道19打压；电加热管13通电加热，观察压力变送器16及温度变送器15读数，保证管道内混合样本压力维持在0.8MPa，温度维持在15℃。

(3)称取一定量的食盐，从加药段12加入混合液样本，利用搅拌器充分搅拌均匀，保证混合液样本矿化度达到50000mg/L。

(4)混合液样本由混输泵6输送，经混相器10多次充分混合，在内循环管道19内循环稳定后，观察并记录含水仪30输出电流信号值，得到含水曲线上的一个数据点。

(5)重复步骤(1)至(4)，通过增加油或水流量，改变混合液含水率，并相应增大气体流量及投加食盐量，保证含气率为10％、矿化度为50000mg/L、温度为15℃、压力为0.8MPa。从含水率为0开始，至含水率为100％结束，以5％为步长，依次配比不同含水率混合样本21个，并记录各含水率与含水仪30相应的输出电流信号值，共21组数据。

(6)开启排气阀14，排出内循环管道19中的气体；开启阀7、关闭阀6，使油水混合液进入油水分离器1分离，供下次标定实验使用。

(7)根据得到的21组数据，绘制适用于塬XX-XX井的含水分析仪含水曲线。

本发明中的各装置仪器的型号规格无特殊要求，满足功能即可，可根据不同油田自身情况进行型号规格更换，考虑到油井井口现场环境及工作情况，本着经济原则，做如下选型；油水分离器1采用重力式油水分离器；气泵2、水泵5、油泵4采用涡轮泵、叶片泵、活塞泵、柱塞泵、薄膜泵、螺杆泵中的一种；过滤器3采用Y型过滤器；混输泵6采用螺杆泵；油流量计7、水流量计8、气体流量计9为体积流量计，采用差压流量计、转子流量计、电磁流量计、涡轮流量计、超声流量计中的一种；混相器10采用管式静态混相器；试压泵11采用电动试压泵；温度传感器15采用热敏电阻型温度传感器；压力传感器16采用4-20mA模拟信号输出压力传感器；PLC模块17采用S7-200系列PLC。系统各装置间连接管线使用外径1英寸，承压4MPa的不锈钢管段。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。