Способ измерения объемного содержания нефти и воды в потоке нефтеводяной эмульсии в трубопроводе



Способ измерения объемного содержания нефти и воды в потоке нефтеводяной эмульсии в трубопроводе
Способ измерения объемного содержания нефти и воды в потоке нефтеводяной эмульсии в трубопроводе
Способ измерения объемного содержания нефти и воды в потоке нефтеводяной эмульсии в трубопроводе

 


Владельцы патента RU 2410672:

Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (RU)

В резонаторе (4), встроенном в измерительный участок (1) трубопровода (2), возбуждают электромагнитные колебания и формируют два сигнала, частота одного из которых пропорциональна собственной (резонансной) частоте колебаний резонатора, а частота другого - его добротности. По резонансной частоте определяют тип нефтеводяной эмульсии. Если эмульсия типа «вода в нефти», то объемное содержание воды определяют по резонансной частоте независимо от солесодержания. Если эмульсия типа «нефть в воде», то объемное содержание воды определяют по резонансной частоте для значений солесодержания, равных или меньших 0,2%, и по добротности резонатора для значений солесодержания, больших 0,2%. Объемное содержание нефти определяют вычитанием найденного объема воды из известного объема измерительного участка трубопровода. Изобретение обеспечивает измерение влажности водонефтяных смесей в диапазоне от 0 до 100% при любой известной степени минерализации воды. 3 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения объемного содержания нефти (или нефтепродуктов) и воды в потоке водонефтяных эмульсий в трубопроводе, в диапазоне от 0 до 100% по каждой компоненте при любой степени минерализации воды, а также для индикации границ раздела газонефтеводяной смеси в резервуарах.

Известен диэлькометрический метод измерения влажности, который основан на измерении электрической емкости, заполняемой водонефтяной смесью [Теория и практика экспрессионного контроля влажности твердых и жидких материалов // Кричевский Е.С., Бензарь Б.К., Венедиктов М.В. и др. /Под общей редакцией Е.С.Кричевского. - М.: Энергия, 1980]. Величина емкости зависит от средней диэлектрической проницаемости смеси, которая определяется объемным содержанием воды и нефти. Основной их недостаток связан с техническими трудностями обеспечения приемлемой точности во всем диапазоне объемного содержания воды в смеси от 0 до 100%, в особенности для минерализованной воды.

СВЧ-методы измерения влажности [В.А.Викторов, Б.В.Лункин, А.С.Совлуков. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.163-167], основанные на зависимости степени затухания электромагнитной волны или зависимости резонансной частоты полого резонатора от объемного содержания воды водонефтяной смеси, применяются для малых величин влажности.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому способу является способ, при котором чувствительный элемент датчика встраивается в трубопровод и в нем как в резонаторе возбуждают электромагнитные колебания на частоте, равной собственной частоте резонатора, - на резонансной частоте, и по резонансной частоте судят о параметрах потока [см. там же, стр.165]. Такой способ пригоден для измерения влажности водонефтяных эмульсионных смесей в диапазоне до 100% содержания слабоминерализованной воды и для эмульсии «вода в нефти» для любой известной степени минерализации, характеризующейся процентным содержанием соли в граммах в 1 л неминерализованной воды.

Задачей настоящего изобретения является способ определения содержания воды в потоке нефтеводяных смесей в трубопроводе, в диапазоне от 0 до 100% при любой известной степени минерализации воды.

Способ измерения объемного содержания нефти и воды в потоке нефтеводяной эмульсии в трубопроводе, при котором в трубопровод встраивают резонатор, возбуждают в нем электромагнитные колебания и по их резонансной частоте судят о параметре состава потока, отличающийся тем, что дополнительно измеряют добротность резонатора, по значению резонансной частоты определяют тип эмульсии нефтеводяного потока, при этом если эмульсия типа «вода в нефти», объемное содержание нефти или воды определяют по резонансной частоте при любых значениях степени минерализации воды, а если эмульсия типа «нефть в воде», объемное содержание нефти или воды определяют по резонансной частоте при степени минерализации, меньшей или равной 0.2%, и при большей 0.2% - по добротности резонатора.

Решение указанной выше технической задачи обеспечивается наличием в предлагаемом способе совокупности отличительных признаков, заключающихся в том, что наряду с измерением резонансной частоты (как в прототипе) дополнительно измеряют добротность резонатора, по резонансной частоте определяют тип эмульсии, и в зависимости от типа эмульсии и степени минерализации воды объемное содержание нефти определяют или по резонансной частоте, или по добротности резонатора.

Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 приведена функциональная схема устройства, реализующего заявленный способ измерения, на фиг.2 - зависимость нормированной резонансной частоты резонатора от объема воды с различной степенью ее минерализации, на фиг.3 - зависимость нормированной добротности резонатора от объема воды с различной степенью ее минерализации.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

На измерительном участке 1 трубопровода 2, по которому течет нефтеводяной поток 3, встраивают электромагнитный резонатор 4, образованный замкнутым проводником, распределенным вдоль диэлектрической трубки, и стенками трубопровода (Лункин Б. В., Мишенин В.И., Криксунова Н.А., Фатеев В.Я. Новые разработки радиочастотных датчиков/Датчики и системы. 1999. №2. С.43-48). Посредством элемента связи 5 через кабель 6 от генератора перестраиваемой частоты электронного блока 7 осуществляется возбуждение электромагнитного поля в резонаторе 4. Через элемент связи 8, кабель 9 осуществляется съем электрического сигнала с резонатора 4. В электронном блоке 7 формируются два электрических сигнала, частота Fp одного из них пропорциональна собственной (резонансной) частоте колебаний в резонаторе 4, а частота другого FQ - добротности этого резонатора. Там же формируется сигнал, определяющий тип эмульсии из сравнения резонансной частоты Fp с заданной частотой Fc: если Fp≥Fc, то эмульсия относится к типу «вода в нефти» (В/Н); если Fp<Fc, то эмульсия относится к типу «нефть в воде» (Н/В).

На фиг.2 представлены экспериментальные зависимости (отмечены точками) величины ƒ, характеризующей резонансную частоту Fp, нормированную к частоте F0 пустого (заполненного воздухом, газом) резонатора 4 от заполнения смесью "трансформаторное масло - вода", близкой по электрическим и механическим свойствам нефтеводяным смесям, с разным солесодержанием S. Эти зависимости хорошо описываются соотношением В нем εo, εw - относительные диэлектрические проницаемости масла, воды; vo, vW - их относительные объемы, при этом выполняется условие vo+vw=1……(2).

Коэффициенты af, kfo, kfw зависят от типа эмульсии и от солесодержания. Для эмульсии В/Н (kfw, kfo, af1, af2, af3)=const……(3). Для эмульсии Н/В соответствующие коэффициенты определяются следующими соотношениями для S≤0.5%, и для S>0.5%.

На фиг.2 сплошными линиями представлены графики значений нормированной резонансной частоты в зависимости от водо- и солесодержания, полученные по формулам (1) и (3) для эмульсии В/Н и по формулам (1), (4), (5) для эмульсии Н/В.

Из графиков зависимостей видно, что для эмульсии Н/В с минерализованной водой информативность резонансной частоты по содержанию воды исчезает полностью. Однако скачкообразное изменение резонансной частоты при смене эмульсии (для трансформаторного масла смена типа эмульсии происходит при vw=0.3) является характерным признаком, который может быть использован для определения типа эмульсии. Сравнение измеренной резонансной частоты f с величиной , (где fs, fe - начальное и конечное значения нормированной резонансной частоты при ее скачкообразном изменении), является надежным способом определения типа эмульсии в момент измерения.

На фиг.3 представлены экспериментальные зависимости величины fQ, характеризующей добротность резонатора 4, нормированную к добротности пустого резонатора. Эти зависимости хорошо описываются соотношением , в котором коэффициенты kfQ, pfQ, rfQ определяются типом эмульсии и зависят от солесодержания.

Для эмульсии В/Н и S≤0.5% они имеют вид , а для S>0.5% -

Для эмульсии Н/В и S≤0.5% зависимости коэффициентов в соотношении (6) имеют вид , а для S>0.5% зависимость fQ от солесодержания в воде описывается следующим соотношением в котором коэффициенты afQ, bfQ, сfQ зависят от объемного содержания воды vw и имеют вид

На фиг.3 сплошными линиями представлены графики значений величины fQ в зависимости от водо- и солесодержания, построенных для эмульсии В/Н по формулам (6), (7) для S≤0.5% и по формулам (6), (8) для S>0.5%, а для эмульсии Н/В - по формулам (6), (9) для S≤0.5% и по формулам (10), (11) для S>0.5%.

Полученные зависимости позволяют сформулировать алгоритм определения объемного содержания воды в диапазоне от 0 до 100% при известной степени ее минерализации (солесодержания), который заключается в следующем. По резонансной частоте определяем тип нефтеводяной эмульсии. Если эмульсия типа «вода в нефти», то объем воды определяется по резонансной частоте независимо от солесодержания. Если эмульсия типа «нефть в воде», то объем воды определяется по резонансной частоте для значений солесодержания в пределах 0-0.2% и по добротности для значений солесодержания, больших 0.2%. Объем нефти определяется вычитанием найденного объема воды из известного объема измерительного участка трубопровода.

Способ измерения объемного содержания нефти и воды в потоке нефтеводяной эмульсии в трубопроводе, заключающийся в том, что в измерительный участок трубопровода встраивают резонатор, возбуждают в нем электромагнитные колебания и измеряют их резонансную частоту, по которой определяют объемное содержание, отличающийся тем, что дополнительно измеряют добротность резонатора, определяют тип эмульсии нефтеводяного потока по значению измеренной резонансной частоты в соответствии с эффектом ее скачкообразного изменения при смене типа эмульсии и в том случае, если эмульсия типа «вода в нефти», по измеренной резонансной частоте определяют объемное содержание воды при любой степени ее минерализации, а если эмульсия типа «нефть в воде», объемное содержание воды определяют по резонансной частоте при степени минерализации, меньшей или равной 0,2%, а при степени минерализации воды большей 0,2% - по добротности резонатора, при этом объемное содержание нефти определяют вычитанием найденного объема воды из известного объема измерительного участка трубопровода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения объемной доли жидкости в потоке газожидкостной смеси (ГЖС) в рабочих условиях.

Изобретение относится к системе выявления и локализации воды в структуре сэндвич (1) для летательного аппарата, имеющей в своем составе средство для нагревания воды, присутствующей в промежуточном слое структуры сэндвич, и средство для создания по меньшей мере одного изображения поверхности структуры сэндвич, причем упомянутое изображение демонстрирует отличительные зоны упомянутой поверхности, соответствующие наличию воды в промежуточном слое, в которой средство для нагревания воды содержит устройство (2, 3, 6) для излучения внутри структуры сэндвич микроволн на частоте, по существу равной резонансной частоте молекул воды.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами, в частности для измерения размеров капель воды в сырой нефти.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано на продуктивных газоконденсатных скважинах, на установках подготовки газа к транспорту, установках первичной переработки газа для определения расхода газа, расхода жидкости, доли воды и доли конденсата в жидкости без разделения продукта добычи на газообразную и жидкую фазы.

Изобретение относится к области электрических измерений неэлектрических величин и может быть использовано для контроля влажности материалов. .

Изобретение относится к технике измерения на СВЧ и позволяет повысить точность и диапазон измерения влагосодержания различных жидких сред, в частности нефтепродуктов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения содержания воды в водонефтяных смесях, в том числе смесях нефтепродуктов и воды, в трубопроводах и резервуарах, а также для определения воды в смеси с другими диэлектрическими жидкостями.

Изобретение относится к способам измерений и может быть использовано в сельском хозяйстве, мелиорации при составлении земельного кадастра и т.п

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами

Изобретение относится к исследованию и анализу материалов, а именно к способам определения влажности зерна зерновых сельскохозяйственных культур, в том числе подсолнечника, кукурузы и рапса

Изобретение относится к способам определения влажности жидких углеводородов и топлив и может найти применение в экспресс-контроле влажности жидких органических сред, для чего берут контрольный образец жидкости с действительной и мнимой диэлектрическими проницаемостями, много большими, чем у исследуемого жидкого углеводорода, которые помещают в отдельные переплетенные между собой трубопроводы

Изобретение относится к способам измерений и может быть использовано в сельском хозяйстве, мелиорации, при составлении земельного кадастра и т.п

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влагосодержания, а также других физических свойств (концентрации смеси, плотности) различных материалов и веществ, перемещаемых по ленточным конвейерам, транспортерам

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности может быть использовано в спектроскопии диэлектриков для исследования диэлектрических характеристик веществ, знание которых необходимо при дистанционном электромагнитном зондировании, диэлектрическом каротаже, изучении молекулярного строения вещества. В способе измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидких и сыпучих тел в широком диапазоне частот в одной ячейке, используемой в диапазоне частот выше 100 МГц как отрезок коаксиальной линии, а в диапазоне ниже 1 МГц как цилиндрический конденсатор, при этом в диапазоне частот выше 100 МГц диэлектрическая проницаемость вычисляется через измеренные значения комплексного коэффициента передачи электромагнитной волны (параметра матрицы рассеяния S12), а в диапазоне частот ниже 1 МГц - через измерение полной проводимости, новым является то, что для измерений в диапазоне частот 0,3-100 МГц используется дополнительный отрезок коаксиальной линии волновым сопротивлением 50 Ом сечения, большего, чем у ячейки, внутренний диаметр внешнего проводника которой определяют по формуле D 1 = d 1 exp ( Z 01 60 ) , где d1 - внешний диаметр корпуса ячейки; Z01 - волновое сопротивление дополнительного отрезка коаксиальной линии, в которой размещена ячейка, при этом ячейку включают как цилиндрический конденсатор в разрыв внутреннего проводника дополнительного отрезка коаксиальной линии, имеющего два СВЧ разъема, к центральным проводникам которых подключены с одной стороны центральный проводник ячейки, а с другой стороны - корпус ячейки через согласующий переходник в виде отрезка конической линии волновым сопротивлением 50 Ом, и производят его калибровку, для чего определяют параметры эквивалентной схемы дополнительного отрезка коаксиальной линии с расположенной в ней пустой ячейкой, затем заполняют ячейку исследуемым веществом и в диапазоне частот 0,3-100 МГц измеряют комплексный коэффициент передачи (параметр матрицы рассеяния S12) и по формулам, связывающим КДП с параметром S12, определяют КДП. Данный способ измерения КДП обеспечивает ее измерение в одной ячейке с низкой погрешностью во всем частотном диапазоне от 1 кГц до 6000 МГц. 9 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике. Техническим результатом заявляемого устройства является повышение точности измерения. Устройство для измерения свойства диэлектрического материала содержит генератор электромагнитных колебаний, первый развязывающий элемент, соединенный выходом со входом фазовращателя, передающую и приемную антенны, детектор, подключенный выходом к блоку обработки информации, и аттенюатор. Для достижения технического результата введены первый и второй волноводные тройники и второй развязывающий элемент, причем выход генератора электромагнитных колебаний соединен с первым плечом первого волноводного тройника, второе плечо которого подключено к входу первого развязывающего элемента, выход фазовращателя через аттенюатор соединен с первым плечом второго волноводного тройника, второе плечо которого подключено к приемной антенне, третье плечо второго волноводного тройника соединено со входом детектора, третье плечо первого волноводного тройника через второй развязывающий элемент соединен с передающей антенной. 1 ил.
Наверх