多相液罐断层扫描传感器和油水双界面液位计及其在油田油水分离过程中的.doc

传惑器论文集多相液薯断层扫描传感器和油水双界 面液位计及其在油田油水分离 过程中的应用张，奥勋j匕宗习：讯潮控朋络有限责任公司一电工程师油田在原油开采过程中，由于工艺的需要，要不断向油井内注水，因此从油井中采出的原 油中含有大量的水份。随着开采量增大，注水也越来越多，像大庆油田这样的老油田，从井中 刚抽出的原油含水量高达70以上。因此，如何快速准确地将油水分离，是原油生产中一个 非常重要的课题。为了实现油水分离，工艺上要采取许多技术措施。这一切措施都是在密闭的油罐中进行 的，外面看不到罐内的变化和分离过程。这个过程中，从油水交融形成乳化状到逐步分开，水 沉到罐下部，油浮在上部，是一个变化过程。在这个过程中，在上邮的油和在下部的水之间， 还存在一个未完全分离的混合层。目前，传统工艺中了解罐内油水状况，只能靠用两个比重不 同的浮球缎成油水双浪面计来检测。但由于各油田原油比重不同，有的油田原油比重较大，这 种方法就很难区分油水界面。而且，这种界面计只能了解分离的大概结果，不能了解罐内油水 分离的过程。而在油田科研中，往往更关心的是某些新的技术措施，是否能加快油水分离过 程，采取这些措施后，罐内油水在各个层面上的变化规律如何。目前尚未有相应的仪器和技术手段。我们利用检测物料介电常数的原理研制的“分段电容自校正式液位计”在大庆油田采油 厶厂和吉林石化的油罐中应用，作为液位检测，取得了良好的效果。该项技术也得到了油田有 关工程技术人员的认可。他们向我们提出了能否开发油水双界面液位计的要求。在研究中我们 馓了大量原油与水相混合和分离检测的试验，发现了原油与水在介电常数上，有着几十倍的巨 大差别，而且，原油与水的混合物其介电常数与其含水量有着相当好的线性关系，实验结果与 电容电场理论也非常符合。根据这个原理，我们利用微电容扫描技术，研制成功了“多相液罐 断层传感器”，井以此传感器研制成功用于油水混合介质的油水双界面液位计。多相液扫描传患嚣曩理筒介本扫描仪由断层扫描电容探极、断层微电容扫描变送器组成。 断层扫描电容探极是由100mm长十40的铝合金管与罐壁构成一个100mm断层的扫描电容，根据液罐高度从上到下分为若干屡，每层一个电容相连而成。因液罐一般高达十几米，因此探极每800mm长为一节，节与节之间由专用航空插头和密封件现场组装罐顶由法兰固定l f1I俘慰嚣论叉器弋吊F罐内，可以现场带油安装十分方便。 探极顶部装有由单片机及专用电路组成的微电容断层扫描变送器，由单片机程序控制，逐段选通各层段检测电容，并将各层面电容量大小转变为相应数字信号，通过RS485总线可以送至计算机进行数据处理和图象显示。变送器为本安防爆产品。 计算机与变送器之间，由专用安全栅和一个RS485RS232接【_】转换器供电和连接。计算机通过串行口与变送器通讯将接收到的各层面与该层面物料介电常数成正比的数字信号转换 成相应的不同颜色，在图象相应层面显示。同时根据自校正式液位计计算公式，计算并显示不 同界面高度数值。比如由黄棕色代表油，蓝色代表水。罐内图象将呈现上部白色为空气；中上 部黄棕色代表已分离出的油；中部绿色是油水混合物，颜色越深含水越多到了下部蓝色表示 已分离出的水。各层颜色的变化，直观地反映了罐内油水分离的实际过程。这些数据无论对生 产或科研都是十分有用的。随着石油工业计算机控制和管理的发展，在各个罐u只安装一吏扫描探极和一台变送器， 用。台微机组成DCS巡回扫描系统，同时管理多台液罐。不仅减低了改造成本，也比用只能 显示两个界面的液位计大大提高了档次，能更准确地了解罐内油水分离过程，提高自动化信息一 化的水平。断层介电常数扫描技术在井下油水探测中的应用前景在油井勘探及测井工作中，井下油水分布情况的探测分析是一个十分重要的信息。本扫描 仪的实质是分层介电常数的扫描检测，具有结构简单，町耐受恶劣工作环境的技术特点。因 此在其扫描探极的材料、结构上进行适当改进、变送器结构相应改造，可用电缆送到千米以 匕井下，将井下各层面高度油水等分布信息采样传回地面计算机中进行数据分析处理。用此项 技术和原理开发一种先进实用的测井仪器有着巨大的应用前景。新型油水多介面液位计的开发及其在油田油水分离中的应用前景由于我国一些主要油田开采的原油中含水越来越多，在原油生产中油水分离的工作量越来 越大。无论在采油厂脱水前原油的贮存，还是油水分离的工艺过程之中，对罐内油水液位同时 检测的液位计需求日盐追切。目前这种用途的液位计多为两个浮球式靠油水比重不同设计的一 种和传统电容式原理达两种形式，使用中存在种种问题。根据逐层介电常数扫描原理配以单片机构成的液位计算控制仪表，构成一种新型多介 面同时检测的液位计，从原理上讲是完全可行的，主要的困难是根据什么样的介电常数值来准 确确定各相间介面的分界点或叫做计算阈值。这个闽值确定的依据不确定，其计算软件就无法 编制；这个闽值不准确，计算出的界面就不准确；尤其是油水之间根本不存在一个确定的界 面，上部油与下部水之间有一个很大的油水混合区。这个混合区各层高度上含水量不同其介电 常数也不同。在油水分离过程中，这些各层面参数是随时闻和分离过程在不断变化的。因此， 其各层介电常数不同，其是水，是油，还是混合屡，含水含油规律是什么，如何根据这些参数 的实验规律和工艺需要，确定油水界面计算闻值的大小。就是说，根据工艺需要，我们要给液步翻蜘传惑器论文集值冲确定个计算依据：水中含油少于多少就认为这个高度以F算作水了。为rJ夹现这个要 求，我们在液位变送器中增加了从下至上各扫描屡段介电常数检测值的检查显示功能。根据实 际经验，可将适当值设定为界面判断阈值，井保存。以此闽值为基准，分别计算出上下两个界 面高度，通过RS485接口送到二次显示仪表。根据此原理研制成功的油水界面计已在大庆油 用采油六厂成功运行一年以上。介电常数信息及检测在石油化工生产科研中的开发应用前景所谓介电常数，是物质在静电场作用下，由f-自身原子及分子结构特点、内部电子排列 发生变化从而改变了外加电场强度的一种性质。本质上是物质原子或分子结构特有的一种性 质。因此，介电常数在某种意义上，也就是一种包含了物质特有的原子、分子结构特征的信息 之一。而多种物质以物理或化学形态，在电场中体现的宏观介电常数，又是包含着各组分物质 厦其多少、浓度、密度等特征的信息。因此，通过检测不同形态下不同物质的介电常数，将是 获取选些生产、科研重要信息的方法和手段之。介电常数的检测目前只能将被测物质置于构成电场的两个导体组成的电容器中，通过检测 该电容器电容量的变化来得到介电常数信息。而通常这种电容器由于体积和间距限制，电容量 都非常小，往往只有几个微微法(pf)或更小。而长期以来，这种微电容的检测，尤其是开放 式电场(一r以有物质进出)和远传检测一直是一个世界性的技术难题。因此目前尚没有商品化 的实验室仪器，从而限制了人们对介电常数这个信息与物质结构，化学、物理组成等各种特征 之间关系与规律的研究和应用。我们相继研制成功的分段白校正式液位计和本断层扫描传感器，是由于我们发明的微电容 远传测量的核心技术突破了微电容检测这个难题才能实现。在这项核心技术支持下，介电常数信息检测变得非常简单。比如断层扫描仪的层扫描电容就是个十厘米的铝管和罐壁之间的电容。这个电容量大约是10lpf数量级。而我们的变送器可以在十几米以外达到12000的检 测分辨率，其技术性能可见一斑。其结构简单到一或两块导体，叉没有运动部件只要选择适 当材料，适应于石油化工行业各种高压、高温、腐蚀、振动等恶劣环境的特种传感器的开发有 着非常大的发展