[發明專利]用于測量多相流體組成的界面液位的傳感器系統

有效

• 申請號: 201380050788.0
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN104662414B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: C.M.敘爾曼;W.C.普拉特;W.G.莫里斯;S.高;J.A.迪林格;R.A.波泰雷洛
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02;G01N27/22;G01N33/28
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 葉曉勇,姜甜

相關申請的交叉引用

本申請涉及共同提交的申請序號13/630739，標題為“SYSTEMS AND METHODS FOR MEASURING AN INTERFACE LEVEL IN A MULTI-PHASE FLUID COMPOSITION”(用于測量多相流體組成的界面液位的系統和方法)，以Cheryl Surman、William Platt、William Morris、Steven Go、Jon Dieringer和Radislav A. Potyrailo的名義共同提交，轉讓給General Electric Company、即本發明的受讓人。

技術領域

一般來說，本文所公開的主題涉及傳感器，以及更具體來說，涉及確定多相流體組成的界面液位的液位傳感器。

背景技術

乳狀液的組成和不互溶流體的界面液位（interface level）的測量在許多應用中是重要的。例如，在油田管理中表征乳狀液是重要的。來自單獨油井的乳狀液的水和油含量的測量可隨油田的壽命而改變，并且可指示油田的總體健康。在注入井的情況下，控制水質量以降低水合物形成和腐蝕是關鍵的。油和水混合物的組成的表征(例如混合物中的油和水的相對比例的測量)幫助操作人員改進油井產能和容量。所得到的信息對降低油井的背壓、出油管大小和復雜度以及絕熱要求也有用處。

乳狀液的表征在包含容器(容器系統)中的流體的系統、例如流體處理系統的操作中也是重要的。容器系統可包括儲存槽罐、反應器、分離器和脫鹽器。容器系統用于許多工業和過程中，例如油和氣、化學、制藥、食品加工行業等。例如，水與原油的分離對建立油和氣的生產流是重要的。離開井口的原油既酸(包含硫化氫氣體)又濕(包含水)。離開井口的原油必須經過加工和處理，以使得對存儲、處理和輸出是經濟上可行的。處理原油的一種方式是通過使用分離器。大多數分離器通過重力來驅動，并且使用油、水、氣和固體的單獨流體相之間的密度差。這些層的界面液位的識別對分離過程的控制是關鍵的。其中乳狀液的表征和界面液位的測量是重要的另一個流體處理系統是脫鹽器。脫鹽器在精煉廠中用來控制頭餾分腐蝕后處理程序(overhead corrosion downstream)。在脫鹽器中，混合水和原油，將無機鹽提取到水中，并且然后分離和去除水。

最后，重要的是在產品的壽命的各個階段從成本觀點準確表征原油本身的水和鹽分。油是貴重商品，以及典型油輪負荷中的水含量的估計不足能夠具有顯著成本結果。

廢水管理是另一個應用，其中乳狀液的測量和表征是重要的。大量含油廢水在石油工業中從開采到精煉中生成。控制廢水中的油排放濃度方面的一個關鍵因素是用于監測乳狀液的油含量的改進儀表。

多年來已經考慮許多類型的液位和界面儀器，并且其子集已經商業化。在那些當中是伽馬射線傳感器、導波傳感器、磁力控制傳感器、微波傳感器、超聲傳感器、單板電容/導納傳感器、分段式電容傳感器、電感傳感器和計算機斷層掃描傳感器。傳感器的每個具有優點和缺點。傳感器的一部分對于許多用戶極為昂貴。傳感器的一部分要求冷卻套管以在工作溫度(高于125℃)下進行操作。一些界面儀器要求清楚界面以進行工作，這在與擴散乳狀液配合工作時會成問題。一部分易遭受污垢。其他傳感器沒有提供槽罐的剖面的能力，而是監測脫鹽過程的離散點。使用電極的系統在高鹽分應用中易遭受電極的短接，并且易遭受污垢。最后，這些系統中的許多是復雜的并且難以實現。

一些現有傳感器系統使用了單獨電容元件來測量流體液位。那些傳感器系統的關鍵限制是其無法同時量化液體中的若干成分。電容方法用來使用電容測量的特殊設計電極來測量液體的介電常數。這些設計受到對電容測量的獨立類型的電極以及對導電率測量的需要限制。電感器電容器電路也用來使用電磁共振器來監測容器中的流體液位，其中電容的變化與流體液位和流體類型相關。但是，本領域的技術人員一致同意，與非導電流體、例如空氣中的值相比，通過導電液體來填充共振器將測量中的不定性和噪聲增加大約一個數量級。但是，這些方法沒有提供單獨分析物的濃度在混合物中其最小和最大濃度的極限的準確測量。

對于現有傳感器系統，沒有一個系統能夠提供低成本、高靈敏度、有利信噪比、高選擇性、高精度和高數據獲取速度的組合。另外，沒有現有系統已經描述為能夠準確表征或量化其中流體之一處于低濃度(即，在其最小和最大極限)的流體混合物。

發明內容