[發明專利]雙頻相敏解調原油物性參數測量系統及方法

在審

• 申請號: 202310089700.1
• 申請日: 2023-02-09
• 公開（公告）號: CN116106373A
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 宋春輝;孫文宇;程嵩;陳慶國;池明赫;林林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01N27/06
• 分類號: G01N27/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

雙頻相敏解調原油物性參數測量系統及方法，涉及傳感器及檢測技術領域。本發明解決了現有原油含水率和礦化度測量過程中存在準確性差的問題。本發明通過數字解調信號可以得出電阻和電容信息，通過解調所得油水兩相流中電阻值導致的電壓變化，來反應電導率的變化，通過解調所得油水兩相流中電容值導致的電壓變化，來反應含水率的變化，采用檔位切換電路，實現含水率和礦化度大量程跨度，提高了其適用范圍和適用場合。本發明適用于原油物性參數測量。

技術領域

本發明涉及傳感器及檢測技術領域。

背景技術

現階段原油開采主要采用高壓注水的方法，該方法導致開采原油含水率過高，含水率升高會導致石油運輸管道容量增加，浪費大量的資源。同時也會影響后續對石油的處理如蒸餾、催化裂化等操作。此外原油水相中存在無機鹽成分，其中的無機鹽對后續儲運、煉制加工、油品質量及設備維護均會造成極大危害。因此準確測量開采出的原油含水率和電導率是該領域中一項關鍵的任務，其精準計量對油田的質量評估以及開采規劃具有重要的意義。

電容法是原油含水率和礦化度測量的一種常用方法，其存在機械損失小、結構簡單、穩定可靠等優點，但其存在原油處于中高含水狀態下或中高含鹽狀態下測量誤差極大或根本無法測量的問題，且在目前在測量數據處理時，大多采用數據線性擬合，由于兩相流等效介電常數本就是經驗公式存在誤差，線性擬合使得誤差進一步加大。同時目前市面暫未存在能夠同時在線測量原油含水率和電導率的設備?，F有的研究在測量方面通常采用C/V轉換芯片，充放電法與交流激勵法對等效模型中的電容進行盡可能準確測量和。在高含水測量方面主要采取電極內側涂抹絕緣層的方式來解決中高含水或中高含鹽狀態下測量問題，如申請公布號為CN109596675A，名稱為一種三電極式原油含水率傳感器測量裝置，采用固定單頻交流激勵法，交流正弦信號通過單一反饋電阻構成的反相放大電路輸出含有含水率信號的信號，經信號處理模塊送入單片機處理。該發明的缺點在于：由于絕緣材料的介電常數較小，將不可避免的減小傳感器的等效電容，增加測量難度，并隨著時間絕緣層老化會給帶來測量誤差；另外，其單一反饋電阻會使得測量范圍被限制，在含水率變化范圍較大時，會使得測量失效；與此同時其單一頻率僅僅可以適用于測量含水率檢測，無法測量其原油余物性參數。如在基于電容法的原油高含水率測量方法這一論文中，其采用充放電法測量等效電容，并通過溫度傳感器對溫度進行測量補償，將測量信息送入單片機中處理以獲取含水率參數。在數據處理方面，其在一次線性擬合基礎上進行二次線性擬合，以提高測量準確度。該發明的缺點在于：充放電法在微弱電容測量方面不具備高分辨率測量的能力，使得測量準確度下降。此外，由于電容值與等效介電常數雖為線性關系，但是由于兩相流各相的介電常數具有不穩定性，因此由等效介電常數線性擬合含水率存在固有缺陷，使得其準確度固有受限。再如論文一種新型原油含水率遠程在線檢測系統的研發，文中所設計的檢測系統采用平板電極電容傳感器，其中的C/V轉換采用CAV444芯片，直接采集信息送入stm32單片機中進行處理，在通過上位機顯示。該設計的缺點在于：CAV444芯片其測量范圍為10pf～10nf，其使得其在低含水情況下，將失去測量能力，同時該芯片的充放電法測量原理也使得其無法在高含水情況下使用。

發明內容

本發明目的是為了解決現有原油含水率和礦化度測量過程中存在準確性差的問題，提出了一種雙頻相敏解調原油物性參數測量裝置。

本發明所述的雙頻相敏解調原油物性參數測量系統，包括：信號發生模塊、兩個測量電極、檔位切換電路、I/V轉換運算放大器、溫度傳感器、ADC采樣電路、主控制器和上位機；

信號發生模塊的信號輸出端連接一個測量電極，將雙頻交流疊加信號加載至所述一個測量電極，另一個測量電極連接I/V轉換運算放大器的信號輸入端，所述雙頻交流疊加信號為兩個頻率、幅值不同的信號疊加；

所述兩個測量電極的一端均設置在待測混合液中，且兩個測量電極之間留有空隙；

所述I/V轉換運算放大器與檔位切換電路并聯；