ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НЕФТЯНОГО ВЛАГОМЕРА Российский патент 1994 года по МПК G01N27/22 

Заявляемое изобретение относится к области нефтяной промышленности и может найти применение для измерения объемной концентрации воды в водонефтяном потоке, содержащем от 0 до 100% воды.

Известна конструкция коаксиального емкостного преобразователя, представляющего собой металлическую трубу с фланцами для подключения ее в магистральный трубопровод, служащую внешним электродом, в которой коаксиально закреплен внутренний цилиндрический электрод. Через отверстие в металлической трубе с помощью изолированного вывода внутренний цилиндрический электрод соединяется с измерительной схемой [1].

Известная конструкция не пригодна для проведения измерений в водонефтяных потоках, содержащих более 60% пластовой воды с растворенными в ней солями, из-за закорачивания электродов.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому устройству является измерительный преобразователь нефтяного влагомера, содержащий металлическую трубу с фланцами, служащую внешним электродом, и коаксиально закрепленный в ней внутренний цилиндрический электрод, изолированный диэлектрическим покрытием и имеющий на концах обтекатели из диэлектрика. Через отверстие в металлической трубе внутренний цилиндрический электрод с помощью изолированного проводника подключен в частотозадающую цепь автогенератора [2].

Диэлектрическое покрытие предотвращает замыкание коаксиальных электродов при заполнении межэлектродного пространства пластовой водой и тем самым делает возможным измерение объемной концентрации воды в диапазоне от 0 до 100%.

Обтекатели из диэлектрика уменьшают влияние краевого эффекта.

Однако известный измерительный преобразователь имеет в диапазоне измерений существенно неодинаковую чувствительность в зависимости от того, представляет ли собой водонефтяная смесь эмульсию пластовой воды в нефти или эмульсию нефти в пластовой воде. Чувствительность измерительного преобразователя к объемной концентрации воды в эмульсии нефти в пластовой воде во много раз ниже, чем в эмульсии пластовой воды в нефти.

Заявляемое устройство позволяет получить более высокий технический результат - повысить чувствительность измерительного преобразователя к объемной концентрации воды в эмульсии нефти в пластовой воде и сократить различие чувствительностей для различных типов нефтяной эмульсии.

Более высокий технический результат достигается за счет найденного автором соотношения геометрических размеров коаксиальных электродов измерительного преобразователя: внутренний диаметр внешнего электрода (металлической трубы) - 100 мм, внешний диаметр внутреннего электрода - 30 мм, длина внутреннего электрода от 10 до 30 мм.

Сущность заявляемого изобретения наглядно раскрывается при анализе статических характеристик измерительного преобразователя, полученных при различных длинах внутреннего электрода для обоих типов эмульсий.

На графиках (фиг.1) зависимости среднеквадратичного значения частоты автогенератора от объемной концентрации воды w (на статических характеристиках) визуально прослеживается увеличение чувствительности при уменьшении длины внутреннего электрода в эмульсии нефти в пластовой воде в то время, как для эмульсии пластовой воды в нефти наблюдается обратная закономерность.

Численные значения чувствительности измерительного преобразователя к объемной концентрации воды определялись как отношение приращения частоты Δ f автогенератора при изменении объемной концентрации воды Δw от 0 до 50% в эмульсии пластовой воды в нефти и от 60 до 100% в эмульсии нефти в пластовой воде.

Совпадение чувствительностей имеет место при длине внутреннего электрода, лежащей в интервале от 18 до 20 мм, что четко наблюдается на графиках зависимости чувствительности измерительного преобразователя к объемной концентрации воды Δf/ Δw от длины внутреннего электрода l, полученных для обоих типов эмульсии (фиг.2а и б). До указанного интервала длин происходит сближение значений чувствительностей, а после - расхождение.

При длине внутреннего электрода от 10 до 30 мм различие значений Δf/ Δw для эмульсий одного и другого типов составляет не более, чем три раза. Трехкратное различие чувствительностей удовлетворяет современную практику.

При длине внутреннего электрода 10 мм имеем:
- для эмульсии пластовой воды в нефти Δf/Δ w = 15,5 ;
- для эмульсии нефти в пластовой воде Δf/Δ w = 48,2 , т.е. различие приблизительно в три раза.

При длине внутреннего электрода 30 мм имеем:
- для эмульсии пластовой воды в нефти - Δ f/Δ w = 37,7 кГц/% H₂О;
- для эмульсии нефти в пластовой воде - Δ f/ Δ w = 12,9 кГц/% H₂О, т.е. различие приблизительно в три раза.

На фиг.1 представлены зависимости среднеквадратичного значения частоты автогенератора от объемного содержания воды w в эмульсиях обоих типов и длины l внутреннего электрода (статические характеристики).

На фиг.2а и б представлены зависимости чувствительности измерительного преобразователя Δf/Δ w от длины l внутреннего электрода для эмульсий обоих типов.

На фиг.3 изображен нефтяной влагомер.

Измерительный преобразователь нефтяного влагомера (фиг. 3) содержит металлическую трубу 1 с фланцами, внутренний диаметр которой равен 100 мм, и коаксиально закрепленный в ней электрод 2 с внешним диаметром 30 мм и длиной от 10 до 30 мм, покрытый диэлектрической оболочкой 3 и имеющий на концах обтекатели из диэлектрика 4. Электрод 2 через отверстие в металлической трубе 1 с помощью металлической шпильки 5, размещенной в проходном изоляторе 6, подключен в частотозадающую цепь автогенератора 7, размещенного на плате. Автогенератор 7 собран по схеме Клаппа и соединен с измерительной схемой 8, выход которой подключен к блоку определения типа нефтяной эмульсии 9. Блок определения типа нефтяной эмульсии 9 имеет два выхода, один из которых соединен с блоком преобразования информации 10 для эмульсии пластовой воды в нефти, а другой с блоком преобразования информации 11 для эмульсии нефти в пластовой воде. Выходы блоков преобразования информации 10 и 11 соединены с соответствующими входами блока индикации 12.

Нефтяная эмульсия, движущаяся по трубопроводу, поступает в межэлектродное пространство турбулентным потоком и изменяет электрическую емкость коаксиального емкостного датчика в зависимости от ее диэлектрической проницаемости. Величина диэлектрической проницаемости нефтяной эмульсии зависит от ее типа и от соотношения объемных концентраций нефти и пластовой воды.

При изменении электрической емкости коаксиального датчика изменяется частота синусоидального напряжения, которое вырабатывает автогенератор 7. Высокочастотный сигнал с автогенератора 7 поступает на вход измерительной схемы 8, с помощью которой получают среднеквадратичное значение частоты . Необходимость получения среднеквадратичного значения частоты обусловлена тем, что изменение соотношения компонент в турбулентном потоке представляет собой стационарный эргодический случайный процесс. Сигнал, пропорциональный среднеквадратичному значению частоты автогенератора 7, поступает на вход блока определения типа эмульсии 9, который в зависимости от типа эмульсии пропускает его на вход соответствующего блока преобразования информации 10 или 11. Блоки преобразования информации 10 и 11, каждый для своего типа нефтяной эмульсии, устанавливают соответствие среднеквадратичного значения частоты поступившего сигнала объемной концентрации воды w. Сигналы с блоков преобразования информации 10 и 11 поступают на соответствующие входы блока индикации 12.

Использование: аналитическое и нефтяное приборостроение. Сущность изобретения: измерительный преобразователь нефтяного влагомера содержит внешний электрод с диаметром 100 мм, выполненный в виде металлической трубы, и коаксиально размещенный в ней внутренний электрод с диаметром 30 мм, изолированный диэлектриком и имеющий на концах обтекатели из диэлектрика. Внутренний электрод подключен в частотозадающую цепь автогенератора, а его длина составляет от 10 до 30 мм. 3 ил.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НЕФТЯНОГО ВЛАГОМЕРА, содержащий внешний электрод, выполненный в виде металлической трубы, и коаксиально закрепленный в ней покрытый диэлектриком и имеющий на концах обтекатели из диэлектрика внутренний электрод, подключенный в частотозадающую цепь автогенератора, отличающийся тем, что внутренний диаметр внешнего электрода равен 100 мм, внешний диаметр внутреннего электрода 30 мм, а его длина 10 - 30 мм.