专利名称：井口原油含水率在线测量装置的电容传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及油田采油技术领域，特别涉及一种采出原油检测设备，是一种能 应用于油田单井井口的原油含水率在线测量装置电容传感器。
背景技术：
原油含水率实时测量是油井生产的一项重要工作。含水率的测量对象又分为含水 原油和脱水原油。现有油井井口原油含水率测量方法一般分为两种，即人工测量法和在线 测量法。目前对于含水原油各油田大部分采用的是人工取样测量法。人工取样测量法根据 油水分离手段的不同分为蒸馏法、电脱法、卡尔一费休法。在线测量的方法又分为密度法、射线法、短波吸收法、微波法、电容法。密度法是确 定含水原油密度值后，根据纯油密度和纯水密度计算含水率。射线法是利用原油和水对射 线的吸收能力不同，以此计算出原油含水率。短波吸收法是将电能以电磁波的形式辐射到 以乳化状态存在的油水介质中，根据油、水对短波吸收能力的不同来检测油水乳化液中的 含水率。微波法的原理是根据油、水对微波能量的吸收能力的差别，采用微波反射式结构来 测量含水率。国外在测量较低含水率的原油时，主要采用电容法含水分析仪，这类仪表分辨率 较高，并具有较高的测量稳定性，通过内置的温度传感器可实现实时温度补偿。在含水率较 高时，则采用微波法的含水分析仪。这些仪表基本都能通过RS232端口与计算机进行通讯 和联机调试，人机界面采用菜单提示，因而其调试过程非常简单。现有技术的缺点人工测量法的取样时间较长，无法用于在线测量系统实时测量，取样随机性大，且 人为误差大，费时费力，不能满足油田生产自动化管理的要求。而在线测量法的微波和短波方法测量原油含水的仪表，其测量不能全面反映混合 两相流的情况，因而实验室条件下测量精度能达到要求，但在具体现场工况条件下不能满 足精度要求。由于油包水或水包油等因素，容易发生零点漂移而导致测量范围不准，非线性 误差大。同时由于原油的腐蚀、结垢、结蜡等原因，致使仪表长期运行的可靠性较差。传统电 容法测含水率较准确，但量程范围小、可调性差，且仅适用于含水率低于30%以下的油井。由此可见，缺乏一种成本低廉、安装使用方便，测量精确度高，适用于油田油井井 口含水率测量装置，是目前油井井口含水率在线测量技术发展的主要障碍。类近的专利有一种防缠绕式高温偏心井口测试仪(公开号CN201232546)； 一种原油含水率测定仪双探头传感器(公开号CN2349574)；微波谐振法生产油井产 液剖面测井仪(公开号CN2809215)；油中含水在线测量仪及测量显示装置(公开号 CN201016974)。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种井口原油含水率在线测量装置的电容传感器，能够实时在线对井口的原油含水率进行精确测量，并且测量范围较宽。本实用新型采用的技术方案是井口原油含水率在线测量装置的电容传感器主要 由罩筒、过渡块、管螺纹螺母、连接柱、基体、电极座、导线管、电容管、压板、锁紧螺钉和螺母 组成。导线管和电容管均采用不锈钢毛细管。电容管表面涂有绝缘涂 层，导线管与电容 管之间的距离在3 6mm。导线管和电容管中心孔内均有电加热丝。导线管和电容管的两 端分别固定在绝缘材料制的长方体形电极座上。两个电极座分别嵌在基体内壁凹槽中并用 密封胶进行灌封。基体外壁为圆柱体形，基体内为长方形孔；基体下端内壁对称分布有两个 镶嵌电极座的槽。基体有四个轴向孔，连接柱穿过基体壁上的轴向孔，在连接柱下端部通过 螺母固定有环形压板。导线管和电容管内加热丝的两端分别连接有加热导线；导线管和电 容管分别连接有测量电容输出电极导线，加热导线和测量电容输出电极导线通过连接柱中 心孔引出。加热导线和测量电容输出电极导线连接在电路板上的接线端子上。连接柱的上 端穿过管螺纹螺母和圆形过渡块并由螺母固定。管螺纹螺母与圆形过渡块焊接在一起，管 螺纹螺母为圆柱体形，在管螺纹螺母的下端有外螺纹，上端为正六方体。圆形过渡块的边沿 分布有螺孔。在圆形过渡块的上部有罩筒，罩筒与过渡块之间通过连接螺栓固定。把导线管和电容管和电加热丝采用灌封的工艺封装于基体内，加工成一个整体做 成一体化封装的结构。井口原油含水率在线测量装置的电容传感器安装在采油井口的出油管线上，具体 位置是出油管线连接在三通的中间端口和一个直端口上。在三通的另一个直端口上固定 有电容传感器。简述电容传感器的原理。参阅图Ia和图lb。电容传感器为接触式测量，与被测介 质接触的是导线管7和电容管8。导线管7和电容管8的材料为0. 6mm不锈钢管，采用双管 结构，其中电容管8不锈钢管表面有一层厚度均勻的电介质(绝缘涂层)，构成电容器的主 要部分，导线管7是表面无涂层的“裸丝”，其作用是构成电容器的另一电极。导线管7和电 容管8内均有一根电加热丝。电加热丝为导线管7和电容管8表面提供一定的热量，使表 面温度高于原油析蜡点，从而解决原油结蜡问题。电容管8表面的涂层用性能稳定、高介电 常数的高性能特种材料制作，可以较好的解决探针电极表面的结垢、油或水不易脱落等问 题。传感器探头采用一体化封装结构后，一方面消除了无效加热，另一方面能够大大减小杂 散电容，使得加热对测量电容基本没有影响。采用电容探针直接接触测量含水原油中油水两相流与探针接触形成的电容信号， 将电容信号送入测量电路，经转换电路将电容信号转换成电流信号，通过计算软件计算出 原油含水率。本实用新型的有益效果本实用新型井口原油含水率在线测量装置的电容传感 器，实现了在油井井口对原油含水率进行在线准确测量，能满足油井生产动态分析的需求 并满足了数据远传要求。计量准确度高，最大相对偏差在士5%范围以内；符合油田防爆要 求。而相对于目前在线测量方法的微波、短波方法以及传统电容法，则解决了误差大、可靠 性较差、测量范围小、成本高等缺陷。解决了目前油田单井井口无法实时在线监测含水率的 问题。
图Ia是本实用新型井口原油含水率在线测量装置的电容传感器结构剖面示意 图；图Ib是图Ia的左视剖面图。 图2是本实用新型井口原油含水率在线测量装置的电容传感器安装示意图。图中，1.罩筒，2.过渡块，3.管螺纹螺母，4.连接柱，5.基体，6.电极座，7.导线 管，8.电容管，9.压板，10.紧锁螺钉，11.螺母，12.连接螺栓，16.采油井口，17.出油管线， 18.电容传感器。
具体实施方式
实施例1 以一个井口原油含水率在线测量装置的电容传感器为例，对本实用新 型作进一步详细说明。参阅图la，本实用新型的井口原油含水率测量装置的电容传感器包括罩筒1、过 渡块2、管螺纹螺母3、连接柱4、基体5、电极座6、导线管7、电容管8、压板9、锁紧螺钉10 和螺母11。导线管7和电容管8均采用外径0.6mm、内径0.3mm的不锈钢毛细管。导线管7是 表面无绝缘涂层，电容管8表面涂有厚度为30 μ m的绝缘涂层作为形成的电容器电介质层， 导线管7与电容管8之间的距离为5mm，并且导线管7在电容管8上面。导线管7的作用是 与包覆于其表面上的水一起形成的电容的一个电极，电容管8是电容传感器中电容的产生 极；导线管7和电容管8中心孔内均有直径为0. 15mm的电加热丝，保证表面的温度高于析 蜡点而不会在其表面结蜡。导线管7和电容管8的两端分别固定在绝缘材料制的长方体形 电极座6上，并通过锁紧螺钉10将导线管7和电容管8的两端固定在电极座6上，使测量 流体的冲击下导线管7和电容管8不容易脱落。两个电极座6分别嵌在基体5内壁凹槽中 并用密封胶进行灌封，使导线管7、电容管8、锁紧螺钉10以及加热丝成为一体而不会产生 松动。基体5外壁为圆柱体形，基体5内为长方形孔；基体5下端内壁对称分布有两个镶嵌 电极座6的槽。基体5有四个轴向孔，连接柱4穿过基体5壁上的轴向孔，参阅图2b。在连 接柱4下端部通过螺母11固定有环形压板9。参阅图2a。导线管7和电容管8内加热丝 的两端分别连接有加热导线；导线管7和电容管8分别连接有测量电容输出电极导线(材 质为纯铜)，加热导线和测量电容输出电极导线通过连接柱4中心孔(内径为3mm)引出。 加热导线和测量电容输出电极导线连接在电路板上的接线端子上。连接柱4的上端穿过管 螺纹螺母3和圆形过渡块2并由螺母固定。管螺纹螺母3与圆形过渡块2焊接在一起，管 螺纹螺母3为圆柱体形，在管螺纹螺母3的下端有外螺纹，上端为正六方体。圆形过渡块2 的边沿分布有螺孔。在圆形过渡块2的上部有罩筒1，罩筒1与过渡块2之间通过连接螺栓 12固定。罩筒1上有两个防爆管接口，接口尺寸为M25X2. 0mm。加热导线和测量电容输出 电极导线从防爆管接口穿出。完成了电容传感器封装。导线管7和电容管8总长度35mm，有效长度25mm，即两个电极座6之间的距离为 25mm。导线管7和电容管8所在的矩形流道横截面为20 X 25mm，流道总长度60mm。采用4_20mA电流输出信号所需要的电路。电路器件的供电电压为24V直流电压。参阅图2。电容传感器18安装在采油井口 16的出油管线17上，具体位置是出油管线17连接在三通 中间端口和一个直端口上。在三通的另一个直端口上固定有一个 电容传感器18。
权利要求一种井口原油含水率在线测量装置的电容传感器，主要由罩筒(1)、过渡块(2)、管螺纹螺母(3)、连接柱(4)、基体(5)、电极座(6)、导线管(7)、电容管(8)、压板(9)、锁紧螺钉(10)和螺母(11)组成；其特征在于导线管(7)和电容管(8)均采用不锈钢毛细管，电容管(8)表面涂有绝缘涂层，导线管(7)与电容管(8)之间的距离在3～6mm，导线管(7)和电容管(8)中心孔内均有电加热丝，导线管(7)和电容管(8)的两端分别固定在绝缘材料制的长方体形电极座(6)上，两个电极座(6)分别嵌在基体(5)内壁凹槽中并用密封胶灌封；基体(5)外壁为圆柱体形，基体(5)内为长方形孔；基体(5)下端内壁对称分布有两个镶嵌电极座(6)的槽，基体(5)有四个轴向孔，连接柱(4)穿过基体(5)壁上的轴向孔，在连接柱(4)下端部通过螺母(11)固定有环形压板(9)，导线管(7)和电容管(8)内加热丝的两端分别连接有加热导线；导线管(7)和电容管(8)分别连接有测量电容输出电极导线，加热导线和测量电容输出电极导线通过连接柱(4)中心孔引出，加热导线和测量电容输出电极导线连接在电路板上的接线端子上，连接柱(4)的上端穿过管螺纹螺母(3)和圆形过渡块(2)并由螺母固定，管螺纹螺母(3)与圆形过渡块(2)焊接在一起，管螺纹螺母(3)为圆柱体形，在管螺纹螺母(3)的下端有外螺纹，上端为正六方体，圆形过渡块(2)的边沿分布有螺孔，在圆形过渡块(2)的上部有罩筒(1)，罩筒(1)与过渡块(2)之间通过连接螺栓(12)固定。
2.如权利要求1所述的井口原油含水率在线测量装置的电容传感器，其特征在于把 导线管(7)和电容管(8)和电加热丝采用灌封的工艺封装于基体(5)内，成为一体化封装 结构。
3.如权利要求1或2所述的井口原油含水率在线测量装置的电容传感器，其特征在于 所述的电容传感器(18)安装在采油井口(16)的出油管线(17)上，具体位置是出油管线(17)连接在三通的中间端口和一个直端口上，在三通的另一个直端口上固定有电容传感器(18)。
专利摘要井口原油含水率在线测量装置的电容传感器，应用于油田采油单井井口原油含水率在线测量。导线管和电容管均采用不锈钢毛细管，电容管表面涂有绝缘涂层，导线管与电容管之间的距离在3～6mm，分别固定在电极座上，连接柱穿过基体壁上的轴向孔，导线管和电容管内加热丝的两端分别连接有加热导线；导线管和电容管分别连接有测量电容输出电极导线，在圆形过渡块的上部有罩筒，罩筒与过渡块之间通过连接螺栓固定。效果是在油井井口对原油含水率进行在线准确测量，能满足油井生产动态分析的需求并能满足数据远传要求。计量准确度高，最大相对偏差在±5％范围以内。在线测量的误差小、可靠性较高。
文档编号G01N27/22GK201740755SQ201020231009
公开日2011年2月9日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者于世春, 徐勇, 徐永高, 操红梅, 曹宗熊, 李丽, 李永清, 杨仓海, 杨华, 白博峰, 白晓红, 穆谦益, 贺登辉, 魏小林 申请人:中国石油天然气股份有限公司
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