[发明专利]利用天线谐振频率测量物质含水率的方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明属于水含量测量技术领域，特别涉及一种采用基于天线谐振理论的天线传感器检测原油中水分含量的方法及装置，可应用于化学工业中原油含水率或水利工程中水含量的检测。

背景技术

在工农业的生产过程中，含水率对物质的性能有着极其重要的影响。石油是现代工业社会应用最为广泛的能源物质之一，石油工业不仅是国民经济中的支柱产业，同时也带动了机械、炼油、化工、交通运输业以及为这些产业提供原料和动力的钢铁、电力、建材等工业部门的发展。石油的开发包括开采、分离、提炼，再到工业、生活、生产和消费等方面，仅开采部分就是极其复杂的过程。随着石油开采时间的加长，油层本身能量不断消耗，使得油层的压力不断下降，会导致地下残留大量的死油不能被开采出来。我国大多数油田都已经处于油田开发的中后期，开采石油已经不能通过自然手段让其自然喷发。为了弥补原油开采出后所造成的地下亏空，保持或提高地下油层的压力，实现油田高产稳产并获得较高的开采率，必须向油田内高压注水，利用油水的不同性质，使石油漂浮起来进行开采。但是，这会导致原油的含水率普遍较高，使得后期的过程更为复杂。而且油井含油量不高，出油量越来越小，严重时甚至会出现“空抽”的现象，“空抽”时的抽油机仍在不停的运转，不仅造成了能源的大量浪费，同时也会增加开采的成本，如油井的耗电量、注水的耗电量、脱水和污水处理的耗电量、井下材料消耗、检测费、生产用燃料费等等。因此，有必要对原油的含水率进行测量。

由于原油含水率的检测对于确定出水、出油层位，估计产量和预测油井的开发寿命以及减少能耗、降低成本、油井状态检测、油田的产量质量控制和采油管理自动化具有重要的意义，以及对原油产量的分配、公司的生产动态的掌握以及三次原油质量的提高，原油含水率检测都起着重要的作用。若含水率检测有误，会破坏电脱水器内部的电场，影响脱水质量，从而导致在原油的集输方面能源的浪费，并且还容易引起突沸等不良事故的发生。因此对原油含水率的检测越来越受到了人们的关注。

上世纪50年代到70年代，原油含水率检测技术开始起步发展。60年代Bryan报道了利用油水密度的差异性测量流体密度的方法，即利用伽马射线密度计来计算油中的含水量。1964年场射线衰减法被提出后，1979年Calgary大学电机工程系的相关研究人员已经采用场射线衰减法测量多相流分相含率。90年代中期后，斯伦贝谢等公司研究了利用探针法测量含水量，并陆续发表了相关文章。90年代，国内石油大学黄正华等研究的短波吸收型原油含水率测定仪，哈尔滨工业大学刘兴斌等研制的阻抗式两相含水率仪最具有代表性。

目前，用于测量原油含水率的方法有传统测量法和在线测量法。传统测量法包括蒸馏法、离心法、电脱法等；在线测量法测量过程中一般不用人为提取样品，取样频率高，主要包括密度法、相位法、射线法、微波法和电容电导法等；而油品中微水含量的测量一般采用卡尔·费休法。由于传统测量法的耗时、非在线性、随机性大，相比较而言，在线测量法的应用更广泛。但是现有的在线测量法在应用上也存在着一些不足，如射线型原油含水率检测仪由于含有辐射源，射线产生的辐射较强对人体有很大的危害，需特别防护措施；微波法测量仪在含水量超过60%后，测量可靠性不稳定，现场应用时需要反复调校；而一些测量准确、有较好在线补偿校准能力的检测仪器结构复杂，价格昂贵，使用和后期维护成本高，不利于大范围推广应用。针对上述不足，急需提供一种可在线测量、稳定性好、价格便宜、结构简单适用于大范围含水率检测的测量方法和仪器，以满足市场需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用天线的谐振特性测量物质的等效介电常数，从而对物质含水率进行测量的方法。

本发明的另一目的是提供一种测量物质含水率的测量装置，尤其适用于检测原油中水分含量的情况。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

利用天线谐振频率测量物质含水率的方法，包括以下步骤：

步骤一、将由窄带天线构成的天线传感器置于介电常数已知的物质中进行定标校准，测量该窄带天线与不同介电常数相对应的谐振频率，根据相对应的介电常数与谐振频率的数据获取该窄带天线的谐振频率与物质等效介电常数间的拟合公式：