[发明专利]用于实时在线分析油砂组成的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于实时在线分析油砂组成的系统和方法，更具体地涉及用于关于油砂流的四种主要组分(水、粘土、砂和烃)实时分析油砂流的含量的系统和方法。

背景

油砂从地面开采并进料到传送机，形成流，该流在下游被加工用于提取沥青(bitumen)以产生油。油砂的流包含四种主要组分：砂(例如石英砂)、水、粘土和重油或烃(被称为沥青)。准确计算油砂流中存在的这些组分中的每一种的量是重要的，因为它可以帮助预测和改进油砂的提取回收和控制采油过程。例如，粘土接缝(clay seam)是常见的并且干扰常规的提取方法，并且更准确地测量从地面提取的油砂流中的粘土的量将是有用的。

在用于分析提取的油砂的组成的已知方法中的是近红外(NIR)和无线电光谱法(radio spectrometry)。两者都被用于评估在油砂中的成分的浓度，其中反射光谱范围为从1100nm至2500nm并且特定的油砂组分具有特定的波长，例如水为1400nm，油为1720nm，高岭石为2200nm。例如，加拿大专利申请号2834980描述了用于分析含沥青的工艺流的方法，包括在流中引导红外光的光束，在其与含沥青的工艺流的相互作用之后捕获对应于红外光的光，并分析捕获的光以获得光谱。可以基于获得的光谱和校准模型来生成组成估计。NIR和无线电光谱法的缺点是它们不测量存在于油砂中的元素的实际量，而是使用其相关波长来估计某些单独的油砂组分例如油、水和某些粘土的量。

采矿业中使用的另一种方法是油砂的光谱分析，其使用包含关于矿石样品图像的信息的信号来创建实时的矿石等级可视化(ore grade visualization)，包括矿石样品的复合覆盖图像(composite overlay image)，如例如在美国专利申请号20140347472中所描述的。此技术不测量任何油砂组分，而是估计油的等级。

此外，核磁共振脉冲光谱法可以通过以下被用于分析油砂组成：首先使油砂样品的磁化饱和，并且然后使样品经受一系列关于样品中的沥青和水的测量而优化的射频脉冲，如在美国专利号8547096中所描述的。以基于偏最小二乘优化的化学计量模型为基础确定沥青和水的量。此技术不能被用于获得关于油砂中可能存在的某些组分的信息，例如不同粘土的量。

还可以使用声学技术通过观察由在油砂中传播的声波产生的非线性耗散现象来测量油砂中的油含量。油砂样品的油饱和度可以通过如例如在中国专利申请号101334380中所描述的逆向演绎方法(backward deduction method)从相对生长因子G和非线性耗散因子α来确定。然而，此方法也不能测量与可能存在于油砂中的某些组分相关的信息，例如与粘土材料的量有关的信息。

还有其他用于分析从地层中提取的材料的方法。瞬发γ中子活化分析(prompt gamma neutron activation analysis，PGNAA)是通常用于确定矿石的金属含量的一种此类方法。PGNAA还已经被用来检测粘土参数，其表明例如在油砂尾矿流中的粘土颗粒的重量百分数，如例如在加拿大专利申请号2909029中所描述的。

在涉及使用脉冲中子光谱学的另一种方法中，在从地层提取的材料中的烃材料的组成可以基于在脉冲中子光谱学工具处检测到的至少一个γ射线光谱来计算，所述脉冲中子光谱学工具将多个高能中子的脉冲发射到被转移并储存到容器中的烃材料的部分中，如在加拿大专利申请2672018中所描述的。

用于分析上述油砂组成的已知方法仅估计油砂中的某些组分，或者只能被用于检测油砂样品的组成。

因此，仍然存在对可以更准确地且以连续的方式测量油砂流的所有组分(水、砂、烃和粘土)的、用于实时、在线分析油砂组成的系统和方法的需求。

发明概述

本发明描述了用于实时在线分析油砂组成的方法，其包括以下步骤：

a.使用微波传输分析仪检测油砂流的水分含量，以及

b.使用瞬发γ中子活化分析仪检测所述油砂流的元素组成并计算所述油砂流中的烃、粘土和砂的含量。

检测油砂流的水分含量的步骤包括：将来自微波收发器的微波信号通过油砂流传输到接收器天线；以及比较由微波收发器传输的微波信号与由接收器天线接收的微波信号。在优选的实施方案中，检测油砂流的水分含量的步骤还可以包括：当比较所接收的微波信号与所传输的微波信号以计算在油砂流中的水分含量时，对油砂流进行称重(weight)并且将油砂流的重量作为因素计入(factor)，。