[发明专利]基于微波谐振传感器的高含水油水乳状液持水率测量方法

说明书

本发明涉及一种基于微波谐振传感器的高含水油水乳状液持水率测量方法，所采用的测量系统包括传感器和矢量网络分析仪，其特征在于，所述的传感器为对壁式微波谐振传感器，包括传感器管道，发射极板，接收极板，发射电极，接收电极，发射极板和接收极板，均为与传感器管道外壁相匹配的呈对壁式排布的弧状金属片，发射电极与发射极板相连，接收电极与接收极板相连。在测量方式上，采用微波扫频激励方式，通过矢量网络分析仪检测高含水油水乳状液通过对壁式微波谐振传感器的幅值S₂₁参数，根据幅值S₂₁参数获得谐振频率，通过谐振频率变化反映持水率的改变，实现高含水油水乳状液两相流持水率测量。

技术领域

本发明涉及油田开发过程中油井动态监测领域中高含水油水乳状液两相流持水率高分辨测量方法。

背景技术

油水两相流流动现象广泛存在于自然界与工业生产中。目前，低产低渗油田开采长期采用二次注水技术，已总体进入以低流速高含水为主要特征的中晚期开采阶段。为提高原油采收率，表面活性剂化学驱采油技术已在油田开采中得到应用。与传统注水注气原油开采相比，化学驱方法可将原油的采收率提高20％左右。表明活性剂分子具有亲水亲油结构，其能在油水界面定向排列，显著地降低油水间的界面张力，达到乳化原油的目的。但是表面活性剂的加入会极大改变油水两相流动特性，形成油水两相流乳状液混相流动现象，尤其是，水包油乳状液的分散相液滴尺寸非常小，其液滴聚并或击碎机理复杂，相间亦存在滑脱效应，采用传统低频电学法难以准确测量水包油乳状液持水率。

传统的油水两相流持水率测量方法主要是电导法和电容法。作为持水率参数测量的常规有效手段，电导法是根据油水相间存在的显著的电导率变化测量持水率，电容法是根据介电常数差异实现持水率参数测量。传统电导法对于高含水流动条件下油水两相流持水率测量受到传感器模型及电场分布的影响较大，测量分辨率较低。而对于传统的电容传感器，大多适应于连续相不导电的高含油率持水率测量，当油水两相流含水率较高时，电容极板间的介电特性受到传导电流影响较大，测量精度比较低。

微波法是一种高频下的电介质测量方式，介质对微波的吸收敏感于介质的介电常数变化。微波法测量含水率在石油煤炭开采，生物医学，化学材料，土壤水源等领域有着广泛应用。

近年来，微波谐振腔法以其测量介质含量灵敏度高等特点受到广泛关注，它是基于传感器内部介质介电常数改变导致谐振频率和品质因数的改变来反映介质含量的变化。目前微波谐振法测量油水两相流持水率多为油包水流型，由于高含水油水乳状液油相液滴泡径极小，测量灵敏度低，难以高分辨率测量持水率。

发明内容

本发明提出一种微波谐振传感器高含水油水乳状液持水率高分辨动态测量方法，该方法通过测量对壁式微波谐振传感器谐振频率变化来测量油水乳状液持水率，实现高含水油水乳状液两相流持水率高分辨率测量。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于微波谐振传感器的高含水油水乳状液持水率测量方法，所采用的测量系统包括传感器和矢量网络分析仪，其特征在于，所述的传感器为对壁式微波谐振传感器，包括传感器管道，发射极板，接收极板，发射电极，接收电极，发射极板和接收极板，均为与传感器管道外壁相匹配的呈对壁式排布的弧状金属片，发射电极与发射极板相连，接收电极与接收极板相连。

在测量方式上，采用微波扫频激励方式，当水包油乳状液持水率发生变化时，通过微波谐振传感器的幅值信号会发生变化，同时，在一定频段内的谐振频率也会随着持水率的变化而发生规律性变化；确定扫频激励频段，通过矢量网络分析仪检测高含水油水乳状液通过对壁式微波谐振传感器的幅值S₂₁参数，根据幅值S₂₁参数获得谐振频率，通过谐振频率变化反映持水率的改变，实现高含水油水乳状液两相流持水率测量。

进一步地，所述的传感器还包括屏蔽层，所述的屏蔽层置于发射极板和接收极板的外周。经优化的发射极板和接收极板张角为80°，长度为80mm。所确定的扫频激励频段为2.2GHz～2.8GHz。