【正文】 秘書(簽名)： 年 月 日院(系)答辯委員會(huì)主任(簽名)： 院(系)(蓋章)油罐多液位測(cè)量系統(tǒng)研究 學(xué) 生：胡九零，電信學(xué)院 指導(dǎo)老師：朱清祥，電信學(xué)院【摘要】 原油脫水過程是油田聯(lián)合站生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)之一，其主要功能是將高含水率原油進(jìn)行油水分離，加工處理成低含水率的成品原油，而原油儲(chǔ)罐內(nèi)的油水界面高度的準(zhǔn)確測(cè)量是保證脫水正常運(yùn)行的最重要參數(shù)。因此，快速準(zhǔn)確地檢測(cè)出油水界面是確定出水量、出油量的關(guān)鍵，同時(shí)這個(gè)參數(shù)也為了解油井產(chǎn)量，油井壽命等提供可靠的依據(jù)。 本文詳細(xì)地分析了國內(nèi)外原油界面檢測(cè)技術(shù)，其應(yīng)用多在測(cè)量成品油的上液位，目前多界面測(cè)量的方法多存在傳感器容易被敷住，成本高的缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)針對(duì)這些問題，采用移動(dòng)式電容法，提出了利用不同油層的含水體積百分率不同引起的界面處介質(zhì)的介電常數(shù)的跳變實(shí)現(xiàn)原油上界面(氣/油界面)和下界面高度(油/水界面)測(cè)量的在線檢測(cè)技術(shù)。此技術(shù)不但解決了傳感器容易被敷住的問題、高成本的問題，還具有響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全性能好、可維護(hù)性好的優(yōu)點(diǎn)，是一種有實(shí)用和推廣價(jià)值的技術(shù)，基于這種技術(shù)研制出了移動(dòng)式電容法原油儲(chǔ)油罐多液位測(cè)量裝置。 關(guān)鍵詞: 電容法，介電常數(shù)，油罐，多界面測(cè)量。A Study of the Instrument for Measuring Crude 0il Multiinterface in oil Tank with the Method of Capacitor 【ABSTRACT】The process of crude oil is one of the most important chains in the productive process of the bination station of oil the Poreess water can be separated from crude oil and the finished crude oil contaimng low water can be the same time ,the heihgt of oilWater interface is the most important ，fast and accurate detection of the interface is the key to make clear the quantity of water and oil output,and it also provide evidence to know the quantity and life of oil wellAfter the careful study of the present methods on crude oil interface detection at home and aboard and the character of our domestic crude oil,it is easy to kown many of the methods are applied to measure the upper interface in finished oil tank,And their sensors are apt to be capured and are ofen high in to such problem，this disation puts up with the method,which takes ntageof the change of dielectric constant in the interface medium to survey the altitude between upper oil interface (gas/oil) and lower one (oil/water).This technique not only has the advantage of solving the work problem and high price,but also has the merits of being fast in response,simple in structure and good in security,so it is a technique that has great value of practice and population. Based on this technique,the paper develops the instrument for measuring crude oil multiinterface in oil tank with the method of capacitor.[Keyword] Capacitiant Dielectric constant Oil tank,Interface measurement. ；地處偏僻的油田單井罐的多液位測(cè)量是油田生產(chǎn)中迫切需要解決的問題，本文針對(duì)單井油罐，使用移動(dòng)式電容測(cè)量法對(duì)其多液位進(jìn)行了研究。近年來，許多高新技術(shù)、新方法和新型儀表如計(jì)算機(jī)、微電子、光纖、超聲波、雷達(dá)傳感器等高新技術(shù)己應(yīng)用到油罐的計(jì)量領(lǐng)域，使油罐的自動(dòng)計(jì)量進(jìn)入到一個(gè)多功能、高精度的新階段。但在油田原油生產(chǎn)中很少應(yīng)用，主要原因有：原油檢測(cè)條件惡劣，罐內(nèi)油水界面是隨時(shí)間變化而變化等。因此提高儲(chǔ)油效率的多相液面測(cè)量這個(gè)重要措施市場(chǎng)前景很好。；石油素有“工業(yè)的血液”之稱，是當(dāng)今世界最重要的能源，又是近代有機(jī)化工的重要原料，石油工業(yè)的發(fā)展極大的影響了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。從伊拉克入侵科威特，到海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，到今天的美國占領(lǐng)伊拉克，里面無不滲透著石油的因素。近十年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長(zhǎng)，石油產(chǎn)出量的增長(zhǎng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)石油的需求，石油及油品進(jìn)口量已占我國石油消費(fèi)量的30%。在這種情況下，開發(fā)采收率高的油田化學(xué)品，提高石油鉆采開發(fā)技術(shù)，將剩留在枯竭油層的原油開采出來，是當(dāng)前緊迫而具有戰(zhàn)略意義的任務(wù)。特別是我國東部的大慶，遼河等油田到了開發(fā)的后期，石油不能象初期那樣，在巖石下受到很大的壓力，自己噴出來。面一前通常采用注水法，使枯竭油層的油飄浮起來同時(shí)也增大了壓力，進(jìn)行開采，然而這樣的另一個(gè)后果就是原油的含水率一般都很高，最高達(dá)到80%左右，使得原油必須從油井出來后經(jīng)過分離罐，分離出大量的水，然后才能進(jìn)行傳輸，冶煉等。一般說來，剛開采出來的原油包含了大量的水、泥沙、天然氣，為了分離水和氣體及泥沙，原油應(yīng)輸送到儲(chǔ)油罐中高溫(80℃)存儲(chǔ)48小時(shí)以上進(jìn)行分離(油田中完成這項(xiàng)工作的部門是油田脫水站)，通過加熱，水/泥沙、水/油、氣/油等界面就會(huì)在儲(chǔ)油罐中形成。為了提高儲(chǔ)油罐的效率，了解儲(chǔ)油罐中油層的高度，就必須準(zhǔn)確的測(cè)量出原油的上界面(氣/油界面)，以便安全地輸入原油，防止溢出。同時(shí)也必須準(zhǔn)確地測(cè)量出原油的下界面(油/水)，以便放出不含油的水。目一前，在油田(如遼河油田油氣集輸公司脫水站)仍沿用土辦法—操作員用取樣桶每隔四小時(shí)到罐頂手工測(cè)量一次，再作記錄，這樣其結(jié)果不僅誤差大，而且有很大的人身危險(xiǎn)(按規(guī)定，四級(jí)風(fēng)以上不能上罐頂測(cè)量)，因此，設(shè)計(jì)和開發(fā)遠(yuǎn)程全自動(dòng)原油儲(chǔ)罐多界面測(cè)量裝置新產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人值守，全自動(dòng)的多界面測(cè)量裝置，并能進(jìn)行自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)、顯示、打印就尤為重要。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)油罐液位檢測(cè)技術(shù)及裝置的研究取得了巨大的發(fā)展，發(fā)明了許多新的測(cè)試方法，研制了許多新的產(chǎn)品。當(dāng)前，國內(nèi)外油罐液位測(cè)量?jī)x表根據(jù)測(cè)量方式的不同可分為接觸式和非接觸式兩種類型。接觸式是指測(cè)量用傳感器直接與罐內(nèi)存儲(chǔ)介質(zhì)相接觸，從而獲得測(cè)量參數(shù)的方法。60年代末至80年代初，國外主要研制和使用的是各種鋼帶浮子液位計(jì)，大多是每個(gè)罐獨(dú)立安裝，現(xiàn)場(chǎng)顯示。這類儀表主要缺點(diǎn)是機(jī)械摩擦影響計(jì)量精度，浮子在滑動(dòng)桿上容易被敷住，隨著對(duì)計(jì)量精度要求的不斷提高，出現(xiàn)了伺服式液位計(jì)。由于使用了伺服馬達(dá)，消除了因機(jī)械摩擦而引起的誤差，提高了靈敏度和復(fù)現(xiàn)性，其液位計(jì)量精度得到極大的提高。這一時(shí)期的典型產(chǎn)品是美國vAREc公司生產(chǎn)的2500型鋼帶浮子液位計(jì)，6500伺服式液位計(jì)，荷蘭NRAF公司的811型伺服動(dòng)力液位計(jì)等。德國的ENRAF一NONUIS公司于80年代末期推出了電容串式物位測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用多級(jí)電容串式液位傳感器。90年代中期，曼徹斯特理工大學(xué)電子工程系研制的分段電容陣列法[4l，但是這種方法的電容傳感器制作傳感器的工藝要求很高，而且安裝維護(hù)要求很高。近幾年，美國研制出磁致伸縮液位計(jì)，沈陽工業(yè)大學(xué)碩_上學(xué)位論文這種傳感器可以同時(shí)測(cè)溫，具有很高的精度，但是其致命的缺點(diǎn)是不適合測(cè)量粘稠的原油。在國內(nèi)，80年代初，大連第五儀表廠研制成功浮子鋼帶液位計(jì)，80年代后期，北京自動(dòng)化儀表四廠又引進(jìn)美國VAREC公司制造技術(shù)生產(chǎn)的鋼片式液位計(jì)。90年代初，中科院聲學(xué)所研制成功CJY一2型光導(dǎo)液位計(jì)。該表的特點(diǎn)是將浮子式鋼帶液位計(jì)的鋼帶改為鋼絲，力平衡仍用盤簧，計(jì)量通過鋼絲的鼓輪轉(zhuǎn)角計(jì)量高度。這些測(cè)量方法存在著幾個(gè)主要問題，如油罐面積一般是非線性的。油罐內(nèi)油的存在是分層的，其密度不是一常數(shù)，很難準(zhǔn)確測(cè)量油的平均密度:測(cè)量時(shí)也將產(chǎn)生較大的誤差。浮子式液位計(jì)，在測(cè)量油高和油重在實(shí)際使用中也存在以下問題:機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，摩擦力影響力運(yùn)動(dòng)，影響精確度。鋼帶自重需要補(bǔ)償，但很難做到完全自動(dòng)補(bǔ)償:溫度補(bǔ)償因素。油罐罐底下沉影響測(cè)量精度。綜上所述，基于高度法的浮子式流量計(jì)，不能滿足油罐測(cè)量的精度要求。近年以來國內(nèi)外對(duì)非接觸式液位測(cè)量進(jìn)行了大量的研究和試驗(yàn)，并有產(chǎn)品問世。如德國NERAF一ONIus公司開發(fā)的微波液位計(jì)。非接觸式液位測(cè)量技術(shù)及裝置主要有:微波雷達(dá)技術(shù)及微波雷達(dá)式液位計(jì)；激光技術(shù)及激光液位計(jì)；光纖技術(shù)及光纖液位計(jì)和超聲技術(shù)及超聲液位計(jì)等。其特點(diǎn)是測(cè)量手段不是采用浮子之類的固態(tài)物，而是采用聲、光、射線的能量，液位計(jì)不和被測(cè)介質(zhì)接觸，但目前這些工作多數(shù)仍處在實(shí)驗(yàn)室研究階段，即便有適用的產(chǎn)品問世，也多用來測(cè)量油罐的上液位。總之，當(dāng)前非接觸式的如雷達(dá)法、激光法等局限在研究階段或者在測(cè)量油罐上液面使用的比較多，接觸式的液位測(cè)量?jī)x如浮子式、浮筒式、磁致伸縮法雖然可以用在測(cè)量上液面和下液面但是他們的致命缺點(diǎn)都是傳感器的浮子部分要沿著滑動(dòng)桿上下移動(dòng)，在粘稠油品中，傳感器被敷住容易失靈。曼徹斯特理工的電容法比較好，解決了上下液面測(cè)量的問題，也不會(huì)因?yàn)閭鞲衅鞣笤诨瑒?dòng)桿上，但是它對(duì)電容的制作工藝要求很高，多個(gè)電容的安裝維護(hù)比較復(fù)雜。針對(duì)我國多數(shù)油田高臘、高粘、高凝“三高”的特點(diǎn)，必須找到一種方法解決了上述的問題，完成油層各個(gè)界面的測(cè)量。； 油田現(xiàn)場(chǎng)油罐工況；油田開采過程中注入大量的水，開采出來的含水原油通過輸油管道送入沉降罐(分離罐)，以遼河油田為例，沉降罐一般高為15