本发明属于原油计量技术领域，涉及一种测量设备及其方法，具体是一种原油静置脱水罐乳化层液位测量设备及测量方法。
背景技术：
油田开采的中后期，常常会进入含水开发期，原油含水较多会给储运造成浪费，增加设备负荷，造成经济损失，因此原油脱水是油田开发过程中一个不可缺少的环节。原油脱水过程中通常加入化学破乳剂使油水进行分离，并根据水重油轻的原理使油水分层，进而分离。
油水分离的关键是判断油水分界层或乳化层的位置，常规液位计，如磁翻板液位计、雷达液位计、超声波液位计等只具有液位监测功能，而乳化层处于油水分界处，即处于液体中间某个位置，故一般液位计不能测量出乳化层的具体位置，无法指导脱水工作。
从油罐中的抽样化验也并不能反映整个罐内的含水情况，也无法准确定位乳化层位置，无法指导脱水工作。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有设计结构简单、操作方便、测量结果可靠、费用低的优点，能为原油静置脱水罐含水量测量及原油脱水提供可靠的测量结果的原油静置脱水罐乳化层液位测量设备及测量方法。
本发明的技术方案如下：
上述的原油静置脱水罐乳化层液位测量设备，包括电加热系统、温度测量系统、套管和计算机分析系统；所述电加热系统包括加热器电源和电加热棒；所述电加热棒位于所述套管的轴心处，为所述温度测量系统提供恒定热源；所述温度测量系统包括温度传感器、数据采集器及防爆供电器；所述温度传感器安装于所述套管的两侧内壁并错位排列，用于检测不同位置的温度；所述温度传感器与所述电加热棒电连接；所述数据采集器一端连接所述温度传感器，另一端连接至所述计算机分析系统；所述数据采集器采集所述温度传感器的温度数据并将采集的温度数据传输至所述计算机分析系统，由所述计算机分析系统经分析后给出液位及乳化层的具体位置；所述套管位于储罐内，其用于分隔所述测量设备与液体，形成独立的测量空间；所述计算机分析系统包括计算机，所述计算机上安装有分析系统，数据经所述分析软件分析后，显示并记录在所述计算机上，给出液位及乳化层的具体位置。
所述原油静置脱水罐乳化层液位测量设备，其中：所述温度传感器为热电阻温度传感器。
所述原油静置脱水罐乳化层液位测量设备，其中：所述数据采集器与所述计算机分析系统之间还连接有防爆供电器。
所述原油静置脱水罐乳化层液位测量设备，其中：所述套管内填充有氧化镁，使所述套管内温度分布更对称，测量结果更可靠。
一种原油静置脱水罐乳化层液位测量方法，基于所述的原油静置脱水罐乳化层液位测量设备，具体流程如下：(1)根据储罐规格、原油含水量、要求精度确定传感器的安装数量及位置；(2)安装测量设备，进行调试；(3)温度测量系统稳定后，利用温度传感器测定初始阶段各测点温度，原则上各测点温度基本稳定后才可以进行继续测量；(4)打开电加热系统的加热器电源，并设置温度传感器每隔数秒对监测点进行测量；(5)由计算机分析系统对测量信号进行处理，做出不同时刻的“深度-温度”曲线图；(6)研究分析曲线图的变化趋势及突变点，分析出乳化层所处的深度。
所述原油静置脱水罐乳化层液位测量方法，其中：所述步骤(6)具体是研究分析曲线图的变化趋势及突变点，同一时刻“深度-温度”曲线图上深度接近h1的温度突变点所对应的深度即为乳化层所在位置，具体是根据测量结果，乳化层的位置在深度为h'处，且h'＝h1+(ni-1)d，其中ni为“深度-温度”曲线图上深度最接近h1的温度发生突变点对应的温度传感器的编号，ni为第i个温度传感器的编号，h1为首个温度传感器离储罐底面的距离，d为相邻两温度传感器在储罐深度方向的距离。
所述原油静置脱水罐乳化层液位测量方法，其中：通过增加所述温度传感器的数量，所述测量方法可用于测量油层液位，即根据所述步骤(6)研究分析曲线图的变化趋势及突变点，同一时刻“深度-温度”曲线图上深度远离h1的温度突变点所对应的深度即为油层所在位置，具体是根据测量结果，油层的位置在深度为hg处，且hg＝h1+(nk-1)d，其中nk为“深度-温度”曲线图上深度远离h1的温度发生突变点对应的温度传感器的编号，nk为第k个温度传感器的编号。
有益效果：
本发明原油静置脱水罐乳化层液位测量设备及其测量方法，可以用在油田开发后期原油脱水中对油水界面液位的测量，也可用在油井产量的检测中，利用温度传感器所测温度变化曲线判定油水分界层位置，具有设计结构简单、操作方便、测量结果可靠、测量费用低的优点，该原理同时可以应用于多相测量中，具有广阔的市场运用情景。
附图说明
图1为本发明原油静置脱水罐乳化层液位测量设备的结构框图；
图2为本发明原油静置脱水罐乳化层液位测量设备中套管与油罐安装相对位置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明做进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都将属于本发明保护的范围。
如图1、2所示，本发明原油静置脱水罐乳化层液位测量设备，包括电加热系统1、温度测量系统2、套管3和计算机分析系统4。
该电加热系统1包括加热器电源11和电加热棒12；其中，该加热器电源11置于储罐5置于储罐5中；该电加热棒12位于套管3的轴心处，为温度测量系统2提供恒定热源。
该温度测量系统2包括温度传感器21、数据采集器22、防爆供电器23以及计算机24；其中，该温度传感器21安装于套管3的两侧内壁并错位排列，用于检测不同深度的温度；该温度传感器21为热电阻温度传感器，其与电加热系统1的电加热棒12电连接。该数据采集器22一端连接温度传感器21，另一端连接防爆供电器23并通过防爆供电器23连接至计算机分析系统4；该数据采集器22采集温度传感器21的温度数据并将采集的温度数据传输至计算机分析系统4，由计算机分析系统4经分析后给出液位及乳化层的具体位置。
该套管3位于储罐5内，用于分隔测量设备与液体，形成独立的测量空间，同时，该套管3内填充有氧化镁，使温度分布更对称，测量结果更可靠。
该计算机分析系统4包括计算机，该计算机上安装有分析软件，由温度测量系统2测得的信号传输至计算机，由分析软件分析显示并记录在计算机上，并由计算机给出液位及乳化层的具体位置。
以下结合具体实施例对本发明的具体应用作进一步说明：
本实施例应用于500m3的储罐5油水液位测量，储罐5直径8.9米，储罐5高度8米，要求测量精度0.1米，原油含水率15％-20％。
根据储罐5高度，取套筒3高度为h(h应略小于储罐5高度)，在套管3内壁错位对称安装温度传感器21，首个温度传感器21离储罐5底面的距离h1(本实例中h1＝1米)，然后依次从下往上每隔d米安装一个温度传感器21，并依次编号n1、n2、n3、……、ni……(其中，ni为第i个温度传感器的编号，ni＝i，i＝1,2,3,……)，固定好温度传感器21后安装固定电加热棒12，用于给温度测量系统2提供恒定的热量，并在套管3内填充满氧化镁，使套管周围温度分布对称。
套管3内的电加热棒12通过加热器电源11进行加热，数据采集器22连接温度传感器21采集数据并传输至计算机分析系统4，经计算机的分析软件分析后，给出液位及乳化层的具体位置。
本发明原油静置脱水罐乳化层液位测量方法，是基于上述的原油静置脱水罐乳化层液位测量设备，其具体检测步骤如下：
(1)根据储罐规格、原油含水量、要求精度确定传感器的安装数量及位置；
(2)按照图2示意图安装原油静置脱水罐乳化层液位测量设备，进行调试，确保温度传感器21的正常使用；
(3)温度测量系统2稳定后，利用温度传感器21测定初始阶段各测点温度t，原则上各测点温度基本稳定后才可以进行继续测量；
(4)打开电加热系统1的加热器电源11，并设置温度传感器21每隔2秒对监测点进行测量,数据采集器22将测量结果反馈给计算机分析系统4；
(5)由计算机分析系统4对测量信号进行处理，做出不同时刻的“深度-温度”曲线图；
(6)研究分析曲线图的变化趋势及突变点，同一时刻“深度-温度”曲线图上深度接近h1的温度突变点所对应的深度即为乳化层所在位置。
根据测量结果，乳化层的位置在深度为h'处，且h'＝h1+(ni-1)d；其中ni为“深度-温度”曲线图上深度接近h1的温度发生突变点对应的温度传感器的编号(ni为第i个温度传感器的编号，ni＝i，i＝1,2,3,……)，h1为首个温度传感器离储罐底面的距离，d为相邻两温度传感器在储罐深度方向的距离；
本发明增加温度传感器21的数量可用于测量油层液位；根据上述步骤(6)研究分析曲线图的变化趋势及突变点，同一时刻“深度-温度”曲线图上深度远离h1的温度突变点所对应的深度即为油层所在位置(油层与空气的交界面与储罐底面的距离)。
根据测量结果，油层的位置在深度为hg处，且hg＝h1+(nk-1)d；其中nk为“深度-温度”曲线图上深度远离h1的温度发生突变点对应的温度传感器21的编号(nk为第k个温度传感器的编号，nk＝k，k＝1,2,3,…)。
本发明原油静置脱水罐乳化层液位测量方法,是基于以下热力学原理实现：
含水原油静置或加入破乳剂后，由于油轻水重的原理会在储罐内形成油层、乳化层及水层三层，当电加热系统利用电加热棒加热时，设电加热棒发热的热流密度为q，根据一维圆筒壁导热模型有：
式中，q指热流密度，单位w/m2；λ指导热率或导热系数，单位w/(m·k)；t1-t2指导热温差，单位k；r指半径，单位为m。
由于油、水、乳化层导热系数不相同(水的导热系数大于油，常温下为油导热系数的3-5倍)，必然会导致稳态导热热流密度不同，等量恒定热量传递到套管与液体壁面处，由于油的导热系数小，热量不易传递，会导致油层套管壁面处的温度上升速度大于水层套管壁面处的温度上升，通过温度传感器21的测量及信号的分析处理可以判定乳化层所处的深度。同理，由于油、空气导热系数不同，增加适当数量的温度传感器21，则同一时刻“深度-温度”曲线图上在油和空气分离层所对应的深度上有突变点，通过温度传感器21的测量及信号的分析处理可以判定油层所处的深度。
本发明原油静置脱水罐乳化层液位测量设备及测量方法可以用在油田开发后期原油脱水中对油水分界层液位的测量，也可用在油井产量的检测中，利用温度传感器判定油水分界层位置具有方法简单准确、精度高、费用低的优点，该原理同时可以应用于多相测量中，具有广阔的市场运用情景。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。