原油多相流红外智能计量系统的制作方法

本发明涉及原油多相流红外智能计量系统，特别是涉及原油生产中油、气、水含率的在线智能测量装置。
背景技术：
：近三十年来,在世界范围内，随着石油工业的勘探技术及原油开采已向沙漠、极地以及深海、远海等自然环境恶劣区域的扩张,特别是许多新开发的油田属于经济型边际油田,这种油田已不能承担传统分离技术所引发的高昂费用，所以，对于新型的、先进的计量检测技术的需求是日益增长。其中，以油田所必需的多相流量测定技术为代表的新型计量检测技术,在传统油田的改造及新油田、尤其是在边际油田的开发中，被英国石油公司(bp)等国际石油工业巨头列举为“决定未来油气工业成功的五大关键技术之一”。在油田，在原油开采生产过程中，为了准确地确定油田各油井的原油产量，了解地层油气含量及地层结构的变化，需要对油井产出液通称为多相流的相关参数及流量，进行计量并提供必要的检测数据，以优化生产程序更新设备达到提高原油采收率。而多相流计量检测是一项关键性技术，也是一直以来众所关注的焦点。但由于原油在流动过程中流型复杂、成分多变等原因，使得多相计量测定技术上的开发存在许多难点。因此，在全球范围内，世界各国在油、气、水含率的检测技术方面均投入很大精力以期有所突破，来适应现代科技所必备的技术升级、产品换代的需求。伴随着科技进步和技术创新，多相流检测技术不断呈现新局面，而油气水比率的测定则是该技术中的重中之重。为此世界各国创新了许多方法。然而迄今为止大多未拿到满意结果。原因是极难达到预期的精度。因此目前仅有γ射线法和红外线法达到了满意的精度，而为世界所公认。但γ射线法涉足到放射性的范畴，有污染源的隐患，会引发诸多担忧。而红外线法属清洁能源，无副作用，安全性好。但仍然沿袭经典仪表模式，先变成4-20ma电流或0-5v电压，再进行模数转换，过程比较复杂，不适合在线检测的升级。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种无放射性污染、检测过程简单、在油、气、水不分离的状态下用红外线在线测定原油中油、气、水比例的原油多相流红外智能计量系统。本发明主要是用《油气水红外智能检测仪》作为核心部件，与有关参数测定的相关设备与仪表相匹配，整合成专门的系统来完成原油中油气水相关参数的测试。本发明的智能测量系统主要包括：测量管路和设在该测量管路中的测量器件以及与这些测量器件相连的计算机。其中，在测量管路中从进油口到出油口依次安装有红外油气水智能检测仪、调节阀、压力传感器、气体流量计和超声波流量计，最好在红外油气水智能检测仪前面的测量管路上设有安全阀，这些器件均通过导线与专用计算机相连。所述的测量器件，除红外油气水智能检测仪和专用计算机外，余下的压力传感器、气体流量计、调节阀、超声波流量计、安全阀及管路配件等，均为现有技术产品，可外购。本发明所述的红外油气水智能检测仪主要包括：主壳体、光源组件、接收组件及专用计算机组件。所述的主壳体内设竖直的通腔，上下两端设有连接法兰。主壳体中间部分两侧设有两个具有同一水平轴线的水平腔，该两水平腔与竖直腔相连通。其中，一个腔内设有光源组件，另一个腔内设有接收组件。所述的光源组件主要包括：定位套a、观测窗a、定位座a、聚光透镜、红外光源、防爆接头a、密封垫圈a、外压盖a和密封压盖a。其中，定位套a为与主壳体一个水平腔形状对应的圆槽形壳体，其外端(远离中心一端)开口固定在主壳体上，其内端设通孔且通孔上镶嵌有蓝宝石片作为观测窗a，定位套a内设有与其对应的圆筒形定位座a，其与观测窗a相邻的一端内设径向凸台，凸台上设有聚光透镜，定位座a内设有另一径向凸台，凸台上设有红外光源，定位套a外端的开口上通过密封垫圈a与外压盖a相邻，该外压盖a设在密封压盖a的中心通孔内，密封压盖a内端压紧在定位套a开口上外周面通过紧固件与主壳体相连。另在外压盖a上设有中心螺孔，其与防爆接头a螺纹连接，红外光源的电源线通过防爆接头a与主壳体外的电源相连。所述的接收组件主要包括：定位套b、观测窗b、定位座b、红外图像传感器，防爆接头b、密封垫圈b、外压盖b和密封压盖b。其中，定位套b为与主壳体另一个水平腔形状对应的圆槽形壳体，其外端(远离中心一端)开口固定在主壳体上，其内端设通孔且通孔上镶嵌有蓝宝石片作为观测窗b，定位套b内设有与其对应的圆筒形定位座b，定位座b内设有红外图像传感器(外购)，其成像物镜一端与观测窗b相邻，而红外图像传感器的功能集成电路部分设在定位套b外面一端。定位套b外端的开口上通过密封垫圈b与外压盖b相邻，该外压盖b设在密封压盖b的中心通孔内，密封压盖b内端压紧在定位套b开口上外周面通过紧固件与主壳体相连。另在外压盖b上设有中心螺孔，其与防爆接头b螺纹连接，所述红外图像传感器的传输线通过防爆接头b与主壳体外的专用计算机通过u口接入。本发明所述的专用计算机组件主要包括：微机、微机座、微机座压盖、防爆玻璃座、防爆玻璃和防爆接头c。其中，微机座为侧向开口的槽形壳体，其槽底与所述主壳体侧壁活动连接。微机座内设有主机与显示器连为一体的微机即专用计算机，其主机为内装有专为石油工业设计的无缝集成化win7系统和测量数据专用数据处理软件的普通计算机，该专用计算机可整合和处理所有采集的原油测定特征参数，并计算出所需要的结果和数据。在微机显示器屏幕前面设有与其对应的防爆玻璃，其周边与框式防爆玻璃座由密封胶粘接。所述防爆玻璃座设在微机座压盖内，该微机座压盖四周与显示器座相连，中部设有与显示器屏幕对应的通孔。另在微机座下部设有防爆接头c，其一端位于微机座内，另一端位于微机座外，以便将微机座内的电线通过该防爆接头c与仪器外部连接。本发明的工作过程大致如下：在原油多相和分相介质不分离情况下，进入测量管路，首先经红外油气水测量仪，当红外光线打到含油气水的多相流层时，因油气水比例的不同反映出的光强度也不同，比如对油的透过率较差，透过的光强较暗，而对气和水透过率高光强度就大，可见不同比例的油气水必然反映不同的光强度，因此把光强度用成像的方法表现出来，那么成像后的像素元上就呈现不同的灰度等级，即黑白的对比，通过每个像素元进行采样细分，也就找到光能与像素的对应关系。根据辐射能定律找到辐射能与像素黑白对比的关系和相应的算法，编写出计算油气水比例的算法软件。红外检测器与专用计算机绑定在一起，通过专用的算法软件确定了油气水的比例，首先是原油占比的确定，然后通过超声波流量计测定总流量，由总流量和油占比即确定了油流量。经过气体流量计测定了气体流量，通过占比和流量的计算可得出油产量、气产量和水量的数据。压力在此仅作为辅助参数，它将对误差分析起到参考作用。所有数据可进入数据库和随时调用。从数据库调取的数据能呈现多种形式，如：报表、图表、数据表等，也可以通过互联网传给需要它的部门或人的电脑中。本发明与现有技术相比具有如下优点：1、本发明可实现油井产出液在油、气、水不分离状态下的三相流量和其他相关参数的在线、连续和实时监测和采集，获取所需要的油气水占比、原油产量等相关数据，精度优于2％，并可实现计算机本地储存及远程储存。与同类红外线法相比结构简单、体积小、价格经济，将数字化、信息化及智能化技术应用在生产中。与γ射线法相比没有污染，无副作用，安全性好。2、本发明采用组合仪表计量方式，可测取多种参数，例如：原油含率、流量、压力、温度等参数，并可以完成报表、图表、曲线及资料存取及远传功能。3、本发明可用于单井、计量间或转油站等场合或环节。可根据需要完成和补充相关参数的测量；所有计量任务均可按预先设定程序全自动完成；与《互联网+》的对接便于无人值守，远程监控和自动化管理。大量节省了人力成本和减轻劳动强度。4、本发明简化了原油的监测流程，减少计量管线上的漏点。其中，以红外线原理制成的红外油气水智能检测仪，处在微电流和弱电流工作模式，因此耗能低、使用寿命长、安全系数高、操作方便，运行可靠。5、本发明具有防爆功能，防护等级ip65，防爆等级exdⅱbt4，所述的各组件密封均为防爆设计形式，满足油田使用的安全要求。6、直接应用数字化技术，完成数字化、信息化、智能化的全性能；可按原油的现代化生产需求，添加、补充新功能，为“互联网+”提供技术平台。附图说明图1是本发明流程示意简图。图2是本发明红外油气水智能检测仪主视剖面示意图。图3是本发明红外油气水智能检测仪电路示意简图。图中：1、红外油气水智能检测仪，1.1主壳体，1.2光源组件，1.2.1密封压盖a，1.2.2外压盖a，1.2.3防爆接头a，1.2.4、压紧垫圈a，1.2.5定位套a，1.2.6定位座a，1.2.7观测窗a，1.2.8聚光透镜，1.2.9发光二极管，1.3接收组件，1.3.1密封压盖b，1.3.2外压盖b，1.3.3防爆接头b，1.3.4、压紧垫圈b，1.3.5定位套b，1.3.6定位座b，1.3.7观测窗b，1.3.8红外图像传感器，1.4专用计算机组件，1.4.1微机，1.4.2微机座压盖，1.4.3防爆玻璃，1.4.4防爆玻璃座，1.4.5微机座，1.4.6防爆接头c，1.4.7电源，2、压力传感器，3、气体流量计，4、超声波流量计，5、调节阀，6、安全阀。具体实施方式在图1所示的原油多相流红外智能计量系统示意简图中，本发明的智能测量系统主要包括：测量管路和设在该测量管路中的器件以及与这些器件相连的计算机。其中，在测量管路中从进油口到出油口依次安装有安全阀6、红外油气水智能检测仪1、调节阀5、压力传感器2、气体流量计3和超声波流量计4，所述这些器件均通过导线与专用计算机相连。所述的测量器件，除红外油气水智能检测仪和专用计算机外，余下的压力传感器、气体流量计、调节阀、超声波流量计、安全阀及管路配件等，均为外购产品。在图2所示的本发明红外油气水智能检测仪主视剖面示意图中，本发明所述的红外油气水智能检测仪主要包括：主壳体1.1、光源组件1.2、接收组件1.3及专用计算机组件1.4。所述的主壳体1.1内设竖直的通腔，上下两端设有连接法兰。主壳体中间部分两侧设有两个具有同一水平轴线的水平腔，该两水平腔与竖直腔相连通。其中，一个腔内设有光源组件，另一个腔内设有接收组件。所述的光源组件1.2的定位套a1.2.5为与主壳体一个水平腔形状对应的圆槽形壳体，其外端(远离中心一端)开口固定在主壳体上，其内端设通孔且通孔上镶嵌有蓝宝石片作为观测窗a1.2.7，定位套a内设有与其对应的圆筒形定位座a1.2.6，其与观测窗a相邻的一端内设径向凸台，凸台上设有聚光透镜1.2.8(规格直径20、焦距20)，定位座内设有另一径向凸台，凸台上设有红外光源即红外发光二极管1.2.9(规格1.5v0.2w，波长1±0.5微米)。定位套a1.2.5外端的开口上通过压紧垫圈a1.2.4与外压盖a1.2.2相邻，该外压盖a设在密封压盖a1.2.1的中心通孔内，密封压盖a1.2.1内端压紧在定位套a1.2.5开口上外周面通过紧固件与主壳体相连。另在外压盖a1.2.2上设有中心螺孔，其与防爆接头a1.2.3螺纹连接，红外发光二极管的电源线通过防爆接头a与主壳体外的专用计算机内置电源相连。所述的接收组件1.3的定位套b为与主壳体另一个水平腔形状对应的圆槽形壳体，其外端(远离中心一端)开口固定在主壳体上，其内端设通孔且通孔上镶嵌有蓝宝石片作为观测窗b1.3.7，定位套b内设有与其对应的圆筒形定位座b1.3.6，定位座b1.3.6内设有红外图像传感器1.3.8(外购，型号ks720b)，其成像物镜一端与观测窗b1.3.7相邻，而红外图像传感器的功能集成电路部分设在定位套b1.3.5外面一端。定位套b1.3.5外端的开口上通过压紧垫圈b1.3.4与外压盖1.3.2相邻，该外压盖b设在密封压盖b1.3.1的中心通孔内，密封压盖b1.3.1内端压紧在定位套b1.3.5开口上外周面通过紧固件与主壳体相连。另在外压盖b1.3.2上设有中心螺孔，其与防爆接头b1.3.3螺纹连接，所述红外图像传感器的传输线通过防爆接头b1.3.3与主壳体外的专用计算机通过u口接入。本发明所述的专用计算机组件1.4中，微机座1.4.5为侧向开口的槽形壳体，其槽底与所述主壳体侧壁活动连接。微机座内设有主机与显示器连为一体的微机1.4.1即专用计算机，其主机为内装有专为石油工业设计的无缝集成化win7系统和测量数据专用数据处理软件的普通计算机，在微机显示器屏幕前面设有与其对应的防爆玻璃1.4.3，其周边与框式防爆玻璃座1.4.4由密封胶粘接。该防爆玻璃座设在微机座压盖1.4.2内，该微机座压盖四周与微机座相连，中部设有与显示器屏幕对应的通孔。另在微机座下部设有防爆接头c1.4.6，其一端位于微机座内，另一端位于微机座外，以便将微机座内的电线通过该防爆接头c与仪器外部连接。本发明电源采用由专用计算机内置电源作为整个系统的电源，并由专用计算机控制及配给系统。在图3所示的本发明红外油气水智能检测仪电路示意简图中，微机1.4.1内置电源1.4.7电源功率设定为10ah(安培小时)，并为可充电模式，其作为整个系统的电源，通过设有开关的1.5v电路与红外油气水智能检测仪光源组件1.2.的红外光源相连，计算机内置电源还通过另一设有开关的5v电路与红外油气水智能检测仪接收组件1.3的红外传感器相连，红外传感器又通过信号线与专用计算机相连。本发明与现有技术对比表如下：表1美国威德福公司(weathford)红眼二代(redeye2g)性能指标光电源10—30vdc,8w环境温度-40℃—65℃计量精度±2％输出方式4-20ma(含水率)仪表输出4-20ma或脉冲显示2线16位荧光数码器或液晶lcd通讯modbusrtu通讯接口rs-232\rs485防爆等级exdⅱbt3表2本发明红外油气水智能检测仪性能指标电源1.5vdc，0.2w环境温度-40℃—65℃计量精度优于±2％输出方式电脑数字化数据输出和目标图像显示显示方式电脑显示屏通讯有线或无线网上通讯有线接口usb接口防爆等级exdⅱbt4供电方式电脑电源控制用电功率,有用户选择多种模式美国的威德福公司(weathford)利用红外原理研制的《红眼二代》(redeye2g)同样达到了高精度，但解决方案上与我们走了不同的技术路线，美国运用的是经典仪表研制模式，中间有个模拟量与数字量关系的转换。所以还有待于升级。其主要功能指标请参照表1，而我们采用的是直接数字化模式，功能指标如表2，相比后可发现我们与美国的《红眼二代》是完全不同的思路。当前第1页12