一种基于电容法的油基泥浆含水率测量装置

1.本实用新型涉及含水率测量装置技术领域，尤其涉及一种基于电容法的油基泥浆含水率测量装置。


背景技术：

2.油基钻井液主要成分为油、水、有机粘土和油溶性处理剂等，故又被称为油基泥浆，相较水基钻井液，油基泥浆有着耐高温、稳定性强、耐盐钙侵蚀、润滑效果好、减小对油气藏污染等优点，在高温钻井、深丼和大斜度井等领域有着重要应用。与此同时，废弃油基泥浆经长期存放，对周围环境及周边人群有潜在威胁，废弃油基泥浆中含有较高基础油以及钻井过程中携带出来的胶质、沥青质、挥发性有机物以及重金属等，会对土壤植被、大气质量、地下水质造成破坏，甚至会危害人和动物的生理生化机能，所以测定油基泥浆中的含水率，对于其在钻井业中的应用以及废弃回收处理有重要的意义；
3.目前，油基泥浆的含水率测定方法主要有水分测定器蒸馏法、烘干减量法及射频法，其中蒸馏法与烘干减量法都是对少量样品进行取样检测，精度虽高，但耗时长，测量复杂且无法做到在线测量，效率不高；而射频法是基于介质的射频阻抗理论，将油基泥浆作为电介质，通过测定其对射频信号所呈现的阻抗特性变化来测量油基泥浆中的含水率，工作稳定、测量准确高，但其测量装置的使用和维护较复杂，需要随时对测量仪器进行清洗，并且由于射频频率不够高，从而测量的区分度较低，进而导致测量精准度不高，因此，本实用新型提出一种基于电容法的油基泥浆含水率测量装置用以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型的目的在于提出一种基于电容法的油基泥浆含水率测量装置，解决现有的油基泥浆含水率测量装置测量效率不高、装置结构复杂且不便于使用以及测量精度不高的问题。
5.为了实现本实用新型的目的，本实用新型通过以下技术方案实现：一种基于电容法的油基泥浆含水率测量装置，包括变送器表头、连接钢管、探头防护罩和检测探头，所述变送器表头上设有led数码仪表屏，所述变送器表头内安装有v/i转换模块以及集成有主控电路的pcb板，所述变送器表头底端设有过渡接头，所述过渡接头底端与连接钢管固定连接，所述检测探头设有两片，两片所述检测探头与两片所述检测探头之间的空腔共同构成一个电容传感器，两片所述检测探头分别通过探头导线与变送器表头电连接，所述连接钢管底端固定有不锈钢三通管，所述不锈钢三通管两侧均连接有不锈钢弯头管，所述不锈钢弯头管底端与检测探头连接，所述探头防护罩套设于检测探头外部。
6.进一步改进在于：所述探头防护罩为不锈钢防护罩，所述检测探头在探头防护罩内的同一水平面呈平行排列。
7.进一步改进在于：所述探头防护罩上开设有圆形流油孔，所述圆形流油孔在探头防护罩上呈均匀分布。
8.进一步改进在于：所述连接钢管内部设有两根互不接触的导线钢管，两片所述检测探头上的探头导线分别设于两根互不接触的导线钢管内。
9.进一步改进在于：所述连接钢管内设有接地导线，所述连接钢管通过接地导线与变送器表头内的电源连接以作接地处理。
10.进一步改进在于：两片所述检测探头分别为电容测量模块和pt100温度测量模块，两片所述检测探头均为尼龙材质。
11.本实用新型的有益效果为：本实用新型包括变送器表头、连接钢管、探头防护罩和检测探头，通过两片检测探头构成了电容的两极，油基泥浆成为了其中的电介质，其含水率改变，电介质的介电常数也随之改变，所构成电容的电容值也随着改变，借此实现对油基泥浆含水率的高精度测量，且检测效率高，实现了装置的小型化，方便拆卸和移动，且相较于传统管状电容式传感器，使用两片检测探头构成开放式电容，更方便进行装置的清洗、维修，也避免了油基泥浆在探头内残留并影响下一次测量。
附图说明
12.图1是本实用新型实施例一的油基泥浆含水率测量装置主视图；
13.图2是本实用新型实施例一的油基泥浆含水率测量装置侧视图；
14.图3是本实用新型实施例二的油基泥浆含水率测量装置电路连接工作原理图。
15.其中：1、变送器表头；2、连接钢管；3、探头防护罩；4、检测探头；5、过渡接头；6、不锈钢三通管；7、不锈钢弯头管；8、圆形流油孔。
具体实施方式
16.为了加深对本实用新型的理解，下面将结合实施例对本实用新型做进一步详述，本实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。
17.实施例一
18.根据图1、图2所示，本实施例提供了一种基于电容法的油基泥浆含水率测量装置，包括变送器表头1、连接钢管2、探头防护罩3和检测探头4，变送器表头1上设有led数码仪表屏，变送器表头1内安装有v/i转换模块以及集成有主控电路的pcb板，主控电路用于对检测数据进行数据采集和处理以获得油基泥浆的含水率，变送器表头1底端设有过渡接头5，过渡接头5底端与连接钢管2固定连接，检测探头4设有两片，两片检测探头4与两片检测探头4之间的空腔共同构成一个电容传感器，两片检测探头4分别通过探头导线与变送器表头1电连接，连接钢管2底端固定有不锈钢三通管6，不锈钢三通管6两侧均连接有不锈钢弯头管7，不锈钢弯头管7底端与检测探头4连接，探头防护罩3套设于检测探头4外部。
19.探头防护罩3为不锈钢防护罩，检测探头4在探头防护罩3内的同一水平面呈平行排列，保证了探测的精度。
20.探头防护罩3上开设有圆形流油孔8，圆形流油孔8在探头防护罩3上呈均匀分布，可以保证油基泥浆均匀地流经两片检测探头4间的空腔，来获得准确且快速的电容变化量。
21.连接钢管2内部设有两根互不接触的导线钢管，两片检测探头4上的探头导线分别设于两根互不接触的导线钢管内，通过互不接触的设计，依次消除两探头导线间的耦合电容，去除了耦合电容的影响。
22.连接钢管2内设有接地导线，连接钢管2通过接地导线与变送器表头1内的电源连接以作接地处理，以此提高装置的安全性并消除接地导线导线与钢管件的耦合电容。
23.两片检测探头4分别为电容测量模块和pt100温度测量模块，两片检测探头4均为尼龙材质。
24.实际测量时，将检测探头4插入油基泥浆并使油基泥浆均匀地流经两片检测探头4之间的空腔，两片检测探头4与其间的空腔构成了一个电容传感器，待测油基泥浆成为了其中的电介质，通过检测探头4检测电容值，并利用探头导线将检测数据发送至变送器表头1内的主控芯片上，通过混合介质的等效介电常数ε作为中间变量建立含水率与电容值之间的函数关系式：
25.c＝f(ε)
26.式中，ε＝g(ε0，εw，α)，ε0为无水油基泥浆介电常数，εw为水的介电常数，α为油基泥浆含水率；
27.该函数的建立主要涉及两个方面，一是计算传感器探头及内部介质的电容，建立关系式c＝f(ε)，进而根据电容值推算出混合介质的等效介电常数，当采用同轴电容传感器时，两电极之间仅充有待测介质时，函数关系为：
[0028][0029]
式中l为传感器的长度，ra为同轴传感器外电极内径，rb为同轴传感器内电极外径,通过上述计算，可得混合介质的等效介电常数ε的函数表达式；
[0030]
二是混合介质等效介电常数的计算，多相体系的介电常数取决于各相的介电常数、体积分数以及各相之间的配置情况，混合介质等效介电常数和相关的数学模型有多种，应用这些模型可以计算原油含水率全量程(0～100％)的相对介电常数。
[0031]
实施例二
[0032]
根据图3所示，本实施例提供了一种油基泥浆含水率测量装置，包括电容测量模块、pt100温度测量模块、主控芯片、v/i转换模块和led数码显示，电容测量模块的输出端与pt100温度测量模块的输出输出端均与主控芯片stm32f103rct6连接，利用主控芯片实现数据采集和处理，并输出到v/i转换模块，获得数字化的油基泥浆含水率，并用显示到led数码显示上，还可以将所测数据通过usb接口实现远距离数据传输，发送至上位计算机进行实时监控，或通过swd调试接口采用常规数据处理方法来实现在线检测控制。
[0033]
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。