[go: up one dir, main page]

RU2135984C1 - Method of determining water content in oil stream of an oil deposit - Google Patents

Method of determining water content in oil stream of an oil deposit Download PDF

Info

Publication number
RU2135984C1
RU2135984C1 RU98110768A RU98110768A RU2135984C1 RU 2135984 C1 RU2135984 C1 RU 2135984C1 RU 98110768 A RU98110768 A RU 98110768A RU 98110768 A RU98110768 A RU 98110768A RU 2135984 C1 RU2135984 C1 RU 2135984C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oil
electromagnetic waves
moisture content
stream
electromagnetic
Prior art date
Application number
RU98110768A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Г.Н. Ахобадзе
Original Assignee
Институт проблем управления РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт проблем управления РАН filed Critical Институт проблем управления РАН
Priority to RU98110768A priority Critical patent/RU2135984C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2135984C1 publication Critical patent/RU2135984C1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas production. SUBSTANCE: method is based on using a parameter of electromagnetic oscillations passed through controlled stream, mentioned parameter being electromagnetic oscillation frequency. Water content is calculated in terms of equation presented in description. EFFECT: increased determination accuracy. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in process control systems.

Известен способ, реализуемый влагомером сырой нефти (В.А. Викторов и др. "Радиоволновые измерения технологических процессов", М.: "Энергоатомиздат", 1989, стр. 170), в котором по разности фаз волн в измерительном и опорном волноводах, заполненных соответственно обводненной и эталонный нефтью, определяют влагосодержание потока нефти одного месторождения. A known method implemented by a hydrometer for crude oil (V.A. Viktorov et al. "Radio wave measurements of technological processes", M .: "Energoatomizdat", 1989, p. 170), in which the phase difference of the waves in the measuring and reference waveguides filled respectively watered and reference oil, determine the moisture content of the oil flow of one field.

Недостатком этого известного способа является сложность процедуры определения влагосодержания, связанная с необходимостью образования одновременно двух - измерительного и опорного каналов. The disadvantage of this known method is the complexity of the procedure for determining moisture content, associated with the need to form simultaneously two - measuring and reference channels.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип способ определения влагосодержания (В.А. Викторов и др. "Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин", М.: "Наука", 1978, стр. 253). В устройстве, реализуемом указанный способ, колебания СВЧ-генератора поступают через ферритовые вентили и направленный ответвитель, включенный между ними, в передающую рупорную антенну. Электромагнитная волна, прошедшая через контролируемую среду, поступает в приемную рупорную антенну и далее в детекторную секцию для измерения прошедшей через среду мощности, связанной с влажностью. The closest technical solution to the proposed one is the method of determining moisture content adopted by the author for the prototype (V.A. Viktorov et al. "High-frequency method for measuring non-electric quantities", Moscow: Nauka, 1978, p. 253). In the device that implements this method, the oscillations of the microwave generator pass through ferrite gates and a directional coupler connected between them into the transmitting horn antenna. An electromagnetic wave transmitted through the controlled medium enters the receiving horn antenna and then into the detector section to measure the moisture-related power transmitted through the medium.

Недостатком данного способа следует считать погрешность, обусловленную влиянием различных возмущающих воздействий на мощность электромагнитной волны при ее измерении. The disadvantage of this method should be considered the error due to the influence of various disturbing effects on the power of the electromagnetic wave during its measurement.

Задачей заявляемого технического решения является повышение точности измерения влажности потока нефти. The objective of the proposed technical solution is to increase the accuracy of measuring the moisture content of the oil stream.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения влагосодержания потока нефти одного месторождения, основанном на использовании параметра электромагнитных колебаний, прошедших через контролируемый поток, в качестве информативного параметра электромагнитных колебаний используют их частоту и рассчитывают влагосодержание W потока нефти по формуле

Figure 00000002

где fпр - частота прошедших через поток нефти электромагнитных колебаний, λ - длина волны электромагнитных колебаний в свободном пространстве, C - скорость волны электромагнитных колебаний в свободном пространстве, εн - диэлектрическая проницаемость нефти.The problem is achieved in that in the method for determining the moisture content of the oil flow of one field, based on the use of the parameter of electromagnetic waves transmitted through the controlled stream, their frequency is used as an informative parameter of electromagnetic waves and the moisture content W of the oil stream is calculated by the formula
Figure 00000002

where f CR - the frequency of electromagnetic waves transmitted through the oil flow, λ is the wavelength of electromagnetic waves in free space, C is the wave velocity of electromagnetic waves in free space, ε n is the dielectric constant of the oil.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что при воздействии на поток нефти электромагнитными колебаниями по их частоте получают информацию о влагосодержании контролируемого потока. The essence of the claimed invention, characterized by a combination of the above features, is that when exposed to electromagnetic flow by electromagnetic waves, their frequency receives information about the moisture content of the controlled stream.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существенных признаков позволяет решить поставленную задачу определения влагосодержания потока нефти на основе использования параметра прошедших через контролируемый поток нефти электромагнитных колебаний с желаемым техническим результатом, т.е. высокой точностью измерения. The presence in the claimed method of a combination of the essential features listed above allows us to solve the problem of determining the moisture content of the oil flow based on the use of the parameter of electromagnetic waves transmitted through the controlled oil flow with the desired technical result, i.e. high accuracy of measurement.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ. The drawing shows a functional diagram of a device that implements the proposed method.

Устройство, реализующее данное техническое решение, содержит генератор электромагнитных колебаний 1, передающую и приемную рупорные антенны (излучатель и приемник соответственно) 2 и 3, установленные диаметрально на наружной поверхности трубопровода 4, и частотомер 5. A device that implements this technical solution contains an electromagnetic oscillation generator 1, a transmitting and receiving horn antenna (emitter and receiver, respectively) 2 and 3, mounted diametrically on the outer surface of the pipeline 4, and a frequency counter 5.

Предлагаемый способ основывается на определении зависимости частоты электромагнитных колебаний от фазовой скорости их волны при ее распространении по водоэмульсионному потоку. The proposed method is based on determining the dependence of the frequency of electromagnetic waves on the phase velocity of their waves during its propagation through the water emulsion stream.

В рассматриваемом случае обводненный поток нефти из-за относительно высокой диэлектрической проницаемости воды (εв≃ 80) целесообразно рассмотреть как замедляющую систему, оказывающую влияние на скорость распространения электромагнитной волны при ее прохождении через контролируемый поток нефти. Тогда, как следует из работы И. В. Лебедев "Техника и приборы СВЧ", М.: Высшая школа, 1970, стр. 378, для коэффициента замедления Kзам данного водоэмульсионного потока нефти будем иметь

Figure 00000003

где C - скорость волны в свободном пространстве, vф - фазовая скорость волны в потоке, λ - длина волны в свободном пространстве, λзам - длина волны в замедляющем водоэмулсионном потоке. С другой стороны, из электродинамики известно, что при распространении электромагнитной волны по диэлектрической среде для параметра vф можно записать
Figure 00000004

где ε - диэлектрическая проницаемость контролируемой среды.In the case under consideration, the flooded oil flow due to the relatively high dielectric constant of water (ε at ≃ 80) should be considered as a decelerating system that affects the propagation velocity of an electromagnetic wave as it passes through a controlled oil flow. Then, as follows from the work of I. V. Lebedev, “Microwave Technique and Devices,” Moscow: Vysshaya Shkola, 1970, p. 378, for the deceleration coefficient K deputy of a given water-based oil flow we will have
Figure 00000003

where C is the speed of the wave in free space, v f is the phase velocity of the wave in the stream, λ is the wavelength in free space, λ deputy is the wavelength in the decelerating water emulsion flow. On the other hand, from electrodynamics it is known that when an electromagnetic wave propagates through a dielectric medium for parameter v f, we can write
Figure 00000004

where ε is the dielectric constant of the controlled medium.

Из сравнения формул (1) и (2) видно, что при взаимодействии электромагнитной волны с водоэмульсионным потоком нефти может иметь место замедление волны, длина которой определяется как

Figure 00000005

Сопоставление выражений (2) и (3) позволяет получить равенство, характеризующее зависимость фазовой скорости волны в обводненом потоке от ее длины
λvф= Cλзам.
Анализ этого выражения показывает, что в этом случае любое изменение фазовой скорости, обусловленное непостоянством диэлектрической проницаемости контролируемой среды, может привести к увеличению или уменьшению длины замедляющей волны. Следовательно, согласно эффекту нормальной дисперсии электромагнитных волн в замедляющих системах при уменьшении фазовой скорости vф (увеличении диэлектрической проницаемости ε) частота электромагнитных колебаний в определенном диапазоне длин волн должна расти и наоборот. В силу этого выражение (3) с учетом λзам= C/fзам, где fзам - частота замедленных водоэмульсионным потоком электромагнитных колебаний, примет следующий вид:
Figure 00000006

Подставляя в выражение (4) известную зависимость диэлектрической проницаемости обводненного потока нефти (формула Винера) от влагосодержания, получим
λ2f 2 зам = C2εн+3C2εнW,
где εн - диэлектрическая проницаемость нефти, W - влагосодержание.From a comparison of formulas (1) and (2), it can be seen that during the interaction of an electromagnetic wave with a water-emulsion oil flow, a wave can slow down, the length of which is defined as
Figure 00000005

A comparison of expressions (2) and (3) allows us to obtain the equality characterizing the dependence of the phase velocity of the wave in the flooded stream on its length
λv f = Cλ deputy.
An analysis of this expression shows that in this case, any change in the phase velocity due to instability of the dielectric constant of the controlled medium can lead to an increase or decrease in the length of the decelerating wave. Therefore, according to the effect of normal dispersion of electromagnetic waves in slowing down systems, with a decrease in the phase velocity v f (increase in the dielectric constant ε), the frequency of electromagnetic waves in a certain range of wavelengths should increase and vice versa. By virtue of this, expression (3), taking into account λ deputy = C / f deputy , where f deputy is the frequency of electromagnetic oscillations slowed down by the emulsion flow, will take the following form:
Figure 00000006

Substituting into expression (4) the known dependence of the dielectric constant of the watered oil flow (Wiener formula) on the moisture content, we obtain
λ 2 f 2 deputy = C 2 ε n + 3C 2 ε n W,
where ε n is the dielectric constant of oil, W is the moisture content.

Отсюда для влагосодержания W имеем

Figure 00000007

Из последнего выражения вытекает, что при постоянном значении диэлектрической проницаемости нефти (одной сортности нефти) по величине частоты замедленных электромагнитных колебаний можно оценить влагосодержание в обводненном потоке нефти.Hence, for moisture content W, we have
Figure 00000007

From the last expression it follows that at a constant value of the dielectric constant of oil (of the same oil grade), the moisture content in the flooded oil stream can be estimated from the value of the frequency of slowed-down electromagnetic oscillations.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Микроволновый сигнал генератора электромагнитных колебаний 1 с помощью передающей рупорной антенны 2 поступает в поток нефти, протекающий по трубопроводу 4. Далее после взаимодействия с контролируемой средой сигнал проходит через нее и улавливается приемной рупорной антенной (приемником) 3. С выхода последнего замедленные потоком нефти электромагнитные колебания подаются на частотомер 5, посредством которого оценивается величина частоты прошедших через поток электромагнитных колебаний, связанной с влагосодержанием W. Учитывая, что в данном случае съем прошедшего сигнала и измерение его частоты осуществляются при полном заполнении полости приемника водоэмульсионным потоком нефти, частоту прошедших электромагнитных колебаний fпр можно считать равной частоте fзам.A device that implements the proposed method works as follows. The microwave signal of the electromagnetic oscillation generator 1 through the transmitting horn antenna 2 enters the oil stream flowing through the pipe 4. Then, after interacting with the controlled medium, the signal passes through it and is picked up by the receiving horn antenna (receiver) 3. Electromagnetic oscillations slowed down by the oil flow from the output of the latter served on the frequency meter 5, through which the magnitude of the frequency of the electromagnetic waves transmitted through the flow associated with the moisture content of W. is estimated. Given that in nnom case its removal frequency of the transmitted signal and the measurement made when full flow of water-based receiver cavity oil past frequency f of electromagnetic waves etc. can be considered equal to the frequency f deputy.

Таким образом, согласно предлагаемому способу на основе измерения частоты прошедших через водоэмульсионный поток нефти электромагнитных колебаний можно обеспечить более высокую точность измерения влагосодержания потока нефти одного месторождения (одной сортности нефти). Thus, according to the proposed method, based on measuring the frequency of electromagnetic waves transmitted through a water-emulsion oil flow, it is possible to provide a higher accuracy of measuring the moisture content of an oil flow of one field (one oil grade).

Claims (1)

Способ определения влагосодержания потока нефти одного месторождения, при котором на поток нефти воздействуют электромагнитными колебаниями и по параметру электромагнитных колебаний, прошедших через контролируемый поток, судят о его влагосодержании, отличающийся тем, что в качестве информативного параметра электромагнитных колебаний используют их частоту и рассчитывают влагосодержание W потока нефти по формуле
Figure 00000008

где fпр - частота прошедших через поток нефти электромагнитных колебаний;
λ - длина волны электромагнитных колебаний в свободном пространстве;
C - скорость волны электромагнитных колебаний в свободном пространстве;
εн - диэлектрическая проницаемость нефти.
The method for determining the moisture content of the oil flow of one field, in which the oil flow is affected by electromagnetic oscillations and, according to the parameter of electromagnetic waves transmitted through the controlled stream, their moisture content is judged, characterized in that their frequency is used as an informative parameter of electromagnetic waves and the moisture content W of the stream is calculated oil formula
Figure 00000008

where f CR - the frequency of electromagnetic waves transmitted through the oil flow;
λ is the wavelength of electromagnetic waves in free space;
C is the wave velocity of electromagnetic waves in free space;
ε n - dielectric constant of oil.
RU98110768A 1998-06-04 1998-06-04 Method of determining water content in oil stream of an oil deposit RU2135984C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98110768A RU2135984C1 (en) 1998-06-04 1998-06-04 Method of determining water content in oil stream of an oil deposit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98110768A RU2135984C1 (en) 1998-06-04 1998-06-04 Method of determining water content in oil stream of an oil deposit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2135984C1 true RU2135984C1 (en) 1999-08-27

Family

ID=20206913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98110768A RU2135984C1 (en) 1998-06-04 1998-06-04 Method of determining water content in oil stream of an oil deposit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2135984C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2358260C2 (en) * 2007-04-03 2009-06-10 Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "Спектр" Device for determining physical state of and quality of substance in main pipeline
CN104267046A (en) * 2014-07-31 2015-01-07 浙江大学 Device and method for microwave transmission method-based detection of water content of oily sludge deposited at tank bottom in storage and transport

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4429273A (en) * 1981-03-20 1984-01-31 Texaco Inc. Oil-water monitor
SU1437751A1 (en) * 1986-07-01 1988-11-15 Московский Институт Нефти И Газа Им.И.М.Губкина Method of determining by-component composition of oil well product
SU1469399A1 (en) * 1987-03-16 1989-03-30 Калининградский государственный университет Method and apparatus for measuring humidity of loose matter in a stream
SU1497531A1 (en) * 1987-06-05 1989-07-30 Институт проблем управления Method of determining moisture content of dielectric substance
SU1658048A1 (en) * 1989-07-14 1991-06-23 Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова Device for determining moisture content in commercial oil flow

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4429273A (en) * 1981-03-20 1984-01-31 Texaco Inc. Oil-water monitor
SU1437751A1 (en) * 1986-07-01 1988-11-15 Московский Институт Нефти И Газа Им.И.М.Губкина Method of determining by-component composition of oil well product
SU1469399A1 (en) * 1987-03-16 1989-03-30 Калининградский государственный университет Method and apparatus for measuring humidity of loose matter in a stream
SU1497531A1 (en) * 1987-06-05 1989-07-30 Институт проблем управления Method of determining moisture content of dielectric substance
SU1658048A1 (en) * 1989-07-14 1991-06-23 Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова Device for determining moisture content in commercial oil flow

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Викторов В.А. Высокочастотный метод измерения неэлектрический величин. - М.: Наука, 1978, с.253. Викторов В.А. Радиоволновые измерения технологических процессов. - М.: Энергоатомиздат, 1989, с.170. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2358260C2 (en) * 2007-04-03 2009-06-10 Закрытое акционерное общество Научно-исследовательский институт интроскопии Московского научно-производственного объединения "Спектр" Device for determining physical state of and quality of substance in main pipeline
CN104267046A (en) * 2014-07-31 2015-01-07 浙江大学 Device and method for microwave transmission method-based detection of water content of oily sludge deposited at tank bottom in storage and transport

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4423623A (en) Microwave meter for fluid mixtures
US4902961A (en) Microwave system for monitoring water content in a petroleum pipeline
US6067861A (en) Method and apparatus for ultrasonic doppler velocimetry using speed of sound and reflection mode pulsed wideband doppler
KR101680161B1 (en) Radar Level Gauge System Using a Waveguiding Structure with Periodically Arranged Reference Impedance Transitions
JP4132348B2 (en) Method and apparatus for measuring the viscosity of a fluid in a container
JP2831462B2 (en) Concentration measuring device
US4301400A (en) Microwave water in crude monitor
US3079551A (en) Apparatus and method for measurement of moisture content
US4320665A (en) Method and means for measuring flow of a two phase fluid
RU2063615C1 (en) Method of measurement of component-by-component flow of three-component gas-and-liquid flow and device for its implementation
RU2365903C1 (en) Method for measurement of moisture content and salt content in oil
RU2135984C1 (en) Method of determining water content in oil stream of an oil deposit
SU1257409A1 (en) Device for measuring mass flow rate of substance
JP2920197B2 (en) Oil flow analyzer and method
RU2194950C2 (en) Device for determination of flow rate of two- component agent in pipe line
US5936160A (en) Method and apparatus for measuring sound velocity in liquid
Kaatze et al. Below cut-off piston attenuator as a calculable signal vernier for microwaves up to 15 GHz
RU2131600C1 (en) Process determining moisture content in oil product in dielectric pipeline
RU2612033C1 (en) Method for measuring composition of three-component water-containing substance in stream
RU2073852C1 (en) Shf-apparatus for measuring moisture content in petroleum and petroleum products
RU2279666C1 (en) Method of determining volume moisture content of water-saturated oil product in metallic vessel
Rogers et al. Ultrasonic level, temperature, and density sensor
Javanaud et al. Evidence for sound absorption in emulsions due to differing thermal properties of the two phases
SU1753281A1 (en) Device for determining mass flow rate of material
Akhobadze Measuring water content in oil flow using microwave radiation