专利名称：一种采用红外图像光度法的原油含水率在线检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石油检测技术领域，特别是涉及一种原油含水率的在线检测仪。
背景技术：
原油含水率的在线检测是油田生产过程中的重要环节，它将代替人工检测而促进油田生产的自动化。原油是由互不相溶的油水两相流体组成的，其中也包含油水之间存在的乳化层。虽然现有微波法、电容法、电导率法、射线法等形成多种检测装置，但它们在测量精度上、稳定性和安全环保等方面都存在不少问题。与本实用新型最为接近的已有技术是专利号为US 7，233，001B2的美国专利，发明名称为“多通道红外光学液相组份仪”(multi-channel infrared optical phasefraction meter)。如图I所示，由红外福射源101发出的红外光通过聚光镜102射入采样窗口 103和105，原油样品104从采样窗口 103和105之间流过，被成像物镜106聚焦在传光光纤束107上，传光光纤束107由4组光纤108组成，每组光纤的出口都配有一个固定波长的红外窄带滤光片109，在每一个红外窄带滤光片的后面都装有相应波长的红外接收器110，测量出原油含水率的参数，进而计算出原油的含水率。该“多通道红外光学液相组份仪”存在的主要问题是只能测量出原油样品某局部的平均数值，并不能反映某细节的真实数值，也无法对样品进一步采样细分，因此影响测量精度。
发明内容为了克服已有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于采用“红外图像光度法”实现对原油含水率的高精度测量。 本实用新型要解决的技术问题是提供一种采用红外图像光度法的原油含水率在线检测仪。解决技术问题的技术方案如图2所示，包括红外辐射源201、聚光镜202、样品室入射窗口 203、出射窗口 204、原油样品通道205、成像物镜206、半反半透组合棱镜207、红外成像单元208、红外探测单元209 ;其中，红外成像单元208中包含第一红外窄带滤光片210、CXD成像器件211、视频输出器212 ;在红外探测单元209中包含第二红外窄带滤光片213、红外探测器214、探测器驱动电路215、在线检测仪壳体216、原油流经管道301和管道密封压盖302。在该在线检测仪的光轴上，从左至右依次放置红外辐射源201、聚光镜202、样品室入射窗口 203、出射窗口 204、成像物镜206、半反半透组合棱镜207、在红外成像单元208中有第一红外窄带滤光片210、CXD成像器件211、视频输出器212 ;红外辐射源201位于聚光镜202的焦点上，样品室入射窗口 203、出射窗口 204两者之间互相平行且垂直于光轴，形成原油样品通道205 ;成像物镜206的左焦面与样品室出射窗口 204的内表面重合，成像物镜206的右焦面与CXD成像器件211的接收面和红外探测单元209中的红外探测器214的接收面光学共轭；半反半透组合棱镜207的分光面与光轴成45°角，在半反半透组合棱镜207分光面的透射光的光轴上，依次置有第一红外窄带滤光片210、CXD成像器件211，CXD成像器件的接收面位于成像物镜206的右焦面上，CXD成像器件211与视频输出器212之间有导线连接，视频输出器212通过USB接口和计算机相连；在半反半透组合棱镜207的反射光的光轴上，依次置有第二红外窄带滤光片213、单元红外探测器214和探测器驱动电路215，红外探测器214的接收面位于成像物镜206的右焦面上，红外探测器214与探测器驱动电路215之间有导线连接，驱动电路215通过串行接口和计算机相连；该在线检测仪的左边头部的光路和右边的红外成像单元208以及右上部的红外探测单元209均被在线检测仪壳体216罩上，对外部封闭；在应用时，该在线检测仪的左侧头部通过原油流经管道上的插孔，插入原油流经管道301内，使在线检测仪左侧头部内的原油样品通道205对准原油流经管道301的中心，在线检测仪左侧头部和原油流经管道301的插孔外用管道密封压盖302压住密封。 样品室入射窗口 203和出射窗口 204的结构相同，如图4所示，是由基底401、导电膜402、电极403和宝石体404组成；在基底401上镀有导电膜402，在导电膜402的两端镀有电极403，宝石体404紧压在导电膜402和电极403上，在样品室入射窗口 203和出射窗口 204形成原油样品通道205，使具有宝石体404的面朝里相对安装，让原油顺利流过。该在线检测仪的检测数据通过USB接口输入计算机中，并经事先设计的计算机软件采集检测数据，如图5所示，进行数据处理后，得出原油含水率。工作原理说明通过采用红外图像光度法的原油含水率在线检测仪进行井口在线测量，可以直接安装在输油管道中或安装在输油管道的分支油路中。为保证测量精度，最好的方案是将原油含水率在线检测仪安装在输油管道垂直部分。当原油流经在线检测仪的样品室时，由于样品室窗口材料具有高硬度和高表面光洁度，同时样品室窗口材料被加热到一定的温度，使原油样品快速地流动，有利于快速采样。本实用新型采用CCD光电成像器件取代现有专利中的光纤探头和单元红外探测器，在红外辐射波段0.85 y由于原油具有强烈的吸收，而水具有较高的透明度。对原油样品进行采样细分。每个像素元是一个通道，通过对所有通道进行综合的计算，得到精确的油水比。在另一红外辐射波段1.95 ii由于水具有强烈的吸收，而原油具有较高的透明度。通过预先的标定，可以采用单元红外辐射接收器确定水的含量，以校正原油含水率的结果。红外辐射在原油样品中的吸收遵守光在同性介质中的吸收规律。当光通过油和水的时候，遵从E指数规律衰减，即有I=Ioe_a.L (I)L是被测样品的厚度，即油路输入窗口和输出窗口的距离；10为入射光的强度，I为透射样品后光线的强度；a是光束的衰减系数。对油水混合的样品，则有L = Lo+Lw其中，Lo为油相的厚度，Lw为水相的厚度。I = I0e_(ao'Lo+aw'Lw) (2)a O是原油的衰减系数，a w是水的衰减系数。则原油的含水率为P = Lw/L[0022]即Lw = L P 和 Lo = (I-P) L代入⑵式则有I = Joe-((°w-ao) .P+ao)) -L ⑶则P= (In (I0/I)/L-a 0) / ( a W-a 0) (4)由公式(4)计算出含水率P。本实用新型的积极效果是与现有方法相比具有两个优点，其一是结构简单，其二是精度高。特别是实现高含水率原油的含水率在线检测，测量精度高达0. 5%以上。
图I是已有技术原理结构示意图；图2是本实用新型的结构示意图；图3是本实用新型的原油检测仪安装结构图；图4是本实用新型的样品入射窗口和出射窗口结构示意图。图5是计算机数据处理流程图。
具体实施方式
本实用新型按图2、图4所示的结构实施。利用近红外辐射源发光，经聚光镜照明样品，经成像光学系统成像，红外辐射在原油样品中被吸收，转化为计算机可以识别和处理的图像信息，计算样品的透过率即可以准确地测量出原油样品的含水量。红外辐射光源201采用碘钨灯，在0. 8 ii到2. 0 ii近红外波段具有较强的辐射。聚光透镜202采用两片组合的双凸透镜，样品室入射窗口 203和出射窗口 204按图4所示的结构实施，与技术方案相同。电极403的两端加有50-120伏的交流电压，成像物镜206采用双胶合透镜；半反半透棱镜207采用45°角的直角棱镜胶合组成，其斜边为胶合面，镀有半反半透膜。红外成像单元208中的第一红外窄带滤光片210采用0. 85 U波段镀膜窄带滤光片，CCD成像器件211采用红外视频CCD接收器，光谱灵敏度峰值在0. 85ii，视频输出器212具有USB接口，可与计算机连接；红外探测单元209中的第二红外窄带滤光片213采用I. 95 u波段镀膜窄带滤光片，红外探测器214采用铟镓砷半导体红外探测器，可以外购订货，探测器驱动电路215采用高稳定直流放大集成块和高稳定度偏置电源的组合，可用外购件组合。在具体应用中，该在线检测仪通过原油流经管道301上的插孔插入原油流经管道301中，使原油样品通道205对准原油流经管道301的中心，在线检测仪壳体216和原油流经管道301上的插孔处用管道密封压盖302压紧密封。
权利要求1.一种采用红外图像光度法的原油含水率在线检测仪，其特征在于包括红外辐射源(201)、聚光镜(202)、样品室入射窗口(203)、出射窗口(204)、原油样品通道(205)、成像物镜(206)、半反半透组合棱镜(207)、红外成像单元(208)、红外探测单元(209)和在线检测仪壳体(216);其中，红外成像单元(208)中包含第一红外窄带滤光片(210)、C⑶成像器件(211)、视频输出器(212)，在红外探测单元(209)中包含第二红外窄带滤光片(213)、红外探测器(214)、探测器驱动电路(215);在该在线检测仪的光轴上，从左至右依次放置红外辐射源(201)、聚光镜(202)、样品室入射窗口(203)、出射窗口(204)、成像物镜(206)、半反半透组合棱镜(207)、在红外成像单元(208)中有第一红外窄带滤光片(210)、CXD成像器件(211)、视频输出器(212);红外辐射源(201)位于聚光镜(202)的焦点上，样品室入射窗口(203)、出射窗口(204)两者之间互相平行且垂直于光轴，形成原油样品通道(205);成像物镜(206)的左焦面与样品室出射窗口(204)的内表面重合，成像物镜(206)的右焦面与CCD成像器件(211)的接收面和红外探测单元(209)中的红外探测器(214)的接收面光学共轭；半反半透组合棱镜(207)的分光面与光轴成45°角，在半反半透组合棱镜(207)分光面的透射光的光轴上，依次置有第一红外窄带滤光片(210)、CXD成像器件(211)，CXD成像器件(211)的接收面位于成像物镜(206)的右焦面上，C⑶成像器件(211)与视频输出器(212)之间有导线连接，视频输出器(212)通过USB接口和计算机相连；在半反半透组合棱镜(207)的反射光的光轴上，依次置有第二红外窄带滤光片(213)、单元红外探测器(214)和探测器驱动电路(215)，红外探测器(214)的接收面位于成像物镜(206)的右焦面上，红外探测器(214)与探测器驱动电路(215)之间有导线连接，驱动电路(215)通过串行接口和计算机相连；该在线检测仪的左边头部的光路和右边的红外成像单元(208)以及右上部的红外探测单元(209)均被在线检测仪壳体(216)罩上，对外部封闭；在应用时，该在线检测仪的左侧头部通过原油流经管道(301)上的插孔，插入原油流经管道(301)内，使在线检测仪左侧头部内的原油样品通道(205)对准原油流经管道(301)的中心，在线检测仪左侧头部和原油流经管道(301)的插孔外用管道密封压盖(302)压住密封。
2.根据权利要求I所述的一种采用红外图像光度法的原油含水率在线检测仪，其特征在于样品室入射窗口(203)和出射窗口(204)的结构相同，是由基底(401)、导电膜(402)、电极(403)和宝石体(404)组成；在基底(401)上镀有导电膜(402)，在导电膜(402)的两端镀有电极(403)，宝石体(404)紧压在导电膜(402)和电极(403)上，在样品室入射窗口(203)和出射窗口(204)形成的原油样品通道(205)上，使具有宝石体(404)的面朝里相对安装。
专利摘要一种采用红外图像光度法的原油含水率在线检测仪。属于石油检测技术领域，涉及一种在线检测仪。要解决的技术问题是提供一种采用红外图像光度法的原油含水率在线检测仪。解决的技术方案包括红外辐射源、样品室入射窗口、出射窗口、成像物镜、半反半透组合棱镜、红外成像单元、红外探测单元等；红外辐射源的辐射通过聚光镜进入样品室，由出射窗口射出，经成像物镜和半反半透组合棱镜进入红外成像单元和红外探测单元，利用红外双波段采样和采样细分。通过测量原油样品的透过率而计算出原油的含水率，测量包括了油水两相流体和油包水、水包油的乳化物。因此提高了测量精度。对具有高含水率原油的含水率测量具有明显的优越性。
文档编号G01N21/35GK202372439SQ20112050423
公开日2012年8月8日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者尚世哲, 王克非 申请人:尚世哲, 王克非
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