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1、北京中油联自动化技术开发有限公司汇汇 报报 人： 闫闫 志 学 汇报汇报 日期：2012.8.8光学法油水分析方案归纳归纳 与拟拟定北京中油联自动化技术开发有限公司汇报汇报 内容油水分析技术术背景市场在售光学法油水分析仪简介水中油设计方案原理简介北京中油联自动化技术开发有限公司油水分析技术术背景传统检测方法：传统方法包括电脱法和蒸馏法。此类测量方法无法实现在线连 续测量，而且取样时间长，随机性误差和人为误差都很大，并无 法避免，很显然无法满足油田实现自动化管理的需求。密度计法：应用密度原理测量原油含水率受外界影响因素较多压力和温 度的影响，主要受到温度变送器和压力变送器的准确度的影响； 水质矿
2、化的影响，水中的矿化程度较高易使密度计等装置表面 结垢，影响测量精度和仪器使用寿命，此现象多见于高含水的原 油；泥沙和溶解气等杂质的影响，主要表现为“气增油”和“ 砂吃油”现象，最终会导致得出的混合密度值有误差，进而影响 测量的精度。北京中油联自动化技术开发有限公司油水分析技术术背景射线法：此类含水分析仪调试过程比较简单，并且可以同时进行介质含 气率的测量。缺点是测量精度不高，造价高，使用和维修困难； 内含放射源，虽然能量强度较低，但也会对人体造成伤害。短波及微波法：短波法对原油的温度及含盐量不敏感，因此温度漂移和水矿 化度对测量精度的影响就非常小，同时短波法还具有测量范围宽 的优点。但是采用
3、微波技术，成本高，使用和维护困难，使其应 用受到了一定的影响。并且普遍采用的二相流体点线式的采样不 能正确全面反映混合两相流的情况！因而实验室条件下测量精度 能达到要求，但在现场工况条件下尚不能满足精度要求。北京中油联自动化技术开发有限公司油水分析技术术背景电容法：采用电容法研制的仪器，具有设备简单，安装方便，价格低廉 ，可靠性好，维护方便等优点，因此得到了广泛应用；但是，由 于电容式传感器的电容量一般很小，传感器的测量电路往往受到 寄生电容和环境变化的影响而难以实现高精度测量，且电容法的 量程范围小，可调性差，仅适合于含水率低于30%的油田。射频法：射频电容法是测量油品含水率的新方法，该法基
4、于射频阻抗 理论，具有测量精度高，重复性好，体积小，响应快等特点，只 要建立相应的标定表，该传感器同样可用于其它油品低含水率的 测量， 若在传感器探头内加入测量电导率线路，则可扩大其测量 范围。实验证明，在射频约为10MHz 时，油和水的射频阻抗特性 差别最大，故射频一般设计成10MHz。这样就造成电路复杂且成 本较大，并受环境的影响而难以实现高精度在线检测。北京中油联自动化技术开发有限公司油水分析技术术背景红外光谱法：红外区域水的吸收光谱如图：从水的红外光谱图可以看出, 在波长1. 46 m、1. 94 m、2. 92 m 等处有水 的吸收带。当用这些波长的红外光照射被测物质时, 因被测物质
5、的水分含量不同 将产生不同的光能量吸收, 只要能从被测物中测得光能量的变化量, 即可测定物 质中的水分含量。红外水分仪在含水率低于30%时, 一般选用1. 94 m 作为测量 波长。红外线通过水分时被有选择地吸收, 其吸收量大小遵循朗伯比耳定律。红外辐射经过物质后的光强与物质的浓度( 水分含量)之间存在一定关系, 即 吸收能量随着被测物的浓度含量的增加而增加, 而从样品反射(或透射)的红外辐 射能量则随着吸收能量的增加而减少。因此, 只要测得从样品反射回来的红外辐 射能量变化(衰减量), 便能完成水分含量的测量。试样分离、提纯通常采用分馏、萃取（四氯化碳：易挥发、有毒）、重结 晶、柱层析、薄层
6、层析等；需要标准的材料红外谱图数据库。北京中油联自动化技术开发有限公司汇报汇报 内容市场在售光学法油水 分析仪简介红眼含水测量仪美国PI 公司井下流体光谱分析仪斯伦贝谢 公 司水中油在线分析仪美国ISI公司紫外荧光水中油分析仪系列美国 Turner Designs油水分析技术背景水中油设计方案原理 简介北京中油联自动化技术开发有限公司红红眼含水测测量仪仪美国PI 公司测量原理：含水原油中,水分子和原油成分中的CH 键对近红外光的吸收 带是不同的,如表1 所示。 表1 C-H 键和水在近红外段的吸收带根据光的吸收原理，当单色的平行光束通过均匀媒质时，被吸收的光能与 吸收光的分子数有关。即与该物质
7、在媒质中的浓度有关，有I ( ) = I 0( ) expA( ) C L式中：A () 与浓度无关的常数；C 被测物质的浓度, mol/L；L 被测媒质的厚度, mm。C-HH2O1.691.7551.7621.9771.1271.271.3191.5480.8450.8781.0951.1650.9260.978北京中油联自动化技术开发有限公司红红眼含水测测量仪仪美国PI 公司 美国PI 公司开发的红眼含水测量仪，就是利用上述原理设计 的一种先进的含水率测量仪器。近红外光谱法的分析速度快，2 m 内就可以完成测量；效率高，并预先建立校正模型，就可以迅速 确定样品性质和组成等信息；成本低，不
8、用对样本作预处理，能 做到无损分析；对测量环境要求低，近红外光的传导特性与可见 光基本类似，采用光纤即可实现在线现场分析。但是近红外技术 的灵敏度相对较低，因为分子的非谐振吸收跃迁几率低，通常倍 频吸收和组频吸收强度是基频吸收的1/101/10 000，有时不能达 到组分测量所要求的0.1%；此外，近红外光谱法属于一种间接测 量方法，模型的精度和校正方法的效率都会影响测量精度。（吕高峰,吴 明,张金华,满立丽.原油含水率测量技术现状分析J.当代 化工,2011,40(2):146-149.）北京中油联自动化技术开发有限公司汇报汇报 内容市场在售光学法油水 分析仪简介红眼含水测量仪美国PI 公司
9、井下流体光谱分析仪斯伦贝谢 公司水中油在线分析仪美国ISI公司紫外荧光水中油分析仪系列美 国Turner Designs油水分析技术背景水中油设计方案原理 简介北京中油联自动化技术开发有限公司井下流体光谱谱分析仪仪斯伦贝谢伦贝谢 公司斯伦贝谢公司开发的井下流体光谱分析仪原理如图，该分析仪采用 白光光源、专用的匹配光滤波片和探测器构成；它是由反射式气体分析 和吸收式光谱分析两个检测单元组成。本测量系统在原油含量1%到25% 的测量范围内测量的绝对精度可达2% 。北京中油联自动化技术开发有限公司井下流体光谱谱分析仪仪斯伦贝谢伦贝谢 公司反射式气体分析单元气体分析采用光全反射的原理。当气泡经过光学窗
10、口时，由 于气体和原油的折射率不同，引起反射光强和折射光强的变化。 通过检测到达光探测器的光强变化，即可获得在一定时间内通过 该窗口的气泡的比例，从而计算出气体的含量。该方法比较适用 于油井生产后期的成分检测，可以为提高油井的采收率提供有效 的数据和判断依据。 吸收式光谱分析单元由于原油、水、气、泥浆具有不同的吸收光谱，因此根据其 特征吸收谱线选择相匹配的滤光片，并采用白光照明，再结合专 用的成分分析方法，就可有效地检测井下原油的油气水比例。图 中白光光源透过一个耐压耐高温的光学窗口，由光纤束均匀传输 到不同滤光片上，最后由光探测器转换为电信号进行处理。 （廖延彪,黎敏,张敏,匡武.光纤传感技
11、术与应用M.清华大学出版社,北 京,2009,第1版:259-265. 刘琮,卢春辉.光学技术在井下流体分析中的应用J.内蒙古石油化工, 2011(2):104-106）北京中油联自动化技术开发有限公司汇报汇报 内容市场在售光学法油水 分析仪简介红眼含水测量仪美国PI 公司井下流体光谱分析仪斯伦贝谢 公司水中油在线分析仪美国ISI公司紫外荧光水中油分析仪系列美 国Turner Designs油水分析技术背景水中油设计方案原理 简介北京中油联自动化技术开发有限公司水中油在线线分析仪仪美国ISI公司BA-200利用红外光传输和散射测量 原理测量水中油的浓度。测量时探头内 的活动部件往返运动，并在探
12、头内形成 真空，被测样液定量流入样品池中，水 中油成分（游离态和乳化态）将对红外 光线产生吸收和散射，同时在吸收光电 池和散射光电池上将有电流产生，根据 光电池上电流的大小便可计算出水中油 的含量，测量完毕后样液排出探头并冲 洗样品池。BA-200双光路测量系统不仅可减少 水中悬浮物和空气泡的干扰，同时其测 量结果还不受水温和油成份变化的影 响。K-常数浓度=KS/T S-散射光T-吸收光工作原理： 水中油红外检测技术的高端北京中油联自动化技术开发有限公司水中油在线线分析仪仪美国ISI公司技术参数：测量原理：红外吸收光和散射光测量原理测量范围：2500ppm测量精度：100ppm 2ppm10
13、0ppm 10ppm重 复 性：2ppm测量频率：7次/分样品流速：0-11.4m3/h样品压力：0-3.5bar样品温度：0-70，max116环境条件：温度小于70湿度小于90电源电压：220V AC，50/60Hz报警输出：SPST继电器，3A，220VAC；可实现声光报警输 出: 电压：02V DC（任选）电流：420mA（任选）尺寸大小：401518cm美国ISI公司（Inventive Systems Inc.）于1980年成立于美国马里兰州，是一家专业从事水中油 在线监测仪 器及系统研发、生产的专业性高科技企业，1987年研发成功水中油监测仪 ，其产品已 经获得美国海岸警卫队（U
14、.S.CG）、美国运输局（ABS）和美国海事组织（IMO）的质量认证。 ISI公司迄今已销售水中油监测仪 和水中油报警器超过1400多台，其用户遍布世界三十多个国家。 北京中油联自动化技术开发有限公司汇报汇报 内容市场在售光学法油水 分析仪简介红眼含水测量仪美国PI 公司井下流体光谱分析仪斯伦贝谢 公司水中油在线分析仪美国ISI公司紫外荧光水中油分析仪系列美 国Turner Designs油水分析技术背景水中油设计方案原理 简介北京中油联自动化技术开发有限公司紫外荧荧光水中油分析仪仪系列美国Turner Designs 美国特纳（Turner Designs）仪器公司是全球领先的碳氢化合物分析
15、仪、水中油监测仪的研发、生产公司，在水中油分析仪领域拥有顶尖的专利技术和丰富经验。公司开发了包括油类水质在线检测仪、实验室台式测油仪和便携手持式水中油份浓度分析仪，提供了一整套完整油类水质的分析解决方案。广泛服务于石油石化、海洋钻井平台、工业企业和环境监测等部门，以优异的产品性能帮助客户提升油类水质检测技术。型号有：便携式TD-500D（9.8万），台式TD-3100，在线式TD-1000C（19万）、TD-4100、TD-4100C、TD-4100XD（防爆）、TD-4100XDC（防爆）。北京中油联自动化技术开发有限公司紫外荧荧光水中油分析仪仪系列美国Turner DesignsTD-10
16、00C水中油监测仪是连续型、在线式、无溶剂的紫外荧光油类检测 仪。能够触发进程控制装置停止、转移或稀释进程液流，并允许通过系统 功能、样本浓度警报触点和模拟样本浓度输出进行进程控制。 TD-1000C 通过荧光性测量油类样本的碳氢化合物含量。荧光性在一分子（在该情况 下为碳氢化合物分子）被电子激发后驰豫至其基态时产生。荧光碳氢化合 物会吸收光激发在某一波长下并发光驰豫在更长的波长（能量更 低）下。发出的光线会被过滤并转化为与样本中的荧光碳氢化合物浓度相 当的电位反应。 TD-1000C的电子器件与高灵敏度的光线探测器能够探测从百万分之一 (ppm)至十亿分之一（ppb）范围内的碳氢化合物，燃油、原油探测范围: 蒸汽冷凝下为20ppb-500ppb。TD-500DTM手持式水中油测量仪，测量最低检出限：A
