高频电磁波测量原油含水率技术研究

【摘要】：在石油工业中,不论是在油田开发、管道运输和原油炼化中,还是在国内外油品进出口贸易中,原油的密度、粘度、含水率等信息都是每个油品化验室的必测项目。其中原油含水率信息尤其重要,原油含水率信息不仅能够预测油层开采动态、分析油井产量,还可以优化原油集输工艺,这对于油田的产量控制、油井的状态监测、减少不必要的能源消耗、降低管理成本和生产成本等都具有重要的意义。传统测量原油含水率的方法不能满足我国石油经济快速发展的需求,尤其对于管道运输和原油进出口贸易来说,所输原油品质的精确实时测量已经成为我国科研工作人员亟需解决的问题。本文根据微波测量物质复介电常数的方法,利用微波矩形谐振腔微扰的原理进行原油含水率的仿真测量。由于常温下油水的介电常数相差较大(油的介电常数约为2.2,水的介电常数约为80),所以油水混合物的介电常数大小主要由含水率决定。在包含原油样品的矩形谐振腔中,当高频电磁波通过样品含水原油时,电磁波会根据样品原油中含水率的不同而产生相应的衰减,使得矩形谐振腔中的谐振频率和品质因数发生有规律的变化。本文通过HFSS软件对微波矩形谐振腔进行仿真,测量出放入不同原油含水率样品时矩形谐振腔的谐振频率和品质因数,然后根据矩形谐振腔微扰法理论,推导出微扰源(含水原油样品)的复介电常数,进而由介电常数与原油含水率之间的关系式得知原油含水率信息。微波谐振腔微扰法相比于传统测量方法而言,具有受原油矿化度影响小、测量原油含水率范围宽和精确度高等优点。通过将仿真测量结果和理论计算结果分析后得知微波矩形谐振腔微扰法测量原油含水率的测量范围可以达到0-80%,其相对百分比误差小于5%,符合实际检测需求。