油水两相流在石油工业中广泛存在,其分相含率是一个重要检测参数。该参数的测量对于石油的开采、脱水和集输等具有重要的意义。但由于油水两相流流动体系极为复杂,致使分相含率测量难度较大。油水两相流分相含率的实时准确测量成为油田亟待解决的问题。 在参阅国内外相关文献和比较各种原油含水率测量技术优缺点的基础上,本文选择微波透射法来测量原油含水率。微波技术具有实时性好、测量精度高、可靠性好、抗干扰能力强和易操作使用等优点,应用前景广阔。基于微波透射原理,本文设计了适合测量中高含水率的传感器和相应的选频放大器、相敏检波电路,研制了一套原油含水率测量系统。使用该测量系统对20-75%含水率的油水混合物进行测量,实验效果较好。 本文主要工作如下: 1 设计了测量油水两相流含水率的微波传感器。与传统的微波透射法所使用的传感器不同,本文设计的传感器使用小口径喇叭天线,减少了边缘效应;将天线与管道直接粘合,大大减少反射干扰;天线增益高且相距近,可测量对微波衰减大的中高含水率油水两相流。 2 基于微波透射法研制了一套油水两相流含水率测量系统。依据油水混合物的介电特性,通过理论分析,最佳工作频率选择在X波段(9.4GHz)。测量系统采用了微波信号源、低噪声放大器和微波检波器等组成微波电路单元。设计了选择性好、增益可调的选频放大器和动态范围大、调试简单的相敏检波电路。这两部分电路能将微弱交流低频信号转换成数据采集卡输入端所需要的直流信号。 3 采用研制的油水两相流含水率测量系统进行了实验研究。不同于传统的含水率测量方法(不将含水率进行区间划分),本文将中高含水率分成20-60%含水率和60-75%含水率两个区间,分别在水平管和垂直管两种情况下进行静态实验。初步实验结果表明含水率测量绝对误差低于4%。