随着石油资源的不断消耗,我国以大庆油田为代表的部分油田已进入开采后期,地下油层的压力减小,流动性变差,致使开采难度增加,目前油田主要采用高压注水方式采油,利用水良好的流动性降低抽取难度,因此开采出的油水混合物中水占绝大部分。由于油水两相流动体系复杂,水中原油含量的精确测量难度极大,且一些常用测量方法存在着很多局限性,现阶段生产一线仍依赖于人工定时取样后,在实验室采用蒸馏法作为检测的主要方法。本文针对此现况,通过实验研究,设计了一种基于超声波反射原理的在线检测方法,将对原油含量的检测问题转化为对分层油、水厚度的检测。该方法不同于常规低频的超声波检测手段,因为原油极为粘稠,普通低频超声波根本无法穿过油层,故必须利用超高频超声波穿透性强、指向性好的特点,才能穿透粘稠的原油层,检测到有效信号,达到较高的检测分辨率。本文选取了20MHz超声波探头并自主设计了相应的驱动和接收电路,搭建了一套较完善的测量系统,实现了对原油含量的高精度在线测量。本文整体工作安排如下:(1)对国内外常用测量技术进行介绍。根据超高频超声波具有的优势,利用其穿透被测油层、水层后发生反射的原理对原油含量进行测量。(2)对超声波相关知识进行介绍,通过计算推导得到超声波在不同介质界面处的传播特性仅与介质的声阻抗有关,为系统的可行性提供理论基础。(3)对超高频超声波对应的匹配电路和软件进行设计,包括对高压窄脉冲发生电路的方案论证和实现;对高压脉冲的限幅;对高频小信号的有效检测,其中,对高频微弱回波信号实现0-80dB的程控放大;对回波信号进行9阶带通滤波;对回波信号的高速A/D采集、存储和上传;对测量算法的编写等。(4)对系统装置进行测试验证。配置不同含油量的标准液,通过超声回波信号之间的时间关系计算得到对应的含油量,结果表明系统对原油含量测量的相对误差可达3%以内,对油层厚度的测量误差可达0.03mm以内。对同一含油量样本进行重复性实验,结果表明重复性良好;实时改变油水比例,可观察到波形变化,表明系统能够实现在线实时测量。(5)对实验误差进行分析,并提出补偿和解决方案。对现场实际应用装置进行规划和设计。本设计对当前阶段油田开采现状导致的测量难问题有一定的推动意义,利用高频超声波的优势,通过对硬件和软件的细心设计,减少了测量误差,提高了系统灵敏度,达到了在线实时准确测量的效果,相比目前一些传统测量方法具有更广阔的发展前景。但是本设计在数据处理算法和不同温度下的标定实验上还有一定的缺点和不足,有待进一步的分析和完善。