國內外在油水界面檢測方面采用的技術和產品很多, 油水界面檢測經歷了從最簡單的浮子到電容傳感器、計算機等現代技術,這些技術在界面檢測中都得以應用。從測量原理看,目前已經有差壓式、電容式、超聲波式、射頻導納式等不同的界面檢測儀器,而且眾多國內外研究機構扔在不斷改進現有產品,開發新產品。任何一種界面檢測儀器都不可能完全取代另外一種,它們都有自己適宜的應用范圍和不足之處。
在19世紀末20世紀初,國外就已經出現丁關于油水分離的理論,Hazen經過進一步的探索,于1904年根據實踐經驗提出了“淺池理論”,“淺池理論”對推動油水分離技術的發展起到了至關重要的作用。60年代末至80年代初,國外主要研制和使用的是各種鋼帶浮子液位計,大多都是對每個油罐進行獨立安裝,現場顯示,這糞儀表的主要缺點是機械摩擦影響了計量精度,浮子在滑動桿上容易被敷住。隨著對計量精度要求的不斷提高,出現了伺服式液位計,由于其使用了伺服馬達,消除了因機械摩擦而引起的誤差,提高了靈敏度,其液位的計量精度也得到極大地提高。這一時期的典型產品是美國VAREC公司生產的2500型銅帶浮子液位計和6500型伺服式液位計,荷蘭NRAF公司的811型伺服動力液位計等。德國的ENRAF-NONIUS公司于80年代末期推出了串式電容物位測量系統,該系統采用多級串式電容液位傳感器。90年代中期,曼徹斯特理工大學的電子工程系成功地研制出了分段電容陣列法,這種方法的電容傳感器不但對傳感器的制作工藝要求很高,而且對安裝雛護的要求也很高。近幾年,美國研制出了磁致伸縮液位計,這種傳感器同時可以測溫,具有很高的測最精度,但是它的致命缺點是不適合測量粘稠的原油。
在國內,由于起步比較晚,油水分離技術依然處于初始的研究階段,目前依然普遍采用傳統的重力油水分離方法。重力分離法原理簡單、成本低,目前不但在國內,在世界上也是最主要的油水分離方法。重力法的關鍵技術和難點在于原油與水的界面檢測技術,即油水界面檢測技術。雖然油水界面檢測技術發展了很多年,但是,由于原油與水混合物成分的復雜性,到目前為止還沒有可以十分有效地應用于國內各油田的產品推出。
1、電容式界面儀
主要利用電介質變化引起電容變化的原理,將傳感器放入油罐內直接測量不同高度位置的介質電容和阻值,電容值與界面高度成線性關系。這種方法一般應用于低含水(含水率低于30%)、低礦化度的原油含水率測定,應用范圍較小,它不能反映油水乳化帶的狀態信息。當含水率低于30%時具有良好的測量精度,但含水率高于30%時,測量誤差明顯增大。而且由于掛油的嚴重影響,其維護操作很困難。
2、壓差式界面儀
由于油水的密度不同,通過檢測儲罐不同位置的壓力來反映不同位置的油水混合物密度。在實際生產中發現,由于礦化度、破乳劑及各種聚合物的影響,油和水的密度很接近(特別對于稠油而言),并且油的密度是變化的,這一變化很難在儀表中實時補償,所以,很難滿足儲罐油水界面位置的測量精度要求。
3、超聲波界面儀
在不同密度介質中超聲波的傳播速度不同。利用超聲波在油和水中不同的傳播速度來確定油水分界面的位置。這種方法有效地解決了掛油問題,但由于受超聲波發送和接收距離的限制,其測量精度下降,而且不能實現儲罐原油量的準確計算。
4、射頻導納界面儀
以射頻阻抗理論為基礎,通過被測介質呈現的阻抗特性來確定油水界面的位置。其測量范圍大,克服了礦化度和掛油的不利影響,但僅通過導電率一個參數很難完整反映油水乳化帶的狀態。在現場應用中,其測量誤差一般為幾十厘米,最大誤差可達1m左右。