电容法测试原油含水率实验分析

电容法测试原油含水率实验分析

1、水的介电常数

一般柴油的介电常数在2.0-3.0之间，温度对它的影响很小，基本可以忽略不计。所以这里就不讨论油的介电常数和温度的关系。通常在测试过程中都设定水的介电常数是常量，但是如图1所示，温度会对水的介电常数带来较大影响，从而影响原油含水率的测试结果。因此电容法测试原油含水率过程中必须进行温度补偿。

表1 不同温度下水的等效介电常数

图1 水的介电常数Ew随温度变化示意图

一般环境下地面的水温约为20℃，但是井下的温度可能达到30℃-130℃的范围内，在电容法测试的过程中，温度的变化导致水的介电

常数发生改变从而影响了原油含水率的测试，因此温度造成原油含水率测试的误差绝对不可忽视，在实际测试过程中必须进行温度补偿。

2含水率测试实验条件准备和实验结果

选择CA V424电容一电压转换芯片外接相关调整器件的参数为:参考电容34pf,振荡电容52.2pf,电位器数值12.76K,滤波电容9.2nf。表2为20℃原油含水率与电容传感器输出电压的关系。

表2 20℃原油含水率与电容传感器输出电压的关系

根据电容法测试原理，本文通过电容传感器输出电压与原油等效介电常数关系测试原油含水率，利用电容传感器分三次测试不同介质的电压U1、U2、U3，然后去平均值U，就可以得出介电常数与电容传感器输出电压的函数关系。表3是电容传感器测试不同介质的输出

电压。

表3 电容传感器测试不同介质下的输出电压

结合表3，用Excel软件对原油等效介电常数和电容传感器输出电压的关系进行曲线拟合，如图2所示:

图2 原油等效介电常数与电容传感器输出电压的关系

将上式编入数据处理程序中，输入单片机后便可通过测试的电压值计算原油等效介电常数，再通过温度确定水的等效介电常数和油的等效介电常数，就可以计算出原油含水率。

表4为不同含水率，不同温度下原油含水率与电容传感器输出电

压的关系。

表4 不同含水率，不同温度下原油含水率与电容传感器输出电压的关系

3测试含水率范围分析

随着原油从低含水阶段到高含水阶段变化，电容传感器输出电压值以及原油含水率逐渐发生变化，表5是不同含水率下，20℃原油含水率与电容传感器输出电压关系。

表5 不同含水率下，200C原油含水率与电容传感器输出电压关系

由表5得到不同含水率的条件下，20℃电容传感器输出电压与原油等效介电常数的关系如图3所示:

图3 传感器输出电压与原油等效介电常数关系由图3可以看出电容传感器的输出电压随着原油等效介电常数的增加呈现对数关系增加，在原油等效介电常数较低时，电容传感器的灵敏度较强，当原油等效介电常数逐渐增大时，非线性程度较强，传感器的灵敏度相对较弱。这就是电容法测试原油含水率在低含水阶段

测试误差小，高含水阶段测试误差大的原因。

图4 电容法测试原油含水率范围分析

在同一温度下，电容法测试含水率的范围分析如图4所示，由图看出电容法测试原油含水率适合低含水测试，当含水率高于40%时，测试误差增大。

4温度对含水率测试的影响

30%原油含水率下，不同温度原油含水率与电容传感器输出电压的关系如表6所示

表6 30%原油含水率不同温度原油含水率与电容传感器输出电压的关系

由测试和计算的数据表6看出，在同一含水率情况下，随着温度的升高，水的等效介电常数逐渐下降，导致原油的等效介电常数逐渐下降，同时原油含水率测试误差也发生变化。因此电容法测试原油含水率必须进行温度补偿，以减小温度带来的误差影响。