林木1，王军2，吴琦2
1胜利油田油气集输总厂，山东东营257231; 2.胜利油田孤岛采油厂集输大队，山东东营257231
摘要：在油田集输站库日常生产中,液位测量是集输计量工的主要工作之一，也是油田企业非常重要的技术参数,其中储油罐量油准确度更为重要。由于原油具有一定的粘度，在一定作用力的冲击下，极易产生气泡，但是在进罐过程中油水气泡无法消除,因此进罐过程中产生的油水泡沫都漂浮在进罐原油的表面,影响了储油罐液位的测量。目前经常使用的测量方法有20多种,油田常用的浮子、压力、超声等测量技术方法,各有其不足问题之处。随着科技进步，传感器技术的不断普及,新时代下的电容传感器在气泡扰动测量问题中初见成效。
关键词：电容传感器;液位;泡沫扰动
导论:电容式传感器是一种将被测量的非电量数据转换为电容量数据的传感器。由于电子技术的飞速发展,电容式传感器的结构越来越简单、监测更加灵敏、响应速度更快,其抗干扰能力得到了显著提高。油田集输站库进行生产过程中,产生气泡的途径有两方面：一方面是由于储罐内部压力逐渐降低引起的，随着原油压力的降低，溶解在原油的天然气饱和度降低而析出。另一方面是由于原油混合液中含有大量的羧酸、胶质、沥青质、腊类等活性剂，能够发生大批泡沫。产生的大量气泡严重影响的站库量油精度。而电容传感器准确测量原油厚度比较准确,能够辨别油、气、水、气泡四种介质。
一、电容传感系统的构成
电容传感器系统主要四部分组成，分别是：极板绝缘电容、镀银遮蔽信号线、电容探测器和量油尺。
二、电容传感器的原理
电容传感器是一种将测量到的物理变量转化为电容变量的仪器。它本质上是一个电容器。它有不同的参数,如（图1）所示。
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图片1
将一定数量的绝缘介质掺杂在相互平行的金属板的之间，这样的结构形成了一种平板电容器,其容量为下表（表2）：
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表2
经过查阅大量资料和文库，能够对电容传感器进行初步了解，当两个金属板的平行距离为固定值时，两平行板之间的介质发生变化时，由于不同介质的介电常数不一致，必然引起传感器的介电常数发生变化,导致电容器的电容值也发生变化，基于这个原理。在储油罐内,当同一电容器经过气、泡沫、油、水时,因为各种介质被填充在电极间,电容值发生了变化,电容值变化的大小由内部介质的固有性质决定。而这个固有性质被称为介电常数。
三、电容器设计与测试仪器的选择
电容器设计：作为测量仪器，极板间必需能够通过检测介质，两极板间的间距值必须固定。由于污水具有导电性，出于安全方面的因素，电容传感器的两个极板要与其介质绝缘。为了保证计量精度，安装在量油尺上的两个两绝缘极板必需合适及牢靠。检测电容量仪器选择：为了保证电容可任意通过测量介质，因此两极板间隔距离要足够大，当极板距离固定后，通过提前测算油、气、水、泡沫四种介质的介电常数，经过换算成相应电容值，通过合理调整极板的间距，可以使电容传感器的电容值达到几十PF，测量的精密度可以达到0.2％，并且由于电压要求低，可以使用干电池供电。
四、介电常数校准
因为电容器需要深入到原油储罐的原油内部,因此在测量过程中，只要对油介电常数进行标定,就可避免在测量过程中的泡沫影响。为了减少在测量过程中，电容传感器的测量误差,可使用水介电常数测量,并与量油尺配合使用,充分判断油层厚度,若净化油罐内含水率波动不高,则可在净化油罐取样口处取样。在联接测量系统后,可进行消零操作。再将测量电容器浸入净化油罐,将电容显示数值读出为测量油罐净化样品。高含水油藏应用过程中,必需人工提取各种液位的油样,并对液位和水面油样实行采集。实际测量两个油样的电容值时,要通过测量电容值来确定油层的起点和终点。
五、解决安全防爆问题
电容传感器作为浸入储油罐液面以下的检测设备,具有极高的防爆要求。本文论述的电容器的测量研讨措施,由于储罐内的油气属于易燃易爆物质，因此在结构上使用了更加安全的绝缘密封材料，在测量过程中，对罐内混合油气绝对意义上的绝缘。罐体外电容测试仪是满足GB3836要求的仪器,所以罐体必须用防爆外壳密封,并符合1区的要求。
六、实践中的操作性方法
实践中,两人合作进行量油检尺操作,其中一人正常使用量油尺进行操作,配合者在旁查看量油尺上的电容传感器下落状况,当重锤触碰到原油泡沫外表面时，配合者立刻对传感器进行消零;操作者继续下落重锤，下落的过程中，配合者要密切观察电容传感器显示的电容值，当电容值跟对照表的数值接近时，记下此刻的油泡界面深度;然后继续下尺，直到接触到油水界面，将两次记录的深度值相减，就是原油厚度（图3）。
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图3
结论
在液位下测量泡沫液体一直是计量范畴的一个空白课题。依据电容原理,本文提出了一种测量泡沫下液位的设计方法，是该课题的突破。总之，结合电容传感器的应用方法，行之有效的解决了目前油田站库储油罐量油面临的误差大的问题。