储油罐内油水界面检测方法及系统技术领域
本发明涉及油水界面智能检测技术领域，尤其涉及一种储油罐内油水界面检测方法及
系统。
背景技术
目前，在石油开采领域中，储油罐内稠油和水界面的精确检测是一个难题。由于稠
油油水混合物黏度大，吸附性强，传统油水界面检测仪器的准确性、稳定性、可靠性及
成本都难以适应稠油油田生产的实际需要。
目前，主要采用如下几种方案检测油水界面：1)电容式界面检测仪主要依据电介质
变化引起电容变化的原理，测量电容值与界面成线性关系，然而由于挂油的严重影响，
其维护操作十分困难。2)浮子式界面检测仪将特定密度浮子置于油水界面之上，简单易
行，但是对于黏度大的稠油，浮子容易被粘结，维护性很差。3)差压式界面检测仪可以
通过检测不同位置的压力以反映储油罐不同位置的油水混合物密度，然而由于矿化度、
破乳剂等的影响，导致油和水的密度很接近，并且油的密度也是变化的，很难在仪表中
实时补偿。4)射频导纳界面仪以射频阻抗理论为基础，通过被测介质呈现的阻抗特性反
映油水界面位置，其具有测量范围大，可以克服矿化度及挂油影响等优点，但是仅通过
电导率一个参数很难完全反映油水乳化液的状态，现场应用中误差较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种储油罐内油水界面检测方法及系统，可以在不破坏油水混
合物性质的前提下，实时准确获取油水界面信息。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种储油罐内油水界面检测方法，包括：
利用铂电阻传感器自上向下依次测量储油罐内纵向上多个位置的温度；
实时提取出储油罐内各个位置的随时间变化的温度数据集合，并建立计算模型来计
算出各个位置的传热速率；
通过不同层液体的传热速率的差异，判定出所测各个位置的液体为稠油或水，并通
过相邻两个测温位置的传热速率的差异确定油水界面的位置。
进一步的，所述利用铂电阻传感器依次测量储油罐内纵向上多个位置的温度包括：
将所述铂电阻传感器固定在一滑块上，该滑块设置于垂直安装在储油罐中的滚珠丝
杠上，并利用运动控制器控制该滚珠丝杠的旋转运动，从而带动滑块在储油罐内纵向运
动；
利用铂电阻传感器依次测量储油罐内纵向上多个位置的温度时，从上至下工设置了C
个测温位置，初始位置记为H0，测温位置记为H1～HC；
初始状态时，设有铂电阻传感器的滑块位于；开始测温后，首先对第一个测温位置
H1进行温度采集，待滑块下降到H1处后停留时间为Ct停，铂电阻传感器的采样间隔为
Δt，使铂电阻传感器有充分的时间对当前位置处的液体温度进行测量，然后再回到初始
位置H0，并停留Ct冷凝时间；之后，重复上述测温过程，直至将H2～HC位置的温度采集
完毕，采集过程中每一位置的时间均为Ct停，每采集完一处位置的温度后均回到初始位置
H0，并停留Ct冷凝时间。
进一步的，所述实时提取出储油罐内各个位置的随时间变化的温度数据集合包括：
设S是检测过程数据集，Si为每个测温位置采集的数据集合，i＝1,2,…,C；每个测
温位置的数据集合Si由运动过程数据集合Si动和静止时间段数据集合Si静组成，即
Si＝Si动∪Si静，则全部数集
计算采集H1处温度过程中运动采样次数：
n动＝t1/Δt；
其中，t1为滑块从初始位置H0到H1处所耗费的时间；
计算采集H1处温度过程中静止采样次数：
n停＝Ct停/Δt；
从而得出第一个测温位置的运动数据集合S1动＝{T1,T2,…,Tn动}，第一个测温位置的静
止采集数据集合S1静＝{Tn动+1,Tn动+2,…,Tn动+n停}；其中，T表示温度，加上下标后表示对应
采样次数时采集到的温度；
继而推出第l个位置的静止数据集合S静＝{Tlstart,Tlstart+1,…,Tlstop}，其中，l＝2,…,C，
Tlstart为第l个位置的起始温度，Tlstop为第l个位置的终止温度；
lstart＝[tl-1+(C停+C冷凝)+(Hl-1-H0)/v+(Hl-H0)/v]/Δt；
lstop＝lstart+n停；
其中，lstart表示采集第l个位置Hl处温度过程中首个静止测量温度在整个温度序列
中的序号，lstop表示采集第l个位置Hl处温度过程中最后一个静止测量温度在整个温度
序列中的序号。
进一步的，所述建立计算模型来计算出各个位置的传热速率包括：
基于差分的原则，建立计算模型：
其中，p＝0,1,2,…,n停，m＝1,2,…,n停。
进一步的，采集完一处位置的温度后回到初始位置H0，并停留Ct冷凝时间时，利用冷
却装置将铂电阻传感器的温度降到接近室温。
一种储油罐内油水界面检测系统，包括：
温度数据采集模块，用于利用铂电阻传感器自上向下依次测量储油罐内纵向上多个
位置的温度；
温度数据处理模块，用于实时提取出储油罐内各个位置的随时间变化的温度数据集
合，并建立计算模型来计算出各个位置的传热速率；
油水界面检测模块，用于通过不同层液体的传热速率的差异，判定出所测各个位置
的液体为稠油或水，并通过相邻两个测温位置的传热速率的差异确定油水界面的位置。
进一步的，所述温度数据采集模块包括：
运动控制装置，其包括：滑块、滚珠丝杠与运动控制器；所述铂电阻传感器固定在
滑块上，该滑块设置于垂直安装在储油罐中的滚珠丝杠上，并利用运动控制器控制该滚
珠丝杠的旋转运动，从而带动滑块在储油罐内纵向运动；
采集模块，用于利用铂电阻传感器依次测量储油罐内纵向上多个位置的温度时，从
上至下工设置C个测温位置，初始位置记为H0，测温位置记为H1～HC；
初始状态时，设有铂电阻传感器的滑块位于；开始测温后，首先对第一个测温位置
H1进行温度采集，待滑块下降到H1处后停留时间为Ct停，铂电阻传感器的采样间隔为
Δt，使铂电阻传感器有充分的时间对当前位置处的液体温度进行测量，然后再回到初始
位置H0，并停留Ct冷凝时间；之后，重复上述测温过程，直至将H2～HC位置的温度采集
完毕，采集过程中每一位置的时间均为Ct停，每采集完一处位置的温度后均回到初始位置
H0，并停留Ct冷凝时间。
进一步的，所述实时提取出储油罐内各个位置的随时间变化的温度数据集合包括：
设S是检测过程数据集，Si为每个测温位置采集的数据集合，i＝1,2,…,C；每个测
温位置的数据集合Si由运动过程数据集合Si动和静止时间段数据集合Si静组成，即
Si＝Si动∪Si静，则全部数集
计算采集H1处温度过程中运动采样次数：
n动＝t1/Δt；
其中，t1为滑块从初始位置H0到H1处所耗费的时间；
计算采集H1处温度过程中静止采样次数：
n停＝Ct停/Δt；
从而得出第一个测温位置的运动数据集合S1动＝{T1,T2,…,Tn动}，第一个测温位置的静
止采集数据集合S1静＝{Tn动+1,Tn动+2,…,Tn动+n停}；其中，T表示温度，加上下标后表示对应
采样次数时采集到的温度；
继而推出第l个位置的静止数据集合S静＝{Tlstart,Tlstart+1,…,Tlstop}，其中，l＝2,…,C，
Tlstart为第l个位置的起始温度，Tlstop为第l个位置的终止温度；
lstart＝[tl-1+(C停+C冷凝)+(Hl-1-H0)/v+(Hl-H0)/v]/Δt；
lstop＝lstart+n停；
其中，lstart表示采集第l个位置Hl处温度过程中首个静止测量温度在整个温度序列
中的序号，lstop表示采集第l个位置Hl处温度过程中最后一个静止测量温度在整个温度
序列中的序号。
进一步的，所述建立计算模型来计算出各个位置的传热速率包括：
基于差分的原则，建立计算模型：
其中，p＝0,1,2,…,n停，m＝1,2,…,n停。
进一步的，该系统还包括冷却装置，用于采集完一处位置的温度后回到初始位置
H0，并停留Ct冷凝时间时，将铂电阻传感器的温度降到接近室温。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，采用铂电阻温度传感器进行浸入式数据采
集，极大减小了稠油吸附的影响，再通过计算传热速率等计算方法，可以快速准确的找
到储油罐中油水界面；并且数据采集也不会油水混合物的性质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的
附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于
本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得
其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种储油罐内油水界面检测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的利用运动控制装置搭载铂电阻传感器依次测量储油罐内纵
向上多个位置温度的示意图；
图3为本发明实施例提供的油水温度随时间变化关系图；
图4为本发明实施例提供的油水升温速率图；
图5为本发明实施例提供的一种储油罐内油水界面检测系统的示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地
描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种储油罐内油水界面检测方法，如图1所示，其主要包括：
步骤11、利用铂电阻传感器自上向下依次测量储油罐内纵向上多个位置的温度。
本发明实施例中通过运动控制装置来带动铂电阻传感器在储油罐中进行运动，从而
在预定测温位置采集温度数据。
所述运动控制装置，其包括：滑块、滚珠丝杠与运动控制器。所述铂电阻传感器固
定在滑块上，该滑块设置于垂直安装在储油罐中的滚珠丝杠上，并利用运动控制器控制
该滚珠丝杠的旋转运动(控制滚珠丝杠做旋转运动的转速和旋转时间)，从而带动滑块
在储油罐内纵向运动，最终控制固定在滑块上铂电阻传感器纵向运动，到达预定位置，
以测定储油罐内不同高度层的温度变化。
本发明实施例中，可假设运动控制器的电机转速n＝1500r/min，其转化为滚轴丝杠
上滑块的上下运动速度v＝2cm/s；需要强调的是，此处仅为举例，并非构成限制。
如图2所示，利用铂电阻传感器依次测量储油罐内纵向上多个位置的温度时，从上至
下工设置了C个测温位置，初始位置(即静止冷凝位置)记为H0，测温位置记为
H1～HC；
初始状态时，设有铂电阻传感器的滑块位于；开始测温后，首先对第一个测温位置
H1进行温度采集，待滑块下降到H1处后停留时间为Ct停，铂电阻传感器的采样间隔为
Δt，使铂电阻传感器有充分的时间对当前位置处的液体温度进行测量，然后再回到初始
位置H0，并停留Ct冷凝时间；之后，重复上述测温过程，直至将H2～HC位置的温度采集
完毕，采集过程中每一位置的时间均为Ct停，每采集完一处位置的温度后均回到初始位置
H0，并停留Ct冷凝时间。
由上述过程可得，铂电阻传感器到达第一个测量位置的时间为：
t1＝(H1-H0)/v
铂电阻传感器到达第k个测量位置的时间为：
优选的，本发明实施例中采集完一处位置的温度后回到初始位置H0，并停留Ct冷凝时
间时，利用冷却装置将铂电阻传感器的温度降到接近室温，以保证铂电阻传感器与油和
水有充分的热交换过程。
步骤12、实时提取出储油罐内各个位置的随时间变化的温度数据集合，并建立计算
模型来计算出各个位置的传热速率。
设S是检测过程数据集，Si为每个测温位置采集的数据集合，i＝1,2,…,C；每个测
温位置的数据集合Si由运动过程数据集合Si动和静止时间段数据集合Si静组成，即
Si＝Si动∪Si静，则全部数集
计算采集H1处温度过程中运动采样次数：
n动＝t1/Δt；
其中，t1为滑块从初始位置H0到H1处所耗费的时间；
计算采集H1处温度过程中静止采样次数：
n停＝Ct停/Δt；
从而得出第一个测温位置的运动数据集合S1动＝{T1,T2,…,Tn动}，第一个测温位置的静
止采集数据集合S1静＝{Tn动+1,Tn动+2,…,Tn动+n停}；其中，T表示温度，加上下标后表示对应
采样次数时采集到的温度；例如，Tn动表示测量第1个位置H1时第n动次采样获得的温
度。
继而推出第l个位置Hl的静止数据集合S静＝{Tlstart,Tlstart+1,…,Tlstop}，其中，
l＝2,…,C，Tlstart为第l个位置Hl的起始温度，Tlstop为第l个位置的终止温度；
lstart＝[tl-1+(C停+C冷凝)+(Hl-1-H0)/v+(Hl-H0)/v]/Δt；
lstop＝lstart+n停。
其中，lstart表示采集第l个位置Hl处温度过程中首个静止测量温度在整个温度序列
中的序号，lstop表示采集第l个位置Hl处温度过程中最后一个静止测量温度在整个温度
序列中的序号。
基于差分的原则，建立下述计算模型，从而计算出各个位置的传热速率：
其中，p＝0,1,2,…,n停，m＝1,2,…,n停。
本发明实施例中，通过对所采集到的每个测温位置的时间-温度数据进行差分处理，
可以得到每个测温位置的升温速率变化数据，基于此可以通过程序将升温速率的变化以
曲线的形式加以展示，如图3-4所示，其中，图3为油水温度随时间变化关系图，图4为油
水升温速率图。
步骤13、通过不同层液体的传热速率的差异，判定出所测各个位置的液体为稠油或
水，并通过相邻两个测温位置的传热速率的差异确定油水界面的位置。
通过图3可以得出油的温度变化较慢，曲线较平缓，升到65℃左右所用时间较长，即
与铂电阻传感器达到热平衡时间较长；而水的温度变化较快，温度很快达到65℃左右，
即与铂电阻传感器达到热平衡时间远远小于稠油所用时间，二者差距比较明显，而这一
点也可以从图4中看出，水的升温速率开始时很高，而稠油相对差距较大。由油和水的升
温变化速率曲线可以判断出每一个测量位置是在油或在水中；若相邻两个位置Hi和Hj的
升温变化速率曲线规律不同，则可以判定油水的界面介于Hi和Hj之间；当Hi和Hj之间
的距离足够小的时候可以判定出储油罐内油水界面的大致位置。
本发明实施例中，采用铂电阻温度传感器进行浸入式数据采集，极大减小了稠油吸
附的影响，再通过计算传热速率等计算方法，可以快速准确的找到储油罐中油水界面；
并且数据采集也不会油水混合物的性质。
本发明实施例还提供一种储油罐内油水界面检测系统，如图5所示，其主要包括：
温度数据采集模块51，用于利用铂电阻传感器自上向下依次测量储油罐内纵向上多
个位置的温度；
温度数据处理模块52，用于实时提取出储油罐内各个位置的随时间变化的温度数据
集合，并建立计算模型来计算出各个位置的传热速率；
油水界面检测模块53，用于通过不同层液体的传热速率的差异，判定出所测各个位
置的液体为稠油或水，并通过相邻两个测温位置的传热速率的差异确定油水界面的位
置。
进一步的，所述温度数据采集模块51包括：
运动控制装置511，其包括：滑块、滚珠丝杠与运动控制器；所述铂电阻传感器固定
在滑块上，该滑块设置于垂直安装在储油罐中的滚珠丝杠上，并利用运动控制器控制该
滚珠丝杠的旋转运动，从而带动滑块在储油罐内纵向运动；
采集模块512，用于利用铂电阻传感器依次测量储油罐内纵向上多个位置的温度时，
从上至下工设置C个测温位置，初始位置记为H0，测温位置记为H1～HC；
初始状态时，设有铂电阻传感器的滑块位于；开始测温后，首先对第一个测温位置
H1进行温度采集，待滑块下降到H1处后停留时间为Ct停，铂电阻传感器的采样间隔为
Δt，使铂电阻传感器有充分的时间对当前位置处的液体温度进行测量，然后再回到初始
位置H0，并停留Ct冷凝时间；之后，重复上述测温过程，直至将H2～HC位置的温度采集
完毕，采集过程中每一位置的时间均为Ct停，每采集完一处位置的温度后均回到初始位置
H0，并停留Ct冷凝时间。
进一步的，所述实时提取出储油罐内各个位置的随时间变化的温度数据集合包括：
设S是检测过程数据集，Si为每个测温位置采集的数据集合，i＝1,2,…,C；每个测
温位置的数据集合Si由运动过程数据集合Si动和静止时间段数据集合Si静组成，即
Si＝Si动∪Si静，则全部数集
计算采集H1处温度过程中运动采样次数：
n动＝t1/Δt；
其中，t1为滑块从初始位置H0到H1处所耗费的时间；
计算采集H1处温度过程中静止采样次数：
n停＝Ct停/Δt；
从而得出第一个测温位置的运动数据集合S1动＝{T1,T2,…,Tn动}，第一个测温位置的静
止采集数据集合S1静＝{Tn动+1,Tn动+2,…,Tn动+n停}；其中，T表示温度，加上下标后表示对应
采样次数时采集到的温度；例如，Tn动表示测量第1个位置H1时第n动次采样获得的温度。
继而推出第l个位置的静止数据集合S静＝{Tlstart,Tlstart+1,…,Tlstop}，其中，l＝2,…,C，
Tlstart为第l个位置的起始温度，Tlstop为第l个位置的终止温度；
lstart＝[tl-1+(C停+C冷凝)+(Hl-1-H0)/v+(Hl-H0)/v]/Δt；
lstop＝lstart+n停。
其中，lstart表示采集第l个位置Hl处温度过程中首个静止测量温度在整个温度序列
中的序号，lstop表示采集第l个位置Hl处温度过程中最后一个静止测量温度在整个温度
序列中的序号。
进一步的，所述建立计算模型来计算出各个位置的传热速率包括：
基于差分的原则，建立计算模型：
其中，p＝0,1,2,…,n停，m＝1,2,…,n停。
进一步的，该系统还包括冷却装置54，用于采集完一处位置的温度后回到初始位置
H0，并停留Ct冷凝时间时，将铂电阻传感器的温度降到接近室温。
需要说明的是，上述系统中包含的各个功能模块所实现的功能的具体实现方式在前
面的各个实施例中已经有详细描述，故在这里不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模
块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模
块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分
功能。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以
通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理
解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一
个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得
一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施
例所述的方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替
换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的
保护范围为准。