原油含水分析儀在線檢定裝置研發(fā)及應(yīng)用

高寶元

(1. 中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司 工程技術(shù)研究院，陜西 西安 710018；2. 低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710018)

原油含水率是采油生產(chǎn)的重要參數(shù)之一，及時掌握井口原油含水率的變化，對于油井的動態(tài)分析、工作狀況及生產(chǎn)管理至關(guān)重要。原油含水率在原油交接計(jì)量過程中是較為重要的參數(shù)之一，隨著石油行業(yè)科學(xué)管理水平和自動化程度的提高，在線測量原油含水率的儀表得到了廣泛的應(yīng)用[1]，因而檢測原油含水率儀表的準(zhǔn)確度就顯得十分迫切。目前原油含水率分析仍然采用蒸餾化驗(yàn)方法[2]，需要現(xiàn)場采集原油試樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行含水率分析。

研發(fā)的原油含水分析儀在線檢定裝置，可以快速、安全、準(zhǔn)確地檢測出原油含水率；也可以用柴油、原油作為介質(zhì)，檢定電容法、射頻法、微波法等多種類型的插入式原油含水分析儀的準(zhǔn)確度；又可攜帶到現(xiàn)場用于檢定在線工作的原油含水分析儀；同時能配制0～100%各點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣，模擬油田現(xiàn)場輸油管線原油含水率分析在線連續(xù)測量方式[3]。

1 原油含水分析儀在線檢定裝置設(shè)計(jì)

原油含水分析儀在線檢定裝置[4]由箱式殼體、標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀[5]、被測原油含水分析儀和數(shù)據(jù)處理單元等組成。

箱式殼體內(nèi)部裝有介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，箱式殼體上設(shè)有面板。標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀內(nèi)嵌有溫度傳感器，可以實(shí)時檢測溫度。標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀、被測原油含水分析儀分別用信號傳輸電纜連接至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元通過RS-232通信電纜連接至電腦主機(jī)。電腦主機(jī)內(nèi)置原油含水分析儀在線檢定裝置微機(jī)系統(tǒng)程序[6]，該程序具有檢定原油的含水率、溫度、零點(diǎn)標(biāo)定、自動配液計(jì)算、對檢定裝置的操作、自動記錄存儲數(shù)據(jù)等功能[7]。油井原油含水分析儀在線檢定裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 油井原油含水分析儀在線檢定裝置結(jié)構(gòu)示意

1) 介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)。介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)由第一儲油桶、齒輪泵、第二儲油桶通過過渡管段連接成環(huán)線；標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀插裝在第二儲油桶內(nèi)，被測原油含水分析儀插裝在第一儲油桶內(nèi)。

2) 箱式殼體。在底板四角設(shè)有折疊支架，底板由四角向中間呈斜面結(jié)構(gòu)，折疊支架也為斜面結(jié)構(gòu)，且與箱式殼體的底板斜面互補(bǔ)。介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)設(shè)有排液口，在排液口處設(shè)有電磁閥，排液口貫穿箱式殼體的底板，并在底板下面設(shè)有油桶。在線裝置檢定完畢后，電磁閥可以自動放液，利于安全環(huán)保。折疊支架用于箱式殼體現(xiàn)場的放置，撐開折疊支架后可將油桶放置在箱式殼體下方，用于標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣或者廢油的收回。

3) 數(shù)據(jù)處理單元。包括信號采集、處理、控制電路，用于對標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀和被測原油含水分析儀的檢測信號進(jìn)行采集、處理，并將處理結(jié)果傳送至面板，面板上設(shè)置有電磁閥開關(guān)指示燈、齒輪泵指示燈、電源指示燈、啟停電磁閥和齒輪泵按鍵。

4) 標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀。標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀、被測原油含水分析儀分別用信號傳輸電纜連接至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元通過RS-232通信電纜連接至電腦主機(jī)。

5) 原油含水分析儀。在線檢定裝置可以進(jìn)行原油試樣含水分析，也可以進(jìn)行被測原油含水分析儀的檢定，也可以進(jìn)行配制0～100%各點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣。

原油含水分析儀在線檢定裝置具有操作指示燈提示功能，裝置在檢定過程中，操作人員可按照指示燈提示進(jìn)行操作，減輕了操作人員勞動強(qiáng)度。

2 原油含水分析儀在線檢定裝置使用方法

原油含水分析儀在線檢定裝置的使用方法包括： 原油試樣含水分析、被測原油含水分析儀的在線檢定、配制0～100%各點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣。

2.1 原油試樣含水分析

原油試樣含水分析的步驟[8]：

1) 取出被測原油含水分析儀，將標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀放置在原油含水分析儀檢定裝置中。

2) 將介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的液體排凈，將無水油品注入第一儲油桶內(nèi)，開啟齒輪泵運(yùn)行3～5 min后，無水油品由排液口排出。

3) 重復(fù)上述步驟2)不少于2次，然后采用氣體吹掃方式將介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的液體吹掃干凈。

4) 用量杯稱量被測原油，將被測原油注入第一儲油桶中，記錄注入油品的總量，最大量不超過1 L；齒輪泵通電后，對被測原油進(jìn)行循環(huán)攪拌使其均勻，開泵運(yùn)行10 min后且被測原油溫度保持在(30±0.5) ℃，然后通過標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀進(jìn)行原油含水率的檢測。

5) 標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀的檢測數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理后，通過面板將數(shù)據(jù)傳送至電腦主機(jī)，然后用原油含水分析儀檢定裝置軟件系統(tǒng)再次進(jìn)行分析，可得到原油試樣含水率分析數(shù)據(jù)。

2.2 被測原油含水分析儀的在線檢定

被測原油含水分析儀的在線檢定步驟[9]：

1) 用量杯稱量標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣，將該油樣注入第一儲油桶中，記錄注入油品的總量。

2) 將被測原油含水分析儀插入第一儲油桶中，并固定在箱式殼體上，使被測原油含水分析儀的傳感器探頭處于第一儲油桶的中心，探頭剛好沒過第一儲油桶里的介質(zhì)為宜。

3) 齒輪泵通電后，對標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣進(jìn)行循環(huán)攪拌使其均勻，開泵運(yùn)行10 min后且介質(zhì)溫度保持在(30±0.5) ℃，然后通過標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀和被測原油含水分析儀分別進(jìn)行原油含水率的檢測。

4) 標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀和被測原油含水分析儀的檢測數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理后，通過面板將數(shù)據(jù)傳送至電腦主機(jī)，然后用原油含水分析儀檢定裝置軟件系統(tǒng)再次進(jìn)行分析，可得到原油含水率分析數(shù)據(jù)，通過對比標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀和被測原油含水分析儀的分析數(shù)據(jù)，最終得到被測原油含水分析儀相對標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀檢測原油含水率的準(zhǔn)確度。

進(jìn)入檢定裝置系統(tǒng)軟件的“配液計(jì)算表”畫面，按檢定要求選擇單點(diǎn)或連續(xù)配液方式。單點(diǎn)配液方式用于高含水、含水精度步長高于0.1%的原油含水分析儀檢定；連續(xù)配液方法用于低含水、含水精度步長低于0.1%的原油含水分析儀檢定。按加入的油品總量、步長等參數(shù)，根據(jù)“配液計(jì)算表”自動計(jì)算，并確認(rèn)打印。

5) 不斷更換標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣的含水率，重復(fù)步驟1)至步驟4)，依次得到不同含水率情況下，被測原油含水分析儀對比標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀檢測原油含水率的檢測準(zhǔn)確度，綜合所有檢測準(zhǔn)確度數(shù)據(jù)得到被測原油含水分析儀的檢定結(jié)果。

該方法可以用柴油、原油作為介質(zhì)，檢定電容法、射頻法、微波法等多種類型的插入式原油含水分析儀。

2.3 配制標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣

配制0～100%各點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣的步驟：

1) 取出被測原油含水分析儀，將標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀放置在原油含水分析儀檢定裝置中；從原油含水率在0～100%中，選取需要配置的標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣的各個含水率。

2) 將介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的液體排凈，將無水油品注入第一儲油桶內(nèi)，開啟齒輪泵運(yùn)行3～5 min后，無水油品由排液口排出。

3) 重復(fù)上述步驟2)不少于2次，然后采用氣體吹掃方式將介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的液體吹掃干凈。

4) 用量杯稱量檢定用水和檢定用油，將檢定用水和檢定用油混合成混合油品注入第一儲油桶中，記錄注入混合油品的總量；齒輪泵通電后，對混合油品進(jìn)行循環(huán)攪拌使其均勻，開泵運(yùn)行10 min后且混合油品溫度保持在(30±0.5) ℃，然后通過標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀進(jìn)行含水率的檢測。

5) 標(biāo)準(zhǔn)含水分析儀的檢測數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理后，通過面板將數(shù)據(jù)傳送至電腦主機(jī)，然后用原油含水分析儀檢定裝置軟件系統(tǒng)再次進(jìn)行分析，可得到含水率分析數(shù)據(jù)。

6) 根據(jù)得到的含水分析數(shù)據(jù)，在第一儲油桶中加注檢定用水或檢定用油，然后重復(fù)上述步驟4)和步驟5)，得到修正后的含水率分析數(shù)據(jù)，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣中的某個含水率，然后將配置好的混合油品通過排液口排至油桶中，得到1個標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣。

7) 不斷重復(fù)上述步驟3)至步驟6)，分別得到不同含水率的標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣。

上述步驟4)和步驟6)中的檢定用水是自來水、油田地下水、油水分離后不含油的污水，檢定用油是不含水的變壓器油、柴油、原油，原油必須加溫至稀油狀態(tài)。

原油含水分析儀在線檢定裝置還具有自動計(jì)算配液比例功能，根據(jù)配液量，可自動生成符合要求的配液計(jì)算表、加水體積、加油體積、含水率，降低了化驗(yàn)人員的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。

該方法能配制0～100%各點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣，可模擬油田現(xiàn)場輸油管線原油含水分析在線連續(xù)測量方式運(yùn)行，提高了油田行業(yè)科學(xué)管理水平和自動化程度，具有良好的推廣價值。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

研發(fā)的原油含水分析儀在線檢定裝置于2016年6月在長慶油田第三采油廠進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，結(jié)果表明： 含水率范圍在0～5%時精度達(dá)到±0.1%，含水率范圍在5%～100%時精度達(dá)到±1% ；比傳統(tǒng)化驗(yàn)方法精度高、方法快，同時節(jié)約了汽油等化驗(yàn)耗材，直接降低了生產(chǎn)成本，大幅度節(jié)省了人力資源。另外，可以用柴油、原油作為介質(zhì)，檢定電容法、射頻法、微波法等多種類型的插入式原油含水分析儀[10]，其精度符合JJG 899—1995《石油低含水率分析儀》的規(guī)定[11]，滿足了目前油田發(fā)展的要求[12]。

4 結(jié)束語

1) 原油含水分析儀在線檢定裝置，設(shè)計(jì)精巧、制造精密、輕便、易于攜帶，對人體和環(huán)境沒有任何影響，屬于安全、環(huán)保、節(jié)能型產(chǎn)品，符合安全環(huán)保要求。

2) 可在室內(nèi)快速檢定出油井原油試樣含水率，檢定不同類型的含水分析儀，又可攜帶到現(xiàn)場用于檢定工作中的原油含水分析儀和檢測原油試樣含水率[13]。

3) 能配制0～100%各點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)原油含水油樣，可模擬油田現(xiàn)場輸油管線原油含水分析在線連續(xù)測量方式運(yùn)行[14]，提高了油田行業(yè)科學(xué)管理水平和自動化程度[15]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王國慶，張鍵.原油含水分析儀技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].油氣田地面工程，2004,23(05)： 33.

[2] 鄧洪財(cái)，劉益智，王國濱.應(yīng)用密度法測原油含水率[J].黑龍江科技信息，2008(10)： 39-40.

[3] 孫普男.智能一體化原油含水率檢測儀的研制與應(yīng)用[J].核技術(shù)，2003,26(11)： 879-882.

[4] 孫文娟.原油含水率測定裝置的改進(jìn)[J].石油化工應(yīng)用，2009,28(05)： 64-66.

[5] 張秀芳，李超，丁力.石油含水率測試儀的設(shè)計(jì)[J].陜西理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010,26(02)： 14-18.

[6] 季鵬，馬曉明，楊學(xué)維.在線式原油含水率自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2007,23(11)： 86-88.

[7] 鄔春學(xué)，李宏魁.油田開發(fā)與計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)應(yīng)用[M].北京： 石油工業(yè)出版社,2001.

[8] 陳祥光，薛錦誠，傅若農(nóng).儲罐原油含水率在線測量及動態(tài)油量計(jì)量技術(shù)的研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2010,21(06)： 569-573.

[9] 趙志芳.原油水分含量測試技術(shù)的研究[D].沈陽： 沈陽工業(yè)大學(xué)，2007.

[10] 朱廣陞,高世春，朱丹. GB/T 25104—2010原油含水量的自動測定—射頻法[S].北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010.

[11] 陸國強(qiáng)，鄭志受.JJG 899—1995石油低含水率分析儀[S].北京： 中國計(jì)量出版社，1995.

[12] 陳鏗，雷猛.油品含水率的測量方法[J].儀表與計(jì)量技術(shù)，2006(04)： 25-27.

[13] 楊瑞斌，宋章帥.原油含水率測量分析原理與系統(tǒng)應(yīng)用[J].山西科技，2011,26(02)： 103-104.

[14] 徐清華.管道原油含水率測量技術(shù)的研究[D].沈陽： 沈陽工業(yè)大學(xué)，2011.

[15] 李曄，袁學(xué)民，趙柱.在線分析儀表的選擇與應(yīng)用[J].石油化工自動化，2012,48(04)： 70-73.