新型油井含水化驗(yàn)裝置的室內(nèi)研究

梁恩武，李豐輝，王月杰，張繼偉，鄭中亮

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452；2.中海石油(中國(guó))有限公司曹妃甸作業(yè)公司，

天津 300459；3.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

在原油的生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)過程中，原油含水率的測(cè)試十分重要，直接影響到原油的開采、集輸、計(jì)量、脫水、銷售和冶煉等，影響原油的品質(zhì)及開發(fā)成本[1]。原油含水率的準(zhǔn)確測(cè)試對(duì)于確定出水、出油層位，估計(jì)原油產(chǎn)量、預(yù)測(cè)油井開發(fā)壽命、油井的產(chǎn)量質(zhì)量控制、油井狀態(tài)檢測(cè)、數(shù)字化油田建設(shè)等具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[2-6]。

國(guó)內(nèi)外科研工作者先后提出多種測(cè)試方法，包括離線測(cè)定方法及在線測(cè)定方法，在應(yīng)用中雖取得一定的效果，但受限于技術(shù)和工藝水平，在測(cè)試精度、性價(jià)比、全程測(cè)試、安全環(huán)保等方面還存在諸多的問題[7-10]。

中海油海上某油田邊底水能量強(qiáng)，含水上升快，隨著油田的開發(fā)，目前綜合含水達(dá)94%，含水＞60%的高含水油井占到總井?dāng)?shù)約4/5，含水＞90%的特高含水油井占到總井?dāng)?shù)約60%。產(chǎn)液優(yōu)化調(diào)整及側(cè)鉆決策的主要依據(jù)之一是單井含水率狀態(tài)。

因此，海上某油田對(duì)高含水井含水率測(cè)定的精度提出了更高的要求，目前現(xiàn)場(chǎng)使用離心法，由于高含水井油量少、取樣量有限、取樣杯粘附原油、離心管小、肉眼讀取誤差等限制，含水率測(cè)定精度有限，給油藏分析決策帶來一定困難。針對(duì)海上某油田研究的新型油井含水化驗(yàn)裝置，采用過濾法原理，與常規(guī)工藝方法互相驗(yàn)證，提升高含水井含水化驗(yàn)精度。

1 新型油井含水化驗(yàn)裝置

1.1 總體結(jié)構(gòu)

該新型油井含水化驗(yàn)裝置如圖1所示，包括原液罐(內(nèi)壁附著超疏油涂層)、清液罐、稱重模塊、膜組件(內(nèi)部密封油水分離膜)、電源系統(tǒng)、真空泵及交互模塊。

圖1 化驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

開發(fā)的高效油水分離膜材料(親水疏油材料，密封在膜組件中)能有效阻隔油水混合物中的油組分，達(dá)到油水分離的效果。準(zhǔn)確測(cè)定產(chǎn)出液總質(zhì)量(M)及過濾水質(zhì)量(M1)，再加上膜組件殘留水質(zhì)量(k)，自動(dòng)計(jì)算精準(zhǔn)的井液含水率，提升高含水油井含水率測(cè)定的準(zhǔn)確性和效率。

1.3 創(chuàng)新點(diǎn)

(1)具有一系列不同體積的大容量裝置，根據(jù)各井生產(chǎn)情況采用不同體積的大容量裝置延長(zhǎng)取樣時(shí)間，利用取樣體積放大的方式減小井液波動(dòng)造成的測(cè)試誤差。

(2)利用可拆裝的取樣桶(內(nèi)壁超疏油涂層)，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)取樣及化驗(yàn)室過濾，防止了產(chǎn)出液轉(zhuǎn)移過程中的原油粘附損失，增加稱重模塊，避免了使用人眼讀取體積出現(xiàn)的誤差。

(3)含水測(cè)定增加油水分離膜，油水相快速分離，通過精確的過濾水重量/產(chǎn)出液總重量計(jì)算含水率，測(cè)試更快更準(zhǔn)確，提高工作效率，更好地指導(dǎo)生產(chǎn)。

(4)取樣及測(cè)定裝置清洗方便，可循環(huán)使用，環(huán)保經(jīng)濟(jì)。

2 室內(nèi)效果分析

2.1 理論數(shù)據(jù)對(duì)比

如表1、圖2所示，前期利用水質(zhì)較好的現(xiàn)場(chǎng)油水樣進(jìn)行室內(nèi)效果分析，見序號(hào)1、序號(hào)2數(shù)據(jù)，新型油井含水化驗(yàn)裝置含水率測(cè)定結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)液理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，誤差在±0.5%以內(nèi)，單次檢測(cè)在15 min以內(nèi)。其中標(biāo)準(zhǔn)液制備方法：中海油海上某油田油水樣，破乳后利用分液漏斗油水分離，得到純油及純水(含有少量雜質(zhì)，水質(zhì)較澄清)，按照預(yù)設(shè)的含水率，取一定質(zhì)量的純油及純水，倒入原液罐中，即可得到標(biāo)準(zhǔn)液。其中疏油層為3 μm孔徑水下超疏油-超親水纖維素膜(直徑20 cm)。其中k值為膜組件殘留水質(zhì)量，根據(jù)20組標(biāo)準(zhǔn)液測(cè)試，標(biāo)定出k值為18 g。其中真空度-60表示-0.098×60%=-0.059 MPa。

表1 理論數(shù)據(jù)對(duì)比

圖2 室內(nèi)測(cè)定誤差情況

如表1、圖2所示，整改后利用水質(zhì)較差的現(xiàn)場(chǎng)油水樣進(jìn)行室內(nèi)效果分析，主要針對(duì)前期工藝無法滿足現(xiàn)場(chǎng)存在的水質(zhì)較差的油井測(cè)定，出現(xiàn)堵膜測(cè)定中止、漏油等問題，最終確定序號(hào)9為最終的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定方案，新型油井含水化驗(yàn)裝置含水率測(cè)定結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)液理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，誤差在±0.5%以內(nèi)，單次檢測(cè)在15 min以內(nèi)。其中標(biāo)準(zhǔn)液制備方法：中海油海上某油田油水樣，破乳后利用分液漏斗油水分離，得到純油及純水(含有多種雜質(zhì)的油井渾水)，按照預(yù)設(shè)的含水率，取一定質(zhì)量的純油及純水，倒入原液罐中，即可得到標(biāo)準(zhǔn)液。

序號(hào)3中，復(fù)合膜片為10 μm孔徑水下超疏油-超親水纖維素膜+5 μm孔徑SiO2親油-疏水膜+10 μm孔徑水下超疏油-超親水纖維素膜+5μm孔徑SiO2親油-疏水膜+100 μm孔徑海綿親油-疏水膜+10 μm孔徑水下超疏油-超親水纖維素膜(共6層膜，排列順序?yàn)閺脑汗拗燎逡汗?，直徑20 cm，標(biāo)定出k值為52 g，最終過濾速度40 min未完成，不滿足要求，分析原因是膜片層數(shù)過多。序號(hào)4中，減少膜片層數(shù)到4層，標(biāo)定出k值降為34 g，最終過濾速度為34 min，不滿足要求，分析原因是油井渾水堵塞其中一層膜片，導(dǎo)致過濾速度偏慢。序號(hào)5中，將最后一層海綿層更換為砂芯層，過濾速度為47 min，且誤差超過±0.5%，分析原因?yàn)橛途疁喫氯谝粚邮栌蛯?，?dǎo)致過濾速度偏慢。序號(hào)6中，改變膜片排列順序，將孔徑大、膜片厚的海綿層放在第一層，過濾速度為9 min，精度、速度滿足要求。序號(hào)7中，樣品經(jīng)過加熱80 ℃、OP-10 2.5 mg/L、乳化機(jī)3 000 r/min處理，模擬現(xiàn)場(chǎng)井口產(chǎn)出液剛?cè)〕龅臓顟B(tài)，但誤差達(dá)到3.45%，過濾速度明顯加快，分析原因是高溫對(duì)復(fù)合膜(尤其是海綿層)的親水、疏水性能產(chǎn)生影響，導(dǎo)致k值波動(dòng)較大。序號(hào)8、序號(hào)9中，重新驗(yàn)證序號(hào)6的測(cè)定穩(wěn)定性，真空度降為-15至-45，防止真空過大漏油，原油已滲過第3層膜片，極少量到達(dá)第4層膜片，因此膜片層數(shù)最少4層，要求樣品靜置到常溫，測(cè)定精度、速度滿足要求，確定為最終的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定方案。

2.2 專業(yè)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)比

如表2所示，前期利用水質(zhì)較好的現(xiàn)場(chǎng)油水樣，針對(duì)含水率＞90%的高含水油井，任意選取中海油海上某油田3口井產(chǎn)出液進(jìn)行含水率測(cè)試驗(yàn)證，與專業(yè)機(jī)構(gòu)中海油實(shí)驗(yàn)中心測(cè)試結(jié)果對(duì)比，誤差在±0.5%以內(nèi)，單次檢測(cè)在15 min以內(nèi)。序號(hào)3中新型油井含水化驗(yàn)裝置測(cè)試，測(cè)得過濾水中含油103 mg/L，不影響測(cè)定精度，且過濾油中無水滴，表明油水分離膜片-單層膜精細(xì)過濾性能良好，可以保證測(cè)定精度。

表2 專業(yè)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)比

3 結(jié)語

本文研究了一種具有離線取樣檢測(cè)功能的新型油井含水化驗(yàn)裝置，可以提升高含水油井含水率測(cè)定精度，針對(duì)含水率＞90%的高含水油井，與標(biāo)準(zhǔn)液理論數(shù)據(jù)、專業(yè)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，測(cè)試誤差均在±0.5%以內(nèi)，測(cè)試時(shí)間控制在15 min以內(nèi)，滿足現(xiàn)場(chǎng)更準(zhǔn)、更快、更便捷的含水率測(cè)定需求，使原油產(chǎn)量分配更精準(zhǔn)，提限液優(yōu)化、側(cè)鉆判斷更科學(xué)。最優(yōu)測(cè)定條件為：油水樣靜置到常溫，膜片為4層膜/20 cm/海綿層-疏油層-砂芯層-疏油層，k值為52 g，真空度為-15至-45。