無源含水分析儀測量原油含水率可行性分析

屈樂民 王健 周方迪 彭敏

摘? 要：本文重點分析無源含水分析儀現(xiàn)場試驗情況及代替有源含水分析儀測量原油含水率的可行性。針對第三采油廠采用的含水分析儀為射線型，從安全管理、經(jīng)濟效益角度分析無源含水分析儀的使用價值，同時提出應(yīng)用前需要解決的技術(shù)問題，從而達到降低使用成本的目的。

關(guān)鍵詞：放射源;含水分析儀;測量;原油含水率;可行性

一、 問題的提出

采油三廠測量原油含水率采用的是有源含水分析儀，放射源為IV類低危險源。隨著地方環(huán)境保護部門加大對輻射安全監(jiān)督檢查力度，目前采油三廠已接到地方環(huán)境保護部門輻射環(huán)境安全專項執(zhí)法檢查問題整改函，不僅存在巨額罰款的風(fēng)險，同時管理難度增加，安全風(fēng)險大，且使用成本加大。因此，如何采用無源含水分析儀測量原油含水率，在不影響計量精度的情況下，減少有源儀器的使用，是目前采油三廠原油計量面臨亟待解決的難題。

二、原油含水率測量現(xiàn)狀及存在問題

1 測量現(xiàn)狀

采油三廠測量原油含水率采用的是蘭州科慶有限公司生產(chǎn)的有源含水分析儀，它是一種利用放射性同位素和核輻射技術(shù)的新型自動控制儀表，一般由射線源、核輻射探測裝置、電轉(zhuǎn)換器及自動控制和記錄儀表等部分組成，它是根據(jù)放射性同位素的γ射線穿過物質(zhì)時被吸收或散射的規(guī)律設(shè)計的儀表，其采用的放射性同位素為Pu-238和Am-241，目前全廠共使用46臺含水分析儀，分布于20座站點，其中包含Pu-238放射源38枚， Am-241放射源8枚。含水分析儀的安裝、調(diào)試、維護以及回收等工作均由蘭州科慶公司承擔(dān)，目前主要安裝在對外原油交接點、合作區(qū)原油交接、聯(lián)合站以及內(nèi)部交接點的原油含水率的測量。

2 存在問題

2.1 原油結(jié)蠟、含雜質(zhì)等導(dǎo)致計量不準(zhǔn)確

放射源表面結(jié)蠟、原油中含有雜質(zhì)等問題導(dǎo)致射線穿透原油過程中發(fā)生變化，射線部分被蠟、雜質(zhì)等吸收，從而導(dǎo)致誤差，如油二轉(zhuǎn)安裝的蘭州科慶含水分析儀，結(jié)蠟周期為一周，導(dǎo)致無法正常計量，且內(nèi)含放射源，站內(nèi)工作人員無法自行開展維護。

2.2 溫度變化影響計量精度

隨著溫度變化，油水混合密度發(fā)生變化，從而引起含水率測量誤差?，F(xiàn)用含水分析儀需要溫度補償，這就要求定期對含水分析儀根據(jù)輸油溫度的變化進行調(diào)整，目前由溫度變化引起計量誤差問題時常出現(xiàn)，如靖四聯(lián)至靖三聯(lián)交油管線，由于溫度變送器安裝位置不合適導(dǎo)致測量溫度不準(zhǔn)確，含水分析儀溫度補償不合理，造成誤差。

2.3 需要辦理輻射安全許可證及開展相關(guān)工作

目前使用的含水分析儀內(nèi)含放射源，按照《放射性同位素與射線裝置安全許可管理辦法》規(guī)定，需要辦理輻射安全許可證，定期開展環(huán)境監(jiān)測、人員體檢、年度評估等相關(guān)工作，造成了使用、管理等工作困難，且使用成本加大。

三、無源含水分析儀工作原理及現(xiàn)場試驗分析

1 含水分析儀種類

1.1 電特性原理

主要分為射頻法、微波法、電磁波法、電容法等，主要是基于原油和水的介電常數(shù)（部分包括損耗因子）不同，在不同的電磁波作用下，引起的電特性參數(shù)變化量不同。

1.2質(zhì)量反推法

主要產(chǎn)品為質(zhì)量流量計，主要是依據(jù)原油和水的密度不同進行比例推算。

1.3 射線法

分為有源射線、無源射線兩種，根據(jù)原油和水對射線吸收能力的不同而設(shè)計的工業(yè)同位素檢測儀表，目前使用的蘭州科慶含水分析儀均為有源射線儀表。

2 無源含水分析儀工作原理

有源射線含水分析儀由于內(nèi)含放射源，雖然其能量強度較低，但涉及到“源”廢料處理問題，給管理和使用帶來困難。根據(jù)精度、重復(fù)性及適應(yīng)性，目前主要采用的是電磁波、電容以及微波原理的電特性含水分析儀。

2.1 微波法含水分析儀工作原理

水的介電常數(shù)是80，油的介電常數(shù)是2;水的損耗因子是29，油的損耗因子是0.004，微波法利用其二者吸收波的能量不同，通過精確測量波峰的諧振頻率來判斷含水量，重復(fù)性好，模擬電路信號易產(chǎn)生漂移，需要加溫度補償，適合低含水原油檢測。

2.2 電磁波法含水分析儀工作原理

電磁波在同軸線中油水混合介質(zhì)中傳播時的相位因油水比例不同而發(fā)生變化時，該相位也隨著發(fā)生變化，通過對相位的測量，就可以得到油中的含水率。其不受粘度、密度、溫度、壓力的影響，探頭結(jié)蠟對精度產(chǎn)生較大影響，不適合含氣原油的檢測，模擬電路信號易產(chǎn)生漂移，適合高含水原油監(jiān)測。

2.3 電容法含水分析儀工作原理

由于油和水的介電常數(shù)差異較大，油水比例發(fā)生變化時從而導(dǎo)致電容的變化，會引起振蕩頻率的變化，通過測量振蕩頻率就可以測量管道中介質(zhì)的含水值，水包油、油包水以及原油組份對介電常數(shù)的影響敏感性無法補償。

3 現(xiàn)場試驗情況

3.1 數(shù)據(jù)對比

無源含水分析儀在第三采油廠使用了4臺，新寨作業(yè)區(qū)使用3臺，均已損壞，且前期試驗數(shù)據(jù)未進行記錄，油房莊一區(qū)使用1臺，2013年投入使用，目前監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

四、 需要注意和解決的問題

1、由于缺少無源含水分析儀在不同含水率下的試驗數(shù)據(jù)，不能全面評價該類型含水分析儀在第三采油廠運行的可靠性、穩(wěn)定性和適應(yīng)性，因此，使用前需要進行進一步的開展試驗，跟蹤分析錄取數(shù)據(jù)。

2、氣體對含水率測定影響較大，試驗前，需要對試驗站點含氣量、含水、液量、輸油方式等參數(shù)統(tǒng)計分析，且需要對工藝流程進行改造，按照儀表技術(shù)要求進行安裝，避免影響測量精度。

3、在測量過程中，因砂、蠟等雜質(zhì)使傳感器工作一段時間后造成探頭表面結(jié)垢，需要定期清理探頭表面，以保證計量精度。

4、溫度變化對無源含水分析儀的測量精度影響程度無相關(guān)實驗記錄，需要進一步開展現(xiàn)場試驗，全面評價含水分析儀的性能。

五、 結(jié)論及認識

1、根據(jù)目前試驗情況，無源含水分析儀的準(zhǔn)確度、維護、管理方面相對于有源含水分析儀具有較大優(yōu)勢，且在低含水率下其測量精度、穩(wěn)定性高于有源含水分析儀，能夠替代有源含水分析儀。

2、無源含水分析儀的引進能解決含水分析儀單一供貨商問題，加大競爭力度，提高原油含水測量儀表的維護服務(wù)質(zhì)量。

3、無源含水分析儀試驗成功后，可以實現(xiàn)區(qū)域性含水監(jiān)測，及時掌握含水變化，制定應(yīng)對措施。

4、無源含水分析儀內(nèi)不含有放射源，維護不需要專業(yè)部門進行，崗位及技術(shù)負責(zé)人經(jīng)過培訓(xùn)后均可進行維護，降低維護難度及周期，且無需地方辦理使用許可證，不會發(fā)生核泄漏事故，降低了管理難度及安全風(fēng)險，有效降低使用成本。

作者簡介：1984年5月出生，2008年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，石油工程專業(yè)，現(xiàn)為長慶油田分公司第三采油廠工程師。