海上油氣田水中油含量在線監(jiān)測系統(tǒng)研制

摘 要 水中油在線監(jiān)測設備在海上油田的應用日益增多，但使用效果并不能滿足實際工況及現(xiàn)代化要求。針對紅外散射法在線監(jiān)測設備進行水中油含量在線監(jiān)測系統(tǒng)研制。通過提高儀器對海上平臺工況的適應性、消除影響因素、增加自動清洗工藝并研發(fā)自動化監(jiān)測控制軟件，實現(xiàn)自動在線監(jiān)測。現(xiàn)場應用表明：該設備在線監(jiān)測結(jié)果的相對偏差在0.6%～7.6%，滿足水質(zhì)監(jiān)測標準對水中油含量監(jiān)測準確性的要求。

關(guān)鍵詞 在線監(jiān)測 海上油氣田 油含量 紅外散射法 適應性 影響因素 自動清洗 自控軟件

中圖分類號 TH83；X55 " 文獻標志碼 B " 文章編號 1000-3932（2024）04-0714-05

油含量是油田水質(zhì)監(jiān)測的主要控制指標之一，涉及采油注水、污水處理、廢水排放等油田生產(chǎn)諸多方面。早期水中油含量的監(jiān)測主要通過人工采樣方式，存在監(jiān)測頻次低、工作強度大等諸多問題，而且監(jiān)測結(jié)果具有較大的偶然性，不能代表水質(zhì)的真實情況［1～3］。鑒于上述情況，同時也因為我國“智能油田”“數(shù)字化油田”建設的高速發(fā)展，水中油在線監(jiān)測設備近年來受到的關(guān)注日益增多［4～7］。

1 在線監(jiān)測設備應用現(xiàn)狀分析

近些年油含量在線監(jiān)測設備在部分油田已經(jīng)有了不少應用案例［8～12］，但從海上油田現(xiàn)場調(diào)研分析，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

a. 使用過程中觀察窗口較易起霧；

b. 探頭易被污染，導致測量結(jié)果隨時間持續(xù)增大；

c. 測量池結(jié)垢、滲漏造成設備短路等；

d. 在線監(jiān)測設備測量結(jié)果與人工測量結(jié)果一致性難以保證［13］。

這些問題與油田復雜的水質(zhì)條件以及海上平臺工況條件相關(guān)［14～17］。油田生產(chǎn)水具有以下特點：

a. 油和懸浮物通常是普遍存在的組分，懸浮物含量較高時會對含油量測量產(chǎn)生很大的影響，影響測量精度；

b. 成分復雜，部分組分會產(chǎn)生熒光，影響熒光法的精度；

c. 含鹽量高，部分水樣有結(jié)垢趨勢，造成流通池和管路結(jié)垢，影響測量結(jié)果；

d. 海上油田濕度高、鹽度高，晝夜溫差較大，設備保護條件苛刻，易造成設備電路板短路等問題。

2 水中油在線監(jiān)測設備研制

根據(jù)目前水中油監(jiān)測設備相關(guān)原理及其在油田現(xiàn)場應用時存在問題的總結(jié)，針對近紅外光學法類設備進行優(yōu)化改進，研制水中油在線監(jiān)測設備。其技術(shù)原理為當紅外光穿過樣品時，兩個光學傳感器測量被測樣品中油滴散射和折射的光信號，該信號經(jīng)過處理和計算，顯示出對應的油含量，樣品池與光學測量系統(tǒng)不接觸，屬于一種非接觸式的在線連續(xù)監(jiān)測技術(shù)。

2.1 設備安全運行流程

正壓防護技術(shù)。將測量單元、計算單元及電氣控制元器件等全部置于正壓防爆柜中，并向防爆柜中通入干燥的氣源，壓力保持在150 kPa，從而對測量單元、計算單元和電氣控制元件實施有效保護，規(guī)避了海上潮濕空氣和鹽霧對監(jiān)測系統(tǒng)、控制元器件等造成的腐蝕與破壞，同時解決電氣儀表的防爆問題。

耐腐蝕材質(zhì)更換。將市售檢測器材質(zhì)由316不銹鋼更換為耐腐蝕性更好的材質(zhì)，減少排海水樣對檢測器的腐蝕，從而保障檢測器的使用壽命。

2.2 設備影響因素消除措施

在線監(jiān)測設備由于采用紅外散射光法，為了避免生產(chǎn)水中懸浮物顆粒、溶解氣、懸浮物和氣泡對光路監(jiān)測結(jié)果的影響，研制設備采用傘板沉降和氣體自動釋放技術(shù)來消除氣泡與懸浮物顆粒的影響，如圖1所示。采用傘板沉降和氣體釋放技術(shù)前，在線監(jiān)測結(jié)果相對偏差較大，處于1.9%～22.5%；而在采用傘板沉降和氣體釋放技術(shù)后，大在線監(jiān)測相對偏差對比幅降低了在線監(jiān)測結(jié)果的相對偏差，且結(jié)果較為穩(wěn)定，處于0.7%～6.4%，說明該技術(shù)能夠有效降低生產(chǎn)水水質(zhì)對監(jiān)測結(jié)果的影響，提高了監(jiān)測結(jié)果的精密度和準確度。

2.3 設備自動清洗工藝

油氣田水中油會附著在監(jiān)測系統(tǒng)的管線和監(jiān)測器上，附著油不斷累積，當油田水將附著的油沖下來后將影響監(jiān)測結(jié)果；油附著在監(jiān)測器監(jiān)測池內(nèi)壁，影響光的通路，導致監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)不斷增大。因此，研制設備增加了自動清洗裝置：

a. 在測量池頂部增設引流管，將反洗后的浮渣和油污從測量池引出，確保監(jiān)測器中的刷環(huán)自身干凈；

b. 篩選出清洗效果較好的清洗劑，并向熱清水中添加化學藥劑，進一步清洗監(jiān)測器和管線，提高監(jiān)測器自動清洗效果，確保在線監(jiān)測系統(tǒng)不受附著油的影響。

增加自動清洗裝置前后，在線監(jiān)測與人工化驗數(shù)據(jù)的對比結(jié)果如圖2、3所示。采用自動清洗工藝前，在線監(jiān)測結(jié)果與人工化驗結(jié)果在4 d之內(nèi)結(jié)果較吻合，隨著監(jiān)測時間增長，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)越來越大，與人工化驗的數(shù)據(jù)偏差越來越大。采用自動清洗工藝后，在15 d的監(jiān)測期內(nèi)，在線監(jiān)測結(jié)果與人工化驗結(jié)果數(shù)據(jù)一直較吻合。說明增加自動清洗工藝有效消除了在線監(jiān)測設備中附著油的影響，實現(xiàn)了系統(tǒng)長期在平臺運行且數(shù)據(jù)準確可靠。

2.4 設備控制自動化

設備閥門全部采用自動控制閥門，整個運行過程均由PLC自動控制，通過網(wǎng)線連接至觸摸屏，觸摸屏可觀察設備運行過程、相關(guān)參數(shù)設置、監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集與處理、歷史數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)超標預警，然后經(jīng)網(wǎng)線傳遞到平臺的中控電腦，實時監(jiān)控和記錄數(shù)據(jù)。整個自動控制過程分為參數(shù)設置、啟動設備、測量過程、清洗過程。參數(shù)設置：根據(jù)現(xiàn)場工況設置好清洗周期、清洗熱水溫度、藥劑濃度及熱水清洗時間等相關(guān)參數(shù)；啟動設備：啟動設備運行按鈕開啟設備；測量過程：測量單元進樣電磁閥打開，水樣流入測量單元后進行含油量的監(jiān)測；清洗過程：通過程序控制，測量過程結(jié)束前熱水提前加熱，當結(jié)束測量后，進樣電磁閥自動關(guān)閉，加藥泵自動開啟進行藥劑清洗，藥劑清洗完畢后，加藥泵自動關(guān)閉，熱水清洗閥自動打開進入熱水清洗。為消除附著油的影響，該裝置研發(fā)了一套自動清洗與零點校正程序（圖4），采用藥劑加清水對裝置進行清洗，保證了清潔效果以及測量的準確性。每次自動清潔完成后會對裝置進行零點校正，若零點校正無問題，則繼續(xù)進入測量過程，若連續(xù)3次自動清洗后，零點校正仍然存在問題，則裝置會發(fā)出現(xiàn)場和遠程警報，提醒進行人工處理。人工處理后，再次啟動設備即可。整套設備由PLC自動控制，操作簡單、自動化程度高、滿足海上平臺智能化需求。

3 現(xiàn)場應用效果

目前，研制的水中油在線監(jiān)測設備已應用于多個海上平臺。在無人工干預條件下，在南海A平臺分別連續(xù)7 d監(jiān)測水處理氣浮選出口、一級水力旋流器出口、二級水利旋流器出口，并與人工化驗結(jié)果進行對比，如圖5～7所示，可以看出，在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工化驗數(shù)據(jù)對比結(jié)果吻合，相對偏差在0.6%～7.6%，滿足SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標及分析方法》標準對水質(zhì)監(jiān)測的要求，證實了在線監(jiān)測結(jié)果的準確性。

4 結(jié)束語

針對水中油在線監(jiān)測設備在海上油田不能滿足實際工況的現(xiàn)狀，研制出一套適用于海上平臺使用的水中油在線監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)通過4種措施實現(xiàn)水中油在線監(jiān)測系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行以及自動化監(jiān)測，提高了監(jiān)測結(jié)果的準確性：

a. 正壓防護技術(shù)和選用耐腐蝕性能更好的鈦合金材料，提高了儀器對海上平臺工況的適應性；

b. 通過采用傘板沉降和氣體自動釋放技術(shù)有效消除了油田水中溶解氣和懸浮物對監(jiān)測結(jié)果的影響；

c. 通過研發(fā)自動清洗工藝有效消除了在線監(jiān)測設備中的附著油對監(jiān)測結(jié)果的影響，保障了監(jiān)測結(jié)果的準確性；

d. 研發(fā)了一套自動化監(jiān)測控制軟件，實現(xiàn)設備的自動在線監(jiān)測、智能控制、自動采集和數(shù)據(jù)處理，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)查詢和自動預警，從而實現(xiàn)設備無需人工值守，能夠長期穩(wěn)定地在海上平臺工況條件下進行水中油含量在線監(jiān)測。

現(xiàn)場應用表明，通過在不同取樣點連續(xù)長時間監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)在線監(jiān)測結(jié)果與人工化驗結(jié)果吻合，相對偏差在0.6%～7.6%，說明在線監(jiān)測結(jié)果準確，符合相關(guān)標準對監(jiān)測質(zhì)量的要求，為海上平臺水中油含量實現(xiàn)在線監(jiān)測提供了可靠的途徑。

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（收稿日期：2023-09-04，修回日期：2023-09-18）