原油含水分析儀在線檢定裝置研發及應用

高寶元

(1. 中國石油集團川慶鉆探工程有限公司 工程技術研究院，陜西 西安 710018；2. 低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西 西安 710018)

原油含水率是采油生產的重要參數之一，及時掌握井口原油含水率的變化，對于油井的動態分析、工作狀況及生產管理至關重要。原油含水率在原油交接計量過程中是較為重要的參數之一，隨著石油行業科學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用[1]，因而檢測原油含水率儀表的準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方法[2]，需要現場采集原油試樣，在實驗室進行含水率分析。

研發的原油含水分析儀在線檢定裝置，可以快速、安全、準確地檢測出原油含水率；也可以用柴油、原油作為介質，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確度；又可攜帶到現場用于檢定在線工作的原油含水分析儀；同時能配制0～100%各點的標準原油含水油樣，模擬油田現場輸油管線原油含水率分析在線連續測量方式[3]。

1 原油含水分析儀在線檢定裝置設計

原油含水分析儀在線檢定裝置[4]由箱式殼體、標準含水分析儀[5]、被測原油含水分析儀和數據處理單元等組成。

箱式殼體內部裝有介質循環系統，箱式殼體上設有面板。標準含水分析儀內嵌有溫度傳感器，可以實時檢測溫度。標準含水分析儀、被測原油含水分析儀分別用信號傳輸電纜連接至數據處理單元，數據處理單元通過RS-232通信電纜連接至電腦主機。電腦主機內置原油含水分析儀在線檢定裝置微機系統程序[6]，該程序具有檢定原油的含水率、溫度、零點標定、自動配液計算、對檢定裝置的操作、自動記錄存儲數據等功能[7]。油井原油含水分析儀在線檢定裝置結構如圖1所示。

圖1 油井原油含水分析儀在線檢定裝置結構示意

1) 介質循環系統。介質循環系統由第一儲油桶、齒輪泵、第二儲油桶通過過渡管段連接成環線；標準含水分析儀插裝在第二儲油桶內，被測原油含水分析儀插裝在第一儲油桶內。

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

3) 數據處理單元。包括信號采集、處理、控制電路，用于對標準含水分析儀和被測原油含水分析儀的檢測信號進行采集、處理，并將處理結果傳送至面板，面板上設置有電磁閥開關指示燈、齒輪泵指示燈、電源指示燈、啟停電磁閥和齒輪泵按鍵。

4) 標準含水分析儀。標準含水分析儀、被測原油含水分析儀分別用信號傳輸電纜連接至數據處理單元，數據處理單元通過RS-232通信電纜連接至電腦主機。

5) 原油含水分析儀。在線檢定裝置可以進行原油試樣含水分析，也可以進行被測原油含水分析儀的檢定，也可以進行配制0～100%各點的標準原油含水油樣。

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行操作，減輕了操作人員勞動強度。

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%各點的標準原油含水油樣。

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，將標準含水分析儀放置在原油含水分析儀檢定裝置中。

2) 將介質循環系統內的液體排凈，將無水油品注入第一儲油桶內，開啟齒輪泵運行3～5 min后，無水油品由排液口排出。

3) 重復上述步驟2)不少于2次，然后采用氣體吹掃方式將介質循環系統內的液體吹掃干凈。

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，對被測原油進行循環攪拌使其均勻，開泵運行10 min后且被測原油溫度保持在(30±0.5) ℃，然后通過標準含水分析儀進行原油含水率的檢測。

5) 標準含水分析儀的檢測數據傳送至數據處理單元，數據處理單元對檢測數據進行采集、處理后，通過面板將數據傳送至電腦主機，然后用原油含水分析儀檢定裝置軟件系統再次進行分析，可得到原油試樣含水率分析數據。

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) 用量杯稱量標準原油含水油樣，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為宜。

3) 齒輪泵通電后，對標準原油含水油樣進行循環攪拌使其均勻，開泵運行10 min后且介質溫度保持在(30±0.5) ℃，然后通過標準含水分析儀和被測原油含水分析儀分別進行原油含水率的檢測。

4) 標準含水分析儀和被測原油含水分析儀的檢測數據傳送至數據處理單元，數據處理單元對檢測數據進行采集、處理后，通過面板將數據傳送至電腦主機，然后用原油含水分析儀檢定裝置軟件系統再次進行分析，可得到原油含水率分析數據，通過對比標準含水分析儀和被測原油含水分析儀的分析數據，最終得到被測原油含水分析儀相對標準含水分析儀檢測原油含水率的準確度。

進入檢定裝置系統軟件的“配液計算表”畫面，按檢定要求選擇單點或連續配液方式。單點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，根據“配液計算表”自動計算，并確認打印。

5) 不斷更換標準原油含水油樣的含水率，重復步驟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準含水分析儀檢測原油含水率的檢測準確度，綜合所有檢測準確度數據得到被測原油含水分析儀的檢定結果。

該方法可以用柴油、原油作為介質，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 配制標準原油含水油樣

配制0～100%各點的標準原油含水油樣的步驟：

1) 取出被測原油含水分析儀，將標準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，選取需要配置的標準原油含水油樣的各個含水率。

2) 將介質循環系統內的液體排凈，將無水油品注入第一儲油桶內，開啟齒輪泵運行3～5 min后，無水油品由排液口排出。

3) 重復上述步驟2)不少于2次，然后采用氣體吹掃方式將介質循環系統內的液體吹掃干凈。

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，對混合油品進行循環攪拌使其均勻，開泵運行10 min后且混合油品溫度保持在(30±0.5) ℃，然后通過標準含水分析儀進行含水率的檢測。

5) 標準含水分析儀的檢測數據傳送至數據處理單元，數據處理單元對檢測數據進行采集、處理后，通過面板將數據傳送至電腦主機，然后用原油含水分析儀檢定裝置軟件系統再次進行分析，可得到含水率分析數據。

6) 根據得到的含水分析數據，在第一儲油桶中加注檢定用水或檢定用油，然后重復上述步驟4)和步驟5)，得到修正后的含水率分析數據，直至達到標準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個標準原油含水油樣。

7) 不斷重復上述步驟3)至步驟6)，分別得到不同含水率的標準原油含水油樣。

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。

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

該方法能配制0～100%各點的標準原油含水油樣，可模擬油田現場輸油管線原油含水分析在線連續測量方式運行，提高了油田行業科學管理水平和自動化程度，具有良好的推廣價值。

3 現場應用效果

研發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行了現場應用，結果表明： 含水率范圍在0～5%時精度達到±0.1%，含水率范圍在5%～100%時精度達到±1% ；比傳統化驗方法精度高、方法快，同時節約了汽油等化驗耗材，直接降低了生產成本，大幅度節省了人力資源。另外，可以用柴油、原油作為介質，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》的規定[11]，滿足了目前油田發展的要求[12]。

4 結束語

1) 原油含水分析儀在線檢定裝置，設計精巧、制造精密、輕便、易于攜帶，對人體和環境沒有任何影響，屬于安全、環保、節能型產品，符合安全環保要求。

2) 可在室內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%各點的標準原油含水油樣，可模擬油田現場輸油管線原油含水分析在線連續測量方式運行[14]，提高了油田行業科學管理水平和自動化程度[15]。

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