水分析快速測試儀在單井含水化驗中的應用

劉輝（大慶石油管理局有限責任公司技術監督中心）

單井含水率既是油田開發的重要基礎資料，又是開發水平印證的重要指標，無論是開發方案的調整還是開發效果的評價都將其作為基本對比依據。而該資料由于錄取環節多、人工參與程度高、油井滲流狀況不穩定等原因，誤差較大[1-2]。采油管理注采站是油田油水井生產管理的基礎單位，是效益環節的底層建筑，也是管理建構的關鍵[3]。傳統單井含水化驗采用蒸餾法，但由于油田基層注采站油井數據多，化驗人員少，采用蒸餾法蒸餾時間不夠是目前誤差大的重要原因之一[4-5]。為了提升單井原油含水準確率和水率資料及時率，提升原油化驗過程中的用能效率，實現企業節能降耗，在調查研究的基礎上，應用了水分析快速測試儀與蒸餾法復合使用的技術解決方案，并取得了良好的現場應用效果。

1 單井含水率誤差分析

通過對大慶油田某采油廠425 口油井單井含水率化驗結果誤差情況分析，查出產生單井含水誤差的主要原因。

通過組織實施核查某采油廠某采油管理區425 口油井的上報含水率數據，并以這425 個含水檢測數據為基礎，從含水率、游離水重、乳化水含量、生產層位四方面歸納整理，與上報含水率進行對比。通過排序、劃分層次、比較對比結果，排除新井、措施井開井初期含水不穩、波動大等客觀因素的影響，查找造成單井原油含水率誤差大的主要因素和其中的規律[6]。

1.1 核查含水率與上報含水率對比

通過核查對比發現， 核查含水率在20.0%～70.0%的油井與上報含水率存在較大的差異（表1）。這部分井乳化水含量在20.0%～40.0%，游離水重平均為230 g 左右。這一結論與以乳化水和游離水為劃分依據，將核查與上報單井含水率對比所發現的規律基本吻合。由表1 可知，核查含水率在20.0%～70.0%的井與上報含水率存在較大的差異，原油含水誤差率在9.2%以上。

以乳化水作為劃分依據，乳化水含量在20.0%～60.0%，核查含水率與上報含水率差異較大（表2）。這部分井核查含水率在50.0%～70.0%，游離水重平均為410 g左右。由表2可知，核查含水率在20.0%～70.0%的油井與上報含水率存在較大的差異，原油含水誤差率在9.7%以上。

以游離水作為劃分依據，發現游離水重在0～300 g，核查含水率與上報含水率差異較大（表3）。這部分井核查含水率在55.0%～70.0%，平均為62.4%；乳化水含量在30.0%～50.0%，平均為41.8%。

對比分析結論：綜合含水率在20.0%～70.0%、乳化水含量在20.0%～60.0%的油井，核查含水率與上報含水率誤差較大，其主要原因是由于乳化水含量較高，受蒸餾時間的長短、加熱爐溫度的高低等因素的影響，使乳化水含量的讀數各不相同，導致核查含水率數據與上報含水率數據誤差大。

表1 核查單井綜合含水率與上報單井含水率對比

表3 核查單井綜合含水率與上報單井含水率對比

1.2 產生誤差原因

1）化驗操作不符合標準。由于化驗方法由離心法改為蒸餾法后，沒有進行化驗人員的統一培訓，所以，實際化驗操作中存在攪樣（游離水分離）不徹底、稱樣不準確、計算方法有誤差、水循環器上口不封等不標準操作。

2）儀器缺少、每天做樣個數少。目前該廠共有化驗儀器23臺，7種型號。所有儀器都是2000年以后投產的，但2004年以后投產的儀器僅9臺，占總數的39.1%。做一次樣的時間大約在40min（僅乳化水分離一項就需要40min），再加上游離水分離、秤樣、洗樣，6 個樣一套程序下來最少需要1 h。由于時間限制，部分資料站1 天僅做12 或18個樣，不能滿足目前生產需要，儀器缺少是主要問題。

3）化驗周期過長。采油管理區各資料站的化驗周期不統一，時間間隔長，最短的也要3 天，即1 口井的含水資料自錄取到使用要3 天的時間，資料滯后性嚴重。部分油井每10 天取個樣，甚至更長。

4）取樣操作方法影響。P58-X12 稠油井11 月1 日取樣化驗，取樣時一種情況是井口閥門急速開到最大，另一種情況是井口閥門緩慢開大，其含水率分別為62.6%和69.8%，相差7.2%。原因是原油與水的流動性差異造成。由于該井原油較稠，油的流動性差，所以，閥門開小時從管內首先流出的是水，導致含水高的假象。對于高含水井，油水流動性差異也有明顯的表現。

5）化驗方法存在不足。目前化驗程序為：稱總重→分離游離水→加熱→取樣→蒸餾→讀值→清洗蒸餾接收器。砝碼天平最小刻度1 g，稱重誤差0.5 g，稱重量10 g，因此系統相對誤差率為5%。對于某個含水率為x%的油樣系統，相對誤差率為±0.05×%。蒸餾裝置接收器的最大量程為10mL，最小刻度為0.2mL（0.3mL 以下最小刻度為0.03mL，基本用不到），因此系統絕對誤差率為2%。對于任意含水率油樣，其系統絕對誤差率為±2%。

綜合以上誤差率，蒸餾法的綜合系統絕對誤差率為：含水率20% 的油樣系統絕對誤差率為±3% ；含水率40% 的油樣系統絕對誤差率為±4%；含水率60%的油樣系統絕對誤差率為±5%。

2 水分析快速測試儀

2.1 原理

該測試儀是利用微波通過物質時被吸收而產生微波能量衰減和相位變化的原理制成的[7]。它受電解質、有機物成分差異的影響極小，不受產品中所含顆粒、顏色及任何礦物質的影響。

2.2 技術指標

量程：0.01%～100%

精度：0.01%原油含水率（實驗室條件下，原油密度恒定）（試用中1%）

靈敏度：0.1%

工作溫度：-20～85 ℃

電氣防爆等級：本質安全型（ia級）

2.3 特點

1）優化化驗操作程序。使用快速測試儀后，將目前化驗程序（稱總重→分離游離水→加熱→取樣→蒸餾→讀值→清洗蒸餾接收器）、操作程序優化為：稱總重→分離游離水→儀器檢測、讀值→清洗傳感器，省去3 項操作（加熱→取樣→蒸餾），可有效減少人為誤差。

2）操作簡單，用時少。用儀器檢測1 個油樣，只需將初步分離游離水的樣品倒入其傳感器，然后讀值即可。用儀器檢測1個油樣需1～3 s，每檢測一次清洗一次傳感器，清洗所需時間3 s，比蒸餾油樣節省40min/個，按程序化操作也要節省39min以上。

3）化驗精度提高。該儀器在測試所化驗室進行了初步實驗，用蒸餾法對樣品進行蒸餾，40min結果低于儀器檢測值，1 h 后的數值與儀器檢測的結果相近。

3 采取的改進措施

針對單井原油含水化驗過程中存在的問題，提出以下改進措施：

1）應用水分析快速測試儀，實施水分析快速測試儀與蒸餾法復合使用的技術解決方案。在不增加人員的前提下，采用快速化驗方法，縮短單個油樣化驗所需時間和勞動強度，致使目前的化驗員能在較短的工作時間內，嚴格執行操作規程的前提下完成所有化驗工作。

2）對化驗員進行定期培訓，化驗人員持證上崗，實施標準化操作，每年進行一次培訓與考核。規范井口取樣閥門，要求使用統一的閘閥，閥門安裝在井口回壓閥門以上10～20 cm的立管上，連接處成45°斜角，斜角朝上向管內延伸至管徑的1/2 處，焊接牢固。

3）合理增加化驗儀器，將采油管理區每個資料站的化驗電爐個數同比增加6～12 個，更換部分維修多次的儀器。維修配套儀器，保證化驗工作的正常進行。

4）更換取樣容器，試驗、尋找合適的取樣容器。取樣容器的功能如下：具有可以與井口閥門外徑相匹配的縮口設計，并設計出氣孔。在避免濺臟衣物的基礎上，取樣時可以盡可能放大閥門，減少稠油、氣較大井的取樣誤差；可裝在現有樣筒內，便于攜帶；成本低，可一次性使用；具有不同規格，如500、1 000、1 500mL 等，可針對不同含水級別的單井設定不同取樣量，對于高含水井，采用1 500m L取樣桶。

5）研究加藥、熱洗等維護性操作對含水的影響，制定相應避免措施。

6）配備足夠的化驗員和足夠的蒸餾裝置、精密天平，嚴格執行蒸餾法化驗操作規程，以便化驗數據達到相關標準的規定。

4 現場應用及效果

4.1 應用情況

2017年5 月，該采油廠應用水分析快速測試儀做檢測化驗試驗，并對原檢測化驗方法進行優化改進。采用蒸餾法對樣品進行蒸餾，40min 結果低于儀器檢測值，1 h 后的數值與儀器檢測的結果相近，誤差率為0.03%。2017年6 月，在采油管理區某資料站使用，對比20 口井，誤差率為0.9%，隨后在采油管理工作區各資料站推廣。使用過程中將蒸餾法和儀器進行對比，并嚴格執行操作規程，精心操作，盡可能地降低人為誤差。所取油樣由監督人隨機抽取，數據錄取也由監督人來做。應用結果表明，不僅化驗時間縮短，而且準確率提高。

4.2 應用效果

采油管理區運用該檢測化驗技術后，主要取得以下幾個方面效果：

1）化驗準確度明顯提高。根據對比數據，用儀器化驗，93.3%的油樣綜合含水誤差率在1%以內，3.3%的油樣綜合誤差率在1%～1.5%，3.3%的油樣綜合誤差率在1.5%～2%，這主要是由于油樣密度和儀器設定的密度有差距和天平稱重的誤差所引起的。因此，利用儀器化驗能達到全采用蒸餾法化驗原油含水的準確度，與目前所用的離心法相比，顯著提高化驗準確度。

2）節約化驗時間。應用本儀器可以簡化化驗程序，減少人為誤差，并給化驗人員節約大量的時間。用該儀器檢測1 個油樣，只需將初步分離游離水的樣品倒入其傳感器，然后讀值即可；檢測1 個油樣需1～3 s，每檢測一次清洗一次傳感器，清洗所需時間3 s，比蒸餾油樣節省40min/個，按程序化操作也要節省39min 以上。如果配備電子天平，儀器測量精度可以提高0.5%左右；若各油井使用對應的密度計算含水率，檢測準確度還會繼續提高，接近實驗室準確度。

3）提升化驗室操作安全性。目前化驗室頻繁使用汽油，用電設備也較多，蒸餾時溫度控制不當容易發生小事故，況且汽油揮發對人體健康也不利[8]。采用該儀器化驗，基本取消化學危險品的使用，也避免了高溫（蒸餾法）、高速（離心法）產生的安全事故。

4）節能效益顯著。與應用蒸餾法相比，節約用電、汽油、人工成本共計6.2 萬元。以100 口井為例，使用傳統蒸餾法1年共計產生費用為29 500元；采用新儀器1年產生費用僅為550元。

5）增產效益。通過對原油含水誤差率原因的調查分析，以及在準確錄取第一性資料的基礎上及時調整方案設計，使得2017年新區產能建設、老區調整產能任務順利完成，并增加原油產能3.2×104t。按每噸原油創效價格2 200 元計算，則產生增產效益為7 040萬元。

6）檢測設備安全可靠。水分析快速測試儀沒有易損件，使用壽命超過5年。

5 結束語

實踐證明，水分析快速測試儀是一種新型高效節能單井含水化驗檢測儀器。該儀器具有化驗準確度高、化驗時間短、操作安全性好、節能效益顯著、增產效益好和檢測設備安全可靠等優點。油井含水率是油田開發水平的基礎資料之一，資料的準確與否直接關系開發方案的成敗和開發水平的提高[9]。目前東部油田開發已進入“三高”階段，新增儲量品質不斷下降、開發難度逐漸加大的情況下，采用水分析快速測試儀與蒸餾法復合使用的技術方法，快速、準確錄取該項資料具有良好的推廣應用前景。