原油含水分析仪在线检定装置研发及应用

2018-07-05高宝元

石油化工自动化 2018年3期

高宝元

(1. 中国石油集团川庆钻探工程有限公司工程技术研究院，陕西西安 710018；2. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018)

原油含水率是采油生产的重要参数之一，及时掌握井口原油含水率的变化，对于油井的动态分析、工作状况及生产管理至关重要。原油含水率在原油交接计量过程中是较为重要的参数之一，随着石油行业科学管理水平和自动化程度的提高，在线测量原油含水率的仪表得到了广泛的应用[1]，因而检测原油含水率仪表的准确度就显得十分迫切。目前原油含水率分析仍然采用蒸馏化验方法[2]，需要现场采集原油试样，在实验室进行含水率分析。

研发的原油含水分析仪在线检定装置，可以快速、安全、准确地检测出原油含水率；也可以用柴油、原油作为介质，检定电容法、射频法、微波法等多种类型的插入式原油含水分析仪的准确度；又可携带到现场用于检定在线工作的原油含水分析仪；同时能配制0～100%各点的标准原油含水油样，模拟油田现场输油管线原油含水率分析在线连续测量方式[3]。

1 原油含水分析仪在线检定装置设计

原油含水分析仪在线检定装置[4]由箱式壳体、标准含水分析仪[5]、被测原油含水分析仪和数据处理单元等组成。

箱式壳体内部装有介质循环系统，箱式壳体上设有面板。标准含水分析仪内嵌有温度传感器，可以实时检测温度。标准含水分析仪、被测原油含水分析仪分别用信号传输电缆连接至数据处理单元，数据处理单元通过RS-232通信电缆连接至电脑主机。电脑主机内置原油含水分析仪在线检定装置微机系统程序[6]，该程序具有检定原油的含水率、温度、零点标定、自动配液计算、对检定装置的操作、自动记录存储数据等功能[7]。油井原油含水分析仪在线检定装置结构如图1所示。

图1 油井原油含水分析仪在线检定装置结构示意

1) 介质循环系统。介质循环系统由第一储油桶、齿轮泵、第二储油桶通过过渡管段连接成环线；标准含水分析仪插装在第二储油桶内，被测原油含水分析仪插装在第一储油桶内。

2) 箱式壳体。在底板四角设有折叠支架，底板由四角向中间呈斜面结构，折叠支架也为斜面结构，且与箱式壳体的底板斜面互补。介质循环系统设有排液口，在排液口处设有电磁阀，排液口贯穿箱式壳体的底板，并在底板下面设有油桶。在线装置检定完毕后，电磁阀可以自动放液，利于安全环保。折叠支架用于箱式壳体现场的放置，撑开折叠支架后可将油桶放置在箱式壳体下方，用于标准原油含水油样或者废油的收回。

3) 数据处理单元。包括信号采集、处理、控制电路，用于对标准含水分析仪和被测原油含水分析仪的检测信号进行采集、处理，并将处理结果传送至面板，面板上设置有电磁阀开关指示灯、齿轮泵指示灯、电源指示灯、启停电磁阀和齿轮泵按键。

4) 标准含水分析仪。标准含水分析仪、被测原油含水分析仪分别用信号传输电缆连接至数据处理单元，数据处理单元通过RS-232通信电缆连接至电脑主机。

5) 原油含水分析仪。在线检定装置可以进行原油试样含水分析，也可以进行被测原油含水分析仪的检定，也可以进行配制0～100%各点的标准原油含水油样。

原油含水分析仪在线检定装置具有操作指示灯提示功能，装置在检定过程中，操作人员可按照指示灯提示进行操作，减轻了操作人员劳动强度。

2 原油含水分析仪在线检定装置使用方法

原油含水分析仪在线检定装置的使用方法包括：原油试样含水分析、被测原油含水分析仪的在线检定、配制0～100%各点的标准原油含水油样。

2.1 原油试样含水分析

原油试样含水分析的步骤[8]：

1) 取出被测原油含水分析仪，将标准含水分析仪放置在原油含水分析仪检定装置中。

2) 将介质循环系统内的液体排净，将无水油品注入第一储油桶内，开启齿轮泵运行3～5 min后，无水油品由排液口排出。

3) 重复上述步骤2)不少于2次，然后采用气体吹扫方式将介质循环系统内的液体吹扫干净。

4) 用量杯称量被测原油，将被测原油注入第一储油桶中，记录注入油品的总量，最大量不超过1 L；齿轮泵通电后，对被测原油进行循环搅拌使其均匀，开泵运行10 min后且被测原油温度保持在(30±0.5) ℃，然后通过标准含水分析仪进行原油含水率的检测。

5) 标准含水分析仪的检测数据传送至数据处理单元，数据处理单元对检测数据进行采集、处理后，通过面板将数据传送至电脑主机，然后用原油含水分析仪检定装置软件系统再次进行分析，可得到原油试样含水率分析数据。

2.2 被测原油含水分析仪的在线检定

被测原油含水分析仪的在线检定步骤[9]：

1) 用量杯称量标准原油含水油样，将该油样注入第一储油桶中，记录注入油品的总量。

2) 将被测原油含水分析仪插入第一储油桶中，并固定在箱式壳体上，使被测原油含水分析仪的传感器探头处于第一储油桶的中心，探头刚好没过第一储油桶里的介质为宜。

3) 齿轮泵通电后，对标准原油含水油样进行循环搅拌使其均匀，开泵运行10 min后且介质温度保持在(30±0.5) ℃，然后通过标准含水分析仪和被测原油含水分析仪分别进行原油含水率的检测。

4) 标准含水分析仪和被测原油含水分析仪的检测数据传送至数据处理单元，数据处理单元对检测数据进行采集、处理后，通过面板将数据传送至电脑主机，然后用原油含水分析仪检定装置软件系统再次进行分析，可得到原油含水率分析数据，通过对比标准含水分析仪和被测原油含水分析仪的分析数据，最终得到被测原油含水分析仪相对标准含水分析仪检测原油含水率的准确度。

进入检定装置系统软件的“配液计算表”画面，按检定要求选择单点或连续配液方式。单点配液方式用于高含水、含水精度步长高于0.1%的原油含水分析仪检定；连续配液方法用于低含水、含水精度步长低于0.1%的原油含水分析仪检定。按加入的油品总量、步长等参数，根据“配液计算表”自动计算，并确认打印。

5) 不断更换标准原油含水油样的含水率，重复步骤1)至步骤4)，依次得到不同含水率情况下，被测原油含水分析仪对比标准含水分析仪检测原油含水率的检测准确度，综合所有检测准确度数据得到被测原油含水分析仪的检定结果。

该方法可以用柴油、原油作为介质，检定电容法、射频法、微波法等多种类型的插入式原油含水分析仪。

2.3 配制标准原油含水油样

配制0～100%各点的标准原油含水油样的步骤：

1) 取出被测原油含水分析仪，将标准含水分析仪放置在原油含水分析仪检定装置中；从原油含水率在0～100%中，选取需要配置的标准原油含水油样的各个含水率。

2) 将介质循环系统内的液体排净，将无水油品注入第一储油桶内，开启齿轮泵运行3～5 min后，无水油品由排液口排出。

3) 重复上述步骤2)不少于2次，然后采用气体吹扫方式将介质循环系统内的液体吹扫干净。

4) 用量杯称量检定用水和检定用油，将检定用水和检定用油混合成混合油品注入第一储油桶中，记录注入混合油品的总量；齿轮泵通电后，对混合油品进行循环搅拌使其均匀，开泵运行10 min后且混合油品温度保持在(30±0.5) ℃，然后通过标准含水分析仪进行含水率的检测。

5) 标准含水分析仪的检测数据传送至数据处理单元，数据处理单元对检测数据进行采集、处理后，通过面板将数据传送至电脑主机，然后用原油含水分析仪检定装置软件系统再次进行分析，可得到含水率分析数据。

6) 根据得到的含水分析数据，在第一储油桶中加注检定用水或检定用油，然后重复上述步骤4)和步骤5)，得到修正后的含水率分析数据，直至达到标准原油含水油样中的某个含水率，然后将配置好的混合油品通过排液口排至油桶中，得到1个标准原油含水油样。

7) 不断重复上述步骤3)至步骤6)，分别得到不同含水率的标准原油含水油样。

上述步骤4)和步骤6)中的检定用水是自来水、油田地下水、油水分离后不含油的污水，检定用油是不含水的变压器油、柴油、原油，原油必须加温至稀油状态。

原油含水分析仪在线检定装置还具有自动计算配液比例功能，根据配液量，可自动生成符合要求的配液计算表、加水体积、加油体积、含水率，降低了化验人员的劳动强度，提高了工作效率。

该方法能配制0～100%各点的标准原油含水油样，可模拟油田现场输油管线原油含水分析在线连续测量方式运行，提高了油田行业科学管理水平和自动化程度，具有良好的推广价值。

3 现场应用效果

研发的原油含水分析仪在线检定装置于2016年6月在长庆油田第三采油厂进行了现场应用，结果表明：含水率范围在0～5%时精度达到±0.1%，含水率范围在5%～100%时精度达到±1% ；比传统化验方法精度高、方法快，同时节约了汽油等化验耗材，直接降低了生产成本，大幅度节省了人力资源。另外，可以用柴油、原油作为介质，检定电容法、射频法、微波法等多种类型的插入式原油含水分析仪[10]，其精度符合JJG 899—1995《石油低含水率分析仪》的规定[11]，满足了目前油田发展的要求[12]。