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★王艷云，劉淼，高亮，張慧英，陳冰（中國石油昆侖數(shù)智科技有限責(zé)任公司，北京102206）

摘要：傳統(tǒng)的原油含水檢測工藝采取人工井場取樣，室內(nèi)試驗檢測手段，不僅耗時費力，且數(shù)據(jù)的實效性及準(zhǔn)確度受到客觀條件的影響均存在不確定性。隨著國內(nèi)大部分主力油田進(jìn)入開發(fā)中后期，市場上多數(shù)含水率檢測裝置已經(jīng)無法實現(xiàn)高含水條件下精準(zhǔn)測量的要求。本次研究以微波法的測量原理為理論依據(jù)，通過硬件與算法的有效結(jié)合，設(shè)計研制出新型在線原油含水檢測儀。該新型在線原油含水檢測儀采用旁通加排氣結(jié)構(gòu)和微波檢測法，將流體性質(zhì)和管內(nèi)積蠟、腐蝕等影響降至最低，將含水率測量范圍提升至0~100%，無論是低含水時的“油包水”還是高含水下的“水包油”，甚至各種流態(tài)下都不會影響含水率的準(zhǔn)確性，使測量精度達(dá)到5%以內(nèi)。該新型含水儀量產(chǎn)后，將大幅度降低國內(nèi)油田對國外在線含水儀的依賴，為油田節(jié)約相關(guān)采購成本，解決業(yè)內(nèi)多數(shù)含水儀在高含水油田檢測精度低的瓶頸問題，推廣前景巨大。

關(guān)鍵詞：原油含水率；在線含水儀；微波吸收法；降本增效

1 引言

原油含水率是油田開發(fā)生產(chǎn)的重要參數(shù)之一，及時準(zhǔn)確地掌握油井含水率變化，對于油井的動態(tài)分析、工作制度調(diào)整及生產(chǎn)管理非常重要^[1、2]。隨著國內(nèi)主要油田逐步進(jìn)入開發(fā)后期，原油產(chǎn)量持續(xù)走低、綜合含水量不斷上升，準(zhǔn)確的含水率數(shù)值為準(zhǔn)確獲得油田產(chǎn)量提供重要依據(jù)^[3、4]。

目前，室內(nèi)蒸餾化驗方法仍然是國內(nèi)油田最常用的原油含水率分析方法，具體步驟為采油工現(xiàn)場采集原油試樣，送達(dá)油田實驗室由化驗員進(jìn)行試驗分析，對于偏遠(yuǎn)采油廠整個過程需要幾天的時間。該工藝存在著三個缺點：第一，需要的采油工、化驗員等一眾人員，檢驗周期長，可謂耗時耗力；第二，常規(guī)單井井口取樣，含水率檢測存在空檔期，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時監(jiān)測與傳輸，導(dǎo)致油井生產(chǎn)情況和油藏動態(tài)信息無法及時掌握；第三，含水率檢測數(shù)值誤差大，現(xiàn)有室內(nèi)試驗檢測方法容易受到運輸距離，實驗室位置，測試儀器設(shè)備精度，化驗人員經(jīng)驗等影響，無法保障數(shù)據(jù)的精確度和準(zhǔn)確性^[5、6、7]。因此，針對行業(yè)內(nèi)原油含水率檢測現(xiàn)狀，研究并設(shè)計出測量精度較高的在線原油含水率檢測儀是目前一項科研重點工作。

2 研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外現(xiàn)場使用的在線含水檢測分析儀種類繁多，常用的原油含水檢測及分析方法包括：γ射線法、密度法、微波（短波）吸收法、電容法、射頻法等。

原油含水率檢測受溫度、油水流態(tài)、流速、壓力、礦化度等影響較大，現(xiàn)有的原油含水率檢測技術(shù)存在著許多缺陷和制約，給測量帶來較大誤差。隨著我國大部分油田逐步進(jìn)入中、高含水期，對原油含水率檢測的準(zhǔn)確度要求愈加迫切隨著原油含水的逐漸升高，現(xiàn)有的含水率檢測設(shè)備在高含水條件下檢測結(jié)果與實際值的誤差較大。

因此，在當(dāng)前的原油含水率測量儀器和裝置難以達(dá)到油田開采現(xiàn)場對原油含水率準(zhǔn)確測量的要求的大背景下，對在線智能化含水率檢測技術(shù)提出了更高的要求。

3 工藝原理

常溫下油與水之間的損耗因子差異及介電常數(shù)間的差異均很大，損耗因子分別為0.004和29，介電常數(shù)分別為2和80^[8]。原油中含有的水量越高，微波在油水混相中傳播的速率就會相應(yīng)下降，傳播過程中消耗的能量就會提高，這樣傳導(dǎo)到接收端時，檢測到電流信號就相應(yīng)變小，由此可以根據(jù)電流變化計算得到相應(yīng)的原油含水率^[8]。

微波法測量通常是管外測量，油水混合物不接觸測量元件，溫度、礦化度、井筒及管線的垢蠟問題影響均非常小，因此得到含水率數(shù)值較為準(zhǔn)確。本次新型在線原油含水率檢測儀也是利用微波測量原理，通過分析計算微波信號在油水混合介質(zhì)中的傳輸能量變化，對頻率和功率等參數(shù)的變化進(jìn)行分析和計算，再將微型信號進(jìn)行多倍放大，最后通過獨特的數(shù)學(xué)模型迭代計算，準(zhǔn)確測得油氣水多相流介質(zhì)中的水含量。

4 裝置結(jié)構(gòu)及功能

4.1 硬件結(jié)構(gòu)

新型在線原油含水率檢測儀由三大部分組成，分別是傳感器部分、延長管部分和數(shù)據(jù)顯示部分，如圖1所示。

由于獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用微波效應(yīng)實現(xiàn)管外無接觸測量，流量范圍寬，將流體性質(zhì)和管內(nèi)積蠟、腐蝕等影響降至最低，無論是低含水時的“油包水”還是高含水下的“水包油”，甚至各種流態(tài)下都不會影響測量精度。

圖1 新型含水儀結(jié)構(gòu)圖

4.2 電路結(jié)構(gòu)

設(shè)備主要電路系統(tǒng)由多個電路板構(gòu)成，包括主板、高頻板及通訊電源板。電路結(jié)構(gòu)總體框架圖如圖2所示。

（1）主板包括CPU、顯示器及按鍵等，用于處理數(shù)據(jù)和用戶交互；

（2）高頻板主要用于微波信號處理；

（3）通訊電源板主要用于電源輸入和信號輸出。

圖2 電路結(jié)構(gòu)總體框架圖

4.3 主要功能

新型在線原油含水率檢測儀，通過微波探測的方法實時獲取原油中的含水情況，取得的數(shù)據(jù)通過無線傳輸方式發(fā)送到井場附近的接收設(shè)備。設(shè)置在油田后線辦公區(qū)的工作站，通過訪問服務(wù)器可以實時獲取含水?dāng)?shù)據(jù)，如需查詢歷史數(shù)據(jù)也可訪問歷史數(shù)據(jù)庫，做到了數(shù)據(jù)的精確查找和全程記錄。對于偏遠(yuǎn)荒漠、高寒地區(qū)等人工井口取樣較困難的油田，可以完全替代人工采樣化驗的工作，大幅度降低人工和化驗成本，并提高含水檢測效率。

5 主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

新型在線含水檢測儀能夠滿足溫度為0℃~85℃原油的含水檢測，工作溫度范圍：-20℃~85℃，壓力范圍：0MPa~5MPa，覆蓋了國內(nèi)大部分油田的需求。

含水測量范圍為0~100%，含水測量準(zhǔn)確度±3%，流量范圍為5~240m³/d，滿足了國內(nèi)多數(shù)油田開發(fā)后期高含水情況下，對原油含水檢測精度的要求。

6 數(shù)據(jù)采集與傳輸

工藝設(shè)備采用RS485總線方式進(jìn)行通訊，產(chǎn)品具有RS485通訊接口，串口設(shè)置固定為：波特率根據(jù)設(shè)置，數(shù)據(jù)位8，停止位1，無奇偶校驗。每次修改波特率后需要重新啟動儀表。采用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU協(xié)議，使用04功能碼，數(shù)據(jù)分配地址見表1。

通過組態(tài)軟件實現(xiàn)工藝流程圖，支持按時間查詢歷史曲線，顯示當(dāng)前含水曲線；可選定任意時間段，查詢該段時間平均含水率。

表1 數(shù)據(jù)分配地址表

當(dāng)在線原油含水率檢測儀接收到讀取數(shù)據(jù)的命令后，內(nèi)部運算如圖2。此時，含水率檢測儀開始對原油含水率進(jìn)行檢測，并將檢測及計算得到的含水率數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示器，將數(shù)值展示出來。

7 應(yīng)用前景分析

新型原油在線含水檢測儀的研發(fā)成功填補了國內(nèi)的技術(shù)空白，實現(xiàn)了國外設(shè)備的替代，化解了國外設(shè)備水土不服且售價高昂的問題，有效解決了國內(nèi)高含水油田含水率檢測誤差大的技術(shù)瓶頸。

Roxar儀器公司研制出的原油微波含水率檢測儀，含水率測量范圍僅為0~60%，售價高達(dá)3.7萬美金^[9]。新型在線含水儀實現(xiàn)量產(chǎn)后，成本將大幅下降。

隨著國內(nèi)油田逐步進(jìn)入高含水階段，以大慶、長慶、新疆、勝利為代表的重點油田對含水儀的需求日益增加，按國內(nèi)重點油田現(xiàn)有總油井?dāng)?shù)10萬口計算，預(yù)計產(chǎn)生經(jīng)濟效益近十億元，推廣前景良好。

8 結(jié)論

（1）隨著國內(nèi)主力油田逐漸進(jìn)入開發(fā)后期，原油含水逐漸升高，現(xiàn)有含水率檢測技術(shù)已不再適用高含水條件下的準(zhǔn)確檢測，導(dǎo)致檢測結(jié)果與實際情況誤差較大，急需開展高精確性含水檢測儀的研究。

（2）本次新型在線原油含水檢測儀的設(shè)計基于微波法的檢測原理，利用傳感器及數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)原油含水率的在線實時檢測及數(shù)據(jù)傳輸，取代了傳統(tǒng)人工取樣、室內(nèi)化驗的方式，大幅度壓縮了勞動力成本，提高了檢測結(jié)果的精度，更重要的縮短了含水率數(shù)據(jù)檢測的間隔時間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的連續(xù)監(jiān)測，為油藏動態(tài)及單井生產(chǎn)管理提供了可靠依據(jù)。

（3）新型在線原油含水檢測儀的問世，將大幅度降低國內(nèi)油田對國外在線含水儀的依賴，為油田節(jié)約相關(guān)采購成本，解決業(yè)內(nèi)多數(shù)含水儀在高含水油田檢測精度低的瓶頸問題，推廣前景巨大。

作者簡介:

王艷云（1980-），女，山東人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于中國石油昆侖數(shù)智科技有限責(zé)任公司，主要從事油氣物聯(lián)網(wǎng)科研管理工作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬文濤, 郭文閣, 雍振, 張旋. 原油含水率測量技術(shù)綜述[J]. 重慶科技學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版), 2016, 18(03) : 46 - 49.

[2] 張勇軍, 莊欣莉, 宋佳民. 基于優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報的原油含水率測量[J]. 系統(tǒng)工程理論與實踐, 2011, 31(06) : 1112 - 1117.

[3] 毛晨偉, 郭洋. 油水混合物含水率在線檢測技術(shù)最新研究進(jìn)展[J]. 當(dāng)代化工研究, 2019 (03) : 37 - 38.

[4] 吳國忠, 穆磊, 張永攀. 無密度影響的微波測試原油含水率理論分析[J]. 油氣田地面工程, 2009, 28(10) : 30 - 31.

[5] 高國旺, 王永超, 賈惠芹, 韓宏軍, 孫婭婭. 一種高精度原油含水率在線測量系統(tǒng)的研究[J]. 國外電子測量技術(shù), 2018, 37(08) : 62 - 66.

[6] 高寶元. 原油含水分析儀在線檢定裝置研發(fā)及應(yīng)用[J]. 石油化工自動化, 2018, 54(3) : 54 – 57.

[7] 王國慶, 張健. 原油含水分析儀技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 油氣田地面工程, 2004, 23(5) : 33.

[8] 成慧敏. 油井在線含水率自動檢測儀的研究[D]. 西安: 西安石油大學(xué), 2019.

[9] 于海麗. 原油含水測量中含水分析儀的應(yīng)用研究[J]. 中國市場, 2016, (2) : 52 - 53.

摘自《自動化博覽》2022年11月刊