文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2022）12-075-03中圖分類(lèi)號：TP29

★劉淼，郭新冬，魯義，王艷云，陳冰（中國石油昆侖數智科技有限責任公司，北京102206）

摘要：原油含水率能夠反映出一口油井的生產(chǎn)狀態(tài)，是分析儲層生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的重要依據，也是調整注水工藝和生產(chǎn)計劃的參考條件。根據含水率的變化對油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)行及時(shí)調整，從而延長(cháng)油井開(kāi)發(fā)壽命，實(shí)現提高油藏整體采收率的目的。從國內油田單井含水檢測的實(shí)際需求以及油田的現場(chǎng)工況入手，結合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，筆者研發(fā)并設計出有較寬的測試范圍及準確的測試結果，費用低廉且擁有含水率自動(dòng)測量功能的智能檢測系統。該系統在國內M油田Y采油廠(chǎng)開(kāi)展現場(chǎng)試驗，取得了較好的效果，儀器自動(dòng)檢測與人工取樣室內化驗結果間平均誤差小于1.75%。此外，智能原油含水在線(xiàn)檢測裝置上線(xiàn)后，可為采油廠(chǎng)年節約取樣及化驗費用近500萬(wàn)，具備良好的推廣和應用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；原油含水率；在線(xiàn)檢測；現場(chǎng)應用；降本增效

傳統原油含水率檢測通常以人工取樣化驗為主，工作量大、費用高，含水率數據上報延誤導致油井生產(chǎn)及油藏開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)分析不及時(shí)，且人工記錄導致數據錯誤的情況時(shí)有發(fā)生，給油田的高效開(kāi)發(fā)帶來(lái)負面影響^[1-3]。此外，原油含水率容易受多個(gè)因素影響，各因素的影響又不具備一定的關(guān)聯(lián)性，目前還無(wú)法使用統一的模型或數學(xué)公式去表征^[4]；現有含水率測量方法也受到多種干擾因素的影響，常規測量方法已經(jīng)很難保證測量精度^[4-6]。

在國內油田逐步進(jìn)入高含水開(kāi)發(fā)后期的大背景下，在開(kāi)采、油水處理等生產(chǎn)環(huán)節，當前的原油含水率測量?jì)x器已難以達到準確測量的要求，現階段對含水率檢測技術(shù)手段與智能化提出了更高要求。

1 傳統含水檢測儀技術(shù)現狀

蒸餾法、密度法、電容法，微波法射頻法和射線(xiàn)法等原油含水率測量方法是一些常規的方法，其中最常用的方法仍為蒸餾法。主要原因是其測量是通過(guò)人工現場(chǎng)取樣，室內化驗，因此測量結果是較為可靠的。然而，人工取樣化驗同樣帶來(lái)了采樣周期長(cháng)、人為影響因素大的問(wèn)題，測試結果存在一定的隨機性。

隨著(zhù)傳感器應用技術(shù)的發(fā)展，在線(xiàn)含水率測量方法應運而生，正逐漸受到業(yè)內人士的認可和關(guān)注。國內測量原油含水率的檢測產(chǎn)品眾多，其測量產(chǎn)品的加工技術(shù)與制造工藝仍存在著(zhù)一定的差距，測量精度、準確度和測量范圍也有待提高。國外含水率分析儀器性能好，在線(xiàn)校準能力強，但由于儀器結構復雜導致價(jià)格昂貴，不適合國內油田高含水階段的含水率檢測實(shí)際需要^[7]。

2 新型在線(xiàn)原油含水檢測系統

隨著(zhù)國內多數油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入中后期階段，含水不斷上升，且石油特性復雜多變，某些油井流體中高含氣和高礦化度，對在線(xiàn)原油含水率檢測精度提出了新的要求。在對標比較國內外含水率計算方案及在線(xiàn)檢測技術(shù)的基礎上，結合國內油田中高含水率檢測的實(shí)際需要，我們攻關(guān)新型含水率計算模型，推出自主研發(fā)的微波型含水檢測儀。

微波型原油含水在線(xiàn)分析儀基于高頻微波（300MHz）的原理，通過(guò)對射頻信號在油氣水混合介質(zhì)中的傳輸特性進(jìn)行建模，分析對比信號頻率、相位和功率的變化，獲得被測介質(zhì)中含水率。產(chǎn)品可測量全量程含水率（0-99%），適用于高含氣率井況，計量精度受礦化度、積蠟、腐蝕和復雜流體形態(tài)影響較小，可以部署在單井、計量間及接轉站等場(chǎng)景。

基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)、準確、可靠的油井含水率在線(xiàn)檢測技術(shù)能夠提高含水檢測精度，實(shí)時(shí)、準確地獲取含水率數據，為準確預測油井的開(kāi)發(fā)壽命和預估產(chǎn)油量提供依據，對提高油井采收率和實(shí)現油田穩產(chǎn)具有重大現實(shí)意義。

3 技術(shù)創(chuàng )新

3.1 新型復雜架構天線(xiàn)設計

由于單井流形流態(tài)復雜多變，存在含氣、高礦化度情況，現有含水儀產(chǎn)品適用范圍有限，亟需解決復雜流形流態(tài)和高含氣井況下的單井含水計量精度問(wèn)題。

采用新型復雜架構天線(xiàn)的傳感器，可以有效避免原來(lái)的一字型結構傳感器設計遇到的油水分層的影響。新型復雜架構天線(xiàn)可以精確確定油水分層界面，從而對含水率數據進(jìn)行校正，進(jìn)而得到更加準確的含水率數據。

3.2復雜流形識別

對于自噴井、抽油機和螺桿泵等單井來(lái)說(shuō)，常見(jiàn)的井內流型包括彈狀流、段塞流和環(huán)狀流，通常狀態(tài)下幾種流型隨著(zhù)壓力及產(chǎn)液量的變化而發(fā)生交替變化。

對于油井集輸管線(xiàn)來(lái)說(shuō)，氣液兩相流一般有六種流型，如圖1所示。

由于微波檢測具有探頭體積小，適合多層多點(diǎn)同時(shí)檢測的特點(diǎn)，因此，通過(guò)采用特定的優(yōu)化算法，實(shí)現多相流的流態(tài)分析，對各種不同的復雜流形和高含氣率的工況都可以采用不同的校正補償，使得儀器進(jìn)一步滿(mǎn)足高含氣油井含水率檢測的需要。

圖1 氣液兩相管流形態(tài)圖

4 現場(chǎng)應用

4.1 應用場(chǎng)景

國內西北M油田Y采油廠(chǎng)地處沙漠腹地，現有油井1025口，計量站91座。作業(yè)地域跨度大，單井布局分散。因自然環(huán)境限制，Y采油廠(chǎng)建設初期即采用包含計量站的三站層級管理和人工巡檢相結合的生產(chǎn)管理模式，在自動(dòng)計量方面大量采用計量站單井量油作為判斷單井生產(chǎn)狀況的主要依據。隨著(zhù)油田管理模式和生產(chǎn)工藝模式的扁平化要求，單井生產(chǎn)狀況，特別是產(chǎn)出含水狀況的數據獲取方式選擇就顯得尤為重要。智能含水儀在Y采油廠(chǎng)應用的價(jià)值在于利用現有計量站倒井計量流程，部署單臺含水儀測試多口單井不同流態(tài)和組分環(huán)境下的含水率，節省了大量人工和費用。

4.2 倒井檢測計量工藝

M油田針對原油計量所采用的“雙容積式倒井計量”是依托現場(chǎng)計量站內安裝的多通閥，將計量站周?chē)亩嗫诓捎途怨艿佬问竭B接至雙容積計量容器；通過(guò)現場(chǎng)的RTU控制多通閥的選井，并對計量間內的各類(lèi)儀表和液位計信號進(jìn)行接收，計算出各個(gè)單井的日產(chǎn)液量。倒井計量工藝示意圖如圖2所示。

4.3 設備運行及維護

Y采油廠(chǎng)某作業(yè)區的B計量站采用“雙容積式倒井計量”，對下轄11口單井進(jìn)行輪換計量。

在數據傳輸方面，智能原油含水分析儀具有RS485接口，可滿(mǎn)足基于Modbus協(xié)議的數據傳輸。完成含水儀數據接入現場(chǎng)計量RTU系統的工作后，設備實(shí)現了在計量流程中實(shí)時(shí)查看含水率，以及在計量報表中查看含水率數值的功能。原油含水率實(shí)時(shí)監測及數據報表如圖3所示。

圖3 原油含水率實(shí)時(shí)監測及數據報表

在后期維護工作上，因智能原油含水分析儀的工藝設計精巧，內部線(xiàn)路工整，后期維護工作相較于傳統含水分析裝置更加便捷。對于可能出現的一般故障都可以進(jìn)行快速的排故，最大限度地保障生產(chǎn)運行。含水率在線(xiàn)監測數值與化驗數值比較表如表1所示。

表1 含水率在線(xiàn)監測數值與化驗數值比較表

5 經(jīng)濟效益評價(jià)

以油田每天人工取500個(gè)試樣進(jìn)行效益估算，新型智能含水率分析裝置上線(xiàn)后，每天可節約取樣瓶材料費約400元，每年約15萬(wàn)元；減少取樣用車(chē)4輛，節約費用每年約50萬(wàn)元；減少井口人工取樣和室內化驗的工作量，減少取樣用工人數20人和含水檢測實(shí)驗員10人，減少人力成本每年400萬(wàn)元。綜合經(jīng)濟效益近500萬(wàn)元/年。

6 結論

（1）新型智能原油含水在線(xiàn)檢測分析裝置采用高頻微波測量原理，利用微波信號在不同介質(zhì)（包括混合介質(zhì)）中的傳輸特性，對信號頻率、速度和功率等的變化進(jìn)行分析對比，再經(jīng)過(guò)信號轉換放大處理，最后通過(guò)獨特的數學(xué)模型處理，準確測得流體中水含量。

（2）產(chǎn)品具有RS485通訊接口，中文顯示，配接觸摸顯示屏，通過(guò)組態(tài)軟件可實(shí)現工藝流程圖，支持按時(shí)間查詢(xún)歷史曲線(xiàn)，顯示當前含水曲線(xiàn)；也可選定任意時(shí)間段，查詢(xún)該時(shí)間段內平均含水率，實(shí)現了智能化及信息化功能。

（3）新型在線(xiàn)含水分析儀在油田得到了較好應用，室內化驗數據平均誤差控制在1.75%以?xún)?，?shí)現了原油含水率的在線(xiàn)取樣，并通過(guò)數學(xué)模型實(shí)現了準確計量，不但解決了采油工井口取樣帶來(lái)的數據滯后問(wèn)題，而且減少了實(shí)驗室化驗費用，在大幅度降低相關(guān)花費的同時(shí)為中高含水油田解決了含水率檢測的技術(shù)瓶頸，具有良好的推廣價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：

劉淼（1982-），女，陜西人，高級工程師，碩士，現就職于中國石油昆侖數智科技有限責任公司，主要從事油氣物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)科研及產(chǎn)品推廣工作。

參考文獻：

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

[2] 高寶元. 原油含水分析儀在線(xiàn)檢定裝置研發(fā)及應用[J]. 石油化工自動(dòng)化, 2018, 54 (3) : 54 - 57．

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

[4] 盛祖萍, 鄧仕友, 呂京濤. 原油含水率自動(dòng)監測儀在油田的應用[J]. 中國石油和化工標準與質(zhì)量, 2013, (4) : 64．

[5] 尚建林, 徐常鑫, 王國輝, 等．原油含水分析化驗自動(dòng)化系統開(kāi)發(fā)及應用[J]. 新疆石油天然氣, 2009, 5 (4) : 101 - 104．

[6] 王少松, 談得芳. 新型在線(xiàn)含水分析儀在西北油田的應用[J]. 化工自動(dòng)化及儀表, 2019, (12) : 1051 - 1053.

[7] 成慧敏. 油井在線(xiàn)含水率自動(dòng)檢測儀的研究[D]. 西安石油大學(xué)碩士論文, 2019, 6.

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年12月刊