基于密度法測(cè)量原油含水率的檢測(cè)儀設(shè)計(jì)
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當(dāng)原油從油井進(jìn)入井口降回壓裝置后，經(jīng)過過濾、除氣后，通過管道進(jìn)入油槽內(nèi)(此時(shí)管道上電磁閥是開啟的)一段時(shí)間后，壓力傳感器和液位傳感器分別測(cè)出當(dāng)前時(shí)刻下的壓力值P1和液位值H1，繼續(xù)進(jìn)油一段時(shí)間后，電磁閥關(guān)閉，壓力傳感器和液位傳感器分別測(cè)出此時(shí)的壓力值P2和液位值H2。這時(shí)壓力傳感器所測(cè)量的壓力差值為△P=P2～P1；液位傳感器測(cè)量的液位差為△H=H2-H1，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。根據(jù)流體靜力學(xué)原理：
△P=ρg△H
即：
顯然，利用此式即可求出含水原油密度ρ。將含水原油密度ρ代入所建立的數(shù)學(xué)模型中，就可求出相應(yīng)的原油含水率。為了減小溫度變化造成純油、純水密度變化給原油含水率測(cè)量帶來(lái)的誤差，該系統(tǒng)在油槽內(nèi)安裝了一個(gè)溫度傳感器，由溫度傳感器測(cè)出油槽內(nèi)當(dāng)時(shí)的溫
度值輸入到單片機(jī)，通過軟件修正純油、純水密度，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度變化引起測(cè)量誤差的補(bǔ)償。
因此，這種通過控制電磁閥來(lái)控制進(jìn)、出油的測(cè)量方式，既能夠?qū)崿F(xiàn)在線的實(shí)時(shí)測(cè)量，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)外輸原油進(jìn)行取樣測(cè)量。
3 測(cè)量誤差分析
3．1 模型誤差分析
3．1．1 模型的誤差傳遞公式
當(dāng)純油密度ρo和含水原油密度的隨機(jī)誤差相互獨(dú)立且均服從正態(tài)分布時(shí)，由式(1)可知原油含水率DV的絕對(duì)隨機(jī)誤差表達(dá)公式為：
由此可見，含水原油密度ρ和純油密度ρo的大小是影響含水率誤差的兩個(gè)直接因素。
3．1．2 含水率大小對(duì)含水率測(cè)量誤差的影響
設(shè)δDV=δo=δ，根據(jù)式(4)計(jì)算分析表明，在δ不變的情況下，含水率的相對(duì)隨機(jī)誤差δDV，將隨含水率DV的增加而減少，在低含水階段，減少的趨勢(shì)明顯于中、高含水階段，誤差的最小點(diǎn)出現(xiàn)在含水率DV的最大值處。
若水的密度值ρw=1 000 kg／m3，原油的典型密度值ρo=850kg／m3，若取δ=0．1％，則計(jì)算出誤差的最小值δmin=0．94％，這樣用密度法測(cè)量原油含水率，最好的誤差情況可達(dá)1％。同時(shí)，在不考慮系統(tǒng)誤差的情況下，對(duì)于給定的含水率相對(duì)測(cè)量誤差要求分別為±3％，±2％，±1％時(shí)，密度法的含水率測(cè)量適用范圍分別對(duì)應(yīng)為25％～100％，38％～100％，51％～100％。
計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)含水率隨機(jī)誤差在其總的變化趨勢(shì)上，若其他條件不變時(shí)，純?cè)兔芏仍叫?，則含水率誤差也越小。由于純油密度值受溫度的影響很大，溫度越高，其密度值越小；溫度越小，其值越大。這意味著在其他條件不變的情況下，該方法在夏天的測(cè)量值精度要高于冬天的測(cè)量結(jié)果。
3．2 原油成分變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響
3．2．1 原油含氣、含砂所帶來(lái)的誤差
含水原油中含氣會(huì)使其密度下降，造成含水率偏低，含油率增高的假象，形成“氣增油”現(xiàn)象；含水原油中含砂會(huì)使其密度上升，造成含水率偏高，含油偏低的假象，形成“砂吃油”現(xiàn)象。
含氣量、產(chǎn)出水礦化度及油品成分變化對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響。實(shí)踐證明，若流體中有1％的氣體變化時(shí)，按照油水兩相測(cè)量模型得到的油水比率誤差約為6％。
另外，不同地區(qū)原油里的礦化度差異很大(幾倍到十幾倍)，礦化度的變化將導(dǎo)致原油的密度、黏度等物理特性的變化，致使儀表的測(cè)量精度下降。理論和實(shí)踐都證明，1％的礦化度的變化會(huì)給油水比率的測(cè)量帶來(lái)百分之十幾的影響。
3．2．2 油水乳化液相轉(zhuǎn)變對(duì)測(cè)量的影響
由于被測(cè)介質(zhì)含量復(fù)雜，特別是高含水原油，出現(xiàn)“油包水”、“水包油”的過渡狀態(tài)，這時(shí)油水乳化液發(fā)生相變，即由油連續(xù)介質(zhì)轉(zhuǎn)向水連續(xù)介質(zhì)轉(zhuǎn)向水連續(xù)介質(zhì)，這樣就使得多數(shù)儀表的準(zhǔn)確度難以保證。
3．3 檢測(cè)儀帶來(lái)的誤差
3．3．1 測(cè)量模型所帶來(lái)的誤差
該檢測(cè)儀采用的是油水兩相測(cè)量模型，即：先測(cè)出流體的混合密度，再依據(jù)油水密度上的差異計(jì)算出油水的各相比率。而油井所產(chǎn)出的原油中通常都含有一定量的氣體，含氣量的微小變化，將對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。因此，在測(cè)量?jī)x器的系統(tǒng)中和測(cè)量過程中都應(yīng)盡量的除氣，盡可能地減少氣體對(duì)測(cè)量結(jié)果所造成的誤差。
3．3．2 測(cè)量裝置標(biāo)定所帶來(lái)的誤差
原油含水率測(cè)量?jī)x表的標(biāo)定通常是在標(biāo)準(zhǔn)狀況下依靠取樣化驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行的，雖然在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室里所做的化驗(yàn)水平、精度都滿足儀表的標(biāo)定要求，但是由于取樣樣品受流態(tài)的變化，被測(cè)介質(zhì)成分變化，含氣多少，取樣方式及人為因素等各種各樣因素的影響，使最終標(biāo)定值不涵蓋流體在管線中流動(dòng)的各種狀態(tài)，常常根據(jù)這種取值所標(biāo)定的結(jié)果僅僅反映取樣點(diǎn)的情況，不能代表整個(gè)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)原油情況。
3．3．3 傳感器結(jié)垢所帶來(lái)的誤差
現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，在油田高含水油井中原油的礦化水會(huì)給壓力傳感器探頭帶來(lái)結(jié)垢現(xiàn)象。這種結(jié)垢(沉積水、蠟)能引起較為嚴(yán)重的測(cè)量誤差。投入式壓力傳感器探頭表面結(jié)垢會(huì)使測(cè)量的壓力差值△P偏小，使得測(cè)得含水原油密度值偏小，造成測(cè)得的含水率值增大。在油田的應(yīng)用中，結(jié)垢和結(jié)蠟是很容易發(fā)生的，需要采取切實(shí)的措施，并定期進(jìn)行沖洗，清洗結(jié)蠟，延緩結(jié)垢。
4 結(jié)論
通過該方法生產(chǎn)的原油含水檢測(cè)儀在長(zhǎng)慶油田的應(yīng)用表明，該檢測(cè)儀既能夠?qū)崿F(xiàn)在線的動(dòng)態(tài)測(cè)量，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)外輸原油進(jìn)行取樣測(cè)量。依此所建立的模型、相應(yīng)的誤差分析及補(bǔ)償機(jī)制，使得該系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)中取得了令人滿意的測(cè)量結(jié)果。產(chǎn)品性能符合長(zhǎng)慶油田所提出的各項(xiàng)要求，提高了油田的生產(chǎn)效率。其次，為保證測(cè)量精度，該測(cè)量裝置最好用于含水率超過50％的油井上。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/194320.htm
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