（中国石化胜利油田有限公司规划设计研究院）
摘要关键词概述
油田进入开采后期以后，随着酸化压裂、洗井、防砂和药剂处理等频繁作业，以及三次采油技术的推广应用，采出液的乳化程度越来越高，增大了油水分离的难度，使原油集输、处理过程中存在以下两方面较难解决的问题。首先，乳化液淤渣在原油处理流程内多次循环、搅拌，在沉降罐和电脱水器中形成稳定的多重乳化液。这部分乳化液导电性好，电化学破乳难、脱水效果差，直接阻碍了水中油滴进入油层，油中水滴进入水层，增大了采出液处理难度和脱水加热炉负荷，降低了设备运行效率。当乳化过渡层在沉降罐内不断淤积到一定的厚度时，涌进电脱水器，使电脱水器的电场完全破坏，导致频率越来越高的倒电场现象，给原油脱水正常生产带来了极大的隐患。因此对乳化过渡层的检测，将有助于调整、优化沉降罐和电脱水器的运行工况，最大限度减少其对整个脱水工艺的影响。但目前尚无适用的检测仪表在现场应用[1]；另一方面，为适应新的市场环境，油田生产管理进一步向集约型发展，单井、分队计量和站-队、矿-站、厂-库之间原油计量、交接越来越受到各级矿、站、厂、库重视。作为油藏开采的重要地质数据，单井含水率的监测对制定作业方案、提高油井产量和采收率具有重要意义；作为交接结算依据，含水率检测对保证交接双方经济利益具有同样重要的意义。常规的蒸馏化验含水方法和电脱法，虽然本质上是直接的和绝对的测量方法，但由于存在间隔取样、人工操作等特点，人为误差大，取样周期长，在高含水段取样周期间、产量波动大等情况下原油产量的计量精度难于控制，给油田造成较大的经济损失。在用的含水检测仪表虽具有连续检测功能，但受检测原理和方法限制，基本工作于低含水、低含气工况下，很难满足单井、分队计量要求。因此研制适应油田生厂需要的系列含水分析仪表势在必行。
原油含水检测技术是针对油田原油脱水工艺和计量、交接中存在的实际问题开展的课题研究，研究内容包括容器内分层含水检测技术、容器内乳化过渡层形成机理、分布规律及物性分析、宽量程在线含水检测技术、含水分析传感器计量检定方法等，并取得关键技术突破。本文根据已取得的成果着重介绍油罐分层含水检测技术及其静态检定方法。
传感器工作原理[2]
油罐分层含水检测传感器是利用油、气、水对电能吸收能力的差异进行检测的。传感器将恒幅、稳频的短波信号向耦合电极之间的自由空间辐射，信号通过介质层时，因电能吸收率不同，振幅将产生相应变化，其值通过f/v转换成含水信号经数据处理器处理后输出。
根据朗伯-贝尔定律（j．h．lambert-a．beer），初始强度为si的电磁波穿过厚度为n的介质后，其强度变为so：
(1)
其中μ为吸收系数，反映了不同介质对能量的吸收能力。由式中可以看出，当电磁波入射强度si和穿过的厚度n一定时，接收强度so只与吸收系数μ有关。
(2)
对于原油和水的混合物，若分别以μw、μp和nw、np表示水、原油的吸收系数和穿过厚度，则：
(3)
以式（l）、（3）分别表示同一含水介质乳化和游离两种状态下的吸收强度，经验证两种状态下的吸收强度一致。则：
μn=μwnw+μpnp(4)
定义体积含水率vw%，那么np=(1-vw%)·n。代入式(4)得：
(5)
式（5）右端除so外，其它各项均可通过标定方法求得，可视为常数，整理后表示为：
vw%=alnso+b(6)
可以看出，体积含水率vw%与lnso为线性关系，只要检测到电磁波吸收强度，即可求得原油含水率。
检测系统组成
系统由传感器、数据采集器、数据接口、数据处理器、外部接口等组成。
传感器采用独特的电子步进式检测驱动机制和分段串联结构，成功地解决了机械升降方式难以消除的含水率、高度检测误差及全量程“时间差”，从根本上避免了系统机械故障，实现了不停产安装。
数据采集器包括信号发生、接收、整形放大和输出等部分。信号发生部分输出步进控制信号和恒幅、稳频的短波信号，电磁波在耦合电极之间通过介质层时强度发生改变，这一变化被接收并通过f/v转换和整形放大后以标准信号形式输出。步进控制信号作为高度量以脉冲形式一并输出。根据现场要求，数据采集器还可输出一组温度信号，大致反映油罐垂直剖面上温度变化情况。
由于罐区采集点分布的特殊性，数据接口考虑了多种方案，以适应不同要求。控制室距罐区近，采集点少，可采用电缆连接、板卡采集方式；控制室距罐区远，采集点多，可采用模块采集，rs－485分布式网络布线；对于采集点分散，布线难度大的现场，可采用局部采集，集中无线传输方式。
图1 油罐分层含水检测系统原理示意图
数据处理器由性能稳定的工控机、打印机、报警系统及运行于工控机上的专用测控软件包组成。工控机通过数据接口与数据采集器通信，发出检测指令，数据采集器驱动传感器开始运行检测，并将采集到的含水、高度、温度信号回送给工控机。经测控软件分别进行二次s校正和计数后转换为一一对应的含水率和分层高度值，通过条件判断分别计算出分层含水率、平均含水率、液位、界面、乳化过渡层厚度、油量、水量、总量等参数进行显示。专用测控软件包是针对乳化过渡层检测要求和站级管理需要开发的一组检测、管理模块。整个平台采用模块化构架，按所完成功能的不同，采用不同的开发平台进行梯次开发，并通过ole完成主程序与各功能模块间的挂接，以此实现定制的各种功能。报警系统采用软硬件组合，测控软件包的报警模块按照设定的采样周期进行采样，当取回的数据高于设定的上限或低于下限时，软件的报警界面将闪烁警示，同时，报警蜂鸣器发出声音警报。
外部接口为可选部分，由通信接口和控制接口组成。通信接口是为实现站级或厂级管理设计的，接口通过网卡或调制解调器与企业网络相连，实时或定时将检测数据上报，同时，接收控制中心发来的指令，指挥系统完成检测任务[3]。控制接口为预留部件，采用d/a转换卡控制现场执行机构完成各种工艺过程。在本系统中控制单元主要完成乳化过渡层的自动排放工艺。
系统静态检定方法
随着油田生产管理进一步向集约型发展，生产过程含水率监测仪表的应用越来越受到各单位重视。目前油罐分层含水检测还没有国家标准，各企业采用不同方法对自己的产品进行调试和检定，本文结合油罐分层含水检测系统的标定，简述含水分析仪表静态检定方法研究的初步思路供讨论。
油罐分层含水检测系统传感器采用多单元结构，其单元一致性用水平槽进行检定。水平槽分别注人不同配比的稳定介质，调整零点后，各单元所测a/d值的差反映了由于电子元件参数的不一致性和机械加工精度带来的传感器一致性误差，可通过硬件调整和软件修正进行补偿。
图5 水平槽检定传感器一致性示意图
传感器的检测精度采用方罐静态取样比对进行检定。传感器垂直放置在盛有已知混合比例介质的透明方罐内，每单元高度与取样口高度有严格的对应关系。使介质自然沉降为稳定分层状态，分别读出每单元含水值，并取样采用蒸馏法与实测值进行比对，即得出单元精度；各单元平均含水与已知介质综合含水比较即得出系统精度。高度误差由透明罐直接测量得出。
图6 透明方罐检定精度示意图
结束语
原油含水检测技术应用研究面向油田生产，针对性强，所取得的成果为生产在线计量和沉降罐、电脱水器内乳化过渡层的检测和排放处理创造了条件。油田联合站大多采用两段脱水工艺，油罐分层含水检测技术得到推广，将有助于调整、优化沉降罐和电脱水器的运行工况，最大限度减少乳化过渡层对整个脱水工艺的影响，在节能和提高设备运行效率方面产生巨大经济效益。
参考文献
1.陈祥光等．自动化盘库系统在油田联合站中的应用．石油化工自动化，2000；6：43
2.张鸿仁．油田原油脱水．北京：石油工业出版社，1990：262
3.白淑凤．计算机系统在罐区生产管理方面的应用，2000；4：55
