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 技术论文


原油含水含气分析仪的研究与应用
王风清 张艳霞 刘栓庄 鲁晓醒 张国旺
华北油田分公司第三采油厂 (河间062450)

李长英
华时科技开发有限公司(徐水072550)

   

    摘要  原油含水含气分析仪是利用介质对某一低能γ射线的吸收而引起强度的变化,与介质的质量吸收系数和密度有关外,还与组成介质的成分和各种成分所占的比例有关。通过测量γ射线穿过被测介质前后强度的变化获取有关信息,经过分析与计算,得到组成介质的各种组分的含量。再输入流量计信号,实现原油在线连续自动测量。这种仪表是核机电一体化的高科技产品,保证了较高的测量精度,避免了人工计量工作量大、计量误差大的现象,实现了分队计量,方便了生产管理。

    主题词  原油分析仪 原理 现场应用

原油再生产过程中,从油井中采出的原油是油、水、气和含有其它杂质成分的三相流体。由于工艺状况的限制,经罐油气分离或脱水后的原油中仍含有不同程度的水和溶解气或轻质成分,在集输过程中的各个环节,原油含水、含气都是随时变化的,而且波动较大,用定时取样化验原油含水率和容积式流量计进行交接计量的方式,不能反映集输过程中原油含水、含气的瞬时变化,因此而产生的一些统计数据,如平均含水率、含气率、产量等均不代表实际生产状况,也无法解决因原油含水率、含气率的波动等因素所造成原油交接计量误差大的问题,经常造成原油交接计量纠纷及人财物的浪费。为消除以上因素的影响,采用技术先进、精度高、质量可靠的YSQF型原油含水含气在线计量分析仪,实现了原油在集输过程中含水率、含气率、液量、油量、水量和油温、油压在线自动检测计量,有效地解决原油交接计量中存在的问题。

                          原油含水含气分析仪的原理及结构

    YSQF型原油含水含气在线计量分析仪是利用不同介质对低能γ射线的吸收不同而研制的。放射性同位素放出低能的γ射线,当它穿过介质时,其强度要衰减,且衰减的大小随介质的不同而不同,即取决于介质对γ射线的质量吸收系数和介质的密度。对于多项介质,介质对γ射线的吸收而带来的γ射线强度的变化除与介质的种类有关外,还与组成介质的各种组份所占的比例有关。因此通过测量穿过介质的γ射线的强度变化,来获得一些重要信息,经过对这些信息的科学合理的分析、处理与计算,便可得到组成介质的各种组分的含量。在油田原油集输计量中,可精确测量管道中原油的含水率、含气率和含油率,再输入流量计脉冲信息和温度压力信号,运用科学合理的计算公式和数学算法,经计算机计算,便可测量集输管道中原油含水率、含气率、产液量、产油量、产水量、产气量、油温、油压等统计数据的在线自动检测计量的生产报表,可利用电话网络实现与计算机联网 。

YSQF型原油含水分析仪Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种型号,均由一次仪表和二次仪表构成。如图1所示。
             
                         图1  YSQF型原油含水含气分析结构框图

            一次仪表包括测量管道、探测器和放射源。测量管道由优质钢材加工而成,两端焊有标准法兰。探测器采用高性能的闪烁γ探测器,探测器与原油介质采用高分子耐温、耐压材料隔离,并用高强度法兰固定密封。探测器封装在一密闭的钢质外套之内,两端装有防护套,电源和信号线通过防爆引线端子引出。放射源采用长半衰期的低能γ射线源,它被密闭在具有良好防护措施的源室内,保证了测量管道外的射线计量远远低于国家剂量标准(约为本 底剂量),对环境和工作人员无任何不良影响。

           二次仪表有数字信号处理单元、模拟信号处理单元、计算机数据采集系统及有关外部设备组成,二次仪表所有部件全部上架安装在标准工业机柜内,整机布局合理,美观大方。

                            原油含水含气分析仪的技术特点

YSQF型原油含水含气分析仪与其它的含水含气测量方法相比较,技术特点明显:

         (1) 技术先进。采用最先进的核物理技术、核电子学技术和计算机技术,是核机电一体化的高科技术产品;

         (2) 是一种非接触自动在线测量仪表,自动化程度高,测量对象多。采用了计算机技术,测量参数随时间的变化一目了然;

         (3) 测量精度高,由于γ射线和物质相互作用的机理是γ射线直接作用于介质的分子,故γ射线穿过原油介质的径向上的密度和成分比例的分布不同并不影响测量精度。

                                原油含水含气分析的应用

             随着石油系统经济体制改革的深入发展,采油企业内部原油生产交接计量管理已是更为重要。留二联合站在担负着本采油队原油产处理任务之外,还担负着留17站和留18站两个采油队进站原油脱水及外输任务。采用YSQF-I型原油含水含气分析仪和腰轮流量计配套技术,解决了留17站和留18站两个采油队进 站原油的交接计量问题。

             留二联合站分队计量工艺技术改造于1998年底完成,1999年3月对留二联合站安装的仪表进行了调试,1999年4月1日开始,一天录取12个数据,仪器检测和人工检测要同时同步录取数据,在单点录取数据对比下,取其日12个数据的平均值 再进行对比,通过28天的计量数据跟踪对比,见表1。

             从表1的检测计量数据对比知,仪器检测原油平均含水率为72.88%,人工检测原油平均含水率为72.45%,二者含水率检测差值为0.43%;仪器检测累计日均产油量247.71t,人工检测累计日均产油量248.32t,平均日差0.61t,相对误差0.25%;仪器检测累计日均液量1006.25m3,流量计人工检测日均液量1006.74m3,平均日差0.49m3,相对误差为0.05%。三项计量数据平均误差在0.5%以下。

                             应用结论

              留二联合站自1999年4月1日YSQF-I型原油含水含气分析仪投入运行,到目前仪器仪表运行正常,达到了交接计量精度的要求。

          (1)YSQF型原油含水含气分析仪计量检测比较准确,误差较小,误差值稳定。真实地反映出原油在集输过程中的实际情况,实现了两队进站原油含水率、含气率、产液量、产油量、产水量、产气量、油压和油温在线自动连续检测计量。

          (2) 自动化程度高,操作运行全自动化,简易直观。可定时输出日报表,可选择在线显示产油量、产水量、产液量、含水率、含气率、油压和油温的瞬时、时、班、日、月和年的报表;可有选择地在线显示时、日、月的原油含水变化趋势图和产油量、产水量、产气量、产液量的直方图;测量数据储存一年,可根据需要,查阅历史记录,并选择地在打印机上输出。自动储存,自动打印,节省了大量的手工劳动。

          (3) 功能齐全,现场实用性强。具有超压、超温、含水率越限和打印机故障报警,关键参数密码锁定等多项功能,使用安全可靠,故障率低,很适用于中转站、联合站高低含水、中低含气,高粘度原油集输中的自动计量检测。

            综上所述,YSQF型原油含水含气分析较好的实现了原油生产分队交接计量,方便了原油生产管理,避免了人工计量检测工作量大,计量误差大的现象。同时利用连续在线自动测量和利用电话网络与计算机联网的优点,及时进行油田区块及油井原油生产变化的研究,指导下一步原油生产管理工作。这项原油计量新技术在华北油田及兄弟油田得到了广泛推广应用。

                 表1 留17站和留18站两队进站原油检测数据对比情况

                         仪表测量                                         人工测量
    日期  含水率(%)  含气率(%)  液体积(m3 油重(t)  含水率(%)  含气率(%)  液体积(m3  油重(t)
 1999.4.1  89.8  0.7  1080.94  103.31  89.03  不能测  1083   103.92
   4.2  59.7  2.0  1036.40  386.84  59.84  不能测  1034   361.47
   4.3  65.1  1.8  887.56  281.39  64.92  不能测  887   279.31
   4.4  76.2  1.4  786.90  170.05  75.45  不能测  785   168.73
   4.5  77.6  0.3  1045.25  204.04  76.92  不能测  1047   207.27
   4.6  91.2  0.8  844.24  73.2  90.38  不能测  842   69.05
   4.7  64.3  1.8  1015.18  319.30  64.08  不能测  1017   319.48
   4.8  63.9  1.8  997.70  325.73  62.53  不能测  1000   327.11
   4.9  73.7  1.4  853.16  210.16  73.09  不能测  854   208.08
   4.10  74.1  1.4  1037.33  245.00  73.62  不能测  1040   246.47
   4.11  74.6  1.3  1151.20  235.12  76.00  不能测  1153   240.70
   4.12  66.2  1.7  1029.42  320.10  65.36  不能测  1021.45   321.35
   4.13  69.5  1.6  968.48  269.22  69.40  不能测  971   276.34
   4.14  74.2  1.4  906.64  221.90  73.83  不能测  908   223.30
   4.15  76.7  1.3  1002.78  210.65  75.45  不能测  996   213.60
   4.16  83.3  1.0  1265.69  204.36  82.24  不能测  1267   207.50
   4.17  60.5  1.9  804.80  294.94  59.48  不能测  802   295.70
   4.18  67.7  1.7  1027.43  311.18  65.74  不能测  1029   316.75
   4.19  73.09  1.5  895.48  221.18  72.59  不能测  893   224.73
   4.20  84.3  1.1  1087.76  165.06  83.74  不能测  1090   155.15
   4.21  78.7  1.2  1216.40  247.71  78.60  不能测  1216   227.78
   4.22  51.94  2.1  1132.50  465.00  50.97  不能测  1132   484.53
   4.23  70.0  1.6  877.20  248.32  69.40  不能测  845   242.49
   4.24  77.1  1.4  922.49  201.26  76.48  不能测  956   197.96
   4.25  82.8  1.0  1154.61  208.11  87.25  不能测  1256   216.46
   4.26  70.0  1.5  1132.48  320.22  69.70  不能测  1137   340.46
   4.27  69.0  1.6  1010  276.85  69.95  不能测  1008   280.60
   4.28  76.4  1.4  868.68  195.10  76.11  不能测  870   197.43
  平均  72.88    1006.25  247.71  72.45    1006.74   248.32

                                         

  {作者简介}

         王风清,男,1961年生,现任华北油田采油三厂总工程师,高级工程师,1983年毕业于华东石油学院,2000年获石油大学(华东)硕士学位。现在华北油田采油三厂主要从事采油工程研究。


 
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