原油含水測量和純油密度確定中質量流量計的應用研究

趙玉軍 魚慶蘭

摘要：本文在對利用質量流量計確定原油密度的思路進行了分析，通過現場測量需考慮要點、計算方式和工況密度確定等內容研究，探究了利用質量流量計確定原油密度的具體方法。

關鍵詞：質量流量計；含水率；純油密度

油氣集輸和油田礦場需要做好流量和原油密度測量等工作，當前廣泛應用的科氏力質量流量計能同時對油水混合液流量和密度測量，解決了傳統流量計無法測量密度的缺陷。具體應用中，需將純油、純水密度作為已知數值輸入公式，計算含水率。油水密度成為關鍵因素，必須科學設計油水密度測量和計算方案，明確使用儀器、操作步驟和計算方式等。

1 利用質量流量計確定原油密度的思路

集輸系統和油田礦場原油，通常是油井產出后對油、氣、水進行兩相分離器分離、氣液分離后的介質，是油水混合液。傳統計量中沒有特用原油含水儀器直接進行原油含水率自動測量，多是用容積式流量計進行液體流量測量，隨后經過復雜的取樣、化驗等步驟計算得出含水率和純油量。通過質量流量計進行油水兩相流體測量，同時得到總流量和密度，可以比較準確的計算出含水率和純油流量。相關公式如下：

Wc=（ρm-ρ0）/（ρw-ρ0） （1）

對上述公式進行微分處理，得到以下公式：

dWc=dρm/（ρw-ρ0） （2）

式中，Wc——質量流量計測量出的含水率；

ρm——質量流量計測量出的油水混合液密度；

ρ0——集輸系統和井場工況條件下的原油密度；

ρw——集輸系統和井場工況條件下的水的密度；

dWc——質量流量計測量出的含水率準確度；

dρm——質量流量計測量出的混合液密度準確度。

根據公式1，如果已知油水密度，可利用質量流量計測量混合液密度，進行原油含水率計算。計算中可將純油、純水密度作為已知值，輸入流量計二次表運算系統。因此，要確定油水密度。

根據公式2，看出含水測量準確性與質量流量計測量油水混合液密度準確性有關，與油水密度差及純油和純水密度準確性也存在關聯。在實際應用中，密度測量準確度由儀表本身性能決定，不同廠家和不同規格的儀表分別存在±0.1%、±0.3%不等的精度誤差，但只要確定待測量油水性質，密度差就固定，含水測量準確度也就固定。

2利用質量流量計確定原油密度的具體方法

2.1現場測量需考慮要點

在工況狀態下，質量流量計才能進行原油流量和密度值測量，隨后進行原油含水率計算，得出原油含水率也是工況的，因此，要統籌考慮以下因素：不同區塊、不同類型油藏采出油、水密度值差異，測量前要首先進行純油密度和純礦化水密度精準測量，作為計算公式已知參數輸入。在儀表測量中，油水密度必須與測量開始階段確定數值一致，如果測量中出現變化需重新確定數值。純油密度必須是活油密度，在分離器工作條件下測量的飽和油密度，不能用穩定脫氣狀態下的原油密度，否則會造成儀表測量含水率比準確值低、純油計算值偏高。

2.2采用已知原油標準密度進行換算計算

大多質量流量計二次表中數學模型具備對原油標準密度修正為工況密度的功能。原油中純油、純水標準密度容易獲取，要在使用質量流量計對原行測量時需要提前取樣，脫水獲取純油、純水樣品后測量，通過實驗室分析，確定純油和純水標準密度，隨后將標準密度值輸入二次表中。

簡單的方法是將標準密度換算后輸入，但存在一定缺陷，在原油密度上存在誤差。質量流量計二次表中對密度值修正時，要考慮溫度對密度的影響，而較少考慮壓力特別是工作壓力下原油溶解等因素對密度的影響，水屬于可壓縮性較小液體、氣體難溶入，所以對水的密度影響可忽略；對原油密度存在較大影響，因取樣獲得原油密度是脫氣后穩定原油密度，而工況下原油屬于溶氣原油，特別是高壓下氣體重組分會被液化，使工況下原油密度比穩定原油密度更低，如果不考慮該因素，會造成儀表測量含水率偏低、純油偏高。按現有資料分析，原油密度為897.5kg/m3時，含水率50%、穩定脫氣狀態下原油密度比含溶解氣活油密度高10kg/m3左右，如不考慮這一差異，會造成含水率偏低4%左右，純油偏高8%左右。因此，要將原油密度修正為工況下密度，注意修正后數值也存在一定誤差，特別是誤差隨工作壓力加大而加大。

2.3現場工況密度的確定

在現場確定原油密度需要的儀器方面，主要使用配套取樣裝置，方便在測量工藝系統中獲取具有普遍代表性的原油樣品；配套快速油水分離裝置，一般使用離心分離機；配套油水密度測量儀，以便攜式的儀器最好，便于操作，確保能在測量油水密度的同時測量介質溫度，選用的密度計測量精度必須將誤差值控制在±0.2%以內。

在現場測量操作步驟方面，要先等介質運行平穩后，再將質量流量計投入介質，在系統取樣口進行取樣操作；在對樣品間排氣和氣液分離后，使用離心分離機進行油水混合液分離，獲取純油和純水樣品；隨后將純油、純水樣品放置到合適容器內，使用便攜式密度計分別測取密度，并分別測量和記錄測量時的油和水的溫度，該情況下測量密度值為視密度。

在確定油水工況密度方面，因為水本身具有可壓縮性小、氣體難溶入的特點，所以測量水的視密度后，就能根據測量時的溫度、利用水溫與水密度關系轉換獲取工況條件下的水密度。原油工況密度的確定較為復雜，需使用以下公式計算：

ρ20=ρt+r（t-20）

其中，ρ20——溫度為20℃時的原油標準密度（kg/m3）；

ρt ——測量溫度時的原油密度（kg/m3）；

t ——測量密度時的原油溫度（℃）；

r ——石油密度溫度系數，可查閱原油標準密度值表，獲取20℃時數值。

隨后，要將標準密度值進行工況下溶氣原油密度值換算，根據前述公式，以及獲取的原油標準密度、天然氣相對密度、工況壓力、工況溫度計算出天然氣溶解度，確定工況條件下每立方米原油中溶解的天然氣含量；計算原油體積系數，原油中溶解天然氣后體積變大，體積系數即單位體積脫氣原油溶入天然氣后的體積數值；進行溶氣原油密度計算，根據獲取的原油標準密度、融入天然氣后的相對密度、天然氣溶解度和原油體積系數等，按照如下公式計算工況密度：

ρpt=（ρ+RsΔgnρa）/B0

式中，ρpt——工況條件下溶氣原油密度；

ρ——脫氣原油標準密度；

Rs——被測量原油天然氣溶解度；

Δgn——溶入原油內的天然氣相對密度；

B0——原油體積系數。

3 結論

綜上所述，通過本文所述方式確定原油和礦化水密度，能較為精準地反映油水工況密度，在將數值輸入質量流量計二次表系統后可獲取準確測量值，為油氣集輸和油田礦場現場計量提供依據。

參考文獻

[1]陳巍芳.高含水時期的油井計量技術[J].化學工程與裝備，2011（08）.

[2]張恒.質量流量計在大慶油井應用探討[J].科技致富向導，2011（21）.

（作者單位：油氣集輸總廠）