原油含水率測量技術(shù)綜述

唐穎 崔立宏

（中信石油技術(shù)開發(fā)［北京]有限公司 北京 100004）

原油是油、氣、水三相組成的混合流體，其含水率是指水的質(zhì)量占混合總質(zhì)量的百分比。在石油工業(yè)計(jì)量和集輸中，原油含水率是非常重要的指標(biāo)，準(zhǔn)確的測量結(jié)果在油田開發(fā)中可用于計(jì)算原油產(chǎn)量和估算剩余儲量，在集輸和銷售中減小誤差，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 原油含水率測量技術(shù)的種類

當(dāng)前常用的原油含水率測量方法可分為兩類，離線測量法和在線測量法。

1.1 離線測量法

主要有蒸餾法、離心法、電脫法和卡爾-費(fèi)休法。其中蒸餾法有兩種：一種是石油生產(chǎn)行業(yè)使用的《原油水含量的測定-蒸餾法》（GB/T8929-2006，以下簡稱A法），另一種是石油加工行業(yè)使用的《石油產(chǎn)品水含量的測定-蒸餾法》（GB/T260-2016，以下簡稱B法），兩種方法都是國家標(biāo)準(zhǔn)。寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院孫文娟等人對上述兩種方法進(jìn)行了對比，優(yōu)化改進(jìn)出一種新的實(shí)驗(yàn)裝置，可減少差異，使兩個行業(yè)所測原油含水率統(tǒng)一到一個標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 在線測量方法

可分為兩類：一類是微量水的在線測量方法，有電容法、近紅外光譜法和電阻抗法；另一類是高含水量原油的在線測量法，有密度法、電導(dǎo)率法、射頻法、短波法、微波發(fā)、射線法等。在線法由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜昂貴，對人員技術(shù)水平要求高，對樣品的要求也比較苛刻，較難推廣。

目前國內(nèi)外很多油田的開發(fā)已進(jìn)入高含水和特高含水期，蒸餾法和離心法應(yīng)用比較普遍。

2 離線原油含水率測量技術(shù)的基本原理

2.1 蒸餾法

蒸餾法的原理是將油水分離，分別測油、水的質(zhì)量，得到原油含水率。測量過程是在油品加無水溶劑(二甲苯或無水汽油等)，然后在水分測定儀中蒸餾，在 20～25 ℃循環(huán)冷卻水下緩慢加熱，油樣、溶劑和水達(dá)到共沸時一起蒸發(fā)出來，溶劑沸點(diǎn)要比油和水的沸點(diǎn)低，先汽化，同時將水分從油品中提取出來，流經(jīng)冷凝管再進(jìn)入水分接收器里，水與溶劑在接收器里分層，通過接收器的刻度得到水分的含量（圖1）。

2.2 離心法

離心法的原理是利用油水之間的密度差別，在高速離心場作用下使穩(wěn)固的油水乳化液破乳，實(shí)現(xiàn)油水分離，密度較大的水會沉降在底部，通過讀取液位刻度，計(jì)算得出原油含水率（圖2）。

2.3 電脫法

根據(jù)斯托克斯定律可知，水珠在油水混合物的沉降速度為：

其中，ρ1為油密度，ρ2為水密度，g為重力加速度，r為水珠半徑，μ為油的粘滯系數(shù)。

圖2 離心管示意圖

圖3 原油含水電脫分析儀結(jié)構(gòu)示意圖

增加沉降速度的方法是增加水珠半徑，處在電場中的油水混合物，在電場的作用下極性水分子發(fā)生電極化，水珠成為帶等量異種電荷的電偶極子，由電磁場理論可知，兩水珠間存在吸引力，電偶極子受到電場的作用力向電極表面移動，其間距離減小，吸引力增大，半徑增大，加速沉降，實(shí)現(xiàn)油水分離（圖3）。

2.4 卡爾-費(fèi)修法

測量微量含水油品（含水量在 0.02%～5% ）的含水率可用卡爾-費(fèi)修法。經(jīng)典的卡爾-費(fèi)修反應(yīng)如下：

在水存在時，即樣品中的水與卡爾費(fèi)修試劑中的SO2和I2發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成硫酸酐吡啶，硫酸酐吡啶不穩(wěn)定，能與水發(fā)生反應(yīng)，消耗一部分水，干擾測定，為了使它穩(wěn)定，加無水甲醇，反應(yīng)生成甲基硫酸吡啶，通過雙鉑電極確定反應(yīng)終點(diǎn)。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式和物質(zhì)守恒定律，測定出卡氏試劑的體積消耗量，計(jì)算出樣品中的含水率。

3 幾種原油含水率測量方法的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)

上述四種方法中，卡爾-費(fèi)修法只適合測微量水，技術(shù)要求高，一般油田實(shí)驗(yàn)室很少使用。離心法和電脫法操作簡單，分析速度快，技術(shù)要求較低，適用于油田現(xiàn)場日常分析。蒸餾法適用性和性價比適中，大部分油田的實(shí)驗(yàn)室都能使用，常用于對以上兩種簡易方法的定期校驗(yàn)（表1）。

4 影響原油含水率測量準(zhǔn)確性的因素

4.1 原油成分對測量結(jié)果的影響

若流體中有1%的氣體，按照油水兩相測量模型得到的油水比率的誤差約為6%。油田產(chǎn)出水中通常都含有一定礦化度， 1%的礦化度會給油水比率的測量帶來10%以上的影響。

4.2 油水乳化液相轉(zhuǎn)變的影響

高含水原油出現(xiàn)“油包水”、“水包油”等過渡狀態(tài)，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)，在高含水率時誤差較大。

4.3 取樣方式的影響

一般采用1500ml或2000ml的樣桶，由于油井采出液中油占很少量，如果取樣量少會導(dǎo)致取樣隨機(jī)性增加，代表性變差。

4.4 設(shè)備系統(tǒng)誤差和觀測誤差

現(xiàn)有測量技術(shù)需多次稱質(zhì)量，存在系統(tǒng)誤差，人工進(jìn)行油水分離時，由于人的視覺誤差會出現(xiàn)油水分離不徹底。離心法測量時，若離心機(jī)性能差產(chǎn)生的離心場弱，破乳效果就差。對于很高含水量的采出液，這種誤差計(jì)算時會被放大。

4.5 環(huán)境溫度等的影響

對于黏度較高的稠油和特稠油，乳化和取樣時的環(huán)境溫度會產(chǎn)生較大影響。在運(yùn)輸過程中油樣還會黏附于器皿中，收集起來較困難，使數(shù)據(jù)失真。

4.6 樣品的靜置和攪拌

油樣經(jīng)過放置油會浮在水的上面，化驗(yàn)分析時要人為地分離油和水，邊攪拌邊把剝離出來的水倒掉，攪拌力度、攪拌速度和攪拌時間不同造成油中水的含量不同，影響測量結(jié)果。

4.7 實(shí)驗(yàn)前預(yù)處理的影響

蒸餾法測量時，預(yù)熱不充分會降低乳狀液分散的均勻程度，造成油樣無法完全破乳，從而影響準(zhǔn)確性，尤其是要采取均化原油樣品和選擇合適的溶劑來避免“沖樣”和“爆沸”現(xiàn)象的發(fā)生。

5 結(jié)論和建議

表1 離線原油含水率測量方法對比表

原油含水率的測量應(yīng)根據(jù)原油的密度、黏度等性質(zhì)以及油田的實(shí)際情況，選擇和優(yōu)化測定方法，采取必要的措施減小各種因素的影響，提高測量的準(zhǔn)確性。