新型油井含水化驗裝置的室內研究

梁恩武，李豐輝，王月杰，張繼偉，鄭中亮

(1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452；2.中海石油(中國)有限公司曹妃甸作業公司，

天津 300459；3.中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

0 引言

在原油的生產和儲運過程中，原油含水率的測試十分重要，直接影響到原油的開采、集輸、計量、脫水、銷售和冶煉等，影響原油的品質及開發成本[1]。原油含水率的準確測試對于確定出水、出油層位，估計原油產量、預測油井開發壽命、油井的產量質量控制、油井狀態檢測、數字化油田建設等具有重要的經濟效益和社會效益[2-6]。

國內外科研工作者先后提出多種測試方法，包括離線測定方法及在線測定方法，在應用中雖取得一定的效果，但受限于技術和工藝水平，在測試精度、性價比、全程測試、安全環保等方面還存在諸多的問題[7-10]。

中海油海上某油田邊底水能量強，含水上升快，隨著油田的開發，目前綜合含水達94%，含水＞60%的高含水油井占到總井數約4/5，含水＞90%的特高含水油井占到總井數約60%。產液優化調整及側鉆決策的主要依據之一是單井含水率狀態。

因此，海上某油田對高含水井含水率測定的精度提出了更高的要求，目前現場使用離心法，由于高含水井油量少、取樣量有限、取樣杯粘附原油、離心管小、肉眼讀取誤差等限制，含水率測定精度有限，給油藏分析決策帶來一定困難。針對海上某油田研究的新型油井含水化驗裝置，采用過濾法原理，與常規工藝方法互相驗證，提升高含水井含水化驗精度。

1 新型油井含水化驗裝置

1.1 總體結構

該新型油井含水化驗裝置如圖1所示，包括原液罐(內壁附著超疏油涂層)、清液罐、稱重模塊、膜組件(內部密封油水分離膜)、電源系統、真空泵及交互模塊。

圖1 化驗裝置結構圖

1.2 工作原理

開發的高效油水分離膜材料(親水疏油材料，密封在膜組件中)能有效阻隔油水混合物中的油組分，達到油水分離的效果。準確測定產出液總質量(M)及過濾水質量(M1)，再加上膜組件殘留水質量(k)，自動計算精準的井液含水率，提升高含水油井含水率測定的準確性和效率。

1.3 創新點

(1)具有一系列不同體積的大容量裝置，根據各井生產情況采用不同體積的大容量裝置延長取樣時間，利用取樣體積放大的方式減小井液波動造成的測試誤差。

(2)利用可拆裝的取樣桶(內壁超疏油涂層)，同時現場取樣及化驗室過濾，防止了產出液轉移過程中的原油粘附損失，增加稱重模塊，避免了使用人眼讀取體積出現的誤差。

(3)含水測定增加油水分離膜，油水相快速分離，通過精確的過濾水重量/產出液總重量計算含水率，測試更快更準確，提高工作效率，更好地指導生產。

(4)取樣及測定裝置清洗方便，可循環使用，環保經濟。

2 室內效果分析

2.1 理論數據對比

如表1、圖2所示，前期利用水質較好的現場油水樣進行室內效果分析，見序號1、序號2數據，新型油井含水化驗裝置含水率測定結果和標準液理論數據進行比對，誤差在±0.5%以內，單次檢測在15 min以內。其中標準液制備方法：中海油海上某油田油水樣，破乳后利用分液漏斗油水分離，得到純油及純水(含有少量雜質，水質較澄清)，按照預設的含水率，取一定質量的純油及純水，倒入原液罐中，即可得到標準液。其中疏油層為3 μm孔徑水下超疏油-超親水纖維素膜(直徑20 cm)。其中k值為膜組件殘留水質量，根據20組標準液測試，標定出k值為18 g。其中真空度-60表示-0.098×60%=-0.059 MPa。

表1 理論數據對比

圖2 室內測定誤差情況

如表1、圖2所示，整改后利用水質較差的現場油水樣進行室內效果分析，主要針對前期工藝無法滿足現場存在的水質較差的油井測定，出現堵膜測定中止、漏油等問題，最終確定序號9為最終的現場測定方案，新型油井含水化驗裝置含水率測定結果和標準液理論數據進行比對，誤差在±0.5%以內，單次檢測在15 min以內。其中標準液制備方法：中海油海上某油田油水樣，破乳后利用分液漏斗油水分離，得到純油及純水(含有多種雜質的油井渾水)，按照預設的含水率，取一定質量的純油及純水，倒入原液罐中，即可得到標準液。

序號3中，復合膜片為10 μm孔徑水下超疏油-超親水纖維素膜+5 μm孔徑SiO2親油-疏水膜+10 μm孔徑水下超疏油-超親水纖維素膜+5μm孔徑SiO2親油-疏水膜+100 μm孔徑海綿親油-疏水膜+10 μm孔徑水下超疏油-超親水纖維素膜(共6層膜，排列順序為從原液罐至清液罐)，直徑20 cm，標定出k值為52 g，最終過濾速度40 min未完成，不滿足要求，分析原因是膜片層數過多。序號4中，減少膜片層數到4層，標定出k值降為34 g，最終過濾速度為34 min，不滿足要求，分析原因是油井渾水堵塞其中一層膜片，導致過濾速度偏慢。序號5中，將最后一層海綿層更換為砂芯層，過濾速度為47 min，且誤差超過±0.5%，分析原因為油井渾水堵塞第一層疏油層，導致過濾速度偏慢。序號6中，改變膜片排列順序，將孔徑大、膜片厚的海綿層放在第一層，過濾速度為9 min，精度、速度滿足要求。序號7中，樣品經過加熱80 ℃、OP-10 2.5 mg/L、乳化機3 000 r/min處理，模擬現場井口產出液剛取出的狀態，但誤差達到3.45%，過濾速度明顯加快，分析原因是高溫對復合膜(尤其是海綿層)的親水、疏水性能產生影響，導致k值波動較大。序號8、序號9中，重新驗證序號6的測定穩定性，真空度降為-15至-45，防止真空過大漏油，原油已滲過第3層膜片，極少量到達第4層膜片，因此膜片層數最少4層，要求樣品靜置到常溫，測定精度、速度滿足要求，確定為最終的現場測定方案。

2.2 專業機構數據對比

如表2所示，前期利用水質較好的現場油水樣，針對含水率＞90%的高含水油井，任意選取中海油海上某油田3口井產出液進行含水率測試驗證，與專業機構中海油實驗中心測試結果對比，誤差在±0.5%以內，單次檢測在15 min以內。序號3中新型油井含水化驗裝置測試，測得過濾水中含油103 mg/L，不影響測定精度，且過濾油中無水滴，表明油水分離膜片-單層膜精細過濾性能良好，可以保證測定精度。

表2 專業機構數據對比

3 結語

本文研究了一種具有離線取樣檢測功能的新型油井含水化驗裝置，可以提升高含水油井含水率測定精度，針對含水率＞90%的高含水油井，與標準液理論數據、專業機構數據進行比對，測試誤差均在±0.5%以內，測試時間控制在15 min以內，滿足現場更準、更快、更便捷的含水率測定需求，使原油產量分配更精準，提限液優化、側鉆判斷更科學。最優測定條件為：油水樣靜置到常溫，膜片為4層膜/20 cm/海綿層-疏油層-砂芯層-疏油層，k值為52 g，真空度為-15至-45。