井口原油含水率在线直测装置研发及应用

于洋，田殿龙，李珍，程世东，黄天虎，樊晨

(长庆油田油气工艺研究院 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西 西安 710021)

原油含水率既是油井重要的油藏数据，也是重要的生产参数，对于确定出水、出油层位,预估产量，预测油井的开发寿命以及油田的产量和质量控制，油井状态检测，降低成本具有重要的意义和实用价值。

某油田开发逐渐步入中后期，部分油井因含水率上升已接近经济开采极限，需要及时掌握这部分油井的含水率变化，制订合理的开采方案。但在含水率计量方面，该油田仍采用人工定期取样化验的方法，该方法误差大、效率低、实时性差，为解决这些弊端，研发了一种基于电磁波透射法的井口原油含水率在线直测装置，实现了井口原油含水率的实时监测。该装置的使用可大幅减少人工井口取样化验次数，减少现场人员和车辆的动用次数，降低劳动强度、安全风险及生产成本，提升油田生产管理数字化、精细化水平。

1 电磁波透射法测量含水率原理

根据电磁波的物理特性，同一强度的电磁波通过不同介质时，介质所吸收的电磁波的强度是不同的，吸收多少可用电磁波吸收度A来表示：

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式中：I0——入射电磁波强度；I——透射电磁波强度；μ——吸收常数，与入射电磁波强度及通过的介质有关；c——介质浓度；l——介质厚度。

对于油、气、水混合介质，则有

(2)

2 装置结构及工作流程

井口原油含水率在线直测装置由测量传感器和分析处理单元组成。测量传感器主要由探头、射频信号发生器和接收器构成；分析处理单元主要由室外防爆接线箱内的中心处理器、A/D数据采集芯片、数据存储器、通信接口和嵌入式软件构成。井口原油含水率在线直测装置结构如图1所示。

图1 井口原油含水率在线直测装置结构示意

测量传感器垂直安装到输油管线三通处，探头充分没入原油，并向原油中发射由射频信号发生器产生的恒幅稳频电磁波，透过原油的电磁波强度随水的体积分数变化而变化，变化的电磁波信号被射频信号接收器接收，经信号放大运算电路及信号转换电路处理后转换成为电流信号。直测装置的分析处理单元安装在井场室外防爆箱内，测量传感器处理后的电流信号先由A/D转换器转换为数字信号，再经中心处理器综合处理、通信接口转换为RS-485信号后，由井场RTU传输至站内中控系统，由系统处理后进行含水率数值显示。井口原油含水率在线直测装置的信号传输及处理流程如图2所示。

图2 井口原油含水率在线直测装置数据处理流程示意

3 装置的先进性

1) 探头采用流线型几何形状设计，保证其能够与原油充分接触。考虑到探头在管线内受泥沙冲击、酸碱腐蚀等影响，在探头表面添加了耐磨损、腐蚀的瓷材料涂层；同时探头中心部位镶嵌微型加热管，定时加热，有效降低了探头表面结垢、结蜡程度。

2) 射频信号发生器及接收器分别采用JA8和LM124A军品级集成电路芯片，工作温度-55～125 ℃，采样速率达到毫秒级。同时设计了热敏电阻进行温度补偿，消除了电路元器件温度漂移带来的误差，提高了测量精度，保证含水信号连续稳定的输出。

3) 分析处理单元中心处理器运用AVR单片机技术，运行效率高；24位无失码A/D转换器，实现电流信号到数字信号的高精度转换；存储器采用I2C 兼容的存储芯片， 内部存储容量1 MB；通信接口采用RS-485总线，传输距离远，具有防雷及干扰信号隔离功能。

4) 装置测量范围为含水率0～100%全量程，适用于各类油井；装置采用测量传感器与分析处理单元分离的方式，同一井场多井共用1套数据分析处理单元，降低了装置成本，提升经济效益。

4 现场应用情况

在某油田某井组5口油井上进行了现场试验，井口取样共25个，将该装置测量值与人工化验值做对比，见表1所列，25个样本中，绝对误差小于5%，即测量合格的样本数为20个，测量合格率达到80%。除井2因含气量大，井口间歇出液导致测量精度低外，其他4口井试验效果显著，能够实时、准确反映井口原油含水率的变化。

表1 井口原油含水率在线直测装置现场试验数据对比

5 结束语

针对油井井口原油含水率人工取样化验方式存在的诸多弊端，研发了基于电磁波透射法的井口原油含水率在线直测装置，该装置具备全量程测量、精度高、稳定性好的优势，且受温度、结蜡结垢影响小。通过近6个月现场运行，数据反馈表明： 对于含气量小的油井，该装置能够实时准确反映井口原油含水率，

所得数据可应用于现场生产指导。对于含气量大的油井，因井口间歇出液，测量误差大，测量结果无法满足生产需求，需要对气体影响做进一步优化。

参考文献：

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