水分析快速测试仪在单井含水化验中的应用

刘辉（大庆石油管理局有限责任公司技术监督中心）

单井含水率既是油田开发的重要基础资料，又是开发水平印证的重要指标，无论是开发方案的调整还是开发效果的评价都将其作为基本对比依据。而该资料由于录取环节多、人工参与程度高、油井渗流状况不稳定等原因，误差较大[1-2]。采油管理注采站是油田油水井生产管理的基础单位，是效益环节的底层建筑，也是管理建构的关键[3]。传统单井含水化验采用蒸馏法，但由于油田基层注采站油井数据多，化验人员少，采用蒸馏法蒸馏时间不够是目前误差大的重要原因之一[4-5]。为了提升单井原油含水准确率和水率资料及时率，提升原油化验过程中的用能效率，实现企业节能降耗，在调查研究的基础上，应用了水分析快速测试仪与蒸馏法复合使用的技术解决方案，并取得了良好的现场应用效果。

1 单井含水率误差分析

通过对大庆油田某采油厂425 口油井单井含水率化验结果误差情况分析，查出产生单井含水误差的主要原因。

通过组织实施核查某采油厂某采油管理区425 口油井的上报含水率数据，并以这425 个含水检测数据为基础，从含水率、游离水重、乳化水含量、生产层位四方面归纳整理，与上报含水率进行对比。通过排序、划分层次、比较对比结果，排除新井、措施井开井初期含水不稳、波动大等客观因素的影响，查找造成单井原油含水率误差大的主要因素和其中的规律[6]。

1.1 核查含水率与上报含水率对比

通过核查对比发现， 核查含水率在20.0%～70.0%的油井与上报含水率存在较大的差异（表1）。这部分井乳化水含量在20.0%～40.0%，游离水重平均为230 g 左右。这一结论与以乳化水和游离水为划分依据，将核查与上报单井含水率对比所发现的规律基本吻合。由表1 可知，核查含水率在20.0%～70.0%的井与上报含水率存在较大的差异，原油含水误差率在9.2%以上。

以乳化水作为划分依据，乳化水含量在20.0%～60.0%，核查含水率与上报含水率差异较大（表2）。这部分井核查含水率在50.0%～70.0%，游离水重平均为410 g左右。由表2可知，核查含水率在20.0%～70.0%的油井与上报含水率存在较大的差异，原油含水误差率在9.7%以上。

以游离水作为划分依据，发现游离水重在0～300 g，核查含水率与上报含水率差异较大（表3）。这部分井核查含水率在55.0%～70.0%，平均为62.4%；乳化水含量在30.0%～50.0%，平均为41.8%。

对比分析结论：综合含水率在20.0%～70.0%、乳化水含量在20.0%～60.0%的油井，核查含水率与上报含水率误差较大，其主要原因是由于乳化水含量较高，受蒸馏时间的长短、加热炉温度的高低等因素的影响，使乳化水含量的读数各不相同，导致核查含水率数据与上报含水率数据误差大。

表1 核查单井综合含水率与上报单井含水率对比

表3 核查单井综合含水率与上报单井含水率对比

1.2 产生误差原因

1）化验操作不符合标准。由于化验方法由离心法改为蒸馏法后，没有进行化验人员的统一培训，所以，实际化验操作中存在搅样（游离水分离）不彻底、称样不准确、计算方法有误差、水循环器上口不封等不标准操作。

2）仪器缺少、每天做样个数少。目前该厂共有化验仪器23台，7种型号。所有仪器都是2000年以后投产的，但2004年以后投产的仪器仅9台，占总数的39.1%。做一次样的时间大约在40min（仅乳化水分离一项就需要40min），再加上游离水分离、秤样、洗样，6 个样一套程序下来最少需要1 h。由于时间限制，部分资料站1 天仅做12 或18个样，不能满足目前生产需要，仪器缺少是主要问题。

3）化验周期过长。采油管理区各资料站的化验周期不统一，时间间隔长，最短的也要3 天，即1 口井的含水资料自录取到使用要3 天的时间，资料滞后性严重。部分油井每10 天取个样，甚至更长。

4）取样操作方法影响。P58-X12 稠油井11 月1 日取样化验，取样时一种情况是井口阀门急速开到最大，另一种情况是井口阀门缓慢开大，其含水率分别为62.6%和69.8%，相差7.2%。原因是原油与水的流动性差异造成。由于该井原油较稠，油的流动性差，所以，阀门开小时从管内首先流出的是水，导致含水高的假象。对于高含水井，油水流动性差异也有明显的表现。

5）化验方法存在不足。目前化验程序为：称总重→分离游离水→加热→取样→蒸馏→读值→清洗蒸馏接收器。砝码天平最小刻度1 g，称重误差0.5 g，称重量10 g，因此系统相对误差率为5%。对于某个含水率为x%的油样系统，相对误差率为±0.05×%。蒸馏装置接收器的最大量程为10mL，最小刻度为0.2mL（0.3mL 以下最小刻度为0.03mL，基本用不到），因此系统绝对误差率为2%。对于任意含水率油样，其系统绝对误差率为±2%。

综合以上误差率，蒸馏法的综合系统绝对误差率为：含水率20% 的油样系统绝对误差率为±3% ；含水率40% 的油样系统绝对误差率为±4%；含水率60%的油样系统绝对误差率为±5%。

2 水分析快速测试仪

2.1 原理

该测试仪是利用微波通过物质时被吸收而产生微波能量衰减和相位变化的原理制成的[7]。它受电解质、有机物成分差异的影响极小，不受产品中所含颗粒、颜色及任何矿物质的影响。

2.2 技术指标

量程：0.01%～100%

精度：0.01%原油含水率（实验室条件下，原油密度恒定）（试用中1%）

灵敏度：0.1%

工作温度：-20～85 ℃

电气防爆等级：本质安全型（ia级）

2.3 特点

1）优化化验操作程序。使用快速测试仪后，将目前化验程序（称总重→分离游离水→加热→取样→蒸馏→读值→清洗蒸馏接收器）、操作程序优化为：称总重→分离游离水→仪器检测、读值→清洗传感器，省去3 项操作（加热→取样→蒸馏），可有效减少人为误差。

2）操作简单，用时少。用仪器检测1 个油样，只需将初步分离游离水的样品倒入其传感器，然后读值即可。用仪器检测1个油样需1～3 s，每检测一次清洗一次传感器，清洗所需时间3 s，比蒸馏油样节省40min/个，按程序化操作也要节省39min以上。

3）化验精度提高。该仪器在测试所化验室进行了初步实验，用蒸馏法对样品进行蒸馏，40min结果低于仪器检测值，1 h 后的数值与仪器检测的结果相近。

3 采取的改进措施

针对单井原油含水化验过程中存在的问题，提出以下改进措施：

1）应用水分析快速测试仪，实施水分析快速测试仪与蒸馏法复合使用的技术解决方案。在不增加人员的前提下，采用快速化验方法，缩短单个油样化验所需时间和劳动强度，致使目前的化验员能在较短的工作时间内，严格执行操作规程的前提下完成所有化验工作。

2）对化验员进行定期培训，化验人员持证上岗，实施标准化操作，每年进行一次培训与考核。规范井口取样阀门，要求使用统一的闸阀，阀门安装在井口回压阀门以上10～20 cm的立管上，连接处成45°斜角，斜角朝上向管内延伸至管径的1/2 处，焊接牢固。

3）合理增加化验仪器，将采油管理区每个资料站的化验电炉个数同比增加6～12 个，更换部分维修多次的仪器。维修配套仪器，保证化验工作的正常进行。

4）更换取样容器，试验、寻找合适的取样容器。取样容器的功能如下：具有可以与井口阀门外径相匹配的缩口设计，并设计出气孔。在避免溅脏衣物的基础上，取样时可以尽可能放大阀门，减少稠油、气较大井的取样误差；可装在现有样筒内，便于携带；成本低，可一次性使用；具有不同规格，如500、1 000、1 500mL 等，可针对不同含水级别的单井设定不同取样量，对于高含水井，采用1 500m L取样桶。

5）研究加药、热洗等维护性操作对含水的影响，制定相应避免措施。

6）配备足够的化验员和足够的蒸馏装置、精密天平，严格执行蒸馏法化验操作规程，以便化验数据达到相关标准的规定。

4 现场应用及效果

4.1 应用情况

2017年5 月，该采油厂应用水分析快速测试仪做检测化验试验，并对原检测化验方法进行优化改进。采用蒸馏法对样品进行蒸馏，40min 结果低于仪器检测值，1 h 后的数值与仪器检测的结果相近，误差率为0.03%。2017年6 月，在采油管理区某资料站使用，对比20 口井，误差率为0.9%，随后在采油管理工作区各资料站推广。使用过程中将蒸馏法和仪器进行对比，并严格执行操作规程，精心操作，尽可能地降低人为误差。所取油样由监督人随机抽取，数据录取也由监督人来做。应用结果表明，不仅化验时间缩短，而且准确率提高。

4.2 应用效果

采油管理区运用该检测化验技术后，主要取得以下几个方面效果：

1）化验准确度明显提高。根据对比数据，用仪器化验，93.3%的油样综合含水误差率在1%以内，3.3%的油样综合误差率在1%～1.5%，3.3%的油样综合误差率在1.5%～2%，这主要是由于油样密度和仪器设定的密度有差距和天平称重的误差所引起的。因此，利用仪器化验能达到全采用蒸馏法化验原油含水的准确度，与目前所用的离心法相比，显著提高化验准确度。

2）节约化验时间。应用本仪器可以简化化验程序，减少人为误差，并给化验人员节约大量的时间。用该仪器检测1 个油样，只需将初步分离游离水的样品倒入其传感器，然后读值即可；检测1 个油样需1～3 s，每检测一次清洗一次传感器，清洗所需时间3 s，比蒸馏油样节省40min/个，按程序化操作也要节省39min 以上。如果配备电子天平，仪器测量精度可以提高0.5%左右；若各油井使用对应的密度计算含水率，检测准确度还会继续提高，接近实验室准确度。

3）提升化验室操作安全性。目前化验室频繁使用汽油，用电设备也较多，蒸馏时温度控制不当容易发生小事故，况且汽油挥发对人体健康也不利[8]。采用该仪器化验，基本取消化学危险品的使用，也避免了高温（蒸馏法）、高速（离心法）产生的安全事故。

4）节能效益显著。与应用蒸馏法相比，节约用电、汽油、人工成本共计6.2 万元。以100 口井为例，使用传统蒸馏法1年共计产生费用为29 500元；采用新仪器1年产生费用仅为550元。

5）增产效益。通过对原油含水误差率原因的调查分析，以及在准确录取第一性资料的基础上及时调整方案设计，使得2017年新区产能建设、老区调整产能任务顺利完成，并增加原油产能3.2×104t。按每吨原油创效价格2 200 元计算，则产生增产效益为7 040万元。

6）检测设备安全可靠。水分析快速测试仪没有易损件，使用寿命超过5年。

5 结束语

实践证明，水分析快速测试仪是一种新型高效节能单井含水化验检测仪器。该仪器具有化验准确度高、化验时间短、操作安全性好、节能效益显著、增产效益好和检测设备安全可靠等优点。油井含水率是油田开发水平的基础资料之一，资料的准确与否直接关系开发方案的成败和开发水平的提高[9]。目前东部油田开发已进入“三高”阶段，新增储量品质不断下降、开发难度逐渐加大的情况下，采用水分析快速测试仪与蒸馏法复合使用的技术方法，快速、准确录取该项资料具有良好的推广应用前景。