新型油井含水化验装置的室内研究

梁恩武，李丰辉，王月杰，张继伟，郑中亮

(1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；2.中海石油(中国)有限公司曹妃甸作业公司，

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

0 引言

在原油的生产和储运过程中，原油含水率的测试十分重要，直接影响到原油的开采、集输、计量、脱水、销售和冶炼等，影响原油的品质及开发成本[1]。原油含水率的准确测试对于确定出水、出油层位，估计原油产量、预测油井开发寿命、油井的产量质量控制、油井状态检测、数字化油田建设等具有重要的经济效益和社会效益[2-6]。

国内外科研工作者先后提出多种测试方法，包括离线测定方法及在线测定方法，在应用中虽取得一定的效果，但受限于技术和工艺水平，在测试精度、性价比、全程测试、安全环保等方面还存在诸多的问题[7-10]。

中海油海上某油田边底水能量强，含水上升快，随着油田的开发，目前综合含水达94%，含水＞60%的高含水油井占到总井数约4/5，含水＞90%的特高含水油井占到总井数约60%。产液优化调整及侧钻决策的主要依据之一是单井含水率状态。

因此，海上某油田对高含水井含水率测定的精度提出了更高的要求，目前现场使用离心法，由于高含水井油量少、取样量有限、取样杯粘附原油、离心管小、肉眼读取误差等限制，含水率测定精度有限，给油藏分析决策带来一定困难。针对海上某油田研究的新型油井含水化验装置，采用过滤法原理，与常规工艺方法互相验证，提升高含水井含水化验精度。

1 新型油井含水化验装置

1.1 总体结构

该新型油井含水化验装置如图1所示，包括原液罐(内壁附着超疏油涂层)、清液罐、称重模块、膜组件(内部密封油水分离膜)、电源系统、真空泵及交互模块。

图1 化验装置结构图

1.2 工作原理

开发的高效油水分离膜材料(亲水疏油材料，密封在膜组件中)能有效阻隔油水混合物中的油组分，达到油水分离的效果。准确测定产出液总质量(M)及过滤水质量(M1)，再加上膜组件残留水质量(k)，自动计算精准的井液含水率，提升高含水油井含水率测定的准确性和效率。

1.3 创新点

(1)具有一系列不同体积的大容量装置，根据各井生产情况采用不同体积的大容量装置延长取样时间，利用取样体积放大的方式减小井液波动造成的测试误差。

(2)利用可拆装的取样桶(内壁超疏油涂层)，同时现场取样及化验室过滤，防止了产出液转移过程中的原油粘附损失，增加称重模块，避免了使用人眼读取体积出现的误差。

(3)含水测定增加油水分离膜，油水相快速分离，通过精确的过滤水重量/产出液总重量计算含水率，测试更快更准确，提高工作效率，更好地指导生产。

(4)取样及测定装置清洗方便，可循环使用，环保经济。

2 室内效果分析

2.1 理论数据对比

如表1、图2所示，前期利用水质较好的现场油水样进行室内效果分析，见序号1、序号2数据，新型油井含水化验装置含水率测定结果和标准液理论数据进行比对，误差在±0.5%以内，单次检测在15 min以内。其中标准液制备方法：中海油海上某油田油水样，破乳后利用分液漏斗油水分离，得到纯油及纯水(含有少量杂质，水质较澄清)，按照预设的含水率，取一定质量的纯油及纯水，倒入原液罐中，即可得到标准液。其中疏油层为3 μm孔径水下超疏油-超亲水纤维素膜(直径20 cm)。其中k值为膜组件残留水质量，根据20组标准液测试，标定出k值为18 g。其中真空度-60表示-0.098×60%=-0.059 MPa。

表1 理论数据对比

图2 室内测定误差情况

如表1、图2所示，整改后利用水质较差的现场油水样进行室内效果分析，主要针对前期工艺无法满足现场存在的水质较差的油井测定，出现堵膜测定中止、漏油等问题，最终确定序号9为最终的现场测定方案，新型油井含水化验装置含水率测定结果和标准液理论数据进行比对，误差在±0.5%以内，单次检测在15 min以内。其中标准液制备方法：中海油海上某油田油水样，破乳后利用分液漏斗油水分离，得到纯油及纯水(含有多种杂质的油井浑水)，按照预设的含水率，取一定质量的纯油及纯水，倒入原液罐中，即可得到标准液。

序号3中，复合膜片为10 μm孔径水下超疏油-超亲水纤维素膜+5 μm孔径SiO2亲油-疏水膜+10 μm孔径水下超疏油-超亲水纤维素膜+5μm孔径SiO2亲油-疏水膜+100 μm孔径海绵亲油-疏水膜+10 μm孔径水下超疏油-超亲水纤维素膜(共6层膜，排列顺序为从原液罐至清液罐)，直径20 cm，标定出k值为52 g，最终过滤速度40 min未完成，不满足要求，分析原因是膜片层数过多。序号4中，减少膜片层数到4层，标定出k值降为34 g，最终过滤速度为34 min，不满足要求，分析原因是油井浑水堵塞其中一层膜片，导致过滤速度偏慢。序号5中，将最后一层海绵层更换为砂芯层，过滤速度为47 min，且误差超过±0.5%，分析原因为油井浑水堵塞第一层疏油层，导致过滤速度偏慢。序号6中，改变膜片排列顺序，将孔径大、膜片厚的海绵层放在第一层，过滤速度为9 min，精度、速度满足要求。序号7中，样品经过加热80 ℃、OP-10 2.5 mg/L、乳化机3 000 r/min处理，模拟现场井口产出液刚取出的状态，但误差达到3.45%，过滤速度明显加快，分析原因是高温对复合膜(尤其是海绵层)的亲水、疏水性能产生影响，导致k值波动较大。序号8、序号9中，重新验证序号6的测定稳定性，真空度降为-15至-45，防止真空过大漏油，原油已渗过第3层膜片，极少量到达第4层膜片，因此膜片层数最少4层，要求样品静置到常温，测定精度、速度满足要求，确定为最终的现场测定方案。

2.2 专业机构数据对比

如表2所示，前期利用水质较好的现场油水样，针对含水率＞90%的高含水油井，任意选取中海油海上某油田3口井产出液进行含水率测试验证，与专业机构中海油实验中心测试结果对比，误差在±0.5%以内，单次检测在15 min以内。序号3中新型油井含水化验装置测试，测得过滤水中含油103 mg/L，不影响测定精度，且过滤油中无水滴，表明油水分离膜片-单层膜精细过滤性能良好，可以保证测定精度。

表2 专业机构数据对比

3 结语

本文研究了一种具有离线取样检测功能的新型油井含水化验装置，可以提升高含水油井含水率测定精度，针对含水率＞90%的高含水油井，与标准液理论数据、专业机构数据进行比对，测试误差均在±0.5%以内，测试时间控制在15 min以内，满足现场更准、更快、更便捷的含水率测定需求，使原油产量分配更精准，提限液优化、侧钻判断更科学。最优测定条件为：油水样静置到常温，膜片为4层膜/20 cm/海绵层-疏油层-砂芯层-疏油层，k值为52 g，真空度为-15至-45。