原油含水率的检测及原油计量的研究与实现

原油含水率的检测及原油计量的研究与实现

杜城崴

陕西延长石油（集团）管道运输第四分公司

摘要：原油含水率是评价原油品质的关键参数，它对于评估原油资源的开发、原油计量、研究分析与精炼加工具有十分重要的意义。 

关键词：原油含水率；原油计量；含水率检测；研究分析

引言：原油当中含有大量的C、H，其中C在原油中占比最大值为87%、H在原油中占比最大值为14%，另含有少量的S、O、N，原油中含水占比最大值可以占到70%以上、最小值可降低至0.5%以下。原油含水率与原油品质密切相关，通过检测原油的含水率情况，可以在提升原油质量中起到很大的作用，并很好地判定原油的品质，从而对原油的实际输送情况起到促进作用。因此，对原油输送过程中的原油含水率进行检测以及对原油计量进行分析，具有十分重要的意义。

1.针对原油含水率分析与原油计量的阐述

目前，国内外普遍采用的原油含水率检测的技术手段有：人工取样检测法、射频法、振动法、密度法等。然而，原油含水率的检测方法在实践中仍存在较大的限制，已远远不能满足我国原油资源开发的需要。究其原因，是由于目前所使用的原油计量方法在检测原油含水率的情况时，都是利用相关设备与原油进行直接接触，从而检测其实际含水率情况。但是，由于相关工作人员缺少对检测设备进行有效的管理和维修，导致其在运行一段时间之后，设备与原油发生了直接的接触，从而在设备的表面产生了一种腐蚀，这将极大地影响到设备的检测效果和可靠性，但是也会影响原油含水率的检测精度，造成石油企业需要进行巨大的经济投入，从而降低了原油输送企业的经济效益。现阶段我国使用的主流原油含水率检测技术包括人工取样蒸馏法和离心法，能够使检测设备在使用时，对含有气体和水分的偏差进行有效地矫正，该方法不仅能保障原油含水率的检测精度，而且还能保证原油资源的合理利用，是我国目前应用最广泛的原油含水率检测设备之一[1]。

2.原油含水率检测分析计量的重要性

原油含水率的检测分析和计量是当前石油企业输送过程中的一个关键环节，在当前的检测工作中，能够使用的检测方法非常多。而对于原油含水率的检测，其原油计量方法的关键在于：原油输送对社会工业化的发展具有正面影响，这就导致各行各业对其的需求也越来越大。随着我国开采、输送的原油越来越多，由于注水等原因，原油中的含水率也在相应地提高，会加大管道和设备腐蚀，影响其使用寿命，甚至导致泄漏造成环境污染、火灾爆炸、油气中毒等事故，因此在输送的过程中进行检测和原油计量分析工作时，也要注重对原油含水率进行分析工作，保证原油的输送工作能够取得较好的效果。

通过对原油含水率进行测定，有助于掌握原油含水情况，为后续原油生产性含水率控制方案调整、提升原油产量提供支持。因此在测定原油含水率过程中，应当注重对含水率数据的检测与统计，以便为实际工作提供一定的帮助。

3.对原油含水率检测方法进行优化

（1）射频法

基于射频技术的原油含水量测定平台使用内径为50mm的碳素钢管，并配有驱动电机、阀门。在管道上安装测量系统。图3所示为基于射频技术的原油含水率测定平台。

图3 基于射频技术的原油含水率测定平台

取含水率依次为0%、20%、40%、60%的原油作为试验样品，在测定平台管道中注入混合液样品，以测量管道充满混合液为注入量标。驱动电机启动后，混合液在驱动电机的作用下在管道中循环流动，为油水充分混合创造条件。测量、记录测定数据，按照相同的步骤测定各组样品含水率，同时实验平台观察各组原油样品的归一化测量电压值，在此基础上获得全量程内对不同含水率的区分度及变化趋势。结合多次测量取平均值并作为最终测定结果，要求每组混合液样品的测定平均误差为±0.6%。表1所示为各组试样测量值与油水混合液含水率的关系。图4所示为油水混合液含水率测量数据关系。

表1 各组试样测量值与油水混合液含水率的关系

图4 油水混合液含水率测量数据关系

（2）密度法

以原油输送实际情况为依据，在降回压装置上安装测量装置，具体为在降回压装置尺寸为500mm×800×mm500mm的长方体槽上分别安装压力传感器与液位传感器。图5所示为测量装置示意图。

图5 测量装置示意图

原油进入降回压装置后接受杂质过滤、排出气体，由管道传送至油槽当中，在此期间管道电磁阀处于开启状态。由压力传感器测定此时的压力值P1、由液位传感器测定此时的液位值H1，直至进油完成后关闭电磁阀，此时压力传感器测定压力值P2、测定液位值H2。计算压力传感器测定压力差值为，液位传感器测定的液位差值为，重力加速度g=10m/s，得到：

            （1）

带入△H与△P，得到：

式中：-含水原油密度

建立原油含水率数学模型：

    （2）

已知

     （3）

  （4）

式中：V-含水原油体积；

ρ-含水原油密度；

V

0-含水原油纯油体积；

ρ0-纯油密度；

M-纯油质量；

VW-水的体积；

ρw-水的密度。

已知纯油密度与纯水密度为常数，原油含水率与密度成正比，当测定原油含水密度后即可获得原油体积含水率与质量含水率。

（3）电容检测法

以混合介质等效介电常数ε为中间变量，在此基础上构建原油含水量电容值函数关系：

      （5）

且

式中：-纯油介电常数；

-纯水介电常数；

-原油含水率

计算传感器与内部介质电容，使用同轴电容传感器时，双电极仅存待测介质的情况下，根据（5）式获得函数关系式：

    （6）

式中：L-传感器长度；

Ra-同轴传感器外电极内径；

Rb-同轴传感器电极外径

纯油介电常数与含水原油介电常数密切相关，使用介电常数测试仪可获得纯油与含税原油介电常数，由此通过（5）式、（6）式可获得原油含水率α。

总结语：总而言之，当前在原油含水率检测与原油计量分析方面，我国已经有了长足的进步。通过当前的原油检测可以有效地克服常规检测方面存在的不足，从而改善检测的精确性、稳定性和经济性。当前的原油检测方法在原油管道输送过程中对原油含水率的检测具有更高的可行性，这对于我国原油产业的发展，是一个新的契机。因此，在未来石油企业的发展过程中，需要进行更多的原油含水率检测和计量方法的应用，为实现石油企业的可持续发展做出更大的努力。

参考文献：

[1]汪功维,冯旭东,薛朝霞,等.高温高压环境下原油含水率的测量优化[J].工业控制计算机,2021,34(04):24-25+27.

[2]梁新玉,张乃禄,姚景超,等.微波法监测原油含水率影响因素分析与策略[J].物联网技术,2021,11(02):6-8+11.