杜懷棟 李力民 孟祥波 郭 靜 王 杰 張 喬

（1.勝利油田技術(shù)檢測中心，東營 257000；2.勝利油田油氣集輸總廠，東營 257000；3.大港油田第一采油廠，天津 300283）

0 引言

1 取樣代表性研究

取樣代表性是指樣品的含水與采出液一段時(shí)間內(nèi)實(shí)際含水的復(fù)合率，油井采出液大多是油、氣、水分布不均勻的三相流。目前，油田井口取樣都采用手工取樣，取樣人員一般將樣品在采油過程中的2～3 個(gè)沖程內(nèi)或短時(shí)間內(nèi)取夠，然后將樣品含水作為油井一天乃至多天內(nèi)的含水，因此，樣品的含水代表性顯得尤為重要。為此，針對(duì)取樣代表性問題做了以下實(shí)驗(yàn)。

1.1 驗(yàn)證油井短時(shí)間內(nèi)含水變化

選取某采油廠正常生產(chǎn)運(yùn)行的油井，連續(xù)5 天進(jìn)行6 個(gè)小時(shí)跟蹤取樣，取樣按國家及油田取樣規(guī)范GB/T 4756—84《石油和液體石油產(chǎn)品取樣法》[1]和Q/SH1020 0614—2005《油氣水井和油水泵站的取樣方法》[2]，對(duì)取回的樣品進(jìn)行蒸餾化驗(yàn)分析，測得數(shù)據(jù)如圖1、圖2 所示。

圖1 同口油井間隔1 小時(shí)數(shù)據(jù)

圖2 同口油井間隔半小時(shí)連續(xù)6 小時(shí)取樣數(shù)據(jù)

從圖1 中的數(shù)據(jù)看出：測試油井含水波動(dòng)范圍在78.62%～88.96%之間，最大含水差值達(dá)10.34%。從圖2 可以看出：測試油井含水波動(dòng)范圍在63.3%～73.1%之間，最大含水差值高達(dá)9.8%。經(jīng)調(diào)研得知，勝利油田大部分油井都存在較大的含水波動(dòng)。

從以上圖中可以看出：油井含水無論是通過間隔一個(gè)小時(shí)還是半個(gè)小時(shí)取樣的數(shù)據(jù)都存在較大的差異，波動(dòng)較快、較大、且不規(guī)律，平均含水波動(dòng)達(dá)10%左右。由此得出，目前存在的取樣方式并不能夠真實(shí)反映油井含水，由化驗(yàn)室化驗(yàn)含水來核算油井產(chǎn)量將會(huì)帶來不小的計(jì)量誤差。

1.2 取樣代表性分析

由于油井采出液的含水波動(dòng)不平穩(wěn)，一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的樣品含水不能夠很好地反應(yīng)油井一段時(shí)間內(nèi)綜合含水，這主要是由于采出液中油、氣、水的混合比隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化。為此，目前人工取樣的含水率不能夠很好地代表油井的綜合含水。從以上數(shù)據(jù)也可以得出，盡管油井含水存在較大的波動(dòng)，但是所有的數(shù)據(jù)只是在一個(gè)相對(duì)較大的區(qū)間內(nèi)不規(guī)律性反復(fù)出現(xiàn)，可認(rèn)為多次測量的平均值從理論上說應(yīng)該更能夠客觀地反應(yīng)油井的綜合含水。

目前勝利油田依然普遍采用人工取樣的方式，人工取樣受時(shí)間、天氣的限制，并且受操作影響，也存在較大的不穩(wěn)定性。尋求一種井口取樣裝置代表人工取樣，可以保證取樣的規(guī)律性和代表性。

2 蒸餾化驗(yàn)環(huán)節(jié)誤差分析

目前勝利油田主要用比較傳統(tǒng)的蒸餾法化驗(yàn)含水，其精度理論上可高達(dá)千分之三，但由于蒸餾化驗(yàn)不能全樣蒸餾，繁瑣、復(fù)雜的環(huán)節(jié)導(dǎo)致了蒸餾化驗(yàn)存在一些無法避免的誤差，主要原因如下：

2) 容易造成擁堵。由于人工查驗(yàn)耗時(shí)較長，在流量較大的站點(diǎn)極易出現(xiàn)擁堵的情況，這與高速公路保暢的管理目標(biāo)相沖突，給工作人員帶來極大的困擾。

1）蒸餾化驗(yàn)環(huán)節(jié)多

樣品取回化驗(yàn)室后需經(jīng)靜置、分水、加熱稀釋、攪拌、取小樣、加人溶劑油、安裝蒸餾支架蒸餾等環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)過多思味著工作量的繁重，效率不高，且易出錯(cuò)，對(duì)于化驗(yàn)工的責(zé)任心及細(xì)心程度要求較高。

2）蒸餾化驗(yàn)效率低、連續(xù)性差

繁瑣的操作步驟使得每個(gè)樣品含水測量耗時(shí)較長。并且，從樣品取回需要靜置24h，油品自主析出氣泡，并、，否則油品無法順利排出游離水。在環(huán)境溫度較高的情況下，需要借助冰箱或其他設(shè)備才能使得油品凝固，這也限制了含水測量的效率。再者，稍有不慎就會(huì)使油品隨水一起排出，如此將會(huì)使得含水計(jì)量精度大大降低。

3）取樣量的代表性

傳統(tǒng)的樣品蒸餾時(shí)需要將排出游離水的原油取出一部分進(jìn)行蒸餾，通常情況下，油水分離不可能做到完全分離，總有一些游離水包含在油中，一些小水珠無法被排出，如此，在取小樣的過程中，樣品的代表性將會(huì)變低。

2.1 樣品靜置時(shí)間對(duì)含水的影響

一般來說，盡管樣品的整體含水隨時(shí)間變化較大、較快，但同口油井的油中含水變化較小。為此，我們選取4 口油井分別對(duì)每口取3 個(gè)樣品，然后分別對(duì)其進(jìn)行靜置6h、12h、24h，再通過蒸餾化驗(yàn)，驗(yàn)證樣品油中含水變化情況，數(shù)據(jù)如圖3 所示。

圖3 靜置時(shí)間含水影響測試數(shù)據(jù)

從圖3 得出：4 口油井采出液油中含水隨靜置時(shí)間越來越低，并趨于穩(wěn)定。油中含水最大差值為5.6%；最小差值為1.7%；結(jié)合采出液比例，以采出液含油較大值15%計(jì)算，則靜置時(shí)間對(duì)采出液總體含水影響分別為：（5.6% ÷2）×15%＝0.42%和（1.7%÷2）×15%＝0.13%。

2.2 分水對(duì)含水的影響

分水是指將靜置后樣品中的游離水分出。分水的效果如何完全是化驗(yàn)工憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，因此無法對(duì)其進(jìn)行定量的誤差分析。如果分水不干凈，殘留有一些游離水進(jìn)人油品中，則會(huì)造成油中含水?dāng)?shù)據(jù)偏大，從而使得樣品含水?dāng)?shù)據(jù)變大。從各化驗(yàn)室調(diào)研結(jié)果來看，油田部分油井原油無法在常溫下、，化驗(yàn)人員分水難度較大，經(jīng)常有部分原油隨水一起被分出，造成一定的計(jì)量誤差。

2.3 樣品攪拌時(shí)間對(duì)含水的影響

從同一口油井中在一定時(shí)間取6 個(gè)樣品，經(jīng)過加熱稀釋處理后，分別對(duì)其處于不同的攪拌時(shí)間，然后進(jìn)行蒸餾化驗(yàn)，每種攪拌時(shí)間做3 個(gè)蒸餾樣，數(shù)據(jù)如圖4 所示。

從圖4 中得出：隨著攪拌時(shí)間的增加，油中含水越來越趨于穩(wěn)定。不同攪拌時(shí)間油中含水最大變化量為4.8%；最小變化量為0.9%；樣品平均含水為75.02%；因此，不同攪拌時(shí)間對(duì)樣品整體含水的影響量分別為：（4.8% ÷2）×（1-75%）＝0.60%和（0.9%÷2）×（1-75%）＝0.11%。

圖4 攪拌時(shí)間含水影響測試數(shù)據(jù)

2.4 蒸餾樣的重量對(duì)含水測量的影響

傳統(tǒng)的取蒸餾樣重量在10g左右，試樣比較少，分析認(rèn)為受樣品混合程度的影響較大。從油井CHC12-121 中取得樣品分別用于10g、20g全樣蒸餾，測得數(shù)據(jù)如圖5 所示。

圖5 蒸餾樣的重量影響含水穩(wěn)定性的測試數(shù)據(jù)

從圖5 數(shù)據(jù)中可以得出：10g樣品含水變化較大，最大值為7.3%，但以平均含水比較相差較小，為1.37%；20g樣品含水變化為3.3%；全樣蒸餾含水變化為1.1%；樣品平均含水為85%，若以平均值為真實(shí)含水，則不同蒸餾樣品帶來的誤差分別為：（7.3%÷2）×（1-85%）＝0.55%；（3.3%÷2）×（1-85%）＝0.17%和（1.1% ÷2）×（1-85%）＝0.008%。

從圖5 中可以看出，在試樣的重量為10g的時(shí)候，含水的變化幅度較大，樣品含水差值達(dá)3.5%。當(dāng)試樣的重量提升到20g時(shí)，含水?dāng)?shù)據(jù)較穩(wěn)定，最大差值在1.5%左右，變化幅度相對(duì)較小，含水趨于穩(wěn)定。通過實(shí)驗(yàn)得知，增加蒸餾的樣品重量有助于提高油品含水測量的準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性。

2.5 蒸餾溫度對(duì)含水率值影響的試驗(yàn)

根據(jù)規(guī)程GB/T 8929-2006《原油水含量的測定蒸餾法》中規(guī)定蒸餾的溫度使接收器內(nèi)冷卻液體的滴落速度控制在2～5 滴為宜。通過實(shí)驗(yàn)得知，蒸餾溫度在200～260℃范圍間，均可滿足滴定速度要求。為了驗(yàn)證蒸餾溫度對(duì)含水的影響，我們制定了以下方案：對(duì)4 口不同油井樣品，在相同的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)步驟下，先將樣品置于180℃的溫度下蒸餾，直至接收器內(nèi)連續(xù)5min 內(nèi)無液位變化，記錄含水，然后將溫度提升至240℃，直至接收器內(nèi)連續(xù)5min內(nèi)無液位變化，并記錄數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)如圖6 所示。

圖6 蒸餾溫度對(duì)含水的影響測試數(shù)據(jù)

從圖6 中可以看出，在一定的范圍內(nèi)，隨著蒸餾溫度的提高，油中含水仍然增加，但越來越慢，直至趨于平穩(wěn)。不同蒸餾溫度下油中含水不同，我們認(rèn)為其差值為蒸餾溫度對(duì)含水的影響，其中第一組樣品平均含水為85.35%，第二組為79.5%，第三組為70.5%，第四組為58.7%，由此我們得出蒸餾溫度對(duì)樣品含水的影響為：4.4% ×（1-85.35%）＝0.64%；3.8% ×（1-79.5%）＝0.78%；3.7% ×（1-70.50）＝1.0%；2.7%×（1-58.70）＝1.1%。

從圖6 數(shù)據(jù)中得出，在規(guī)程允許的范圍內(nèi)，含水值會(huì)隨蒸餾溫度的升高逐漸增加，直至趨于穩(wěn)定。不同的區(qū)塊、不同的油井適用的蒸餾溫度是不同的，不能對(duì)所有油品使用同一溫度，應(yīng)該對(duì)所化驗(yàn)油樣進(jìn)行試驗(yàn)后，分別確定適宜的溫度。根據(jù)油品物性、化性的不同，油品中較難蒸餾出的水分需要的溫度也不盡相同，因此，蒸餾溫度的選擇需在規(guī)程允許的范圍內(nèi)適當(dāng)提高蒸餾的溫度。

2.6 其他影響環(huán)節(jié)

在蒸餾各環(huán)節(jié)中，除以上環(huán)節(jié)的影響，還有一些環(huán)節(jié)能夠影響到含水的變化，例：

1）接收器讀數(shù)環(huán)節(jié)。在讀數(shù)的時(shí)候出現(xiàn)“俯視”或“仰視”的情況，則會(huì)使得含水?dāng)?shù)據(jù)變大或變小；如果剛蒸餾完成就急于讀數(shù)，管壁上依然有些“水珠”沒有滑落至接收器內(nèi)，也會(huì)使得含水?dāng)?shù)據(jù)變小。

2）化驗(yàn)人員責(zé)任心。蒸餾化驗(yàn)是一份比較精細(xì)的工作，不允許出現(xiàn)麻痹大思等情況，但由于工作過程繁瑣，易錯(cuò)點(diǎn)較多。因此，化驗(yàn)人員要提高對(duì)工作的責(zé)任心，精益求精。

3 小結(jié)

從上述分析來看，油井采出液存在含水波動(dòng)大、變化快、無規(guī)律性等問題，平均含水變化達(dá)10%左右，傳統(tǒng)的人工取樣代表性受到嚴(yán)重質(zhì)疑。傳統(tǒng)的蒸餾化驗(yàn)方法由于環(huán)節(jié)多、工作繁瑣以及節(jié)點(diǎn)誤差的增多，其效率已跟不上油井含水變化的節(jié)奏，準(zhǔn)確度也受到極大的制約，綜合化驗(yàn)誤差可達(dá)3%左右。由此我們認(rèn)為，目前油田存在的含水計(jì)量模式已達(dá)不到當(dāng)前對(duì)含水計(jì)量準(zhǔn)確、高效的要求。

為此，在油田綜合含水越來越高，含水計(jì)量越來越得到重視[6]的情況下，我們需尋求一種新的模式和方法從源頭解決含水計(jì)量目前存在的問題，以滿足取樣代表性高、測量準(zhǔn)確度高、效率高的要求。