原油含水測(cè)量和純油密度確定中質(zhì)量流量計(jì)的應(yīng)用研究

趙玉軍 魚(yú)慶蘭

摘要：本文在對(duì)利用質(zhì)量流量計(jì)確定原油密度的思路進(jìn)行了分析，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量需考慮要點(diǎn)、計(jì)算方式和工況密度確定等內(nèi)容研究，探究了利用質(zhì)量流量計(jì)確定原油密度的具體方法。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量流量計(jì)；含水率；純油密度

油氣集輸和油田礦場(chǎng)需要做好流量和原油密度測(cè)量等工作，當(dāng)前廣泛應(yīng)用的科氏力質(zhì)量流量計(jì)能同時(shí)對(duì)油水混合液流量和密度測(cè)量，解決了傳統(tǒng)流量計(jì)無(wú)法測(cè)量密度的缺陷。具體應(yīng)用中，需將純油、純水密度作為已知數(shù)值輸入公式，計(jì)算含水率。油水密度成為關(guān)鍵因素，必須科學(xué)設(shè)計(jì)油水密度測(cè)量和計(jì)算方案，明確使用儀器、操作步驟和計(jì)算方式等。

1 利用質(zhì)量流量計(jì)確定原油密度的思路

集輸系統(tǒng)和油田礦場(chǎng)原油，通常是油井產(chǎn)出后對(duì)油、氣、水進(jìn)行兩相分離器分離、氣液分離后的介質(zhì)，是油水混合液。傳統(tǒng)計(jì)量中沒(méi)有特用原油含水儀器直接進(jìn)行原油含水率自動(dòng)測(cè)量，多是用容積式流量計(jì)進(jìn)行液體流量測(cè)量，隨后經(jīng)過(guò)復(fù)雜的取樣、化驗(yàn)等步驟計(jì)算得出含水率和純油量。通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行油水兩相流體測(cè)量，同時(shí)得到總流量和密度，可以比較準(zhǔn)確的計(jì)算出含水率和純油流量。相關(guān)公式如下：

Wc=（ρm-ρ0）/（ρw-ρ0） （1）

對(duì)上述公式進(jìn)行微分處理，得到以下公式：

dWc=dρm/（ρw-ρ0） （2）

式中，Wc——質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量出的含水率；

ρm——質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量出的油水混合液密度；

ρ0——集輸系統(tǒng)和井場(chǎng)工況條件下的原油密度；

ρw——集輸系統(tǒng)和井場(chǎng)工況條件下的水的密度；

dWc——質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量出的含水率準(zhǔn)確度；

dρm——質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量出的混合液密度準(zhǔn)確度。

根據(jù)公式1，如果已知油水密度，可利用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量混合液密度，進(jìn)行原油含水率計(jì)算。計(jì)算中可將純油、純水密度作為已知值，輸入流量計(jì)二次表運(yùn)算系統(tǒng)。因此，要確定油水密度。

根據(jù)公式2，看出含水測(cè)量準(zhǔn)確性與質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量油水混合液密度準(zhǔn)確性有關(guān)，與油水密度差及純油和純水密度準(zhǔn)確性也存在關(guān)聯(lián)。在實(shí)際應(yīng)用中，密度測(cè)量準(zhǔn)確度由儀表本身性能決定，不同廠家和不同規(guī)格的儀表分別存在±0.1%、±0.3%不等的精度誤差，但只要確定待測(cè)量油水性質(zhì)，密度差就固定，含水測(cè)量準(zhǔn)確度也就固定。

2利用質(zhì)量流量計(jì)確定原油密度的具體方法

2.1現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量需考慮要點(diǎn)

在工況狀態(tài)下，質(zhì)量流量計(jì)才能進(jìn)行原油流量和密度值測(cè)量，隨后進(jìn)行原油含水率計(jì)算，得出原油含水率也是工況的，因此，要統(tǒng)籌考慮以下因素：不同區(qū)塊、不同類型油藏采出油、水密度值差異，測(cè)量前要首先進(jìn)行純油密度和純礦化水密度精準(zhǔn)測(cè)量，作為計(jì)算公式已知參數(shù)輸入。在儀表測(cè)量中，油水密度必須與測(cè)量開(kāi)始階段確定數(shù)值一致，如果測(cè)量中出現(xiàn)變化需重新確定數(shù)值。純油密度必須是活油密度，在分離器工作條件下測(cè)量的飽和油密度，不能用穩(wěn)定脫氣狀態(tài)下的原油密度，否則會(huì)造成儀表測(cè)量含水率比準(zhǔn)確值低、純油計(jì)算值偏高。

2.2采用已知原油標(biāo)準(zhǔn)密度進(jìn)行換算計(jì)算

大多質(zhì)量流量計(jì)二次表中數(shù)學(xué)模型具備對(duì)原油標(biāo)準(zhǔn)密度修正為工況密度的功能。原油中純油、純水標(biāo)準(zhǔn)密度容易獲取，要在使用質(zhì)量流量計(jì)對(duì)原行測(cè)量時(shí)需要提前取樣，脫水獲取純油、純水樣品后測(cè)量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室分析，確定純油和純水標(biāo)準(zhǔn)密度，隨后將標(biāo)準(zhǔn)密度值輸入二次表中。

簡(jiǎn)單的方法是將標(biāo)準(zhǔn)密度換算后輸入，但存在一定缺陷，在原油密度上存在誤差。質(zhì)量流量計(jì)二次表中對(duì)密度值修正時(shí)，要考慮溫度對(duì)密度的影響，而較少考慮壓力特別是工作壓力下原油溶解等因素對(duì)密度的影響，水屬于可壓縮性較小液體、氣體難溶入，所以對(duì)水的密度影響可忽略；對(duì)原油密度存在較大影響，因取樣獲得原油密度是脫氣后穩(wěn)定原油密度，而工況下原油屬于溶氣原油，特別是高壓下氣體重組分會(huì)被液化，使工況下原油密度比穩(wěn)定原油密度更低，如果不考慮該因素，會(huì)造成儀表測(cè)量含水率偏低、純油偏高。按現(xiàn)有資料分析，原油密度為897.5kg/m3時(shí)，含水率50%、穩(wěn)定脫氣狀態(tài)下原油密度比含溶解氣活油密度高10kg/m3左右，如不考慮這一差異，會(huì)造成含水率偏低4%左右，純油偏高8%左右。因此，要將原油密度修正為工況下密度，注意修正后數(shù)值也存在一定誤差，特別是誤差隨工作壓力加大而加大。

2.3現(xiàn)場(chǎng)工況密度的確定

在現(xiàn)場(chǎng)確定原油密度需要的儀器方面，主要使用配套取樣裝置，方便在測(cè)量工藝系統(tǒng)中獲取具有普遍代表性的原油樣品；配套快速油水分離裝置，一般使用離心分離機(jī)；配套油水密度測(cè)量?jī)x，以便攜式的儀器最好，便于操作，確保能在測(cè)量油水密度的同時(shí)測(cè)量介質(zhì)溫度，選用的密度計(jì)測(cè)量精度必須將誤差值控制在±0.2%以內(nèi)。

在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量操作步驟方面，要先等介質(zhì)運(yùn)行平穩(wěn)后，再將質(zhì)量流量計(jì)投入介質(zhì)，在系統(tǒng)取樣口進(jìn)行取樣操作；在對(duì)樣品間排氣和氣液分離后，使用離心分離機(jī)進(jìn)行油水混合液分離，獲取純油和純水樣品；隨后將純油、純水樣品放置到合適容器內(nèi)，使用便攜式密度計(jì)分別測(cè)取密度，并分別測(cè)量和記錄測(cè)量時(shí)的油和水的溫度，該情況下測(cè)量密度值為視密度。

在確定油水工況密度方面，因?yàn)樗旧砭哂锌蓧嚎s性小、氣體難溶入的特點(diǎn)，所以測(cè)量水的視密度后，就能根據(jù)測(cè)量時(shí)的溫度、利用水溫與水密度關(guān)系轉(zhuǎn)換獲取工況條件下的水密度。原油工況密度的確定較為復(fù)雜，需使用以下公式計(jì)算：

ρ20=ρt+r（t-20）

其中，ρ20——溫度為20℃時(shí)的原油標(biāo)準(zhǔn)密度（kg/m3）；

ρt ——測(cè)量溫度時(shí)的原油密度（kg/m3）；

t ——測(cè)量密度時(shí)的原油溫度（℃）；

r ——石油密度溫度系數(shù)，可查閱原油標(biāo)準(zhǔn)密度值表，獲取20℃時(shí)數(shù)值。

隨后，要將標(biāo)準(zhǔn)密度值進(jìn)行工況下溶氣原油密度值換算，根據(jù)前述公式，以及獲取的原油標(biāo)準(zhǔn)密度、天然氣相對(duì)密度、工況壓力、工況溫度計(jì)算出天然氣溶解度，確定工況條件下每立方米原油中溶解的天然氣含量；計(jì)算原油體積系數(shù)，原油中溶解天然氣后體積變大，體積系數(shù)即單位體積脫氣原油溶入天然氣后的體積數(shù)值；進(jìn)行溶氣原油密度計(jì)算，根據(jù)獲取的原油標(biāo)準(zhǔn)密度、融入天然氣后的相對(duì)密度、天然氣溶解度和原油體積系數(shù)等，按照如下公式計(jì)算工況密度：

ρpt=（ρ+RsΔgnρa(bǔ)）/B0

式中，ρpt——工況條件下溶氣原油密度；

ρ——脫氣原油標(biāo)準(zhǔn)密度；

Rs——被測(cè)量原油天然氣溶解度；

Δgn——溶入原油內(nèi)的天然氣相對(duì)密度；

B0——原油體積系數(shù)。

3 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)本文所述方式確定原油和礦化水密度，能較為精準(zhǔn)地反映油水工況密度，在將數(shù)值輸入質(zhì)量流量計(jì)二次表系統(tǒng)后可獲取準(zhǔn)確測(cè)量值，為油氣集輸和油田礦場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：油氣集輸總廠）