1.引言

油井采出液含水率是油藏动态分析、油井状态监测、油田产量和质量控制的关键数据，新疆油田集油区油井采出液含水率数据主要通过人工现场取样和化验室化验的传统模式取得，人工取样化验模式存在现场员工工作量大（井数多，距离远）、单井取样间隔时间长、化验误差大和人员安全（例如热采稠油高压高温）和环境（现场取样油气露天泄漏）风险高等问题，不能满足油田精细开发和安全高效生产的需要。因此，迫切需要一种检测准确、高效简便、数据自动采集、成本适宜的含水自动分析技术用于实现集油区的油井采出液含水分析功能，大幅减少甚至取消人工取样化验油井采出液的低效人力工作。

2.油井采出液含水分析技术应用现状与难点

目前，新疆油田大多采用人工取样及化验的方式对油井采出液进行含水率测量。由于受一线生产人员偏少和油井数量巨大的限制，实行“重点井一天 1~2 次，普通井一周 2 次”的采出液含水率人工取样及化验频次， 由于油井采出液的含水变化是个时刻波动的过程，较长取样间隔的样品化验值不能很好反应油井综合含水情况，同时人工取样化验受时间、工况与化验环境差异以及人工操作甚至责任心等因素影响，检测结果也存在较大的不稳定性和误差。

在线含水分析仪根据工作原理又分为电磁波法、射频法、电容法、密度法（密度计或科里奥利质量流量计）、射线法等。这些原理的在线含水分析仪都无法消除介质含气对含水率测量带来的严重误差影响，只适用于检测含气很低的含水原油。由于油井采出液未进行油气分离处理，属于不稳定多相混合物（油、气、水甚至泥沙），直接应用在集油区集油管线上的在线含水分析仪无法在对管线内物性、工况频繁变化且不均匀分布的油井采出液（油气水多相流）有效检测，导致取得管线内某时刻的瞬时含水率与化验取得的“稳定样品含水率”比较误差较大。目前，在新疆油田常规的在线含水分析仪均未成功应用于集油区油井采出液的含水分析。

3.静态分析型含水分析仪技术模式

针对集油区油井采出液的油气水多相流、不均匀分布及不稳定特性，我们转换采出液含水自动分析的技术思路 ：将采出液取样和含水化验改为就地全自动的工作模式，将管道内在线含水分析改为取样静置稳定的静态含水分析模式。2019 年起，新疆红山油田开始部署基于这种技术思路的一种新型静态分析型含水分析仪，实现了过程密闭的自动化取样、静置、含水分析和数据上传，效果良好。

3.1系统结构

静态分析型原油含水分析仪结构较为巧妙，主要由测量管段、旁通管段、电动换向装置、主控单元组成。测量管段用于测量介质（油井采出液）的流通取样和静置含水分析，管段垂直设置以方便采出液（多相混合物） 实现有效的气油水静置分层，内设 40 个含水分析探头， 实现全管段的精确含水分析 ；旁通管段为普通管段（管径与测量管段一致），主要作用是测量管段工作分析时采出液通过旁通管段跨越返回至集油管线 ；电动换向装置由特制的机械换向机构和普通的电动执行机构组成， 用于实现测量管段和旁通管段进口开闭的互锁动作，同时又通过连杆实现测量管段出口与进口可靠的同步开闭动作，确保测量管段分析环境的密闭稳定和取样过程的切换自如。主控单元主要用于采集分析探头、温度传感器的相关检测信号并做相应信号处理和数据转换，实现含水率、温度数据的计算处理、存储及数据上传。

3.2含水率测量原理

该型含水分析仪的测量原理采用的是电容法，是一种相对成熟的原油含水测量方法：被测介质（含水原油） 在电容器极板之间流过时即成为电容器的介电质，其介电常数随含水量不同而发生变化，利用油、水电物理特性的差异，把原油含水率的变化情况以另一种形式即电容量的变化表现出来。含水分析仪同时采用多频率复阻抗测量技术，以减小矿化度及油水乳化造成的测量误差， 通过软件计算分析介质对高低频率的响应数据，智能判断含水区间，选择高、低含水的不同数学模型计算对应含水率，并进行温度补偿计算后得出最终原油含水率。

3.3工作原理和运行机制

静态分析型含水分析仪工作过程分为以下步骤。

（1）流通取样。电动换向装置首先将测量管段切换为流通状态，测量介质（油井采出液）持续通过测量管段后返回生产管线，使测量管段处于充液和流通状态， 旁通管端处于截断状态。

（2）管路切换。测量管段取样工作完成后，换向装置开始动作，将测量管段切换为截断状态，此时测量管段内的采出液被截留静置。旁通管段切换为流通状态， 采出液通过旁通管段跨越返回生产管线。

（3）静置分析。测量管段进入静置分析状态，分析探头首先对采出液（三相混合物）初步测量分析，然后按照设定时间进行静置和加热，使介质充分地油、气、水分离分层。完成静置加热后，含水分析仪使用 40 个探头对管段内不同高度的介质（气、油、水）进行逐层分析，同时实时检测介质温度，再通过温度补偿算法自动计算得出采出液的含水率。相比较人工现场取样化验室化验，静态分析型含水分析仪也测量工况条件下的气液比。

含水分析仪根据人工操作（就地或远程）指令或自控逻辑自动循环执行以上工作步骤即可完成采出液自动含水分析工作。

4.应用效果

经过一年多的应用，新疆红山油田所有静态分析型含水分析仪在戈壁野外环境均运行稳定可靠，测量效果好（误差≤ ±5%）、效率高（单井含水率数据日常更新频次由 3~7 天 / 次大幅提高到 6~9 小时 / 次，单井连续跟踪测量频次可加密至 1~1.5 小时 / 次）且故障率低（故障平均发生率仅约 0.0143 次 / 台 / 月，整体上线率可达100%），大幅提升了油井含水评估实时性和精确度，完全取代了集油区日常的采出液含水率人工取样和化验、数据采集录入工作。

5.实施建议

（1）静态分析型含水分析仪在线密闭流通取样、离线就地静置测量的工作模式巧妙地消除了采出液中含气对含水分析造成的影响，保障了取样介质与实液工况的高一致性（密闭同压）和测量结果的高时效性（时延仅0.5~2 h），可以适应含水率变化范围较大的油井采出液含水率检测，具备对未进行油气分离的原始油井采出液含水率测量能力。油井采出液气液比不超过 100：1、气油比不超过 200 ：1 的原油生产场合均能适用。

（2）目前，静态分析型含水分析仪还是通过人工设定静置、加热时间，加热时间或温度不够，油水分离不充分，影响测量精度，但加热时间过长或温度过高，又造成浪费，需要试验确定合理的加热设定时间温度。建议增强含水分析仪的智能分析能力，智能分析判断测量管段采出液的油水气分离趋势、时间等，智能动态调节加热静置时间和温度，减少无效加热。

（3）建议进一步拓展静态分析型含水分析仪的测量功能，例如在测量管段增设检测水矿化度的功能等，进一步增强对油井采出液的成分分析功能。

6.结语

综上所述，通过巧妙的机械结构和取样分析模式， 静态分析型含水分析仪很好地克服了常规在线含水分析仪无法测量含气多相流介质的原理性缺陷，以适宜的成本实现了集油区油井采出液含水率自动分析和数据采集功能，相当于在油区现场部署了可以自动取样化验分析的“化验机器人”，提升了油区含水数据采集的精确度、频次和效率，提高了油井含水和产量评估的准确性和实时性，同时大幅减轻了一线员工的工作量，优化现场人员配置，具有很好的先进性和实用性，值得推广。

参考信息来源：

原作者：中油（新疆）石油工程有限公司设计分公司 麻杨军， 张轩

中国知网：https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/hgbzjlzl202013077

《中国石油和化工标准与质量》期刊：2020年13期

《红山油田在线含水分析仪建设工程》(设计方案 2019.03).

《ALC05-M 型井口含水分析仪操作说明书》杭州飞科电气有限公司 .