基于密度法測量原油含水率的檢測儀設計
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當原油從油井進入井口降回壓裝置后，經過過濾、除氣后，通過管道進入油槽內(此時管道上電磁閥是開啟的)一段時間后，壓力傳感器和液位傳感器分別測出當前時刻下的壓力值P1和液位值H1，繼續進油一段時間后，電磁閥關閉，壓力傳感器和液位傳感器分別測出此時的壓力值P2和液位值H2。這時壓力傳感器所測量的壓力差值為△P=P2～P1；液位傳感器測量的液位差為△H=H2-H1，當地的重力加速度為g。根據流體靜力學原理：
△P=ρg△H
即：
顯然，利用此式即可求出含水原油密度ρ。將含水原油密度ρ代入所建立的數學模型中，就可求出相應的原油含水率。為了減小溫度變化造成純油、純水密度變化給原油含水率測量帶來的誤差，該系統在油槽內安裝了一個溫度傳感器，由溫度傳感器測出油槽內當時的溫
度值輸入到單片機，通過軟件修正純油、純水密度，實現對溫度變化引起測量誤差的補償。
因此，這種通過控制電磁閥來控制進、出油的測量方式，既能夠實現在線的實時測量，也能夠實現對外輸原油進行取樣測量。
3 測量誤差分析
3．1 模型誤差分析
3．1．1 模型的誤差傳遞公式
當純油密度ρo和含水原油密度的隨機誤差相互獨立且均服從正態分布時，由式(1)可知原油含水率DV的絕對隨機誤差表達公式為：
由此可見，含水原油密度ρ和純油密度ρo的大小是影響含水率誤差的兩個直接因素。
3．1．2 含水率大小對含水率測量誤差的影響
設δDV=δo=δ，根據式(4)計算分析表明，在δ不變的情況下，含水率的相對隨機誤差δDV，將隨含水率DV的增加而減少，在低含水階段，減少的趨勢明顯于中、高含水階段，誤差的最小點出現在含水率DV的最大值處。
若水的密度值ρw=1 000 kg／m3，原油的典型密度值ρo=850kg／m3，若取δ=0．1％，則計算出誤差的最小值δmin=0．94％，這樣用密度法測量原油含水率，最好的誤差情況可達1％。同時，在不考慮系統誤差的情況下，對于給定的含水率相對測量誤差要求分別為±3％，±2％，±1％時，密度法的含水率測量適用范圍分別對應為25％～100％，38％～100％，51％～100％。
計算結果表明，對含水率隨機誤差在其總的變化趨勢上，若其他條件不變時，純原油密度越小，則含水率誤差也越小。由于純油密度值受溫度的影響很大，溫度越高，其密度值越小；溫度越小，其值越大。這意味著在其他條件不變的情況下，該方法在夏天的測量值精度要高于冬天的測量結果。
3．2 原油成分變化對測量結果的影響
3．2．1 原油含氣、含砂所帶來的誤差
含水原油中含氣會使其密度下降，造成含水率偏低，含油率增高的假象，形成“氣增油”現象；含水原油中含砂會使其密度上升，造成含水率偏高，含油偏低的假象，形成“砂吃油”現象。
含氣量、產出水礦化度及油品成分變化對測量結果產生了一定的影響。實踐證明，若流體中有1％的氣體變化時，按照油水兩相測量模型得到的油水比率誤差約為6％。
另外，不同地區原油里的礦化度差異很大(幾倍到十幾倍)，礦化度的變化將導致原油的密度、黏度等物理特性的變化，致使儀表的測量精度下降。理論和實踐都證明，1％的礦化度的變化會給油水比率的測量帶來百分之十幾的影響。
3．2．2 油水乳化液相轉變對測量的影響
由于被測介質含量復雜，特別是高含水原油，出現“油包水”、“水包油”的過渡狀態，這時油水乳化液發生相變，即由油連續介質轉向水連續介質轉向水連續介質，這樣就使得多數儀表的準確度難以保證。
3．3 檢測儀帶來的誤差
3．3．1 測量模型所帶來的誤差
該檢測儀采用的是油水兩相測量模型，即：先測出流體的混合密度，再依據油水密度上的差異計算出油水的各相比率。而油井所產出的原油中通常都含有一定量的氣體，含氣量的微小變化，將對測量結果產生較大的影響。因此，在測量儀器的系統中和測量過程中都應盡量的除氣，盡可能地減少氣體對測量結果所造成的誤差。
3．3．2 測量裝置標定所帶來的誤差
原油含水率測量儀表的標定通常是在標準狀況下依靠取樣化驗數據進行的，雖然在現有實驗室里所做的化驗水平、精度都滿足儀表的標定要求，但是由于取樣樣品受流態的變化，被測介質成分變化，含氣多少，取樣方式及人為因素等各種各樣因素的影響，使最終標定值不涵蓋流體在管線中流動的各種狀態，常常根據這種取值所標定的結果僅僅反映取樣點的情況，不能代表整個實際現場的真實原油情況。
3．3．3 傳感器結垢所帶來的誤差
現場應用表明，在油田高含水油井中原油的礦化水會給壓力傳感器探頭帶來結垢現象。這種結垢(沉積水、蠟)能引起較為嚴重的測量誤差。投入式壓力傳感器探頭表面結垢會使測量的壓力差值△P偏小，使得測得含水原油密度值偏小，造成測得的含水率值增大。在油田的應用中，結垢和結蠟是很容易發生的，需要采取切實的措施，并定期進行沖洗，清洗結蠟，延緩結垢。
4 結論
通過該方法生產的原油含水檢測儀在長慶油田的應用表明，該檢測儀既能夠實現在線的動態測量，也能夠實現對外輸原油進行取樣測量。依此所建立的模型、相應的誤差分析及補償機制，使得該系統在實驗中取得了令人滿意的測量結果。產品性能符合長慶油田所提出的各項要求，提高了油田的生產效率。其次，為保證測量精度，該測量裝置最好用于含水率超過50％的油井上。本文引用地址：http://www.104case.com/article/194320.htm
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