無源含水分析儀測量原油含水率可行性分析

屈樂民 王健 周方迪 彭敏

摘? 要：本文重點分析無源含水分析儀現場試驗情況及代替有源含水分析儀測量原油含水率的可行性。針對第三采油廠采用的含水分析儀為射線型，從安全管理、經濟效益角度分析無源含水分析儀的使用價值，同時提出應用前需要解決的技術問題，從而達到降低使用成本的目的。

關鍵詞：放射源;含水分析儀;測量;原油含水率;可行性

一、 問題的提出

采油三廠測量原油含水率采用的是有源含水分析儀，放射源為IV類低危險源。隨著地方環境保護部門加大對輻射安全監督檢查力度，目前采油三廠已接到地方環境保護部門輻射環境安全專項執法檢查問題整改函，不僅存在巨額罰款的風險，同時管理難度增加，安全風險大，且使用成本加大。因此，如何采用無源含水分析儀測量原油含水率，在不影響計量精度的情況下，減少有源儀器的使用，是目前采油三廠原油計量面臨亟待解決的難題。

二、原油含水率測量現狀及存在問題

1 測量現狀

采油三廠測量原油含水率采用的是蘭州科慶有限公司生產的有源含水分析儀，它是一種利用放射性同位素和核輻射技術的新型自動控制儀表，一般由射線源、核輻射探測裝置、電轉換器及自動控制和記錄儀表等部分組成，它是根據放射性同位素的γ射線穿過物質時被吸收或散射的規律設計的儀表，其采用的放射性同位素為Pu-238和Am-241，目前全廠共使用46臺含水分析儀，分布于20座站點，其中包含Pu-238放射源38枚， Am-241放射源8枚。含水分析儀的安裝、調試、維護以及回收等工作均由蘭州科慶公司承擔，目前主要安裝在對外原油交接點、合作區原油交接、聯合站以及內部交接點的原油含水率的測量。

2 存在問題

2.1 原油結蠟、含雜質等導致計量不準確

放射源表面結蠟、原油中含有雜質等問題導致射線穿透原油過程中發生變化，射線部分被蠟、雜質等吸收，從而導致誤差，如油二轉安裝的蘭州科慶含水分析儀，結蠟周期為一周，導致無法正常計量，且內含放射源，站內工作人員無法自行開展維護。

2.2 溫度變化影響計量精度

隨著溫度變化，油水混合密度發生變化，從而引起含水率測量誤差?，F用含水分析儀需要溫度補償，這就要求定期對含水分析儀根據輸油溫度的變化進行調整，目前由溫度變化引起計量誤差問題時常出現，如靖四聯至靖三聯交油管線，由于溫度變送器安裝位置不合適導致測量溫度不準確，含水分析儀溫度補償不合理，造成誤差。

2.3 需要辦理輻射安全許可證及開展相關工作

目前使用的含水分析儀內含放射源，按照《放射性同位素與射線裝置安全許可管理辦法》規定，需要辦理輻射安全許可證，定期開展環境監測、人員體檢、年度評估等相關工作，造成了使用、管理等工作困難，且使用成本加大。

三、無源含水分析儀工作原理及現場試驗分析

1 含水分析儀種類

1.1 電特性原理

主要分為射頻法、微波法、電磁波法、電容法等，主要是基于原油和水的介電常數（部分包括損耗因子）不同，在不同的電磁波作用下，引起的電特性參數變化量不同。

1.2質量反推法

主要產品為質量流量計，主要是依據原油和水的密度不同進行比例推算。

1.3 射線法

分為有源射線、無源射線兩種，根據原油和水對射線吸收能力的不同而設計的工業同位素檢測儀表，目前使用的蘭州科慶含水分析儀均為有源射線儀表。

2 無源含水分析儀工作原理

有源射線含水分析儀由于內含放射源，雖然其能量強度較低，但涉及到“源”廢料處理問題，給管理和使用帶來困難。根據精度、重復性及適應性，目前主要采用的是電磁波、電容以及微波原理的電特性含水分析儀。

2.1 微波法含水分析儀工作原理

水的介電常數是80，油的介電常數是2;水的損耗因子是29，油的損耗因子是0.004，微波法利用其二者吸收波的能量不同，通過精確測量波峰的諧振頻率來判斷含水量，重復性好，模擬電路信號易產生漂移，需要加溫度補償，適合低含水原油檢測。

2.2 電磁波法含水分析儀工作原理

電磁波在同軸線中油水混合介質中傳播時的相位因油水比例不同而發生變化時，該相位也隨著發生變化，通過對相位的測量，就可以得到油中的含水率。其不受粘度、密度、溫度、壓力的影響，探頭結蠟對精度產生較大影響，不適合含氣原油的檢測，模擬電路信號易產生漂移，適合高含水原油監測。

2.3 電容法含水分析儀工作原理

由于油和水的介電常數差異較大，油水比例發生變化時從而導致電容的變化，會引起振蕩頻率的變化，通過測量振蕩頻率就可以測量管道中介質的含水值，水包油、油包水以及原油組份對介電常數的影響敏感性無法補償。

3 現場試驗情況

3.1 數據對比

無源含水分析儀在第三采油廠使用了4臺，新寨作業區使用3臺，均已損壞，且前期試驗數據未進行記錄，油房莊一區使用1臺，2013年投入使用，目前監測數據穩定。

四、 需要注意和解決的問題

1、由于缺少無源含水分析儀在不同含水率下的試驗數據，不能全面評價該類型含水分析儀在第三采油廠運行的可靠性、穩定性和適應性，因此，使用前需要進行進一步的開展試驗，跟蹤分析錄取數據。

2、氣體對含水率測定影響較大，試驗前，需要對試驗站點含氣量、含水、液量、輸油方式等參數統計分析，且需要對工藝流程進行改造，按照儀表技術要求進行安裝，避免影響測量精度。

3、在測量過程中，因砂、蠟等雜質使傳感器工作一段時間后造成探頭表面結垢，需要定期清理探頭表面，以保證計量精度。

4、溫度變化對無源含水分析儀的測量精度影響程度無相關實驗記錄，需要進一步開展現場試驗，全面評價含水分析儀的性能。

五、 結論及認識

1、根據目前試驗情況，無源含水分析儀的準確度、維護、管理方面相對于有源含水分析儀具有較大優勢，且在低含水率下其測量精度、穩定性高于有源含水分析儀，能夠替代有源含水分析儀。

2、無源含水分析儀的引進能解決含水分析儀單一供貨商問題，加大競爭力度，提高原油含水測量儀表的維護服務質量。

3、無源含水分析儀試驗成功后，可以實現區域性含水監測，及時掌握含水變化，制定應對措施。

4、無源含水分析儀內不含有放射源，維護不需要專業部門進行，崗位及技術負責人經過培訓后均可進行維護，降低維護難度及周期，且無需地方辦理使用許可證，不會發生核泄漏事故，降低了管理難度及安全風險，有效降低使用成本。

作者簡介：1984年5月出生，2008年畢業于大慶石油學院，石油工程專業，現為長慶油田分公司第三采油廠工程師。