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1、常用原油含水率测试方法1、原油含水率静态测试方法分析原油含水率静态测试方法是通过人工取样后运用物理或化学方法实现油水分别后计算原油含水率。目前主要的静态测试方法有蒸馏法、电脱法、卡尔费休法。1.1 、蒸馏法蒸馏法的测试原理是通过加热原油将油和水分别，分别测试原油质量以及蒸发出的水分质量，并计算出水分的质量分数。蒸馏法的测试过程是在原油中参加与水不相溶的溶剂，在原油与溶剂混合以后并开头回流的条件下加热，此时原油、水分和溶剂在沸腾状态时会一起蒸发出来，溶剂因沸点最低第一个被气化，之后水分通过冷凝管进入水分接收器中，通过水分接收器的刻度读出水分的含量，从而计算出原油含水率。图 1 为试验装置的示意图
2、。图 1试验装置示意图最初试验室通常承受蒸馏法测试原油含水率，但石油生产行业主要依据原油水含量测定法一蒸馏法(GB/T8929-1988)来测试，石油加工行业则按石油产品水含量测定法一蒸馏法(GB/T260-1988)测试。GB/T8929-1988 使用有较大毒性的二甲苯做溶剂，对操作人员危害大，同时也污染样品和环境;GB/T260-1988 则以直馏汽油 80以上的馏分做溶剂，尽管毒性不大，但是测试的结果误差太大。1.2 电脱法电脱法的测试原理是通过高压电场，利用电破乳技术使油水分别，来测试原油的含水率。这种方法适合一些仪器的设计开发，例如Dst-III 石油含水电脱。电脱法的分析液量大、
3、分析速度快，操作简洁、无“二次采样”误差以及安全牢靠等优点使其备受青睐。但是电脱法同样存在着一些缺点，如在脱水过程中，油样需要加温，易使原油猛烈沸腾而外溢，与带电的内、外电极暴露的金属局部触碰， 易引起电击危急。图 2 为原油含水电脱构造示意图。图 2原油含水电脱构造示意图1.3 卡尔费休法卡尔费休法是试验室中标准的微量水分测试方法，对于有机液体，是国际国标方法 原油水含量测定卡尔费休库仑滴定法(GB/T11146-2023 )。它的测试原理是利用含碘、二氧化硫、吡啶及无水甲醇溶液(通常称为卡尔费休溶液 )与试样中的水进展定量反响，依据滴定过程中消耗的卡氏试剂的量，计算原油的含水率。卡尔费休法
4、是有水存在的条件下，样品中含有的水与卡尔费休试剂中的产生化学反响。但这个反响是可逆反响，假设想让化学反响始终向正方向进展， 则需要参加适当的碱性物质以中和生成的硫酸，这就需要在溶液中参加吡啶来消耗己经生成的硫酸，其化学方程式为:C H NS0 不稳定，会与原油中的水发生反响，消耗掉一些水从而553影响测试结果，为了使它稳定，需参加无水甲醇，在无水环境中进展试验。在整个试验过程中通过阴阳电极来推断原油中的水分是否被完全消耗，当原油中的水分被完全消耗掉之后，电极将不会导电，此时读出消耗的卡尔.费休试剂的体积，即可计算出原油的含水率。图3 所示的检测仪器是由南京科环器生产的 KF-1B 型水分测定仪
5、，就是使用卡尔费休法。 KF-1B 型水分测定仪所使用的标准是GBlT11146-2023，目前己经可以进展工业化原油含水率的检测分析。图 3 KF 一 1B 型水分测定仪但是卡尔费休法只适用于微含水量的分析，对于高含水率的分析就有些“力不从心”了，对于高含水率的原油会增加检测人员的工作量。虽然卡尔费休试剂可以屡次使用，但是也存在失效问题，对同一样品进展的屡次测试，结果难以一样，因此无法对测定的结果做出准确的推断，且测试所使用的溶剂也会污染电极的外表。同时，卡尔 . 费休法对于外界环境要求比较高，整个试验过程必需在完全密闭的空间中进展，否则空气中的水分会影响测试结果，因此也不适合野外作业。2
6、原油含水率动态测试方法分析随着科技水平的提升，原油含水率动态测试方法在油田生产中得到了快速的进展，国内外先后开发出很多在线测试仪器，使用这些仪器后降低了劳动强度，节约了生产本钱，提高了测试速度和测试精度，使油田自动化生产水平上升了一个的高度。目前常用的动态测试方法有:电磁法、密度法、电容法、超声波共振法、红外光谱法以及过程层析成像法等。2.1 电磁法近些年的争辩中，学者们更倾向于从电磁波的角度来争辩原油含水率的测试方法，做了大量的调查争辩，并取得了不少成果。目前市场上也有很多种基于电磁波法测试原油含水率的仪器。依据不同的电磁波频率，目前市场上使用的电磁波主要有:微波、短波、红外线、x 一射线以
7、及Y 射线。基于电磁波测试原油含水率的方法主要有两大类， 一是通过电磁波的共振技术来测试原油含水率 ;二是利用混合介质对电磁波的吸取特性来测试原油含水率。1. 射线法 射线法主要是运用. 射线透射的有关性质以及不同厚度的介质衰减程度不同的原理。首先. 射线源会产生射线，当. 射线透射过介质时，会与介质原子发生光电效应、康普顿效应和电子效应。由于油和水对. 光子的吸取率不一样，因此通过油水两种介质对同一. 射线的线性吸取系数差异来计算原油的含水率。 射线与物质的一次碰撞中损失其局部能量，y 射线穿过物质时，它的强度按指数规律衰减，如图 4 所示，当一束初始强度为风的. 射线透射过厚度为x 的介质
8、时，其衰减强度为N ，则可由式子表示:X但在现场仪器的设计应用过程中，窄束条件难以实现，为此在现场的实际应用中多数承受准窄束条件，即光子衰减规律为:B 与光子能量、介质性质、仪器构造相关，需通过测试来确定。u 代表介质对 射线吸取力量，它与 射线的能量以及介质成分相关。u 值越小，表示介质对射线的吸取力量越弱，。值越大，则介质对射线的吸取力量越强。图 4 射线透射原理图图 5 射线法测试系统构造框图如图 5 为 射线法的系统构造框图， 射线法一般运用于在线检测，其量程较宽，承受的是非接触测试方式，所以以此方法生产出来的仪器适合在一些恶劣环境及条件下工作，不会由于管道内因结垢、结蜡而导致测试误差
9、，除此之外，这种测试仪器工作稳定性好，可长期运作，安全牢靠，可以进展连续在线测试，而且易于操作，便于生产自动化治理，同时提高生产过程和治理过程中的自动化水平。固然该仪器的缺点也相对较多:对 60 MeV 的 射线来说，油和水的吸取系数相差太少，仅仅20%，因此仪器测试结果的准确度不高;造价高，使用方法简单且不便于修理;存在射线辐射，使得使用仪器的油田工作人员有抵触心理。2. 短波吸取法短波吸取法是通过电磁波的形式使电能辐射到混合介质中，其频率范围在 3-30MHz。短波频率段的电磁波与介质作用主要表达在吸取力量上，依据油、水这两种介质对短波吸取力量的不同，检测出油、水混合液中水的含量。图 6
10、为短波吸取法测试原理框图。图 6短波吸取法测试原理框图电磁波穿过介质后，一局部被吸取，其强度只与油水乳化液中水占得比例相关组成指数规律，这种能量的减小听从朗伯一贝尔定律， 即:由上式可看出，当 I 出肯定时，电磁波的入射波强众与介质的分子数N 成指数变化规律，其中介质吸取系数刀由介质自身特性打算。因此不同介质吸取系数的不同导致此公式只适用于频率单一的电磁波。假设介质由多种物质构成，则公式应变为:因此，在原油介质中，公式转变为:从上式说明电磁波入射强度人与原油含水率的响应为指数型，在此原理的根底上能够实现原油含水率的测试。虽然短波吸取法测试原油含水率只适用于高含水阶段的油井，但是短波吸取法对原油
11、温度和含盐量不敏感，因此，温度漂移以及水的矿化度对测试精度的影响格外小，但同样由于承受电磁波技术，致使该方法所生产出的产品本钱特别高，使用和维护困难，阻碍了对其的运用。3. 微波法微波是一种高频电磁波，频率范围约为300MHz-300GHz(波长 1 米1 毫米)，其传输主要依靠交变电场和交变磁场的相互感应。在微波通过电介质的时候，电介质会被极化，从而造成微波能量的衰减， 从而可以测试出当微波通过待测物质时，前后衰减的变化值会间接反映物质的一些特别性质。图 7 微波与介质作用示意图图 7 为微波与介质相互作用后，反射与透射及介质损耗形式示意图。微波法的原理是基于介质对微波的吸取原理，利用传感器
12、将含水率转化成电信号进展测试，然后输入到仪表的模拟输入通道。在微波电 场 中 ， 水 的 储 能 系 数E, 和 耗 能 系 数Ecw都 比 较 大HW，而油的储能系数。和耗能系数Ec。都比较小因此水分对微波的吸取效果最明显。基于微波法原理，承受微波反射式构造，将含水率变化引起的微波衰减量转化为电信号输出，从而建立电信号与原油含水率的关系。图 8 为微波法测试系统原理框图。图 8微波法测试系统原理框图微波法测试含水率是非接触式测试方法，可以较好地防止原油对传感器造成腐蚀性等影响，而且测试量程宽，测试系统比较结实、小巧易携带，对人体的辐射影响也较小，测试精度、运行稳定性、安装方式等方面处于领先的
13、地位。但是由于油水两相流是一种格外简单的非线性时变系统，微波和混合介质的关系理论争辩并不完善，其测试结果精度受到影响。而且由于微波系统安装困难，造价较高，因此在国内实际应用中比较少见。4. 同轴线相位法依据同轴线的传输模式，电磁波在同轴线内部的传输模式为 TEM 波，不存在其它模式的波。利用电磁波在同轴线内传播时产生的相位移和幅度衰减来测试原油含水率。同轴线构造如图 9 所示，以同轴线作为测试传感器，使油水混合介质在同轴线传感器的内导体与外导体之间流过，并转换传播电磁波能量的载体，在选择正确传感器参数的根底上，保证电磁波在同轴线内以 TEM 波传播，通过测试电磁波在同轴线内传播的相位特性，并经
14、过运算得到同轴线内油水混合介质的介电常数，再运用混合介质等效介电常数模型计算原油的含水率。其测试原理框图如图 10 所示:图 9同轴线构造示意图图中r 为内导体外径，R 为测试仪器内径。图 10同轴线相位法测试系统框图此法能够实现油井高含水状态的动态测试，在肯定程度上降低了含水率波动产生的影响，同时通过传感器的优化降低水矿化度产生的影响，但是在低含水率阶段，由于测试仪器会受到流量变化产生的影响，对测试的影响较大;2.2 密度法密度法是利用油、水的密度的差异特性来测试原油含水率，通过压力传感器测试原油的密度，利用原油含水率与原油密度之间的关系计算原油含水率。密度法的优点是不受混合液相间变化带来的影响， 本钱低，维护便利，但是当原油含水率较低时，油的密度和原油的密度相近，导致含水率测试的误差增大，因此该方法不适用于低含水率测试。2.3 电容法1. 电容法电容法的测试原理主要是利用油水介电常数的差异特性。混合介质的等效介电常数会随着含水率的变化而变化，利用电容传感器把介电常数的变化转化为电容量的变化，然后利用电容值测试理论测得电压值，依据电压值来间接测试原油含水率。如图 11 所示为同轴电容式传感器构造示意图，承受电容法研制的在线测试仪器的优点是设备搭建简洁，安装便利，测试本钱低，测试精准度高，易于维护等，因此广泛应用
