王亞平, 解海龍, 李石林，董登峰, 侯海云

（1. 長慶油田分公司第一采油廠，陜西 延安 716000; 2. 長慶油田分公司第五采氣廠，陜西 西安 710000；3. 西安工程大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710048）

分析測試

利用比重瓶和稱量法測定原油含水率

王亞平1, 解海龍2, 李石林2，董登峰3, 侯海云3

（1. 長慶油田分公司第一采油廠，陜西 延安 716000; 2. 長慶油田分公司第五采氣廠，陜西 西安 710000；3. 西安工程大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710048）

原油或油品含水率的精確測量對原油的生產(chǎn)開采、計量、儲存和使用十分重要，目前有多種測量的方法和儀器，在使用中各有特點。導(dǎo)出了密度和含水率的關(guān)系原理，采用實驗室常用的比重瓶和天平為測量裝置，通過對空比重瓶、裝滿待測油樣后的比重瓶的質(zhì)量測定，即可得出待測油樣的體積含水率。對兩種油品的實驗數(shù)據(jù)顯示：油樣中含水率在1%～99%間，含水率測量值和真實值在0.5%內(nèi)一致。而且，含水率大、小,水、油乳化和分層對測量精度沒有影響。并分析了實際誤差大于方法誤差的原因。

體積含水率; 比重瓶; 稱量法

原油含水率是油田生產(chǎn)和油品運輸、應(yīng)用過程中的重要指標(biāo)，在原油的開采，脫水、計量，集輸，煉化、銷售等各個環(huán)節(jié)有著重要的影響。所以，要求含水率的測量要盡量精確。目前有不同的方法和儀器可以實現(xiàn)原油含水率的取樣或在線測量，但由于工藝和技術(shù)水平的原因，每種方法都有其自身的優(yōu)、缺點。所以，原油含水率的測量也一直處于研究開發(fā)的重點階段。目前，測量原油含水率的方式主要有人工測量和在線儀器檢測兩種[1-3]。人工測量方法主要有：蒸餾法[1-3]，該法主要針對低含水量的石油，雖然測量精度較高，但具體操作卻費時、費力，一個樣品的分析需要2 h的時間[2]; 電脫法[1-3]，該法易于操作，測量速度快，適于現(xiàn)場化驗證，尤其是含水量高的油品。但也存在測量精度偏低(± 1%)的缺陷[2,3]；離心法[3]，該法適用于含有泥沙等沉淀物的油品含水測量，雖測量精確，但操作復(fù)雜，還涉及破乳劑和有一定毒性的甲苯[3]；卡爾.費休法[1-3],此法是一種精確的水分測量法，且不用考慮水滴的大小，能夠測量出所有的水分。但需要消耗大量的卡爾.費休試劑。庫倫卡爾.費休法則不需要消耗卡爾.費休試劑。在線儀器檢測法主要有：密度法[1-3],射線法[1-3,4,5],電容式法[1-3,6-8],短波法[1-3,9,10]，微波法[1-3,11],射頻法[1-3,12],紅外光譜法[1,13,14],超生波法[1-3,15],等。

比重瓶是實驗室中常用的、傳統(tǒng)的精確測定液體密度的實驗設(shè)備。本文利用比重瓶，結(jié)合質(zhì)量稱量，導(dǎo)出了油樣含水量的表達(dá)式，并實驗室模擬1%～99%含水率的油水體系用于測量，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：測量誤差在0.5%以內(nèi)。本文的工作為油樣含水

測量提供了一種新的、測量精確的、操作簡單的、造價低廉的油樣含水測量方法。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

1.1.1 密度測定原理

結(jié)合式（1）、（2）得：

式中:ρw、ρo—為水、油的密度，g.cm-3;其中，水的密度通過文獻查得。

V—比重瓶的容積，cm3;

m0—空比重瓶的質(zhì)量，

m1、m2—比重瓶裝滿水、油后的質(zhì)量，g。

一定溫度下，只要稱量出比重瓶裝滿油、水前后的質(zhì)量，即可求得油的密度ρo。

1.1.2 比重瓶容積的標(biāo)定

將式（1）變形為式（4），一定溫度下，

稱量m1、m0, 再將此溫度下查得的水的密度ρw代入式（4），即可求得所用比重瓶的真實容積V。1.1.3 體積含水率測定原理

上式中：m—比重瓶裝滿待測油樣后的質(zhì)量， g;

mw、mo—比重瓶中水、油的質(zhì)量，g;

h—油樣的體積含水率。

一定的溫度下，對一定油品，ρw、ρo分別為常數(shù)；比重瓶的容積V已標(biāo)定，也為常數(shù)。所以，令,

則式（7）可寫為式（10）：

即：對于特定的油品，只需稱量比重瓶在裝滿油樣前后的質(zhì)量，就可以算出油樣的體積含水率。

1.1.4 誤差分析

對式（10）微分得：

其相對誤差為：

所以，此法的測量誤差主要來于質(zhì)量的稱量誤差，與油品含水率大、小無關(guān)。同時，影響因素還有比重瓶的體積以及水、油的密度。若天平精度0.000 1 g,比重瓶容積10 cm3, ρw-ρo=0.001 g·cm-3,則dh= 0.01。油的密度與水的密度差異越大，dh值越小。所以，此方法的測量誤差還是很小的。

1.2 實驗儀器和試劑

10 cm3比重瓶(廈門潤科化工科技有限公司)，經(jīng)體積標(biāo)定為10.38 cm3。SYP型玻璃恒溫水浴(北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司,精度0.01 K)。FAI004N型電子天平(上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司,精度0.000 1 g). 膠頭滴管，50 μL微型注射器(上海安亭微量進樣儀器廠), 磨口錐形瓶，去離子水,30 ℃時電導(dǎo)率為2.5μS·cm-1，密度為0.995 647 g·cm-3[16].兩種無水油品在30 ℃時的密度分別為0.7302 g·cm-3、0.831 3 g·cm-3。

1.3 實驗操作

1.3.1 比重瓶容積標(biāo)定

將比重瓶洗凈、干燥后，用天平稱其質(zhì)量，記為m0=11.607 8 g。再先、后用滴管和注射器將水注入比重瓶，至瓶滿。然后，將比重瓶放入30 ℃的恒溫水浴中，恒溫30 min后取出，用濾紙擦干凈外壁的水，稱量質(zhì)量，記為m1=21.946 3 g。已知30 ℃時水的密度為0.995647 g·cm-3[16]。利用式（4），算出所用比重瓶的容積V=(m1-m0)/ρw=(21.946 3-11.6078)g/(0.995 647 g·cm-3) =10.38 cm3。

1.3.2 油密度測定

將比重瓶洗凈、干燥后，先、后用滴管和注射器將待測油注入比重瓶，至瓶滿。然后，將比重瓶放入30 ℃的恒溫水浴中，恒溫30 min后取出，用濾紙擦干凈外壁的水，稱量質(zhì)量，記為m2。兩種油對應(yīng)的m2分別為：19.190 0 g, 20.239 8 g. 利用式（3），分別算出兩種油的密度為：0.730 2 g·cm-3，0.831 3 g·cm-3。

1.3.3 油水混合樣的配置和含水率測定

先根據(jù)10.38 cm3的比重瓶和油、水的密度，計算出配置一定含水率的油水混合待測樣所需的水和油的體積和質(zhì)量。再稱量干凈、干燥的比重瓶的質(zhì)量，記為m0。按照前面計算的水、油的體積和質(zhì)量，先后用滴管和注射器取水樣注入比重瓶，并用天平稱量水和比重瓶的質(zhì)量，按照減量法得到所加水的質(zhì)量，直至達(dá)到理論計算的質(zhì)量。一般控制在實際加入質(zhì)量和理論計算質(zhì)量差異在0.003 g內(nèi)。然后，再用滴管和注射器向比重瓶中加油，直至加滿。若有油溢出，用濾紙將比重瓶外壁擦拭干凈。之后，將裝滿油水的比重瓶置入30 ℃的恒溫水浴中，恒溫30 min后取出，擦干凈外壁的水，稱量質(zhì)量，記為m。至此，一個待測樣的配置和測量結(jié)束。倒出油水混合樣，洗凈比重瓶，干燥后再進行下一個樣

的配置和測量。

1.4 結(jié)果與討論

配置的油水混合樣的實際體積含水率hs，列于表1中的第一列，再按照式（10）的原理式計算所配置的油水混合樣的測量含水率hm，列于表1中的第六列，測量值和實際值的偏差Δh=hm-hs的值列于表1的第7列。從表1中Δh的值可以看出：在油水混合體系中體積含水率在1%～99%間，測量值與真實值的誤差在0.5%內(nèi)。

表1 油水體系的標(biāo)準(zhǔn)體積含水率hs、測量體積含水率hm、測量偏差Δh、及式（10）中的A、B、m0、mTable 1 The standard water content hs, measured water content hm, the difference Δh and A,B,m0, m of Eq.(10)

續(xù)表1。

按照式（11）計算的方法誤差，對兩種油品的油水混合物應(yīng)分別是：0.000 3%、0.000 5%。顯然，實際測量誤差比理論計算的方法誤差要大的多。這主要的原因可能是：（1）比重瓶在恒溫水浴中后取出稱量，雖然用濾紙擦干，但仍有部分殘留，致使m值比實際大，導(dǎo)致測量產(chǎn)生正偏差；（2）在待測樣配制中，本文采用的是先加水，再加油的順序，直至比重瓶被充滿。但這些操作是在室溫下進行的，當(dāng)比重瓶被放入30 ℃的恒溫水浴中，恒溫30 min后，油、水的密度都會比常溫下要小，體積會增大，增大的體積會溢出，這部分溢出的主要是密度小的油。這種操作方式也將導(dǎo)致產(chǎn)生測量的正偏差。若室溫穩(wěn)定，整個測量在室溫下進行，即可避免此兩種系統(tǒng)偏差。測量精度將會提高。同時，若增加比重瓶的容積，方法精度和測量精度都會提高。

2 結(jié) 論

（1）利用比重瓶和天平，通過測量空比重瓶和裝滿待測油樣后的比重瓶的質(zhì)量，即可算出待測油樣中的體積含水率。方法精度由天平精度決定。

（2）體積含水率在1%～99%間時，測量值和真實值在0.5%內(nèi)相一致，且不受含水率大小、乳化、分層的影響。

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Determination of Water Content in
Crude Oil by Using Pycnometer and Weighing Method

WANG Ya-Ping1, XIE Hai-Long2, LI Shi-Lin2, DONG Deng-Feng3, HOU Hai-Yun3
（1. Changqing Oilfield Company the First Oil Production Plant , Shaanxi Yan’an 716000, China；2. Changqing Oilfield Company the Fifth Gas Production Plant, Shaanxi Xi’an 710000, China; 3. College of Environmental and Chemical Engineering, Xi’an Polytechnic University, Shaanxi Xi’an 710048, China）

Accurate measurement of water content in crude oil and oil product is very important in oil production, measurement, storage and usage. There are so many methods and instruments for measuring water content, in which, every method and instrument has its own characteristic. In this paper, the relation between the water content and density of the oil sample was derived and used as measurement principle; common inexpensive pycnometer and the balance were used to measure the water content of oil sample. The mass of the pycnometer full filled with oil sample was determined by the balance. Then the water content can be calculated by the derived equation. The experimental data show that the measurement errors are almost within 0.5% for the oil samples with water content of 1%～99%. Furthermore, the precision of measurement is not affected by water content, emulsification and phasesplitting between water and oil. Finally，the methodic error and experimental error were discussed.

Volumetric water content; Pycnometer; Weighing method

TE 622.1

： A

： 1671-0460（2014）01-0076-04

2013-06-13

王亞平（1964-），男，甘肅天山人，工程師，研究方向：石油工程和地面建設(shè)。E-mail：wypl-cq@petrochina.com.cn。

侯海云（1977-），女，副教授，博士，溶液化學(xué)。E-mail：houhaiyun77@126.com。