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        海上油氣田水中油含量在線監(jiān)測系統(tǒng)研制

        2024-01-01 00:00:00南源張耀元馬雙政陳小娟陳金定張澤佳胡碧瑤謝偉浩元平南黃飛
        化工自動化及儀表 2024年4期
        關(guān)鍵詞:懸浮物油田水質(zhì)

        摘 要 水中油在線監(jiān)測設(shè)備在海上油田的應(yīng)用日益增多,但使用效果并不能滿足實際工況及現(xiàn)代化要求。針對紅外散射法在線監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行水中油含量在線監(jiān)測系統(tǒng)研制。通過提高儀器對海上平臺工況的適應(yīng)性、消除影響因素、增加自動清洗工藝并研發(fā)自動化監(jiān)測控制軟件,實現(xiàn)自動在線監(jiān)測?,F(xiàn)場應(yīng)用表明:該設(shè)備在線監(jiān)測結(jié)果的相對偏差在0.6%~7.6%,滿足水質(zhì)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)對水中油含量監(jiān)測準(zhǔn)確性的要求。

        關(guān)鍵詞 在線監(jiān)測 海上油氣田 油含量 紅外散射法 適應(yīng)性 影響因素 自動清洗 自控軟件

        中圖分類號 TH83;X55 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B " 文章編號 1000-3932(2024)04-0714-05

        油含量是油田水質(zhì)監(jiān)測的主要控制指標(biāo)之一,涉及采油注水、污水處理、廢水排放等油田生產(chǎn)諸多方面。早期水中油含量的監(jiān)測主要通過人工采樣方式,存在監(jiān)測頻次低、工作強(qiáng)度大等諸多問題,而且監(jiān)測結(jié)果具有較大的偶然性,不能代表水質(zhì)的真實情況[1~3]。鑒于上述情況,同時也因為我國“智能油田”“數(shù)字化油田”建設(shè)的高速發(fā)展,水中油在線監(jiān)測設(shè)備近年來受到的關(guān)注日益增多[4~7]。

        1 在線監(jiān)測設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀分析

        近些年油含量在線監(jiān)測設(shè)備在部分油田已經(jīng)有了不少應(yīng)用案例[8~12],但從海上油田現(xiàn)場調(diào)研分析,發(fā)現(xiàn)存在如下問題:

        a. 使用過程中觀察窗口較易起霧;

        b. 探頭易被污染,導(dǎo)致測量結(jié)果隨時間持續(xù)增大;

        c. 測量池結(jié)垢、滲漏造成設(shè)備短路等;

        d. 在線監(jiān)測設(shè)備測量結(jié)果與人工測量結(jié)果一致性難以保證[13]。

        這些問題與油田復(fù)雜的水質(zhì)條件以及海上平臺工況條件相關(guān)[14~17]。油田生產(chǎn)水具有以下特點:

        a. 油和懸浮物通常是普遍存在的組分,懸浮物含量較高時會對含油量測量產(chǎn)生很大的影響,影響測量精度;

        b. 成分復(fù)雜,部分組分會產(chǎn)生熒光,影響熒光法的精度;

        c. 含鹽量高,部分水樣有結(jié)垢趨勢,造成流通池和管路結(jié)垢,影響測量結(jié)果;

        d. 海上油田濕度高、鹽度高,晝夜溫差較大,設(shè)備保護(hù)條件苛刻,易造成設(shè)備電路板短路等問題。

        2 水中油在線監(jiān)測設(shè)備研制

        根據(jù)目前水中油監(jiān)測設(shè)備相關(guān)原理及其在油田現(xiàn)場應(yīng)用時存在問題的總結(jié),針對近紅外光學(xué)法類設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),研制水中油在線監(jiān)測設(shè)備。其技術(shù)原理為當(dāng)紅外光穿過樣品時,兩個光學(xué)傳感器測量被測樣品中油滴散射和折射的光信號,該信號經(jīng)過處理和計算,顯示出對應(yīng)的油含量,樣品池與光學(xué)測量系統(tǒng)不接觸,屬于一種非接觸式的在線連續(xù)監(jiān)測技術(shù)。

        2.1 設(shè)備安全運(yùn)行流程

        正壓防護(hù)技術(shù)。將測量單元、計算單元及電氣控制元器件等全部置于正壓防爆柜中,并向防爆柜中通入干燥的氣源,壓力保持在150 kPa,從而對測量單元、計算單元和電氣控制元件實施有效保護(hù),規(guī)避了海上潮濕空氣和鹽霧對監(jiān)測系統(tǒng)、控制元器件等造成的腐蝕與破壞,同時解決電氣儀表的防爆問題。

        耐腐蝕材質(zhì)更換。將市售檢測器材質(zhì)由316不銹鋼更換為耐腐蝕性更好的材質(zhì),減少排海水樣對檢測器的腐蝕,從而保障檢測器的使用壽命。

        2.2 設(shè)備影響因素消除措施

        在線監(jiān)測設(shè)備由于采用紅外散射光法,為了避免生產(chǎn)水中懸浮物顆粒、溶解氣、懸浮物和氣泡對光路監(jiān)測結(jié)果的影響,研制設(shè)備采用傘板沉降和氣體自動釋放技術(shù)來消除氣泡與懸浮物顆粒的影響,如圖1所示。采用傘板沉降和氣體釋放技術(shù)前,在線監(jiān)測結(jié)果相對偏差較大,處于1.9%~22.5%;而在采用傘板沉降和氣體釋放技術(shù)后,大在線監(jiān)測相對偏差對比幅降低了在線監(jiān)測結(jié)果的相對偏差,且結(jié)果較為穩(wěn)定,處于0.7%~6.4%,說明該技術(shù)能夠有效降低生產(chǎn)水水質(zhì)對監(jiān)測結(jié)果的影響,提高了監(jiān)測結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度。

        2.3 設(shè)備自動清洗工藝

        油氣田水中油會附著在監(jiān)測系統(tǒng)的管線和監(jiān)測器上,附著油不斷累積,當(dāng)油田水將附著的油沖下來后將影響監(jiān)測結(jié)果;油附著在監(jiān)測器監(jiān)測池內(nèi)壁,影響光的通路,導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)不斷增大。因此,研制設(shè)備增加了自動清洗裝置:

        a. 在測量池頂部增設(shè)引流管,將反洗后的浮渣和油污從測量池引出,確保監(jiān)測器中的刷環(huán)自身干凈;

        b. 篩選出清洗效果較好的清洗劑,并向熱清水中添加化學(xué)藥劑,進(jìn)一步清洗監(jiān)測器和管線,提高監(jiān)測器自動清洗效果,確保在線監(jiān)測系統(tǒng)不受附著油的影響。

        增加自動清洗裝置前后,在線監(jiān)測與人工化驗數(shù)據(jù)的對比結(jié)果如圖2、3所示。采用自動清洗工藝前,在線監(jiān)測結(jié)果與人工化驗結(jié)果在4 d之內(nèi)結(jié)果較吻合,隨著監(jiān)測時間增長,在線監(jiān)測數(shù)據(jù)越來越大,與人工化驗的數(shù)據(jù)偏差越來越大。采用自動清洗工藝后,在15 d的監(jiān)測期內(nèi),在線監(jiān)測結(jié)果與人工化驗結(jié)果數(shù)據(jù)一直較吻合。說明增加自動清洗工藝有效消除了在線監(jiān)測設(shè)備中附著油的影響,實現(xiàn)了系統(tǒng)長期在平臺運(yùn)行且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

        2.4 設(shè)備控制自動化

        設(shè)備閥門全部采用自動控制閥門,整個運(yùn)行過程均由PLC自動控制,通過網(wǎng)線連接至觸摸屏,觸摸屏可觀察設(shè)備運(yùn)行過程、相關(guān)參數(shù)設(shè)置、監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集與處理、歷史數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)超標(biāo)預(yù)警,然后經(jīng)網(wǎng)線傳遞到平臺的中控電腦,實時監(jiān)控和記錄數(shù)據(jù)。整個自動控制過程分為參數(shù)設(shè)置、啟動設(shè)備、測量過程、清洗過程。參數(shù)設(shè)置:根據(jù)現(xiàn)場工況設(shè)置好清洗周期、清洗熱水溫度、藥劑濃度及熱水清洗時間等相關(guān)參數(shù);啟動設(shè)備:啟動設(shè)備運(yùn)行按鈕開啟設(shè)備;測量過程:測量單元進(jìn)樣電磁閥打開,水樣流入測量單元后進(jìn)行含油量的監(jiān)測;清洗過程:通過程序控制,測量過程結(jié)束前熱水提前加熱,當(dāng)結(jié)束測量后,進(jìn)樣電磁閥自動關(guān)閉,加藥泵自動開啟進(jìn)行藥劑清洗,藥劑清洗完畢后,加藥泵自動關(guān)閉,熱水清洗閥自動打開進(jìn)入熱水清洗。為消除附著油的影響,該裝置研發(fā)了一套自動清洗與零點校正程序(圖4),采用藥劑加清水對裝置進(jìn)行清洗,保證了清潔效果以及測量的準(zhǔn)確性。每次自動清潔完成后會對裝置進(jìn)行零點校正,若零點校正無問題,則繼續(xù)進(jìn)入測量過程,若連續(xù)3次自動清洗后,零點校正仍然存在問題,則裝置會發(fā)出現(xiàn)場和遠(yuǎn)程警報,提醒進(jìn)行人工處理。人工處理后,再次啟動設(shè)備即可。整套設(shè)備由PLC自動控制,操作簡單、自動化程度高、滿足海上平臺智能化需求。

        3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

        目前,研制的水中油在線監(jiān)測設(shè)備已應(yīng)用于多個海上平臺。在無人工干預(yù)條件下,在南海A平臺分別連續(xù)7 d監(jiān)測水處理氣浮選出口、一級水力旋流器出口、二級水利旋流器出口,并與人工化驗結(jié)果進(jìn)行對比,如圖5~7所示,可以看出,在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工化驗數(shù)據(jù)對比結(jié)果吻合,相對偏差在0.6%~7.6%,滿足SY/T 5329—2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》標(biāo)準(zhǔn)對水質(zhì)監(jiān)測的要求,證實了在線監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

        4 結(jié)束語

        針對水中油在線監(jiān)測設(shè)備在海上油田不能滿足實際工況的現(xiàn)狀,研制出一套適用于海上平臺使用的水中油在線監(jiān)測系統(tǒng),系統(tǒng)通過4種措施實現(xiàn)水中油在線監(jiān)測系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及自動化監(jiān)測,提高了監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性:

        a. 正壓防護(hù)技術(shù)和選用耐腐蝕性能更好的鈦合金材料,提高了儀器對海上平臺工況的適應(yīng)性;

        b. 通過采用傘板沉降和氣體自動釋放技術(shù)有效消除了油田水中溶解氣和懸浮物對監(jiān)測結(jié)果的影響;

        c. 通過研發(fā)自動清洗工藝有效消除了在線監(jiān)測設(shè)備中的附著油對監(jiān)測結(jié)果的影響,保障了監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性;

        d. 研發(fā)了一套自動化監(jiān)測控制軟件,實現(xiàn)設(shè)備的自動在線監(jiān)測、智能控制、自動采集和數(shù)據(jù)處理,并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)查詢和自動預(yù)警,從而實現(xiàn)設(shè)備無需人工值守,能夠長期穩(wěn)定地在海上平臺工況條件下進(jìn)行水中油含量在線監(jiān)測。

        現(xiàn)場應(yīng)用表明,通過在不同取樣點連續(xù)長時間監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)在線監(jiān)測結(jié)果與人工化驗結(jié)果吻合,相對偏差在0.6%~7.6%,說明在線監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確,符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對監(jiān)測質(zhì)量的要求,為海上平臺水中油含量實現(xiàn)在線監(jiān)測提供了可靠的途徑。

        參 考 文 獻(xiàn)

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        (收稿日期:2023-09-04,修回日期:2023-09-18)

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