摘 要 水中油在線監(jiān)測設備在海上油田的應用日益增多，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)測設備進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)場應用表明：該設備在線監(jiān)測結果的相對偏差在0.6%～7.6%，滿足水質(zhì)監(jiān)測標準對水中油含量監(jiān)測準確性的要求。

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

中圖分類號 TH83；X55 " 文獻標志碼 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、工作強度大等諸多問題，而且監(jiān)測結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”建設的高速發(fā)展，水中油在線監(jiān)測設備近年來受到的關注日益增多［4～7］。

1 在線監(jiān)測設備應用現(xiàn)狀分析

近些年油含量在線監(jiān)測設備在部分油田已經(jīng)有了不少應用案例［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，導致測量結果隨時間持續(xù)增大；

c. 測量池結垢、滲漏造成設備短路等；

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

這些問題與油田復雜的水質(zhì)條件以及海上平臺工況條件相關［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，部分水樣有結垢趨勢，造成流通池和管路結垢，影響測量結果；

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

2 水中油在線監(jiān)測設備研制

根據(jù)目前水中油監(jiān)測設備相關原理及其在油田現(xiàn)場應用時存在問題的總結，針對近紅外光學法類設備進行優(yōu)化改進，研制水中油在線監(jiān)測設備。其技術原理為當紅外光穿過樣品時，兩個光學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，顯示出對應的油含量，樣品池與光學測量系統(tǒng)不接觸，屬于一種非接觸式的在線連續(xù)監(jiān)測技術。

2.1 設備安全運行流程

正壓防護技術。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，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 設備影響因素消除措施

在線監(jiān)測設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)測結果的影響，研制設備采用傘板沉降和氣體自動釋放技術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前，在線監(jiān)測結果相對偏差較大，處于1.9%～22.5%；而在采用傘板沉降和氣體釋放技術后，大在線監(jiān)測相對偏差對比幅降低了在線監(jiān)測結果的相對偏差，且結果較為穩(wěn)定，處于0.7%～6.4%，說明該技術能夠有效降低生產(chǎn)水水質(zhì)對監(jiān)測結果的影響，提高了監(jiān)測結果的精密度和準確度。

2.3 設備自動清洗工藝

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，當油田水將附著的油沖下來后將影響監(jiān)測結果；油附著在監(jiān)測器監(jiān)測池內(nèi)壁，影響光的通路，導致監(jiān)測結果數(shù)據(jù)不斷增大。因此，研制設備增加了自動清洗裝置：

a. 在測量池頂部增設引流管，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藥劑，進一步清洗監(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)的對比結果如圖2、3所示。采用自動清洗工藝前，在線監(jiān)測結果與人工化驗結果在4 d之內(nèi)結果較吻合，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)測結果與人工化驗結果數(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)測設備中附著油的影響，實現(xiàn)了系統(tǒng)長期在平臺運行且數(shù)據(jù)準確可靠。

2.4 設備控制自動化

設備閥門全部采用自動控制閥門，整個運行過程均由PLC自動控制，通過網(wǎng)線連接至觸摸屏，觸摸屏可觀察設備運行過程、相關參數(shù)設置、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)超標預警，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)設置、啟動設備、測量過程、清洗過程。參數(shù)設置：根據(jù)現(xiàn)場工況設置好清洗周期、清洗熱水溫度、藥劑濃度及熱水清洗時間等相關參數(shù)；啟動設備：啟動設備運行按鈕開啟設備；測量過程：測量單元進樣電磁閥打開，水樣流入測量單元后進行含油量的監(jiān)測；清洗過程：通過程序控制，測量過程結束前熱水提前加熱，當結束測量后，進樣電磁閥自動關閉，加藥泵自動開啟進行藥劑清洗，藥劑清洗完畢后，加藥泵自動關閉，熱水清洗閥自動打開進入熱水清洗。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行清洗，保證了清潔效果以及測量的準確性。每次自動清潔完成后會對裝置進行零點校正，若零點校正無問題，則繼續(xù)進入測量過程，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)場和遠程警報，提醒進行人工處理。人工處理后，再次啟動設備即可。整套設備由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)場應用效果

目前，研制的水中油在線監(jiān)測設備已應用于多個海上平臺。在無人工干預條件下，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，并與人工化驗結果進行對比，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)指標及分析方法》標準對水質(zhì)監(jiān)測的要求，證實了在線監(jiān)測結果的準確性。

4 結束語

針對水中油在線監(jiān)測設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)定運行以及自動化監(jiān)測，提高了監(jiān)測結果的準確性：

a. 正壓防護技術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性；

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

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

d. 研發(fā)了一套自動化監(jiān)測控制軟件，實現(xiàn)設備的自動在線監(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)查詢和自動預警，從而實現(xiàn)設備無需人工值守，能夠長期穩(wěn)定地在海上平臺工況條件下進行水中油含量在線監(jiān)測。

現(xiàn)場應用表明，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)測結果與人工化驗結果吻合，相對偏差在0.6%～7.6%，說明在線監(jiān)測結果準確，符合相關標準對監(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

［1］ 劉煬.油田采出水處理及回注過程中的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)研究［J］.石化技術，2018，25（7）：296.

［2］ 陳溯，安鵬，吳剛，等.海上智能油田建設研究［J］.石油科技論壇，2020，39（5）：16-23.

［3］ 蔣少杰，金珊，薛銀剛.全自動紫外油分析儀測定地表水中的石油類［J］.環(huán)境科技，2020，33（2）：44-48.

［4］ 焦振寰，宋久林，楊艷彬，等.全自動紅外法測定水中油［J］.分析儀器，2018（5）：65-69.

［5］ 郭永超，何勝輝.一種在線熒光法水中油傳感器的性能測試研究［J］.化工管理，2020（23）：110-111.

［6］ 錢貴軍，王學磊，張小芹.散射透射比值法油分濃度傳感器的研究和設計［J］.自動化儀表，2017，38（2）：86-88；92.

［7］ 郭波，張森，林振強，等.全自動紅外測油儀的研制［J］.化學分析計量，2019，28（3）：111-114.

［8］ 項光宏，聞路紅，王靜，等.水質(zhì)在線監(jiān)測技術研究及應用［J］.控制工程，2010，17（S1）：111-113.

［9］ 楊增光.污水油分與懸浮物光學在線監(jiān)測方法探析［J］.冶金與材料，2020，40（2）：50；52.

［10］ 崔建國，馬向輝，鄭學利，等.海上污水回注管網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的實施與應用［J］.中國石油和化工標準與質(zhì)量，2018，38（1）：37-38.

［11］ 徐棟，楊敏，周寅，等.石油平臺生產(chǎn)水排污在線監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)與應用［J］.化學工程，2018，46（1）：73-78.

［12］ 趙大慶，單巧利，劉海軍，等.采出水在線監(jiān)測系統(tǒng)在長慶油田的應用［J］.油氣田環(huán)境保護，2017，27（5）：48-50；62.

［13］ 畢毅，張晶.在線監(jiān)測技術在油田污水處理中的應用［J］.數(shù)字石油和化工，2009（4）：20-22.

［14］ 王蘭，呂冰冰，王義軍，等.水中含油在線分析儀探頭自動清洗功能改造［J］.科技創(chuàng)新導報，2018，15（8）：17-18；20.

［15］ 許飛.散射和熒光法油田注水在線監(jiān)測系統(tǒng)研究［D］.天津：天津大學，2015.

［16］ 李永清，穆謙益，李永長，等.采出水水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)研究［C］//中國儀器儀表學會，中國石油和化工自動化協(xié)會，中國化工裝備協(xié)會.中國石油和化工自動化第十一屆年會論文集.2012：441-446.

［17］ 李宸陽.污水中油分與懸浮物的光電在線監(jiān)測方法研究［D］.天津：天津大學，2014.

（收稿日期：2023-09-04，修回日期：2023-09-18）