射线型原油低含水仪在计量监测中的应用

【摘要】射线型原油低含水率自动计量系统于1998年在中原油田输油管理处开始使用，经过8年的使用表明，其性能指标均达到理想效果。但当原油品质发生变化时，该仪表测量面临新问题，就需要一种更新的仪表解决。为此，我们又提出了新的检测思想，其原理是基于油、气、水三种不同介质对两种能量的γ射线的吸收不同，通过检测γ射线穿过油、气、水的混合物后的透射计数，特别是修正了由于原油中含气（乳化或游离）对含水率测量的影响，经过理论计算，实现对原油含气、含水率的在线分析。

【关键词】含水率；计量；射线；吸收

一、前言

中原油田目前主要采用注水采油工艺，采出原油含水率普遍偏高，各采油队将混合液汇输到联合站经过高效三相分离器处理，最后通过流量计与油气储运管理处进行交接。对原油的计量主要采用含水仪配合流量计的方法。目前测量原油含水率的技术中，主要有人工蒸馏化验法、电容法、短波法、微波法（或射频法）、振动密度计法，但这些技术都属于接触式测量都，有一定的局限性。而中原油田所产原油的腐蚀性较强，结垢、结蜡严重，致使仪表长期运行的可靠性差，原油计量自动化情况始终处于一个较低水平，给油田开发管理带来诸多不变。

射线型原油低含水仪正是为解决上述诸多问题而开发研制。中原油田油气储运管理处自1998年以来推广应用了14台，如油库来油计量及各采油厂交接点处分别安装了射线型原油低含水仪，用于含水监测，使用效果很好，为油田原油交接计量节省了人力、物力和财力，显示出良好的社会和经济效益。

二、工作原理

射线型原油含水率自动监测仪是根据低能γ光子在与被测介质相互作用时的吸收衰减原理设计的工业同位素仪表，其工作原理是：具有一定初始强度的γ射线穿过油、气、水三相混合介质，通过探测器分别在其透射方向测出透射计数，然后进行计算，得到其混合介质的油水体积比，从而得到含水率。具体方法如下：

当一定能量的γ射线穿过一定厚度的某一介质时，其衰减后强度满足指数衰减规律，即

N=N0exp（-μx）

式中：N0─γ光子源强度；

N─衰减后的强度；

X─射线穿过某物质的厚度；

μ─某物质对γ射线的吸收系数，它与物质的密度有关。

当射线穿过含有两种物质的混合介质时，则上式可表示为：

N= N0exp[-μ1η-μ2（1-η）]L

式中：μ1、μ2─两种被测物质对γ射线的吸收系数；

L─源和探测器之间的空间距离；

η-两种被测物质体积比。

上式经整理可得：

η=alnN+b

式中的a、b是常数。

当测得透射计数N时，根据上式就很容易得到两种物质的体积比η。在油田原油计量中，如果原油不含气，则η就是原油的体积含水率。

油品、含气变化使原油介质对射线的吸收系数（公式中的μ2和υ2）改变，从而导致对含水测量的偏差。当射线能量确定后，吸收系数是只与介质的化学组成和密度有关的物理量，所以原油混输作业导致含水测量偏差的主要因素是油品密度的变化。该测量思想采用双束测量法对密度变化进

目前，根据上述原理设计加工的含水仪表已在中原油田油库安装就位。从初步的数据来看，在混输条件下仪表能够对油品变化有明显的修正，待数据进一步完善后，可大面积推广。

三、结构性能和技术参数

1.结构性能

射线型原油含气、含水率自动监测仪由测量管道、传感器（一次仪表）和计算机数据获取处理系统（二次仪表）两大部分构成， 如图所示：

2.技术参数

1）含水率测量范围：0.1%～20%，测量误差：±0.10%

2）密度变化范围：0～±5%

3）工作方式：全自动在线连续测量

4）使用范围和环境：适用于油田各种规格管线的计量分析

环境温度：10～45℃

介质温度：10℃～80℃

湿度（相对）：≤85%

振动：振幅≤1mm，频率≤20%

5）工作压力：1.6MPa、2.5MPa、6.4MPa

6）工作电源：220V±15%（50Hz）

7）防爆等级：dIIBT4

8）信号有效传输距离：200m

经过试验室模拟测试及现场运行检测，以及中石油计量检测研究所的检测，证明该监测仪的各项技术指标，都已达到设计指标，适合于油田现场的计量要求。

四、现场应用情况

中原油田油气储运管理处1998年开始试用射线型原油低含水仪，1999年在各采油厂计量交接口和油库推广使用。基本配置是：每条管线配有射线型含水仪、腰轮流量计，附加温变、压变和其它仪器仪表，配套计算机系统是研华PCL-610工业微机；系统将采集到的原始数据进行后台处理计算，对各条计量管线的液量、油、水量、含水率、含气率、温度、压力进行实时监测，以报表和趋势图的形式显示。自动进行含水、含气折算，油、气、水量累加计算，按照中原油田计量标准报表格式对各来油管线的液量、油量、水量以瞬时、班、日报表的形式现场显示、自动定时打印。

五、结论

射线型原油低含水率自动监测仪，实现了原油含水率在线全流量的测量，消除了由于含气对含水测量带来的误差，克服了其它种类含水仪表由于水包油或油包水等因素造成的测量范围小、非线性误差大以及由于分流取样测量而导致的含水测量代表性差的不足。就在线测量而言，射线型含水仪表的测量精度优于其他种类仪表。

该仪表是通过监测同位素射线穿过被测介质后的透射和散射计数实现油气水三组分在线自动测量的，由于射线是与介质的原子发生作用，因而仪表的精度不受原油的流态的影响。又由于该仪表的创新之处在于使用了散射方式，这一新的测量方式将为多相流的在线监测提供了新的方法。

采用非接触式测量方法是该仪表的特点，使得仪表避免了原油结垢、结蜡的问题，使一次仪表免维护得到技术上的保证。

该仪表监测量程宽、自动化程度高、安装方便、操作简单易学，给现场操作人员带来诸多方便，使油田原油计量水平上了一个台阶。

该仪表是低剂量同位素工业仪表，对γ射线采用了严密的辐射屏蔽，没有任何计剂量的泄漏，仪表周围任意距离的γ剂量大大低于国家安全剂量标准。此外，仪表采用了防爆措施，防爆等级为dⅡBT4，保证环境和工作人员的绝对安全。

作者简介

陶太琴，女，汉族，河南濮阳人，主要从事原油动态计量和交接工作。