CN114402199A - 测量石油流体的含水量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

为了测量烃的高于饱和度的含水量，从输送液态烃的输送管线接收液态烃样品。所述液态烃样品包括液态烃和浓度高于水饱和度水平的液态水。将所述液态烃样品与溶剂混合。在所述溶剂和所述液态烃样品的混合物中液态水的浓度低于水饱和度水平。在将所述液态烃样品与所述溶剂混合后，确定所述液态烃样品中的含水量。

Description

测量石油流体的含水量的方法和装置

优先权要求

本申请要求于2019年9月18日提交的美国专利申请号16/575,082的优先权，将其整个内容通过引用结合于此。

技术领域

本公开内容涉及测量烃例如石油流体的含水量。

背景技术

通过井眼从地下储层采出的烃可以包括石油、水、天然气或它们的组合。含水率(water cut)被定义为产出的水体积与通过井眼产出的总液体体积的比率。高于一定含水率阈值的含水率可能导致烃类的加工(例如精炼)效率低下。

发明概述

本公开内容描述涉及测量烃的高于饱和含水量的技术。

此处描述的主题的某些方面可以作为方法实施。从输送(携带，carry)液态烃的输送管线接收液态烃样品。液态烃样品包括液态烃和浓度高于水饱和度水平的液态水。将液态烃样品与溶剂混合。溶剂和液态烃样品的混合物中液态水的浓度低于水饱和度水平。在将液态烃样品与溶剂混合之后，确定液态烃样品中的含水量。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。使液态烃样品流入到测量池中。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。控制测量池的温度以将该温度基本上保持在将液态烃样品与溶剂混合之前和确定液态烃样品中的含水量期间的温度。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。温度为40℃。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。为了将液态烃样品与溶剂混合，使溶剂流入到测量池中。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。在将液态烃样品与溶剂混合之前，确定溶剂的含水量高于含水量阈值。响应性地，发送警报信号以停止将液态烃样品与溶剂混合。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。将含水量发送至计算机系统。将含水量显示在与计算机系统连接的显示装置上。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。使溶剂和液态烃样品的混合物流动到输送管线。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。液态烃样品是第一液态烃样品，所述溶剂是第一溶剂，并且所述含水量是第一含水量。在第一时刻确定第一含水量。在第一时刻之后的多个时刻，从输送管线获得多个液态烃样品。每个样品如之前所述进行处理以确定在每个液态烃样品中的液态水的含水量。确定在包括第一时刻和多个时刻的持续时间内第一液态烃样品和多个液态烃样品的含水率曲线。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。溶剂包括无水二甲苯。

此处描述的主题的某些方面可以作为方法实施。在步骤(a)中，将从输送液态烃样品的输送管线抽取的液态烃样品与一定量的溶剂混合。液态烃样品包括液态烃和浓度高于水饱和度水平的液态水。一定量的溶剂被配置为将液态水减少到低于水饱和度。在步骤(b)中，在将液态烃样品与溶剂混合之后，确定液态烃样品中的液态水的含水量。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。溶剂包括无水二甲苯。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。将液态烃样品从输送管线抽取到测量池中。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。将一定量的溶剂从溶剂储存罐抽取到测量池中以将液态烃样品与一定量的溶剂混合。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。在将液态烃样品与一定量的溶剂混合之前，将溶剂干燥以降低溶剂中的含水量。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。在第一时刻实施步骤(a)和(b)。在第一时刻之后的多个时刻实施这些步骤。在多个时刻确定含水量。将多个含水量相对于多个时刻绘图以对于在多个时刻期间流过输送管线的液态烃生成含水率曲线。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。将含水量发送至计算机系统并显示在连接至计算机系统的显示装置上。

可与其他方面中的任一个组合的一个方面包括以下特征。使溶剂和液态烃样品的混合物流动到输送管线。

本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节在附图和以下描述中阐述。所述主题的其他特征、方面和优点将从描述、附图和权利要求书变得明显。

附图说明

图1是一种用于测量液态烃样品中的含水率的系统的示意图。

图2是一种用于测量液态烃样品中的含水率的方法的示例的流程图。

图3是对一种用于测量液态烃样品中的含水率的方法的示例的描述。

各个附图中的相同标号和名称表示相同的要素。

具体实施方式

某些原油加工炼油厂规定出口原油的最大含水量应小于含水量阈值，例如，0.2重量百分比(重量％)。处于或低于这样的阈值的含水量降低了炼油厂的加工成本以及污染水的处理。如果液态烃中的水浓度低于水饱和度水平，则基于水浓度是均匀的，可以使用电容探头来测量含水量。然而，如果水浓度高于饱和度，则该假设是无效的并且基于电容的测量技术可能不准确。本公开内容描述了将已知量的包括液态烃和液态水在内的液态烃样品加入到已知量的溶剂，例如低介电溶剂，如无水二甲苯中。在本公开内容的上下文中，低介电溶剂是介电常数小于五的溶剂。更通常地，低介电溶剂是这样的溶剂，其与原油具有良好相容性以有利于混合，并且与水具有低亲和力以避免在储存期间的大量水吸收(其将会难以用分子筛除去)。选择溶剂和样品的量以使样品中的水浓度将低于水饱和度水平。然后可以测量混合物中的含水率，例如，使用前面描述的基于电容的测量技术进行测量。在本公开内容的上下文中，水饱和度是指水浓度的饱和点，即阈值，高于该浓度的水不能再溶解在溶剂中，并且将以分散的液滴形式或作为溶剂内的沉淀物存在。

此处描述的在线含水率测量系统可以提供控制产品流更接近炼油厂规格的能力，例如，调节破乳剂和洗涤水流速。此处描述的技术可以实施用于连续的、实时的含水量测量，其可以警示操作员注意输送管线中输送的液态烃中的含水量的变化。这样的警报还能够使操作员改变过程操作或警示其他操作员上游设备中的潜在故障。此处描述的含水率测量技术可以在整个水浓度范围，即0％到100％范围内，更具体地，0％到1％范围内提供准确的含水率数据。此外，此处描述的技术能够实现具有高于水饱和度水平的液态水的液态烃中的含水率测量。

图1是一种用于测量液态烃样品中的含水率的系统的示意图。该系统包括输送液态烃的输送管线102。在一些实施方式中，输送管线102可以输送通过井眼(未示出)采出的液态烃。例如，输送管线102可以从井口延伸到不同的位置，例如瓦斯油分离工厂(GOSP)或从GOSP延伸到原油出口终端或稳定化装置。在输送管线102中流动的液态烃可以包括液态水以及例如液态原油。快速回路系统104流体连接到流线102以从输送管线102获得液态烃样品。快速回路系统104可以是包括入口和出口(如如，下水道)并且流体连接至主管线(这里，输送管线102)的任何流体系统。快速回路系统104可以建立新鲜液态烃样品的连续流以用于后面描述的分析。快速回路系统104可以被配置为抽取期望量的液态烃样品以及抽取样品的期望频率，例如，使用电磁阀或等效机构。在一些实施方式中，快速回路系统104可以配备有流量计量系统、泵以允许再注入到输送管线102中或过滤系统(或它们中的任何两个或所有三个的组合)。

测量池106流体连接至快速回路系统104。从输送管线102抽取的一定体积的液态烃样品通过快速回路系统104流动到测量池106。测量池106的体积由用于测量含水率的液态烃样品的体积决定。体积过小可能导致测量不准确，而体积过大可能增加实施成本。在一些示例中，液态烃样品的体积可以为10毫升(m1)。在一些实施方式中，快速回路系统104可以包括在样品流动到测量池106之前使样品返回到输送管线102的流动路径。例如，快速回路系统104允许在压力、流速和过滤要求方面调节从输送管线102取样的烃，以及允许向测量池106提供新鲜样品。在一些实施方式中，快速回路系统104可以以匹配所需测量频率的频率提供新鲜样品，从而避免产品损失。未用于测量的产品返回到输送管线102。

抽取到测量池106中的液态烃样品包括浓度高于水饱和度水平的液态水。通过加入溶剂，例如介电溶剂如二甲苯，降低了液态水的浓度。通常，水和油不会混合。然而，介电溶剂如二甲苯可以溶解最少量的水。表1列出了某些溶剂在参考温度下的水溶解度。例如，二甲苯在25摄氏度(℃)下的水溶解度为百万分之391(ppm)。这意味着每升无水二甲苯可以溶解多达391微升(μl)的水。当水超过这个浓度时，它将会以液滴的形式从溶液中退出，并最终形成沉降层。在本公开内容中，将溶剂与原油的比率确定为满足在感兴趣的测量范围内的溶解度的条件。

表1.BS&W代表基本沉降物和水，并且是游离水、沉降物和乳液的量度，以占采出流的体积百分比测量。

在比表1中所报告的温度更高的温度下，预期溶解度值将更大，从而扩大可测量的含水量范围。在一项研究中，测量了在689.5千帕(kPa)下水在对二甲苯中的溶解度与温度的关系。发现对于温度的每个增量程度，溶解度在25℃到100℃之间增加了大约0.7％。因此，在60℃而不是25℃下进行测量会将水的测量范围扩大30％。

在一些实施方式中，溶剂储存在与测量池106流体连接的溶剂储存罐108中。取决于应用，溶剂储存罐108中的溶剂可以是二甲苯或在表1中提到的另一种低介电溶剂。储存罐108中的溶剂处于液态。可以使用泵(未示出)使溶剂从储存罐108流动到测量池106。备选地，可以利用测量池106和储存罐108之间的压力变化来将溶剂从储存罐108抽取到测量池106中。例如，压力变化可以通过利用干燥气体(例如，来自气瓶的氮气或来自工厂的干燥仪表空气)对储存罐108进行加压来产生。以这种方式，可以使确定的例如计量的量的溶剂从储存罐108流动到测量池106。

可以基于抽取到测量池106中的液态烃样品的体积以及通过BS&W测量的预期含水率来选择抽取到测量池106中的溶剂的量。例如，如表1中所显示的，为了在湿原油/二甲苯体系中测量高达0.782％的水，原油/二甲苯比率应为1∶20。对于体积为10.5ml的测量池，这大致相当于0.5ml原油和10ml二甲苯。

在一些实施方式中，储存罐108和测量池106直接流体连接，即通过管道而没有任何中间元件。通常，储存罐108中的低介电溶剂基本上不含水，或者至少具有低于含水量阈值的含水量。在一些实施方式中，可以通过在使溶剂流动到测量池106之前使溶剂流动通过干燥室110来进一步降低溶剂的含水量。例如，干燥室110一端可以流体连接到测量池106并且另一端连接到储存罐108。溶剂可以从储存罐108流动到干燥室110。干燥可以使用硅胶、活性氧化铝、沸石或它们的组合来实施。例如，干燥室110可以包括或可以实施为具有二氧化硅和氧化铝四面体的三维互连网络的结晶金属铝硅酸盐。这样的实施方式可有效地从有机液体中除去水。

在一些实施方式中，干燥室110不需要是其中布置有干燥剂的单独容器。相反，干燥室110可以实施为布置在流动路径(即，溶剂从储存罐108流动到测量池110的管子或管道)内的三埃(3A)至5A型分子筛。这样的分子筛可以从二甲苯中除去水，因为水分子具有1.93A大小，而二甲苯的分子大小在6.5A至7.5A范围内。

在一些实施方式中，将干燥气体(例如，干燥氮气或类似的惰性气体)与溶剂一起注入到测量池106中。形成超压力并避免溶剂中的水分污染。这样做可以减少干燥剂的负荷并且改善脱水过程的效率。在一些实施方式中，含有分子筛或其他干燥剂的筒可以位于储存罐108的入口处以避免水进入罐。在这样的实施方式中，干燥室110可以充当第二筒以确保在溶剂进入测量池106之前溶剂的完全干燥。在储存罐的入口处的筒和干燥室110都可以定期更换以确保水被有效收集。某些类型的筒(或干燥室)可以通过在惰性吹扫下加热高于120℃以从分子筛中置换水进行再生。

在使从输送管线102抽取的一定量的液态烃样品和从储存罐108抽取的一定量的溶剂流入到测量池106之后，测量混合物的含水率。在一些实施方式中，可以将干燥的惰性气体鼓泡到测量池106中以有利于溶剂和样品之间的混合。为此，将测量池106保持在特定温度，例如40℃。在一些实施方式中，测量池106可以连接至加热器(未示出)或定位在加热室(未示出)内以将测量池106保持在特定温度。

在将测量池106的温度保持在期望温度的情况下，测量测量池106内的混合物的含水率。含水率可以通过电容式仪表测量。

在一些实施方式中，测量池106可操作地连接到计算机系统(未示出)。计算机系统包括存储可由一个或多个处理器执行以执行操作的指令的计算机可读介质(例如，瞬态或非瞬态计算机可读介质)。这些操作包括从测量池106接收含水率测量结果。例如，将传感器安装在测量池106内并且可以测量含水率。传感器可操作地连接到计算机系统并且可以将含水率发送到计算机系统。计算机系统可操作地连接到显示装置(未示出)。计算机系统可以显示样品的含水率或在显示装置中生成并显示多个样品的含水率曲线(稍后描述)。在一些实施方式中，含水率(或BS&W)可以显示在含水率分析仪本身的电子外壳上或通过工厂信息(PI)系统或类似的数据传输系统远程传送到工厂控制室。

在已经测量了样品的含水率之后，将样品从测量池106中回收并返回到输送管线102。在一些实施方式中，样品回收系统112在一端流体连接到测量池106并且在另一端连接到输送管线102。在一些实施方式中，样品回收系统112包括接收来自测量池106的溶剂-烃混合物的罐。样品回收系统112可以连接至泵并且周期性地排空到下水道或进入输送管线102中。

图2是用于测量液态烃样品中的含水率的方法200的一个示例的流程图。在202处，从输送管线例如输送管线102接收液态烃样品。在204处，将液态烃样品与溶剂(例如来自储存在储存罐108中的溶剂)混合。例如，在测量池106中实施混合。在206处，确定样品的含水率。在214处，将含水率显示在例如计算机系统的显示装置上。在208处，确定是否要测量额外样品的含水量。如果要测量额外的样品(判定分支“是”)，则重复步骤202、204和206以确定多个相应样品的含水率。特别地，在相应的时刻从输送管线中抽取每个额外的样品，并测量其含水率。抽取不同样品和测量含水率的频率可能取决于正在执行的操作或被控制的过程。例如，可以定期抽取并测量四个样品，即以相等的时间间隔(每小时)进行。以这种方式，获得在跨越多个时刻的持续时间内从输送管线抽取的多个样品的含水率。如果没有额外的样品剩余(判定分支“否”)，则在210处，确定液态烃的含水率曲线。含水率曲线是多个样品的含水率相对于从输送管线102抽取多个样本或对多个样本测量的含水率时的相应时刻的曲线图。计算机系统可以使用任何绘图或图形生成软件生成含水率曲线。在214处，将含水率显示在显示装置上。

在参考图1和2所描述的实施方式中。液态烃样品在从输送管线102底部测量的特定高度处从输送管线102抽取。在这样的实施方式中，每个样品的含水率或多个样品的含水率曲线代表在测量高度处流过输送管线102的液态烃中的含水率。在一些实施方式中，可以实施此处描述的技术以确定在单独容器中的不同高度处的含水率。认识到含水率在容器内的不同高度处可能是不同的，多个样品可以在从容器底部测量的不同高度处从容器中抽取。通过这样做，可以确定在容器高度上的含水率曲线。使用如本公开内容中所述测量的含水率或含水率曲线(或两者)，可以对控制系统进行编程以在含水率(即，BS&W读数)和某些操作(例如，洗涤水流速、破乳剂流速、再循环阀的开度、存在热交换器的加热要求或类似井眼、输送管线或工厂操作)之间建立关系。可以将不合格的原油分开并送往不同的罐。在一些实施方式中，混合元件，例如静态混合器，可以布置在输送管线102中，并且可以在混合元件的下游对烃进行取样，以确保烃的混合并获得代表性样品。

实施例

图3是对一种用于测量液态烃样品中的含水率的方法的示例的描述。在302处，将无水二甲苯注入到具有干燥氮气的10ml测量池中。在304处，将测量池的温度被控制在40℃。在306处，测量无水溶剂中的含水量。发现含水量为按体积计百万分之50体积(ppmv)。在308处，验证无水溶剂的含水量低于200ppmv的含水量阈值。如果无水溶剂的含水量高于该含水量阈值，则会触发警报，要求更换溶剂或在溶剂储罐入口处的分子筛筒。在310处，将1ml的原油从带有干燥氮气的快速回路系统注入到测量池中。在312处，将测量池的温度保持在40℃。在314处，测得测量池中的无水溶剂和液态烃样品的混合物的含水量为300ppm。在316处，确定液态烃样品的含水率。特别地，原油样品的含水率使用以下公式测量：

在上面的公式中，“mix.vol.”代表液态烃(HC)样品和溶剂的混合物的体积，“mix.WC”代表该混合物的含水率。在这个实施例中，液态HC WC为2800ppm或0.28％。在318处，使混合物通过样品回收系统返回到输送管线。

在一些实施方式中，此处描述的含水率测量系统可以进行校准。为此，可以同时或在不同的时刻抽取两个样品。这些样品可以进行不同的稀释。例如，第一样品可以以1∶10的比率稀释，并且第二样品可以用稀释液(dilusion fluid)例如低介电溶剂以1∶20的比率稀释。可以对前面描述的两个样品实施含水率测量。如果系统按预期运行，则第一个样品的含水率将是第二个样品含水率的两倍。当对具有线性稀释比范围的多个样品实施类似校准时，样品的含水率曲线也将是线性的。备选地或另外地，平行地处理相同浓度(1∶10或1∶20)的两个水样品允许求解具有两个未知数(烃和溶剂中的原始含水量)的两个方程组，从而使得能够测量混合物组分的含水量。

总之，本公开内容中描述的技术允许测量含有分散液滴的水饱和石油流体的含水量。实施这些技术能够使原油中以液滴形式存在的水被溶解在无水溶剂中，并且因此容易作为均匀混合物的一部分被测量。通过改变溶剂和石油流体的体积比，可以覆盖石油流体中非常宽范围(例如，从0％到100％)的水浓度。

因此，已经描述了主题的特定实施方式。其他实施方式在所附权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中述及的动作可以以不同的顺序执行，并且仍获得期望的结果。此外，附图中描绘的方法不一定需要所显示的特定顺序或依次顺序来获得期望的结果。在某些实施方式中，多任务和并行处理可能是有利的。

Claims (18)

1.一种方法，所述方法包括：

从输送液态烃的输送管线接收液态烃样品，所述液态烃样品包含液态烃和浓度高于水饱和度水平的液态水；

将所述液态烃样品与溶剂混合，其中所述溶剂和所述液态烃样品的混合物中所述液态水的浓度低于所述水饱和度水平；和

在将所述液态烃样品与所述溶剂混合之后，确定所述液态烃样品中的含水量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中接收所述液态烃样品包括使所述液态烃样品流入到测量池中。

3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括：将所述测量池的温度控制为基本上保持在将所述液态烃样品与所述溶剂混合之前和在确定所述液态烃样品中的含水量期间的温度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述温度为40℃。

5.根据权利要求2所述的方法，其中将所述液态烃样品与溶剂混合包括使所述溶剂流入到所述测量池中。

6.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括，在将所述液态烃样品与所述溶剂混合之前：

确定所述溶剂的含水量高于含水量阈值；和

响应于确定所述溶剂的含水量高于所述含水量阈值，发送警报信号以停止将所述液态烃样品与所述溶剂混合。

7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

将所述含水量发送至计算机系统；和

将所述含水量显示在与所述计算机系统连接的显示装置上。

8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括使所述溶剂和所述液态烃样品的混合物流动到所述输送管线。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述液态烃样品是第一液态烃样品，所述溶剂是第一溶剂，所述含水量是第一含水量，其中所述第一含水量是在第一时刻确定的，其中所述方法还包括，在所述第一时刻之后的相应多个时刻：

从所述输送管线接收相应的多个液态烃样品，所述液态烃样品中的每一个包含液态烃和各自浓度高于水饱和度水平的液态水；

将所述液态烃样品中的每一个与所述溶剂混合；

在将所述液态烃样品中的每一个与所述溶剂混合之后，确定所述液态烃样品中的每一个中的液态水的含水量；和

在包括所述第一时刻和所述多个时刻在内的持续时间内对所述第一液态烃样品和所述多个液态烃样品形成含水率曲线。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶剂包括无水二甲苯。

11.一种方法，所述方法包括：

(a)将从输送液态烃的输送管线中抽取的液态烃样品与一定量的溶剂混合，所述液态烃样品包含液态烃和浓度高于水饱和度水平的液态水，所述一定量的溶剂被配置为将所述液态水减少至低于所述水饱和度；和

(b)在将所述液态烃样品与所述溶剂混合之后，确定所述液态烃样品中所述液态水的含水量。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述溶剂包括无水二甲苯。

13.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括将所述液态烃样品从所述输送管线抽取到测量池中。

14.根据权利要求13所述的方法，其中将所述液态烃样品与所述一定量的溶剂混合包括使所述一定量的溶剂从溶剂储存罐流入到所述测量池中。

15.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：在将所述液态烃样品与所述一定量的溶剂混合之前，干燥所述溶剂以降低所述溶剂中的含水量。

16.根据权利要求11所述的方法，其中步骤(a)和(b)在第一时刻实施，所述方法还包括：

在所述第一时刻之后的多个时刻实施步骤(a)和(b)；

在所述多个时刻确定多个含水量；和

将所述多个含水量相对于所述多个时刻绘图以对在所述多个时刻期间流过所述输送管线的所述液态烃生成含水率曲线。

17.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：

将所述含水量发送至计算机系统；和

将所述含水量在与所述计算机系统连接的显示装置上显示。

18.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括使所述溶剂和所述液态烃样品的混合物流动到所述输送管线。

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