CN115867801A - 使用干燥的石油流体溶剂测量石油流体的水含量 - Google Patents

使用干燥的石油流体溶剂测量石油流体的水含量 Download PDF

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Abstract

为了使用干燥的液态烃溶剂测量液态烃的水含量，从携带液态烃的流线上接收液态烃样品。液态烃样品包含液态烃和浓度大于水饱和度水平的液态水。将液态烃样品分成第一部分和剩余部分。将第一部分干燥以去除第一部分中的液态水。将剩余部分与干燥的第一部分混合，从而使剩余部分和干燥的第一部分的混合物中的液态水的浓度低于水饱和度水平。在将剩余部分与干燥的第一部分混合后，确定液态烃样品中的水含量。

Description

使用干燥的石油流体溶剂测量石油流体的水含量
优先权声明
本申请要求2020年6月22日提交的美国专利申请号16/907,565的优先权，该专利申请的全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本披露涉及测量烃类(例如，石油流体)的水含量。
背景技术
通过井筒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。含水率被定义为通过井筒采出的水的体积与采出的总液体的体积的比率。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。
发明内容
本披露描述了与使用干燥的烃类作为溶剂测量烃类的高于饱和水含量有关的技术。
这里描述的主题的某些方面可以作为方法实施。从携带液态烃的流线上接收液态烃样品。液态烃样品包含液态烃和浓度大于水饱和度水平的液态水。将液态烃样品分成第一部分和剩余部分。将第一部分干燥以去除第一部分中的液态水。将剩余部分与干燥的第一部分混合，从而使剩余部分和干燥的第一部分的混合物中的液态水的浓度低于水饱和度水平。在将剩余部分与干燥的第一部分混合后，确定液态烃样品中的水含量。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。为了将液态烃样品分成第一部分和剩余部分，流量控制装置通过第一流体流动路径接收液态烃样品。流量控制装置使第一部分流入与第一流体流动路径分开的第二流体流动路径。流量控制装置使剩余部分流入与第一流体流动路径和第二流体流动路径分开的第三流体流动路径。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。剩余部分通过第三流体流动路径流入测量池。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。在将剩余部分与干燥的第一部分混合之前以及在确定液态烃样品中的液态水的水含量期间，将测量池的温度控制为基本上保持在一定温度。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。温度是40℃。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。为了将剩余部分与第一干燥部分混合，使干燥的第一部分流入测量池。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。在将剩余部分与干燥的第一部分混合之前，使干燥的第一部分从干燥室流向与测量池流体联接的储存罐以使干燥的第一部分从储存罐流向测量池。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。使剩余部分和干燥的第一部分的混合物从测量池流向储存罐。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。在将剩余部分与干燥的第一部分混合之前，确定干燥的第一部分的水含量大于水含量阈值。响应地，发送报警信号以停止将剩余部分与干燥的第一部分混合。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。将水含量发送至计算机系统。将水含量显示在与计算机系统连接的显示装置上。
这里描述的主题的某些方面可以作为方法实施。在步骤(a)中，将从流线上抽取的液态烃样品分成第一部分和剩余部分。液态烃样品包含液态烃和浓度大于水饱和度水平的液态水。在步骤(b)中，将第一部分干燥以去除第一部分中的液态水。第一部分的量被配置为使液态水减少到低于水饱和度。在步骤(c)中，将剩余部分与干燥的第一部分混合。在步骤(d)中，在将液态烃样品与溶剂混合后，确定液态烃样品中的液态水的水含量。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。剩余部分被抽取到测量池中。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。为了将剩余部分与干燥的第一部分混合，使干燥的第一部分流向与测量池流体联接的储存罐。使干燥的第一部分从储存罐流向测量池。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。在将剩余部分与干燥的第一部分混合之前，将干燥的第一部分干燥以减少干燥的第一部分中的水含量。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。步骤(a)、(b)、(c)和(d)在第一时刻和在第一时刻之后的多个时刻再次实施。在多个时刻确定多个水含量。将多个水含量与多个时刻绘图以得出在多个时刻期间流动通过流线的液态烃的含水率曲线。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。将水含量发送至计算机系统。将水含量显示在与计算机系统连接的显示装置上。
可与任何其他方面组合的方面包括以下特征。使溶剂和液态烃样品的混合物流入流线。
本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节在下面的附图和说明书中阐述。从说明书、附图以及权利要求，本主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是用于测量液态烃样品中的含水率的系统的实施方式的示意图。
图2是用于测量液态烃样品中的含水率的方法的实例的流程图。
图3是用于测量液态烃样品中的含水率的方法的实例的描述。
图4是用于测量液态烃样品中的含水率的系统的另一个实施方式的示意图。
图5是用于测量液态烃样品中的含水率的另一种方法的实例的流程图。
图6是用于测量液态烃样品中的含水率的另一种方法的实例的描述。
在各个附图中，相似的参考标记和名称指示相似元素。
具体实施方式
某些原油加工精炼厂规定，出口原油的最大水含量应低于水含量阈值，例如，0.2重量百分比(wt.％)。水含量处于或低于此阈值降低精炼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，则在水浓度均匀的基础上，可以使用电容探头来测量水含量。然而，如果水浓度高于饱和度，则假设无效并且基于电容的测量技术可能不准确。本披露描述了将已知量的液态烃样品(包括液态烃和液态水)添加到已知量的溶剂，例如，低介电溶剂，如干二甲苯中。在本披露的上下文中，低介电溶剂是介电常数小于五的溶剂。更概括而言，低介电溶剂是这样的溶剂，其与原油具有良好的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难以用分子筛去除的大量水吸收。溶剂和样品的量被选择为使得样品中的水浓度将低于水饱和度水平。混合物中的含水率然后可以例如使用前面描述的基于电容的测量技术进行测量。在本披露的上下文中，水饱和度是指水浓度的饱和点，即阈值，高于该饱和点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积物存在。
这里描述的在线含水率测量系统可以提供控制产品流更接近精炼厂规格的能力，例如，调整破乳剂和洗涤水流速。这里描述的技术可以实现连续的、实时的水含量测量，这可以提醒操作人员注意流线中携带的液态烃的水含量变化。这种警报也可以使操作人员能够改变工艺操作或提醒其他操作人员注意上游设备的潜在故障。这里描述的含水率测量技术可以在整个水浓度范围内提供准确的含水率数据，即0％至100％的范围，更具体地，0％至1％的范围。此外，这里描述的技术能够实现在液态水高于水饱和度水平的情况下液态烃中的含水率测量。
图1是用于测量液态烃样品中的含水率的系统的实施方式的示意图。该系统包括携带液态烃的流线102。在一些实施方式中，流线102可以携带通过井筒(未示出)采出的液态烃。例如，流线102可以从井口通向不同位置，例如，瓦斯油分离工厂(GOSP)或从GOSP通向原油出口终端或稳定化工厂。流线102中流动的液态烃可以包括液态水和例如液态原油。快速回路系统104与流线102流体联接以从流线102获得液态烃样品。快速回路系统104可以是任何流体系统，其包括入口和出口(例如，排放口)并与主管线(这里，流线102)流体联接。快速回路系统104可以建立新鲜液态烃样品的连续流动以用于稍后描述的分析。快速回路系统104可以被配置为抽取希望量的液态烃样品和抽取样品的希望频率，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、允许回注到流线102的泵、或过滤系统(或它们中的任何两种或所有三种的组合)。
测量池106与快速回路系统104流体联接。通过快速回路系统104从流线102上抽取的液态烃样品的体积流向测量池106。测量池106的体积是由用于测量含水率的液态烃样品的体积决定的。过低的体积可能导致测量的不准确，而过高的体积可能增加实施成本。在一些实例中，液态烃样品的体积可以是10毫升(ml)。在一些实施方式中，快速回路系统104可以包括流动路径，其在样品流向测量池106之前将样品返回到流线102。快速回路系统104允许调节从流线102取样的烃，例如，在压力、流速和过滤要求方面，并向测量池106提供新鲜样品。在一些实施方式中，快速回路系统104可以以与所需测量频率相匹配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流线102。
抽取到测量池106的液态烃样品包括浓度大于水饱和度水平的液态水。通过添加溶剂，例如，介质溶剂如二甲苯，降低液态水的浓度。一般来说，水和油不混合。然而，介电溶剂，如二甲苯，可以溶解少量的水。表1列出了在参考温度下某些溶剂的水溶解度。例如，二甲苯在25摄氏度(℃)下的水溶解度为391百万分率(ppm)。这意味着每升干二甲苯可以溶解高达391微升(μl)的水。当水超过这个浓度时，它将以液滴的形式从溶液中滴出并最终形成沉积层。在本披露中，确定溶剂与原油比率以满足在所考虑的测量范围内的溶解度条件。
Figure BDA0004010532080000061
表1.BS&W代表基本沉积物和水并且是游离水、沉积物和乳液的量度，作为采出流的体积百分比测量。
在比表1中报告的温度更高的温度下，预计溶解度值将更大，从而扩大可测量水含量的范围。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。发现，对于每个增量的温度度数，在25℃与100℃之间，溶解度增加约0.7％。因此，在60℃而不是25℃下测量将使水测量范围扩大30％。
在一些实施方式中，溶剂被储存在与测量池106流体联接的溶剂储存罐108中。根据应用，溶剂储存罐108中的溶剂可以是二甲苯或表1中提到的另一种低介电溶剂。溶剂储存罐108中的溶剂处于液态。溶剂可以使用泵(未示出)从溶剂储存罐108流向测量池106。可替代地，可以利用测量池106与溶剂储存罐108之间的压力变化将溶剂从溶剂储存罐108抽取到测量池106中。例如，可以通过用干气体(例如，来自气瓶的氮气或来自工厂的干仪表空气)对溶剂储存罐108加压来产生压力变化。以这种方式，确定的(例如，计量的)量的溶剂可以从溶剂储存罐108流向测量池106。
抽取到测量池106中的溶剂的量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。例如，如表1所示，为了测量湿原油/二甲苯系统中高达0.782％的水，原油/二甲苯比率应该是1:20。对于具有10.5ml体积的测量池，这大致转化为0.5ml的原油和10ml的二甲苯。
在一些实施方式中，溶剂储存罐108和测量池106是直接流体联接的，即通过管道并且没有任何中间元件。一般来说，溶剂储存罐108中的低介电溶剂基本上是无水的，或者至少具有低于水含量阈值的水含量。在一些实施方式中，在使溶剂流向测量池106之前，可以通过使溶剂流动通过干燥室110来进一步降低溶剂的水含量。例如，干燥室110可以在一端与测量池106流体联接并且在另一端与溶剂储存罐108流体联接。溶剂可以从溶剂储存罐108流向干燥室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。这样的实施方式有效地从有机液体中去除水。
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(即管子或管道)内的三埃(3A)至5A型分子筛，通过这些管子或管道溶剂从溶剂储存罐108流向测量池106。这样的分子筛可以从二甲苯中去除水，因为水分子具有1.93A的尺寸，而二甲苯具有在6.5A至7.5A范围内的分子尺寸。
在一些实施方式中，将干气体(例如，干氮气或类似的惰性气体)与溶剂一起注入测量池106中。以产生超压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提高脱水过程的效率。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溶剂储存罐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。在溶剂储存罐108的入口处的筒和干燥室110都可以定期更换以确保有效地收集水。某些类型的筒(或干燥室)可以通过在惰性吹扫下加热到超过120℃以从分子筛中置换水进行再生。
在从流线102上抽取的一定量的液态烃样品和从溶剂储存罐108抽取的一定量的溶剂流向测量池106后，测量混合物的含水率。在一些实施方式中，可将干惰性气体鼓泡到测量池106中以促进溶剂与样品之间的混合。为此，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可以连接到加热器(未示出)或置于加热室(未示出)内以将测量池106保持在特定温度。
在测量池106的温度保持在希望温度的情况下，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来测量。
在一些实施方式中，测量池106与计算机系统(未示出)可操作地联接。计算机系统包括存储可由一个或多个处理器执行的指令以执行操作的计算机可读介质(例如，暂态或非暂态计算机可读介质)。操作包括从测量池106接收含水率测量。例如，传感器安装在测量池106内并且可以测量含水率。传感器与计算机系统可操作地联接并可将含水率传送到计算机系统。计算机系统与显示装置(未示出)可操作地联接。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发送到工厂控制室。
在测量了样品的含水率后，从测量池106中回收样品并返回到流线102。在一些实施方式中，样品回收系统112在一端与测量池106流体联接并且在另一端与流线102流体联接。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可以连接到泵上并定期排空到排放口或进入流线102。
图2是用于测量液态烃样品中的含水率的方法200的实例的流程图。在202，从流线，例如流线102上接收液态烃样品。在204，将液态烃样品与溶剂，例如来自溶剂储存罐108中储存的溶剂混合。混合例如在测量池106中实施。在206，确定样品的含水率。在214，含水率例如在计算机系统的显示装置上显示。在208，确定是否要测量额外样品的水含量。如果要测量额外样品(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，每个额外样品在相应时刻从流线上抽取，并测量其含水率。抽取不同样品和测量含水率的频率可以取决于正在进行的操作或正在控制的过程。例如，可以定期抽取并测量四个样品，即每小时以相等的时间间隔。以这种方式，获得在跨越多个时刻的持续时间内从流线上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，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与从流线102上抽取多个样品或测量多个样品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，含水率显示在显示装置上。
在参照图1和2描述的实施方式中，液态烃样品是在从流线102的底部测量的特定高度处从流线102中抽取的。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了在测量的高度处流动通过流线102的液态烃中的含水率。在一些实施方式中，可以实施这里描述的技术以确定在分开容器中不同高度处的含水率。认识到在容器内的不同高度处含水率可能不同，可以在从容器底部测量的不同高度处从容器中抽取多个样品。通过这样做，可以确定整个容器高度的含水率曲线。使用如本披露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建立含水率(即BS&W读数)与某些操作(例如，洗涤水流速、破乳剂流速、再循环阀的打开、在热交换器存在下的加热要求或类似井筒、流线或工厂操作)之间的关系。可以将不合格的原油分开并送到不同的罐。在一些实施方式中，可以在流线102中布置混合元件，例如静态混合器，并且可以在混合元件下游对烃进行取样以确保烃的混合并获得代表性样品。
实例
图3是用于测量液态烃样品中的含水率的方法的实例的描述。在302，将干二甲苯与干氮气一起注入10ml测量池中。在304，测量池的温度被控制在40℃。在306，测量干溶剂中的水含量。发现水含量为按体积计50百万分率(ppmv)。在308，验证了干溶剂水含量低于200ppmv的水含量阈值。如果干溶剂水含量大于水含量阈值，则触发警报，要求更换溶剂或在溶剂储存罐的入口处的分子筛筒。在310，将1ml的原油与干氮气一起从快速回路系统注入测量池中。在312，测量池的温度保持在40℃。在314，测量池中干溶剂和液态烃样品的混合物的水含量测量为300ppm。在316，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：
Figure BDA0004010532080000101
在以上公式中，“mix.vol.”代表液态烃(HC)样品和溶剂的混合物的体积并且“mix.WC”代表混合物的含水率。在这个实例中，液态HC WC为2800ppm或0.28％。在318，混合物通过样品回收系统返回到流线。
在一些实施方式中，可以对这里描述的含水率测量系统进行校准。为此，可以同时或在不同时刻抽取两个样品。样品可以被不同地稀释。例如，第一个样品可以按1:10的比率稀释，并且第二个样品可以按1:20的比率用稀释流体，例如，低介电溶剂稀释。可以对前面描述的两个样品实施含水率测量。如果系统按预期操作，则第一个样品的含水率将是第二个样品的含水率的两倍。当对具有线性稀释比率范围的多个样品实施类似的校准时，样品的含水率曲线也将是线性的。可替代地或另外，平行地处理相同浓度(1:10比率或1:20比率)的两个水样品允许求解具有两个未知数(烃和溶剂中的原始水含量)的两个方程组，使得能够测量混合物组分的水含量。
图4是用于测量液态烃样品中的含水率的系统的另一个实施方式的示意图。在参照图1描述的系统中，通过向样品中添加一定量的干溶剂来降低烃样品中的水的浓度。相比之下，在参照图4描述的系统中，首先将一定量的烃样品本身干燥并且然后添加到未干燥的烃样品中，使得干燥的烃样品降低了未干燥的烃样品中的水的浓度。尽管本披露中描述的系统已经在评估液态烃样品的上下文中进行了描述，但系统也可用于类似地评估其他液体如发动机润滑油、涡轮机油、曲轴箱油、变压器油、液压油、重油、生物汽油和切削油。
系统包括基本上类似于流线102的流线402。与流线102一样，流线402也可以携带通过井筒(未示出)采出的液态烃。例如，流线402可以从井口通向不同位置，例如，瓦斯油分离工厂(GOSP)或从GOSP通向原油出口终端或稳定工厂。流线402中流动的液态烃可以包括液态水和例如液态原油。基本上类似于快速回路系统104的快速回路系统404与流线402流体联接以从流线402获得液态烃样品。快速回路系统404可以被配置为抽取希望量的液态烃样品和抽取样品的希望频率，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404可以配备有流量计量系统、允许回注到流线402的泵、或过滤系统(或它们中的任何两种或所有三种的组合)。
在一些实施方式中，通过快速回路系统404抽取的液态烃样品例如通过在具有或没有阀的情况下可操作的流量控制装置405(例如，3路分流器或T型分流器)被分成两个分支。如稍后描述的，将液态烃样品的一个分支干燥并用作溶剂以降低液态烃样品的另一个分支中的水的浓度。流入一个分支随后被干燥的液态烃样品的量取决于流入另一个分支进行测试的液态烃样品的量。因此，流量控制装置405可以包括可控流量计(未示出)，其可以计量干燥所需的液态烃样品的量并相应地分流液态烃样品。在一些实施方式中，快速回路系统404可以包括流动路径，其在样品流向流量控制装置405之前将样品返回到流线402。快速回路系统404允许调节从流线402取样的烃，例如，在压力、流速和过滤要求方面，并向流量控制装置405提供新鲜样品。在一些实施方式中，快速回路系统404可以以与所需测量频率相匹配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流线402。
测量池406(基本上类似于测量池106)与流量控制装置405流体联接。通过快速回路系统404从流线402上抽取并通过流量控制装置405分开的一定量的液态烃样品流向测量池406。测量池406的体积是由用于测量含水率的液态烃样品的量决定的。过低的体积可能导致测量的不准确，而过高的体积可能增加实施成本。在一些实例中，液态烃样品的体积可以是10毫升(ml)。
抽取到测量池406的液态烃样品可以具有浓度大于水饱和度水平的液态水。在测试样品中的水的水平之前，需要将浓度降低到低于水饱和度水平。为此，将未流向测量池406的液态烃样品的分支干燥。特别地，液态烃样品的该分支流动通过干燥室408(基本上类似于干燥室110)。例如，干燥室408可以在一端与流量控制装置405流体联接并且在另一端与储存罐410储存罐410(基本上类似于溶剂储存罐108)流体联接。液态烃样品的从流量控制装置405通过干燥室408的分支和干燥的液态烃样品可以流向储存罐410。干燥室408中的干燥可以使用硅胶、活性氧化铝、沸石、或它们的组合来实施。例如，干燥室408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。这样的实施方式有效地从有机液体中去除水。
在一些实施方式中，干燥室408不需要是其中布置有干燥剂的单独容器。相反，干燥室408可以实施为布置在流动路径(即管子或管道)内的三埃(3A)至5A型分子筛，通过这些管子或管道液态烃样品从流量控制装置405流向储存罐410。这样的分子筛可以从液态烃样品中去除水，因为水分子具有低于3A的尺寸，而典型的烃的分子尺寸落在比筛的孔更大的尺寸范围内。例如，乙烯、丙烷和甲苯分别具有4.2A、4.9A和6.7A的尺寸。选择最合适的分子筛将取决于具体应用。
干燥的液态烃样品可以使用泵(未示出)从储存罐410流向测量池406。可替代地，可以利用测量池406与储存罐410之间的压力变化将干燥的液态烃样品从储存罐410抽取到测量池406中。例如，可以通过用干气体(例如，来自气瓶的氮气或来自工厂的干仪表空气)对储存罐410加压来产生压力变化。以这种方式，确定的(例如，计量的)量的溶剂可以从储存罐410流向测量池406。
在一些实施方式中，所有干燥的液态烃样品可以流向测量池406以与未干燥的液态烃样品混合。在这样的实施方式中，如前面描述的，基于测量池406的体积及其容纳未干燥的液态烃样品的能力来选择要干燥的液态烃样品的量。在一些实施方式中，储存罐410可以填充有比每个测量含水率的情况所需的更多的干燥的液态烃样品。即，随着时间的推移，测量池406中的比每个测量含水率的情况所需的更多的液态烃样品在干燥室408中干燥之后流向储存罐410，并且干燥的液态烃样品积累在储存罐410中。在这样的实施方式中，为了测量新的液态烃样品中的含水率，流量控制装置405不需要将液态烃样品分成两个分支–-一个用于干燥并且另一个用于测试–因为干燥的液态烃样品已经在储存罐410中可获得。因此，通过快速回路系统404抽取的液态烃样品的量可以减少并且流量控制装置405可以将所有抽取的液态烃样品送到测量池406。相反，在一些实施方式中，在确定储存罐410中的干燥的液态烃样品的量小于阈值量时(例如，储存罐410是空的)，通过快速回路系统404从流线402上抽取的液态烃样品可以全部流向干燥室408并且然后流向储存罐410。在这样的情况下，抽取的液态烃样品都不会流向测量池406，因为目标不是测量含水率，而是随着时间的推移积累干燥的液态烃样品。总之，取决于储存罐410中储存的干燥的液态烃样品的量，快速回路系统404可以被配置为改变从流线402上抽取的液态烃样品的量，并且流量控制装置405可以被配置为将抽取的液态烃样品分成两个分支或使所有液态烃样品流向干燥室408或测量池406。
抽取到测量池406中的干燥的液态烃样品的量可以基于抽取到测量池406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。例如，如表1所示，为了测量汽油12系统中高达0.16％的水，未干燥/干燥的液态烃样品比率应该是1:20。对于具有10.5ml体积的测量池，这大致转化为0.5ml的未干燥的液态烃样品和10ml的干燥的液态烃样品。
在一些实施方式中，储存罐410和测量池406是直接流体联接的，即通过管道并且没有任何中间元件。一般来说，储存罐410中的干燥的液态烃样品基本上是无水的，或者至少具有低于水含量阈值的水含量。在一些实施方式中，干燥的液态烃样品的水含量可以通过使干燥的液态烃样品流动通过另一个干燥室412而进一步降低。在储存罐410用气体加压以建立流入再生系统416的情况下可以实施干燥室412。干燥室412可以去除可能已经污染了气体的水分，或者在更换气瓶或进行其他维护操作时将水分引入工艺的情况下。每个干燥室408和412可以包括相应的再生系统414和416。每个再生系统414、416包括加热器，其可以加热相应的干燥室，从而干燥干燥室，使得其可以保持其干燥能力，而不需要在变得饱和后进行全部更换。加热器可以在惰性吹扫下加热到或高于120℃以从干燥室的分子筛中置换水。对于其他类型的筛(例如，类型3A、4A、5A)，可以采用175℃至315℃的更高再生温度。由再生产生的吹扫气体可以被送到火炬气回收系统、热氧化器或以其他方式安全排放到大气中，这取决于工厂和当地的排放法规。
未干燥的液态烃样品中的液态水的浓度通过添加干燥的液态烃样品降低。一般来说，水和油不混合。然而，干燥的液态烃样品可以溶解少量的水。表2列出了在参考温度下某些石油馏分的水溶解度。例如，汽油10在50摄氏度(℃)下的水溶解度为193百万分率(ppm)。这意味着每升干汽油10可以溶解高达193微升(μl)的水。当水超过这个浓度时，它将以液滴的形式从溶液中滴出并最终形成沉积层。在本披露中，确定干燥的液态烃样品与未干燥的液态烃样品比率以满足在所考虑的测量范围内的溶解度条件。
Figure BDA0004010532080000141
Figure BDA0004010532080000151
表2.BS&W代表基本沉积物和水并且是游离水、沉积物和乳液的量度，作为采出流的体积百分比测量。
在比表1中报告的温度更高的温度下，预计溶解度值将更大，从而扩大可测量水含量的范围。
在一些实施方式中，将干气体(例如，干氮气或类似的惰性气体)与干燥的液态烃样品一起注入测量池406中以产生超压并避免干燥的液态烃样品中的水分污染。这样做可以减少干燥的液态烃样品的负荷并提高脱水过程的效率。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410的入口处以避免水进入罐。在这样的实施方式中，干燥室408可以充当第二筒以确保在样品进入测量池406之前干燥的液态烃样品的完全干燥。在储存罐410的入口处的筒和干燥室408都可以定期更换以确保有效地收集水。
在从流线402上抽取的一定量的未干燥的液态烃样品和从储存罐410抽取的一定量的干燥的液态烃样品流向测量池406后，测量混合物的含水率。在一些实施方式中，可将干惰性气体鼓泡到测量池406中以促进干燥样品与未干燥样品之间的混合。为此，测量池406保持在特定温度，例如，40℃。在一些实施方式中，测量池406可以连接到加热器(未示出)或置于加热室(未示出)内以将测量池406保持在特定温度。
在测量池406的温度保持在希望温度的情况下，测量测量池106内的混合物的含水率。含水率可以通过电容或光纤型仪表、通过卡尔费歇尔、或通过NIR光谱法来测量。
在一些实施方式中，测量池406与计算机系统(未示出)可操作地联接。计算机系统包括存储可由一个或多个处理器执行的指令以执行操作的计算机可读介质(例如，暂态或非暂态计算机可读介质)。操作包括从测量池406接收含水率测量。例如，传感器安装在测量池406内并且可以测量含水率。传感器与计算机系统可操作地联接并可将含水率传送到计算机系统。计算机系统与显示装置(未示出)可操作地联接。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发送到工厂控制室。
在一些实施方式中，在测量了样品的含水率后，从测量池406中回收样品并返回到流线402。可替代地，来自测量池406的样品可以流向干燥室408以准备作为干燥的液态烃样品用于随后的含水率测量并且然后储存在储存罐410中。在这样的实施方式中，储存罐410中的干燥的液态烃的量可以被储存。如果量超过阈值，则干燥的和未干燥的液态烃样品的混合物可以在含水率测量之后从测量池406流回流线402。样品从测量池406流向干燥室408或流线402可以通过与测量池406流体联接的泵(未示出)实施。
图5是用于测量液态烃样品中的含水率的另一种方法500的实例的流程图。在502，从流线，例如流线402上接收液态烃样品。在504，将液态烃样品分成第一部分和剩余部分。例如，流量控制装置405将液态烃样品分成第一部分和剩余部分。剩余部分的量取决于测量池406的体积，并且第一部分的体积进而取决于剩余部分的体积。在506，将第一部分干燥。例如，将第一部分在干燥室408中干燥。在508，将干燥的第一部分储存在储存罐，例如，储存罐410中。在510，使干燥的第一部分从储存罐流向测量池，例如，测量池406。在512，使分流的剩余部分也流向测量池。
在514，将剩余部分和干燥的第一部分混合。混合例如在测量池406中实施。在516，确定样品的含水率。含水率可以例如在计算机系统的显示装置上显示。在518，确定是否要测量额外样品的水含量。如果要测量额外样品(判定分支“是”)，则重复步骤502、504、506、508、510、512、514和516以确定多个相应样品的含水率。特别地，每个额外样品在相应时刻从流线上抽取，并测量其含水率。抽取不同样品和测量含水率的频率可以取决于正在进行的操作或正在控制的过程。例如，可以定期抽取并测量四个样品，即每小时以相等的时间间隔。以这种方式，获得在跨越多个时刻的持续时间内从流线上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520，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与从流线402上抽取多个样品或测量多个样品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524，含水率显示在显示装置上。
在参照图4和5描述的实施方式中，液态烃样品是在从流线402的底部测量的特定高度处从流线402中抽取的。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了在测量的高度处流动通过流线402的液态烃中的含水率。在一些实施方式中，可以实施这里描述的技术以确定在分开容器中不同高度处的含水率。认识到在容器内的不同高度处含水率可能不同，可以在从容器底部测量的不同高度处从容器中抽取多个样品。通过这样做，可以确定整个容器高度的含水率曲线。使用如本披露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建立含水率(即BS&W读数)与某些操作(例如，洗涤水流速、破乳剂流速、再循环阀的打开、在热交换器存在下的加热要求或类似井筒、流线或工厂操作)之间的关系。可以将不合格的原油分开并送到不同的罐。在一些实施方式中，可以在流线402中布置混合元件，例如静态混合器，并且可以在混合元件下游对烃进行取样以确保烃的混合并获得代表性样品。在一些实施方式中，这里描述的技术可以在接收烃类的油罐区或中转油库实施以便于运输。这些烃类可以使用这里描述的技术测量水分含量并将其分到不同的罐中。不合格的流体可以被引导到储存罐中进行水/精炼产品分离直到流体成为合格品以进行卸载。合格的流体可以被引导到罐中，在其中可以毫不延迟地开始卸载。
实例
图6是用于测量液态烃样品中的含水率的另一种方法的实例的描述。在602，喷气燃料通过3A筒干燥以产生干产品。在604，将干燥产品与干氮气一起注入10ml测量池中。在606，测量池的温度被控制在40℃。在608，测量干燥产品中的水含量。发现水含量为按体积计50百万分率(ppmv)。在610，验证了干燥产品水含量低于200ppmv的水含量阈值。如果干燥产品水含量大于水含量阈值，则触发警报，要求更换干燥产品或在干燥产品储存罐的入口处的分子筛筒。在612，将1ml的喷气燃料(即在步骤602干燥的同一烃)与干氮气一起从快速回路系统注入测量池中。在614，测量池的温度保持在40℃。在616，测量池中干燥产品和喷气燃料的混合物的水含量测量为300ppm。在618，确定喷气燃料的含水率。特别地，喷气燃料的含水率使用以下公式测量：
Figure BDA0004010532080000181
在以上公式中，“液态HC”代表喷气燃料，“mix.vol.”代表喷气燃料和干燥产品的混合物的体积并且“mix.WC”代表混合物的含水率。在这个实例中，液态HC WC为2800ppm或0.28％。在620，使混合物返回到干燥产品储存罐以去除水。
在一些实施方式中，可以对这里描述的含水率测量系统进行校准。为此，可以同时或在不同时刻抽取两个样品。样品可以被不同地稀释。例如，第一个样品可以按1:10的比率稀释，并且第二个样品可以按1:20的比率用稀释流体，例如，干燥产品稀释。可以对如前面描述的两个样品实施含水率测量。如果系统按预期操作，则第一个样品的含水率将是第二个样品的含水率的两倍。当对具有线性稀释比率范围的多个样品实施类似的校准时，样品的含水率曲线也将是线性的。可替代地或另外，平行地处理两个类似的样品，但是按两个不同的比率(例如1:10比率和1:20比率)稀释允许求解具有两个未知数(烃和溶剂中的原始水含量)的两个方程组，使得能够测量混合物组分的水含量。
在一些实施方式中，参照图1和4描述的实施方式可以组合。例如，干溶剂(例如，二甲苯)可以储存在第一储存罐中并且干燥的液态烃样品(例如，干燥的原油)可以储存在第二储存罐中。两个储存罐可以通过相应的泵、阀和流体流动路径(例如，管道或管子)与同一个测量池流体联接。以这种方式组合两种实施方式允许使用干溶剂或干燥的液态烃样品将液态烃样品中的水的浓度降低到低于饱和度水平。例如，每个储存罐可以包括相应的传感器，其可以感知储存罐中干燥产品(干溶剂或干燥的液态烃样品)的量，并将量传送到计算机系统。如果干溶剂储存罐中的量减少到低于阈值量水平，则计算机系统可以关闭干溶剂储存罐并从干燥的液态烃样品储存罐中抽取干燥产品，并且反之亦然。在一些实施方式中，每个储存罐可以与相应的干燥室流体联接，在干燥产品流向测量池之前进一步干燥干燥产品。计算机系统可以监测每个干燥室中的饱和度水平。如果干燥的液态烃样品流动通过的干燥室的饱和度水平大于阈值饱和度水平，则计算机系统可以关闭干燥的液态烃样品储存罐并从干溶剂储存罐中抽取干燥产品。这样做允许更换水饱和的干燥室。在一些实施方式如处理多种产品的精炼厂或化学品生产工厂中，系统可以接收来自不同流线的流并将这些流与最合适的溶剂(例如，一般溶剂如二甲苯或干燥的流或另一种溶剂)混合。
总而言之，本披露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水含量。实施这些技术能够使原油中以液滴形式存在的水溶解在干溶剂中，并且因此容易作为均匀混合物的一部分进行测量。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％至100％)的水浓度。
因此，已经描述了主题的特定实施方式。其他实施方式在以下权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中所述的动作可以以不同的顺序执行并且仍然实现希望的结果。此外，附图中描绘的过程不一定需要所示的特定顺序或依次顺序来实现希望的结果。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，该方法包括：
从携带液态烃的流线上接收液态烃样品，该液态烃样品包含液态烃和浓度大于水饱和度水平的液态水；
将该液态烃样品分成第一部分和剩余部分；
将该第一部分干燥以去除该第一部分中的液态水；
将该剩余部分与该干燥的第一部分混合，其中该剩余部分和该干燥的第一部分的混合物中的液态水的浓度低于该水饱和度水平；以及
在将该剩余部分与该干燥的第一部分混合后，确定该液态烃样品中的水含量。
2.如权利要求1所述的方法，其中，将该液态烃样品分成第一部分和剩余部分包括：
通过流量控制装置接收通过第一流体流动路径的该液态烃样品；
通过该流量控制装置使该第一部分流入与该第一流体流动路径分开的第二流体流动路径；以及
通过该流量控制装置使该剩余部分流入与该第一流体流动路径和该第二流体流动路径分开的第三流体流动路径。
3.如权利要求2所述的方法，其进一步包括使该剩余部分通过该第三流体流动路径流入测量池。
4.如权利要求3所述的方法，其进一步包括在将该剩余部分与该干燥的第一部分混合之前以及在确定该液态烃样品中的液态水的水含量期间，将该测量池的温度控制为基本上保持在一定温度。
5.如权利要求4所述的方法，其中，该温度是40℃。
6.如权利要求3所述的方法，其中，将该剩余部分与该干燥的第一部分混合包括使该干燥的第一部分流入该测量池。
7.如权利要求3所述的方法，其中，干燥该第一部分以去除该第一部分中的液态水包括使该第一部分从该第二流体流动路径流动通过被配置为去除该第一部分中的液态水的干燥室。
8.如权利要求7所述的方法，其进一步包括，在将该剩余部分与该干燥的第一部分混合之前，使该干燥的第一部分从该干燥室流向与该测量池流体联接的储存罐以使该干燥的第一部分从该储存罐流向该测量池。
9.如权利要求8所述的方法，其进一步包括使该剩余部分和该干燥的第一部分的混合物从该测量池流向该储存罐。
10.如权利要求8所述的方法，其进一步包括，在将该剩余部分与该干燥的第一部分混合之前：
确定该干燥的第一部分的水含量大于水含量阈值；以及
响应于确定该干燥的第一部分的该水含量大于该水含量阈值，发送报警信号以停止将该剩余部分与该干燥的第一部分混合。
11.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：
将该水含量发送至计算机系统；以及
将该水含量显示在与该计算机系统连接的显示装置上。
12.一种方法，该方法包括：
(a)将从流线上抽取的液态烃样品分成第一部分和剩余部分，该液态烃样品包含液态烃和浓度大于水饱和度水平的液态水；
(b)将该第一部分干燥以去除该第一部分中的液态水，该第一部分的量被配置为将该液态水减少到低于水饱和度；
(c)将该剩余部分与该干燥的第一部分混合：以及
(d)在将该液态烃样品与溶剂混合后，确定该液态烃样品中的该液态水的水含量。
13.如权利要求12所述的方法，其进一步包括将该剩余部分抽取到测量池中。
14.如权利要求13所述的方法，其中，将该剩余部分与该干燥的第一部分混合包括：
使该干燥的第一部分流向与该测量池流体联接的储存罐；以及
使该干燥的第一部分从该储存罐流向该测量池。
15.如权利要求12所述的方法，其进一步包括，在将该剩余部分与该干燥的第一部分混合之前，将该干燥的第一部分干燥以减少该干燥的第一部分中的水含量。
16.如权利要求12所述的方法，其中，在第一时刻实施步骤(a)、(b)、(c)和(d)，该方法进一步包括：
在该第一时刻之后的多个时刻实施步骤(a)、(b)、(c)和(d)；
确定在该多个时刻的多个水含量；以及
将该多个水含量与该多个时刻绘图以得出在该多个时刻期间流动通过该流线的液态烃的含水率曲线。
17.如权利要求12所述的方法，其进一步包括：
将该水含量发送至计算机系统；以及
将该水含量显示在与该计算机系统连接的显示装置上。
18.如权利要求12所述的方法，其进一步包括使该溶剂和该液态烃样品的混合物流入该流线。
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