联合站注水水质多指标在线监测技术探索与研究

联合站注水水质多指标在线监测技术探索与研究

吴小文1,米立飞1 ,吕金霞2 ,陈功科3

1.天津大港油田采油工艺研究院 天津 300280

2.天津大港油田天然气公司 天津 300280

3天津大港油田第五采油厂 天津 300280

摘要：油田开发生产过程中采出水质监测现场一直采用萃取目视比对法。本文通过建立采出水质监测指标与常见易采（PH值、电导率、氯离子含量、盐度、氧化还原点）参数数字模型，旨在探寻其之间存在对应关系降低现场劳动强度，为同行在采出水质多指标在线监测方面提供思路与经验。

关键词：油田开发 联合站 采出水指标 在线监测

一、研究思路：

注水水质（含油、机杂、粒径中值、Fe离子，平均腐蚀率及生物菌等）监测一直是油田开发生产过程中重要环节，注水水质会影响油藏开发效率。针对主要含油和机杂指标目前化验方法多为分光光度计测量和目视比对，大港油田通过在线多参数水质检测传感器检测结果与人工多点取样化验数据报表，建立水中油、悬浮物、含铁、腐蚀速率等统计比对模型，探寻共同相似点，实现水质重点指标的自动监测与预警，降低常规水质化验频次。对于菌类（腐生菌、铁细菌、硫酸盐还原菌）考虑其培养生长与监测周期，依旧采用定期送样化验。

二、硬件研发：

首先考虑生产现场为密闭环境，优选嵌入式水质监测传感器、在线式智能水质监测采集模块和智能水质监测系统管理软件。其中：

1、嵌入式水质监测传感器：采用了无损检测技术，内部集成了电阻率、PH值、自然电位、氯离子浓度（cl-）、腐蚀速率、湿度等多种监测传感器；不仅能对管道内的水质状况进行无损检测，并且可检测水中金属离子状态和腐蚀速率。

2、在线式智能水质监测采集模块：采用高性能低功耗Cortex-M3 微处理器为控制核心，采集通道选用交流阻抗和高输入阻抗放大器技术，实现了多路高阻信号的同步精密测量；作为数字监测终端，它可以连接在已经完成现场安装的水质监测传感器端，通过RS485总线方式完成现场数据的即时采集与远程无线传输功能，将监测数据汇总后经内置的无线网络功能自动发送至水质监测系统管理软件平台中，并通过大数据平台完成数据的分析、评价及后期的指导功能；同时数据采集模块还集成了短距离无线蓝牙通讯功能，方便现场维护人员通过手机进行设备状态即时分析与参数调整功能。

3、智能水质监测系统管理软件：可以实现多路数据采集模块的数据收集、数据管理、数据分析以及模块运行参数的配置，并将采集的数据以图形或表格方式进行呈现；软件界面主要包括：登录界面、首界面、基础数据界面、动态数据界面等组成。

图2-1嵌入式水质监测传感器

图2-1 自研发嵌入式水质监测传感器

设备参数：

（1）电阻率测量：10R.cm ~100KR.cm

（2）pH测量：测量范围：4.00～14.00； 分辨率：0.01；输入阻抗：≥10MΩ； 准确度不低于1 级（误差≤1%）

（3）自然电位测量：测量范围：-2.500V～+2.500V；电位分辨率：0.1mV；输入阻抗：≥10MΩ；准确度不低于1 级（误差≤1%）

（4）氯离子Cl－测量：测量范围：0~10000 mg/L； 电位分辨率：1.0mg/L； 输入阻抗：≥10MΩ；准确度不低于1 级（误差≤1%）

（5）腐蚀速率测量： 测量范围：0~10mm/a； 分辨率：0.01um/a；输入阻抗：≥10MΩ；准确度不低于1 级（误差≤1%）

（6）温度测量：测量范围：-50℃~80℃；分辨率：≤±0.5℃。

三、现场建设及应用效果：

在某联合站4号注水泵进口安装多参数水质监测仪表，采集PH值、电导率、氯离子含量、盐度、氧化还原点位信息，信息上传至边缘计算单元。与前期收集人工化验数据进行比对，建立机器学习模型，实现水质的自动监测，截止目前人工化验与在线监测数据比对匹配率可达90%左右，下步现场持续优化参数阈值设置，争取自动监测与人工化验结果可完全符合，注水水质自动监测系统投运后预计减少人员多监测点取样、化验4000次/年，节省注水水质多项指标化验药剂及电量成本约10万元/年。

此次研究旨在探索研究油田采出水样指标与常规采集PH值、电导率、氯离子含量、盐度、氧化还原点之间关联关系，同时也为油田采出水水质在线监测技术发展提供思路和经验参考。

结束语：综上所述，随着油田开发生产工作不断深入，生产现场自然退休减员及人们对于油田地面数智化升级工作重视程度提高，自控智能设备设施会越来越多在基层一线进行普及应用，对于一些好的思路及设备会极大减轻现场员工劳动强度、提高工作效率，提升现场管理水平。

参考文献：Q/SYDG 2022—2023 注水水质指标