實流校準三相分離式原油產(chǎn)量計量裝置方法的探討

孟祥波

中國石化原油計量站 勝利石油管理局流量檢定站 （山東 東營 257000）

實流校準三相分離式原油產(chǎn)量計量裝置方法的探討

孟祥波

中國石化原油計量站 勝利石油管理局流量檢定站 （山東 東營 257000）

根據(jù)三相分離式原油產(chǎn)量計量裝置的工作特點，在油井井場，設(shè)計了一種實液校準油井原油產(chǎn)量計量裝置的流程、測試步驟及數(shù)據(jù)計算與誤差處理。通過對三相分離式單井計量裝置的現(xiàn)場實液檢測，為今后對三相流計量裝置的現(xiàn)場測試提供了一種測試方法和思路。

實流校準 三相分離 原油計量 校準方法 計量裝置

在原油開采過程中，為確定各油井原油、天然氣產(chǎn)量，了解地層油氣含量及地層結(jié)構(gòu)的變化，需要對油井產(chǎn)出液各相的體積流量或質(zhì)量流量進行連續(xù)的計量并提供實時計量數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)，提高采收率[1]。油井作為油田原油生產(chǎn)的基本單元，油井原油產(chǎn)量的總和構(gòu)成了油田年原油產(chǎn)量的生產(chǎn)規(guī)模?？焖僬莆彰靠谟途纳a(chǎn)動態(tài)、正確測量油井產(chǎn)量的變化，及時準確采取注水調(diào)配、油井作業(yè)、油層調(diào)整等必要的生產(chǎn)管理措施，是確保油田原油穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的關(guān)鍵。因此準確測量油井的產(chǎn)量，是采油過程中一項基礎(chǔ)性的工作，對準確計算油藏可采儲量、提高原油開采率起著十分重要的作用。近年來隨著油井三相分離計量技術(shù)和多相流計量技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，可以在不用分離器或少量分離的情況下，直接測出油井產(chǎn)出物中的油、氣、水的產(chǎn)量，它將逐步成為今后油井產(chǎn)量計量、調(diào)控生產(chǎn)的必備手段。

多相流量計從計量方式看可分為全分離式、取樣分離式和不分離式三種。全分離流量計由于氣液分離計量,計量技術(shù)簡單,但體積大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一般適用于層流或環(huán)狀流等易于氣液分離的流態(tài)；小型取樣分離技術(shù)的多相計量系統(tǒng)，雖然在一定程度上解決了全分離流量計體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，然而取樣的代表性自然就成為這種流量計的主要難題；不分離流量計可在不作任何分離的情況下,對多相流進行計量。流量計結(jié)構(gòu)緊湊,可以小型化,但計量技術(shù)難度大,主要體現(xiàn)在各相組分及流速的測定上[2]。

任一種類型的多相流量計，都不可能在所有的多相流條件下均表現(xiàn)出最佳的工作性能。各個生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品因其測量機制不同，而又有各自的適用范圍，國際上至今沒有一套統(tǒng)一的標準和規(guī)范，在使用中難免會出現(xiàn)一些問題，因此很大程度上限制了多相流量計技術(shù)在油氣生產(chǎn)實踐中的推廣和使用。

影響三相流計量裝置準確校準的因素

影響三相流計量裝置準確校準的因素主要有其自身固有的影響因素和對該計量裝置進行校準所必然存在的影響因素兩方面。

1 計量裝置的影響因素

多相流計量的復(fù)雜因素與單相流計量相比，精確計量多相流的難度要比精確計量單相流大得多。單相計量可通過測得壓力、流動黏度、壓縮性和測量裝置的幾何尺寸來測得流量。而在多相流中，影響其準確測量的因素主要有[3]：

（1）由于各相并非混合均勻，水與油混合得不好，氣體與液體處于分離狀態(tài)。

（2）各相以不同的速度流動，各相之間存在著界面效應(yīng)和相對速度，相界面在時間和空間上變化比較大，液相和氣相以不同的速度流動。

（3）混合是不規(guī)則的，各相混合時，黏度和總量都會發(fā)生變化。

（4）相與相之間相互作用，氣體能從溶液中析出或者溶解在液體中，蠟和水合物會在流體中沉淀。

（5）流動狀態(tài)非常復(fù)雜，特征參數(shù)比單相流系統(tǒng)多，它取決于各相之間的相對速度、流體特性、管路結(jié)構(gòu)及流動方向。

2 實施校準存在的影響因素

多相流計量裝置的檢定/校準有實驗室和在線兩種。實驗室校準目前只有大慶油田有一套校準裝置，但由于送檢費用較高以及其采用的工作介質(zhì)與勝利油田的現(xiàn)場實際介質(zhì)存在著差異，校準結(jié)果無法完全適用于勝利油田的現(xiàn)狀。而作為一種新型的計量裝置，對其的檢測或校準，國家沒有一個嚴格的規(guī)程或標準進行指導(dǎo)，導(dǎo)致各計量機構(gòu)對多相流計量裝置的校準無章可循，方法各異。在對多相流計量裝置的現(xiàn)場校準中，由于各種計量裝置工作原理的不同，對各相的準確校準存在較大困難，主要有：

（1）各相的控制協(xié)調(diào)。如何解決分路計量儀表的同時和連續(xù)讀取，液量中純油量的校準、水量與油量的匹配關(guān)系，如何根據(jù)水與油的比率關(guān)系選配校準設(shè)備，保證不致使水量過多或油量過少導(dǎo)致標準設(shè)備溢出或液面過低無法讀取。

（2）控制設(shè)備的選擇和使用。如何選擇恰當?shù)目刂圃O(shè)備，確保在現(xiàn)場校準過程中，不破壞多相流計量裝置的實際工況，解決工作計量與現(xiàn)場校準的同步問題。

（3）液相物性參數(shù)的獲取。無論何種多相流計量裝置都要對液相的密度、含水率、含油率進行測量，而由于液相變化的不可復(fù)現(xiàn)性，如何隨即抽取油樣或水樣，以及采用什么方法得到各項參數(shù)都對最終的校準結(jié)果產(chǎn)生極大影響。

鑒于以上影響因素，致使三相流計量裝置計量準確度以及技術(shù)指標無法在工作現(xiàn)場得到準確的檢測，不但影響了其正常的使用，還無法有效參與到正常的生產(chǎn)運行中。幾年來通過對油田在用三相計量裝置的調(diào)研和多種不同形式的測量方法的總結(jié)，并與杭州創(chuàng)聯(lián)公司合作通過對單井計量裝置的改造實現(xiàn)了對三相分離式單井計量裝置的現(xiàn)場實液檢測。

現(xiàn)場校準

1 校準思路

由于受到各種因素的制約，所有的三相流量計量裝置只是對裝置中的單相計量儀表進行了檢定，并未對整套裝置進行有效的檢定或校準。在三相流計量裝置安裝到現(xiàn)場后，由于現(xiàn)場條件與理論推導(dǎo)之間的差異，又會對裝置的準確計量產(chǎn)生多大的影響，如何能在不破壞工作現(xiàn)狀的情況下對三相流計量裝置進行測試，帶著這些問題，通過查看現(xiàn)場，分析數(shù)據(jù)，與廠家結(jié)合，提出了靜態(tài)容積法體積計量比對的思路。將待測試裝置分離后的水路和油路通過流程改造，在保證不破壞正常工作狀態(tài)的情況下，把經(jīng)過水路電磁流量計和油路質(zhì)量流量計計量過的液體分別引入標準容器參與比對，并在測試過程中定時抽取水樣和油樣進行含油率和含水率的測定，最后通過數(shù)據(jù)修正和誤差分析，最終計算出三相分離式單井計量裝置的油量和液量誤差。

2 測量設(shè)備和測量流程

（1）被測試設(shè)備。選用杭州創(chuàng)聯(lián)生產(chǎn)的YJ/LⅡ600型移動式三相分離計量裝置，該計量裝置由臥式分離器、旋風(fēng)分離器、除沫器、工藝管線、測量儀表、控制儀表以及計算機、顯示終端組成。油井產(chǎn)出的油、氣、水混合物切線進入旋風(fēng)分離器，在離心力作用下，液體和氣體分離，分離后的氣體，從旋風(fēng)分離器頂部流出經(jīng)除霧裝置后進入氣路計量管線；經(jīng)旋風(fēng)分離器分離的液體進入臥式分離器，依次經(jīng)消能裝置、折流板、整流裝置后進入沉降室，油、水在沉降室經(jīng)重力作用下自然分層，低含水的適合質(zhì)量流量計測試的油水混合流體溢入油室，并進入油路計量管線；沉降室底部的游離水則進入水路計量管線。裝置運行過程中，通過先進的數(shù)學(xué)控制模型，由測控主機對分離器中的液位以及壓力進行控制，實現(xiàn)油、氣、水三相準確計量。各路計量分別選用了量程2.5～30m3/h的DN25渦街流量計；量程為0～16m3/h，精度為0.5%的電磁流量計和量程為0～12t/h，精度為0.2%的質(zhì)量流量計。

（2）校準儀器。為完成現(xiàn)場校準，根據(jù)被校準的三相流計量裝置的精度要求，以及考慮到現(xiàn)場的實際條件，我們最終選用了3個分別為10 000、1 000、20L的標準量器，20m的量油尺，2m的鋼卷尺以及電子秒表和溫度計。

（3）測試流程。圖1為三相分離計量裝置測試流程圖。

（4）試驗現(xiàn)場。選取的計量站共計量14口油井產(chǎn)量，油井日產(chǎn)氣量在200m3以內(nèi)，液量為2.1～107t，含水率在34%～97%之間。

3 測試過程及控制

為了測試三相分離式單井計量裝置的計量精度和分離效果，需對運行中的計量裝置進行現(xiàn)場比對試驗，通過計量裝置和標準計量器具的測試數(shù)據(jù)比較，計算其各項計量誤差，確定其各項技術(shù)指標是否符合原油生產(chǎn)及計量要求。

鑒于無有效的標準量器可對分離的氣體進行準確計量，因此實液測試只對油水兩路進行。在進行測試前，為保證在測試過程中不改變計量裝置的正常生產(chǎn)狀態(tài)，在流程的油路和水路出口加裝了限壓閥，保持分離器內(nèi)的壓力平衡。

具體測試過程為：

（1）將生產(chǎn)流程與測試計量裝置連接并進行預(yù)熱。

（2）當被測試計量裝置各環(huán)節(jié)工作正常并運行0.5h后，開始正式測試。

（3）切換生產(chǎn)流程入測試流程，計量裝置開始計量，同時記錄電磁流量計、質(zhì)量流量計、渦輪流量計的儀表底數(shù)；測量裝置的工作溫度和壓力、環(huán)境溫度和壓力等。

（4）在測試過程中，分別對裝置分離后的油路和水路進行取樣，記錄樣品體積。

（5）觀察標準油罐的液位，當標準油罐即將裝滿時，切換測試流程為生產(chǎn)流程，停止測試，同時記錄標準油罐液位高度以及電磁流量計、質(zhì)量流量計、渦輪流量計的儀表底數(shù)，記錄被測試裝置在測試過程中計量出的日產(chǎn)油量、日產(chǎn)氣量和日產(chǎn)水量。

（6）對標準水罐的水位進行檢尺，記錄標準油罐的液位，同時測量標準水罐和標準油罐的油溫和水溫。

（7）對采集的油、水樣進行油樣密度、油樣中的含水率和水樣中的含油率進行化驗，對標準油罐和標準水罐的液位進行數(shù)據(jù)處理，分別計算出標準的日產(chǎn)油量、日產(chǎn)氣量和日產(chǎn)液量。

（8）將測試裝置記錄的數(shù)據(jù)和標準數(shù)據(jù)進行比對分析，得出油量和液量測試誤差。

4 測試結(jié)果

通過現(xiàn)場的嚴格測試，實際測試的油量測量誤差為3.85%，液量測量誤差為3.04%，該三相分離式計量裝置的測試結(jié)果符合設(shè)計要求。

結(jié)論

通過對三相分離式計量裝置的現(xiàn)場實液測試，即驗證了該計量裝置的計量精度，又驗證了該測試方案的可行，從而解決了三相分離式計量裝置無法進行計量測試的難題，為三相分離式計量裝置的生產(chǎn)應(yīng)用提供了技術(shù)保證。而這次現(xiàn)場實液測試也為今后三相流計量裝置的測試提供了一種測試方法和思路，對其他多相流計量裝置的現(xiàn)場測試有一定的參考價值，為將來更好開展三相流計量裝置的測試進行了一次有益的嘗試。

[1]洪毅，畢曉星.多相流量計的研究與應(yīng)用[J].中國海上油氣（工程），2003，(4）:16-20.

[2]方代煊，朱云祖.國外多相流量計開發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].石油機械，1999，7（7）:44-47.

[3]王曉東，董守平.石油多相流計量研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].油氣田地面工程，1999，8（2）:4-7.

According to the working characteristics of three-phase separation metering device of crude oil output,one process of calibrating the metering device of well crude oil output by the use of well actual liquid has been designed at the oil well fields,coupled with testing steps,data calculation and error treatment.Based on the field actual liquid detection of three-phase separation metering device,one testing method and a train of thought have been provided for the field test of three-phase metering device in the future.

actual flow calibration;three-phase separation;crude oil measurement;method of calibration;metering device

孟祥波（1974-），男，工程師，現(xiàn)主要從事流量計量檢定與管理工作。

2009-08-01