勝利油田海洋平臺(tái)油氣計(jì)量裝置的發(fā)展

盧壯杰

(勝利油田 勝利工程設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司,山東東營(yíng) 257026)

勝利油田海洋平臺(tái)油氣計(jì)量裝置的發(fā)展

盧壯杰

(勝利油田 勝利工程設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司,山東東營(yíng) 257026)

介紹了勝利油田海洋平臺(tái)典型的油氣計(jì)量裝置的結(jié)構(gòu)、工作原理及發(fā)展歷程。通過對(duì)比分析各種計(jì)量裝置的應(yīng)用效果,提出勝利海洋平臺(tái)計(jì)量裝置的選取依據(jù),為自動(dòng)化生產(chǎn)管理提供準(zhǔn)確的計(jì)量數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。

海洋平臺(tái);單井計(jì)量裝置;流量計(jì)

Abstract:Structure,operating principle and development history of typical oil and gasmeasuring device are introduced.Choice basis ofmeasuring device on Shengli offshore platform is proposed by comparing variousmeasuring devices application effect to lay the foundation for accurate data of automated production management.

Key words:offshore platform;single wellmeasuring;flow rate meter

單井計(jì)量是油田各項(xiàng)計(jì)量工作中工作量最大、最繁瑣的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作,采集的數(shù)據(jù)主要用于油田生產(chǎn)過程中油井產(chǎn)量計(jì)算、儲(chǔ)量控制和生產(chǎn)管理,數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性會(huì)影響到生產(chǎn)決策[1-2]。由于海上油田開發(fā)的特殊性,對(duì)油井計(jì)量技術(shù)提出了更高的要求,主要有 4點(diǎn):①故障率低,計(jì)量精度高;②結(jié)構(gòu)緊湊,占用空間小;③自動(dòng)化程度高,適應(yīng)無人值守要求;④具有“三防”功能 (防霉、防潮、防鹽霧),適應(yīng)海洋惡劣環(huán)境。目前,勝利油田海洋采油廠無人職守的衛(wèi)星平臺(tái)已實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、傳輸、監(jiān)測(cè)和油井安全生產(chǎn)自動(dòng)控制。由于油井產(chǎn)量波動(dòng)大、產(chǎn)出物流態(tài)不穩(wěn)定等原因?qū)е铝擞?jì)量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。為了提高海上油井計(jì)量的準(zhǔn)確性,對(duì)勝利海上平臺(tái)應(yīng)用的油氣計(jì)量裝置展開調(diào)研,結(jié)合其應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 勝利油田海洋平臺(tái)單井計(jì)量裝置的發(fā)展

目前,勝利油田海上主體區(qū)域采用衛(wèi)星平臺(tái)、中心平臺(tái)和陸上控制中心的三級(jí)布站、兩級(jí)管理模式,采用衛(wèi)星平臺(tái)與中心平臺(tái)相結(jié)合的集輸方式[3]。典型計(jì)量工藝流程如圖1。

圖1 勝利海洋平臺(tái)油氣計(jì)量工藝流程

隨著生產(chǎn)管理水平的提高,勝利海上油氣計(jì)量系統(tǒng)的發(fā)展主要經(jīng)歷了 3個(gè)階段:分離器單獨(dú)計(jì)量階段、分離器和流量計(jì)配合計(jì)量階段和三相流量計(jì)計(jì)量階段。如表1。

表1 勝利海洋平臺(tái)單井計(jì)量裝置統(tǒng)計(jì)

1.1 手動(dòng)玻璃管 (磁翻轉(zhuǎn))液位計(jì)量油裝置

該系統(tǒng)由立式兩相分離器、玻璃管液位計(jì) (或磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì))及進(jìn)口閥門組成,如圖2。

油井產(chǎn)出的油水混合液及伴生氣流入計(jì)量分離器,通過人工調(diào)節(jié)進(jìn)出口閥門,調(diào)節(jié)分離器液位上升與下降,記錄測(cè)量的時(shí)間。根據(jù)分離器截面積、測(cè)量高度及測(cè)量時(shí)間,折算全天產(chǎn)液量和產(chǎn)氣量。

優(yōu)點(diǎn):流程簡(jiǎn)單,投資少;對(duì)產(chǎn)量穩(wěn)定的油井,計(jì)量準(zhǔn)確性高。

缺點(diǎn):對(duì)于產(chǎn)量波動(dòng)較大的油井,計(jì)量準(zhǔn)確性低;計(jì)量過程全手動(dòng),勞動(dòng)強(qiáng)度大。

圖2 手動(dòng)玻璃管液位計(jì)量油裝置

1.2 兩相分離儀表計(jì)量裝置

1.2.1 兩相分離變壓控制儀表計(jì)量裝置

該裝置在勝利海洋平臺(tái)上廣泛應(yīng)用,主要由油氣分離器、油氣三通調(diào)節(jié)閥、質(zhì)量流量計(jì)、旋進(jìn)漩渦流量計(jì)等組成,如圖3。

油氣分離器將油井采出液進(jìn)行氣液分離,氣體和液體分別經(jīng)過氣體流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量后浮子液位油氣調(diào)節(jié)閥合流外輸。

a) 變壓控制原理 油氣兩相分離器的液面和壓力由 1臺(tái)浮子液位油氣調(diào)節(jié)閥控制。浮子液位調(diào)節(jié)閥主要由浮子連桿機(jī)構(gòu)和合流三通調(diào)節(jié)閥組成。閥門內(nèi)部的組件用來控制液、氣流量。浮子連桿機(jī)構(gòu)用來檢測(cè)分離器的液面,并控制調(diào)節(jié)閥閥芯的位置。調(diào)節(jié)閥的氣、液進(jìn)口分別與油氣分離器的氣、液出口相連,氣液混合物出口與井組平臺(tái)的外輸管線相連。

圖3 兩相分離變壓控制儀表計(jì)量裝置

b) 質(zhì)量流量計(jì)

①直接式 流量計(jì)的輸出信號(hào)直接反映質(zhì)量流量。

②推導(dǎo)式 (也稱間接式) 分別檢測(cè)流體體積流量和密度,通過乘法器的運(yùn)算得到反映質(zhì)量流量的信號(hào)。

勝利海洋平臺(tái)選用的質(zhì)量流量計(jì)主要為直接式質(zhì)量流量計(jì),例如,美國(guó)羅斯蒙特、德國(guó)科隆質(zhì)量流量計(jì)。

特點(diǎn):線性輸出,不受溫度、壓力、密度、流速分布、粘度和電導(dǎo)性變化影響,具有防爆、防塵的功能。

c) 旋進(jìn)漩渦流量計(jì)[4]主要由旋進(jìn)漩渦流量傳感器、流量積算儀、溫度傳感器、壓力傳感器 4大部分組成。如圖4。

圖4 旋進(jìn)漩渦氣體流量計(jì)

進(jìn)入流量計(jì)的流體,通過旋渦發(fā)生器產(chǎn)生旋渦流,旋渦流在文丘利管中旋進(jìn),到達(dá)收縮管突然節(jié)流使旋渦流加速。在旋渦流產(chǎn)生區(qū)域放置壓電傳感器以檢測(cè)旋渦流的頻率,此頻率信號(hào)經(jīng)放大器放大、濾波、整形后轉(zhuǎn)化成正比的脈沖信號(hào),送往流量積算儀進(jìn)行運(yùn)算處理。

特點(diǎn):無機(jī)械可動(dòng)件,不易腐蝕,可靠性好;具有防爆功能。

1.2.2 柱狀旋流式氣-液分離器計(jì)量裝置 (GLCC)

GLCC多相流計(jì)量裝置在 KD34B等平臺(tái)上成功應(yīng)用,主要由 GLCC氣液兩相分離系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng) 3大部分組成,如圖5。

柱狀旋流式氣-液分離器是利用重力和旋流兩種方式進(jìn)行氣液分離,利用 PLC軟件通過調(diào)節(jié)控制氣、液兩路電動(dòng)調(diào)節(jié)閥從而保證分離器液位的平穩(wěn),分離出的氣與液分別以旋進(jìn)漩渦流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。

優(yōu)點(diǎn):體積小,質(zhì)量輕,計(jì)量精度高,占地面積小。

缺點(diǎn):在產(chǎn)量變化較大時(shí),旋流分離效果差,液位控制不穩(wěn)定。

圖5 柱狀旋流式氣-液分離器計(jì)量裝置示意

1.3 三相分離儀表計(jì)量裝置

目前,海洋采油廠已采用 6套三相分離計(jì)量裝置,應(yīng)用效果良好。該裝置由分離器、測(cè)量?jī)x表、控制儀表、信號(hào)采集和控制單元等組成,如圖6。

圖6 三相分離儀表計(jì)量裝置

油井產(chǎn)出物進(jìn)入分離器入口后,液體和氣體初步分離。分離后的大部分氣體經(jīng)除霧器后進(jìn)入氣管道,通過氣相流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量,而液體經(jīng)過消能裝置后,從容器底部進(jìn)入水室,在水室內(nèi)油水在重力作用下自然分層。當(dāng)水室液體界面上升到油室頂部時(shí),低含水液體逐漸溢入油室。水室底部的游離水進(jìn)入水管道通過水路流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量,油室原油進(jìn)入油管道通過油路流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。

特點(diǎn):可以將油、氣、水 3相分開單獨(dú)計(jì)量,計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,使用效果良好。

1.4 在線不分離多相流量計(jì)

在線不分離多相流量計(jì)[5-6]在國(guó)外已有應(yīng)用的先例,但在國(guó)內(nèi)受資金限制,三相流量計(jì)很少應(yīng)用于海洋平臺(tái)單井的計(jì)量。

伽馬源吸收測(cè)量法利用了流體的物理特性,即在不同流體中有不同的伽馬源吸收特性,這一特性與混合物的密度有關(guān),利用這種方法可以確定氣液流體中的氣分率。該技術(shù)采用文丘里測(cè)量氣液混合物的總流量,單能伽馬流量計(jì)測(cè)量含氣率,從而計(jì)算氣量和液量;雙能伽馬射線相分率計(jì)測(cè)定含水率和含氣率,從而計(jì)算出油、氣、水各自的產(chǎn)量 ,流程如圖7。

優(yōu)點(diǎn):工藝簡(jiǎn)化,占用空間小。

缺點(diǎn):油井產(chǎn)出物成分不均勻時(shí),在流動(dòng)中易形成復(fù)雜流態(tài),造成計(jì)量的不準(zhǔn)確。

圖7 在線不分離多相流量計(jì)

2 國(guó)外海洋平臺(tái)計(jì)量裝置的技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)外油井計(jì)量仍以傳統(tǒng)的油井計(jì)量模式為主,即分離器用以完成油井產(chǎn)出物的氣液分離或油、氣、水分離,由相應(yīng)的流量?jī)x表、含水分析儀等完成油、氣、水的計(jì)量,如圖8。油井計(jì)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化不大,但是配備的儀表和自動(dòng)化不斷發(fā)展,特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn),為高自動(dòng)化、高精度提供了技術(shù)保障。

圖8 國(guó)外計(jì)量裝置應(yīng)用

多相計(jì)量技術(shù)近 10 a才在油井計(jì)量中發(fā)展應(yīng)用,由于其結(jié)構(gòu)沒有分離器等,使得占地面積大大減小,此技術(shù)在國(guó)外海洋平臺(tái)和海底油田開發(fā)得到推廣應(yīng)用。但至今沒有一臺(tái)儀表可以測(cè)量全流型及計(jì)量在 0～100%范圍內(nèi)任意濃度混合的油、氣、水混合液,這項(xiàng)技術(shù)仍處于飛速發(fā)展階段。

3 結(jié)論

手動(dòng)玻璃管液位計(jì)量油裝置雖價(jià)格低廉,但不滿足信息化管理要求,不符合勝利海洋石油開發(fā)的信息化建設(shè);兩相分離變壓控制儀表計(jì)量裝置因其適中的價(jià)格且測(cè)量數(shù)據(jù)可及時(shí)上傳,故在勝利海上平臺(tái)應(yīng)用最為廣泛;三相分離計(jì)量裝置計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,應(yīng)用效果良好,價(jià)格適中,現(xiàn)在被推廣使用;柱狀旋流式氣液分離器計(jì)量裝置 (GLCC)和在線不分離多相流量計(jì)量裝置雖然分離效率高、體積小、應(yīng)用情況良好,但因其高昂的價(jià)格而未能廣泛應(yīng)用。

建議對(duì)國(guó)外海洋平臺(tái)多相流量計(jì)應(yīng)用進(jìn)行充分調(diào)研,并積極開展實(shí)驗(yàn)室模擬,為勝利海洋平臺(tái)的油氣計(jì)量技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展提供幫助。

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Development of Oil and Gas Measuring Device on Shengli Offshore Platform

LU Zhuang-jie
(Shengli Engineering&Consulting Com pany Ltd.,Dongying257026,China)

TE953

B

1001-3482(2010)05-0089-04

2009-11-16

盧壯杰 (1984-),男,山東章丘人,2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué),從事海洋工程設(shè)計(jì)工作,E-mail:luzhuangjie999@sina.com。