自平衡雙罐稠油計量裝置的研發(fā)及使用

杜元勝 杜文文（中國石油工程設計有限責任公司新疆石油勘察設計研究院 834000）

一、項目開發(fā)背景

新疆油田公司有很多稠油區(qū)塊：如百重7、紅003、重32井區(qū)等。百重7及紅003產一般稠油(50℃時500～10000)；重32產特稠油（50℃時10000～ 50000 M Pa.S）；有的區(qū)塊還產超稠油（50℃時＞50000 M Pa.S)。因稠油粘度高，一般采取向地層注入高溫高壓蒸汽的開采方式，故井口出油特點是：粘度高、溫度高、含沙量大、含蒸汽、含泡沫油、含微量天然氣，計量難度甚大。對單井稠油的計量國內外尚無成熟的計量設備，近幾年來常用的“稱重式稠油計量器”，使用效果不好（計量誤差太大，通常為±20%～±40%)，用戶不滿意。

單井稠油的計量問題一直沒有得到良好的解決，為了解決這一難題。我們研發(fā)了本計量裝置。

二、雙罐稠油計量裝置的構成及工作原理

1.裝置構成

如下圖，主要由2個立式計量分離器、1臺進油防爆電動三通球閥、1臺排油防爆電動三通球閥、2臺防爆雙法蘭差壓變送器、2臺防爆液位開關、1套防爆PLC計量監(jiān)控儀及工藝閥門等組成。裝置以撬裝成套設備提供于用戶。

2.工作原理

（1）計量過程

進油電動三通球閥Z V-1和排油電動三通球閥Z V-2在PLC計量監(jiān)控儀的控制下總使得：當1#計量分離器計量時，2#計量分離器處于自然排油或憋壓排油狀態(tài)(此時1#分離器分離出的氣相經過平衡管進入2#分離器→Z V-2→再進入集油干線);反之，當2#計量分離器計時,1#計量分離器處于自然排油或憋壓排油狀態(tài)(此時2#分離器分離出的氣相經過平衡管進入1#分離器→Z V-2→再進入集油干線)。如此過程循環(huán)往復。

（2）計量原理

用雙法蘭差壓變送器測量分離器內液柱高度的壓差Δ P，隨著液位的上升，當Δ P=Δ P1(計量下限)時開始計時t 1，當Δ P=Δ P2(計量上限)時停止計時t 2。PLC程序根據(jù)定值Δ P2、Δ P1和計量時間△t=（t 2-t 1）及分離器內徑D即可計算出單井日產液量（t/d）。

三、雙罐稠油計量裝置的技術特點及保護措施

1.技術特點

（1）一個罐計量時另一個罐憋壓排油，計量與排油同步進行，計量的連續(xù)性好、排油效果好。

（2）與其它稠油計量裝置相比：計量精度高、計量范圍很寬（0.6～100 t/d）、因此對稠油井的適應性很強。

（3）配合電動多通閥可實現(xiàn)“多井人工排序、自動選井、自動計量”。在定時計量方式下，當定間到時，為確保計量精度PLC程序具有不滿罐比例計算功能。

（4）露天安裝式，結構簡單。

（5）撬裝化設備的諸多優(yōu)點及特點。

2.保護措施

（1）分離器過壓安全保護

在兩罐氣相平衡管上安裝一個安全閥，當任一罐內壓力超限1.6 M Pa時，安全閥都會起跳泄壓。

（2）分離器液位冒罐保護

每罐罐頂都裝一個懸錘液位開關，懸錘由不粘油材料制成。當差壓液位變送器故障時，罐內液位有可能因PLC檢測不到高限信號(Δ P2)繼而會持續(xù)上升至“冒罐”。但當液位上升到懸錘開關動作時，PLC便會根據(jù)懸錘開關的信號強令排油電動球閥Z V-2換向排液，這就防止了“冒罐”。

（3）分離器內部防凍保護

當不計量時總是一罐進/出口常通、另一罐進/出口常閉；在冬季，為了防止不計量時常閉罐內受凍，程序使兩罐“通/閉”狀態(tài)每隔2小時自動切換一次。

四、裝置的實際使用效果及使用中存在的問題

1.使用效果

新疆紅淺油田采取“蒸汽吞吐”開采方式，本計量裝置應用到了紅淺油田紅 003井區(qū) 1#計量站，首用實踐中經過了冬季嚴寒的時段，這是四季中工況最差的階段，研發(fā)人員幾十次去現(xiàn)場考察裝置的運行狀況，對本計量裝置從原理、功能、動作過程、計量精度、人機界面、操作方法、安全措施、安裝情況等多方面進行了考察驗收。實踐表明：計量裝置運行良好、安全可靠、計量精度高。

2.抽查誤差分析

（1）計量常數(shù)的確定

計量常數(shù) :C=0.25π D2ρ(Δ P2-Δ P1)。它可以用水標定，也可以計算近似確定：當罐內徑D=0.6 m△P1=0.1m水柱△P2=0.6 m水柱 時C=0.1414 t。

下舉一個同原理的雙容積計量裝其計量常數(shù)標定與計算相比的例子:2008年12月，研發(fā)人員與用戶技術監(jiān)督人員，對烏33井區(qū)10號站計量裝置的計量常數(shù)進行了標定值與計算值的實踐對比，見下表:

計算計量常數(shù) C j=0.1769(t)標定條件標定計量常數(shù)相對誤差D=0.8 m △P2-△P1=0.35mm水柱 ρ水=1(t/m3)C b=0.1761(t)（C j-C b）/C b×100%=0.454%

二者誤差很小，可見計量常也可以用計算來確定，但有條件時還是應標定一下。

（2）計量誤差分析

由日產量計算公式:(t/d)n—計量次數(shù)

可知：因PLC的計時和運算精度都是很高的，故計量誤差主要來源于采用計量常數(shù)與實際計量常數(shù)與間的偏差。當罐內徑D=600 mm而△P1=100 mm水柱 △P2=600 mm水柱 時 C=0.1414t。 假設：罐內壁粘了一層3 mm厚的油垢、且差壓變送器（0～1400 m水柱）精度由±0.2%降低為±1%此時:D n i n=600-6=594mm 差壓最大絕對誤差:ε=1400×（±1.0%）=±14mmH2O 那么：Δ P2-Δ P1=（600±14）-（100±14）=500±28=472～528 mmH2O則實際計量系數(shù):C n i n=0.1335t

而因實際工況遠比假設最壞工況好得多，故實際計量誤差完全可以滿足計量規(guī)范要求的精度≤±10%。

3.使用中存在的問題及改進對策

存在的問題

（1）雙法蘭差壓液位變送器上膜盒安裝于分離室，下膜盒安裝于計量室。導致檢修不方便、量程大。而量程大→測量絕對誤差大→計量誤差增大。

（2）因裝置進、出口始終為密閉通路，分離器液位“冒罐”無什么安全風險，故在分離器頂端裝液位開關防止“冒罐”意義不大。

（3）安全閥安裝位置高，不便于檢修。

改進對策

（1）將雙法蘭差壓液位變送器上/下膜盒均安裝于計量室的上/下部。將使：檢修方便、變送器量程變小→測量絕對誤差減小→計量誤差減小。

（2）去掉分離器頂裝液位開→降低成本。

（3）將低安全閥安裝位置或設檢修平臺→便于檢修。

結語

綜上，通過以上驗收和實際使用效果可以得出，XT G-LE 0.6 X1.8-1.6自平衡雙罐稠油自動計量裝置的研發(fā)取得了成功，并且可以大量應用于今后的新/老一般稠油區(qū)塊中。

[1]李秋蓮.稠油計量方式的選擇與探討[J].油氣田地面工程，2009，28（9）.

[2]周大勝，支印民，尹志成，孟強，李玉君.超稠油水平井分層開發(fā)技術[J].特種油氣藏，2014(02).