新疆油田紅淺火驅(qū)開發(fā)單井計(jì)量工藝研究

李征帛，馬 兵，趙 虎，張春雷

（新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

新疆油田多個稠油開發(fā)老區(qū)已經(jīng)進(jìn)入注蒸汽開發(fā)后期，操作成本持續(xù)上升，經(jīng)濟(jì)效益日益降低?；痱?qū)采油工藝具有采收率高、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，是提高新疆油田稠油開發(fā)采收率的有效途徑。紅淺1井區(qū)火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)自2009年建設(shè)以來，取得了較好的開發(fā)效果，形成了較為成熟的地面相關(guān)配套技術(shù)和現(xiàn)場管理體系，適應(yīng)于稠油油田老區(qū)的二次開發(fā)，并正在進(jìn)行工業(yè)化的推廣[1]。

雖然紅淺火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)取得了成功，其仍然存在一些問題。由于火驅(qū)采出液的復(fù)雜性，至今沒有找到一種適合紅淺火驅(qū)、有效、準(zhǔn)確的單井計(jì)量方法。

本文通過對現(xiàn)有主要單井計(jì)量方法的對比，結(jié)合紅淺火驅(qū)采出液的特點(diǎn)，找到適合紅淺火驅(qū)單井計(jì)量的計(jì)量方法，并通過對計(jì)量裝置的改進(jìn)，得到適合紅淺火驅(qū)的單井計(jì)量工藝。

1 紅淺火驅(qū)單井計(jì)量現(xiàn)狀

1.1 紅淺火驅(qū)的生產(chǎn)特點(diǎn)

新疆油田公司選定紅淺1井區(qū)八道灣組油藏開辟火驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)，試驗(yàn)?zāi)康膶佑蛯訛樯暗[巖油層。紅淺火驅(qū)采出液物性變化范圍較大，綜合表現(xiàn)為采出液起泡量大、粘度和密度變化范圍大、含水量較大、攜氣量大、間歇出液等。

1.1.1 粘度特性

圖1表示了幾口具有代表性的油井采出液隨時間的粘度變化曲線。從圖中可以看出，有少數(shù)油井的粘度較高，其粘度變化范圍也較大。

圖1 油井采出液的粘度變化曲線Fig.1 The viscosity curve of oil well fluid production

1.1.2 產(chǎn)液量特點(diǎn)

圖2表示了幾口油井產(chǎn)液量的變化情況。從圖中可以看出，在火驅(qū)開發(fā)前期，油井產(chǎn)液量的變化幅度非常大。

圖2 油井產(chǎn)液量變化曲線Fig.2 Oil well fluid production volume change curve

1.1.3 產(chǎn)氣量特點(diǎn)

圖3表示了幾口油井油管產(chǎn)氣量的變化情況。從圖中可以看出，單井油管產(chǎn)氣量的變化非常明顯，其變化范圍很大。

圖3 油管產(chǎn)氣量變化曲線Fig.3 Oil pipeline gas production change curve

2 紅淺火驅(qū)現(xiàn)有單井計(jì)量工藝介紹

紅淺火驅(qū)目前使用的單井計(jì)量裝置主要有兩種，分別是稱重式計(jì)量裝置和雙容積分離器計(jì)量裝置。

2.1 稱重式計(jì)量裝置

稱重式計(jì)量裝置的核心構(gòu)件是一對計(jì)量翻斗，如圖4所示，計(jì)量翻斗B與計(jì)量翻斗C由旋轉(zhuǎn)軸A連接。m1表示計(jì)量翻斗B的質(zhì)量，m2表示計(jì)量翻斗C與翻斗內(nèi)采出液的質(zhì)量之和，L1與L2分別為計(jì)量翻斗B與計(jì)量翻斗C所受重力的力臂。油井的采出液進(jìn)入稱重式計(jì)量裝置后，首先落入計(jì)量翻斗C。隨著計(jì)量翻斗C中的單井采出液量的不斷增多，m2逐漸增大。根據(jù)力矩平衡原理，當(dāng) m2g ×L2> m1g×L1時，翻斗就會自動翻轉(zhuǎn)。計(jì)量翻斗C中的采出液在重力的作用下排出，計(jì)量翻斗B繼續(xù)進(jìn)行盛液計(jì)量，從而實(shí)現(xiàn)單井采出液的不間斷持續(xù)計(jì)量[2-4]。

圖4 稱重式計(jì)量裝置的原理示意圖Fig.4 The principle diagram of weighing metering device

但是，通過稱重式計(jì)量裝置的單井計(jì)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，稱重式計(jì)量裝置的計(jì)量結(jié)果變化范圍非常大，計(jì)量結(jié)果存在較大誤差，分析原因主要有以下三點(diǎn)：

（1）泡沫量大。有時紅淺火驅(qū)單井采出液的泡沫量很大，而且泡沫的強(qiáng)度較高。當(dāng)單井采出液進(jìn)入計(jì)量翻斗后，由于泡沫占據(jù)了一部分體積，使得后續(xù)進(jìn)入計(jì)量裝置的采出液不斷從計(jì)量翻斗中溢出，而盛液翻斗始終達(dá)不到翻轉(zhuǎn)時所需要的力矩，導(dǎo)致計(jì)量翻斗在盛滿的情況下無法翻轉(zhuǎn)，從而經(jīng)常出現(xiàn)計(jì)量結(jié)果為零的情況。

（2）攜氣量大。當(dāng)攜氣量很大時，油管來氣在進(jìn)入計(jì)量裝置后很可能會將還沒有盛滿采出液的計(jì)量翻斗吹翻，從而造成計(jì)量結(jié)果遠(yuǎn)大于實(shí)際值。

（3）采出液粘度波動大。當(dāng)采出液粘度較高時，計(jì)量翻斗在翻轉(zhuǎn)后，可能無法將計(jì)量翻斗內(nèi)的原油排盡，甚至?xí)休^大量的原油留在計(jì)量斗內(nèi)，使得下一個計(jì)量漏斗在盛滿采出液后無法繼續(xù)進(jìn)行自動翻轉(zhuǎn)，從而是計(jì)量結(jié)果偏小甚至為零。

2.2 雙容積分離器單井計(jì)量裝置

雙容積分離器單井計(jì)量裝置是通過U形管原理建立壓力等式，通過計(jì)算液位計(jì)中水柱的壓力，間接計(jì)算出容器中采出液的質(zhì)量。不受采出液密度變化的影響，適用性較為廣泛[5]。

如圖5所示，雙容積分離器主要由計(jì)量腔、底水、液位計(jì)組成。

圖5 雙容積分離器計(jì)量裝置原理示意圖Fig.5 The principle diagram of double volume separator metering device

單位時間Δt內(nèi)，隨著進(jìn)入計(jì)量裝置的油井采出液量的增加，計(jì)量裝置底水的液面逐漸下降，同時與底水相連通的液位計(jì)中的液面逐漸上升，底水減少的體積應(yīng)等于液位計(jì)中增加的水的體積。

根據(jù)連通器原理，底水液面下降后，其液面處的壓力應(yīng)該等于液位計(jì)中同樣高度液位出的壓力。

從計(jì)算公式可以看出，油井產(chǎn)量的計(jì)算與采出液狀態(tài)的變化無關(guān)，因此，這種計(jì)量方式的準(zhǔn)確性較高、適應(yīng)性較廣。

從理論角度來看，當(dāng)采出液的攜氣量不大時，即由于來氣量的波動，造成液位計(jì)與計(jì)量分離器中的壓差可以近似忽略不計(jì)，雙容積分離器計(jì)量裝置的誤差主要來自液位計(jì)中液柱高度變化量△H，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，這種誤差應(yīng)在1 cm左右，對計(jì)量結(jié)果的影響不大。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果顯示，雙容積計(jì)量裝置計(jì)量結(jié)果的波動范圍較小，計(jì)量結(jié)果較為平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)產(chǎn)液量大幅波動的情況。

3 紅淺火驅(qū)單井計(jì)量工藝

3.1 紅淺火驅(qū)計(jì)量工藝的選取

根據(jù)前面的分析可以發(fā)現(xiàn)，稱重式單井計(jì)量裝置的計(jì)量誤差較大，而雙容積分離器單井計(jì)量裝置的計(jì)量結(jié)果波動范圍要小得多，并且波動較為平穩(wěn)。由此可見，雙容積分離器計(jì)量裝置較稱重式單井計(jì)量裝置更加適合紅淺火驅(qū)的單井計(jì)量。因此，推薦使用雙容積分離器計(jì)量裝置對紅淺火驅(qū)進(jìn)行單井計(jì)量。

但是，由于其結(jié)構(gòu)上和計(jì)量原理上的特點(diǎn)，雙容積計(jì)量裝置也存在一些問題：

紅淺火驅(qū)采出液泡沫量比較大，如果泡沫量過大，并從連通管進(jìn)入計(jì)量裝置的氣腔，會導(dǎo)致分離出來的氣體中含有液體，從而影響產(chǎn)氣量的計(jì)量。同時由于連通管中充滿泡沫，會使得氣腔與計(jì)量腔之間存在較大壓差，從而是計(jì)量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。對于產(chǎn)氣量的計(jì)量，目前使用的是單流量計(jì)的計(jì)量，計(jì)量量程難以涵蓋產(chǎn)氣量的波動范圍，使計(jì)量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。

3.2 雙容積計(jì)量裝置的改進(jìn)措施

3.2.1 產(chǎn)液量計(jì)量工藝的改進(jìn)

雖然雙容積分離器單井計(jì)量裝置理論上避免了紅淺火驅(qū)采出液密度變化對計(jì)量產(chǎn)生的影響，但是其無法解決采出液泡沫量大所產(chǎn)生的計(jì)量誤差問題。另外，雙容積計(jì)量裝置采用U形管原理進(jìn)行計(jì)量，其水腔占據(jù)了較大空間，并且當(dāng)泡沫量較大和產(chǎn)氣量較大時，很容易引起液位計(jì)玻璃管與計(jì)量腔之間產(chǎn)生較大壓差，從而使計(jì)量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。針對以上問題，對雙容積分離器計(jì)量裝置的產(chǎn)液計(jì)量工藝進(jìn)行如下改進(jìn)：

（1）在計(jì)量分離器氣腔和分離腔之間加除泡器。通過改進(jìn)，即使采出液泡沫量很大也可以避免液體進(jìn)入氣體出口管道，提高了產(chǎn)液量計(jì)量的精度，同時也避免了氣相管路中存在液體對產(chǎn)氣量計(jì)量的影響。

（2）將水腔和液位計(jì)去掉，改為使用差壓計(jì)進(jìn)行計(jì)量。通過測量分離腔與計(jì)量腔之間的壓差，利用壓差計(jì)算出液位高度的變化，進(jìn)而計(jì)算出產(chǎn)液量。

（3）增加連通管的數(shù)量和管徑。泡沫量大可能會造成分離腔與計(jì)量腔之間存在壓差，使得差壓計(jì)測出來的壓差較真實(shí)值大，從而是計(jì)量結(jié)果偏大。為了保證分離腔與計(jì)量腔之間壓力的平衡，在分離腔與計(jì)量腔之間使用三個長度較小、管徑較大的連通管，避免泡沫進(jìn)入連通管后對計(jì)量結(jié)果造成較大影響。

3.2.2 產(chǎn)氣量計(jì)量工藝的改進(jìn)

現(xiàn)有的雙容積單井計(jì)量工藝的產(chǎn)氣量計(jì)量采用單個旋進(jìn)漩渦流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，計(jì)量結(jié)果存在較大誤差。

對于產(chǎn)氣量的計(jì)量，改為使用高低兩種量程的流量計(jì)搭配使用，進(jìn)行選擇性計(jì)量。鑒于紅淺火驅(qū)的產(chǎn)氣量大小，取計(jì)量上限為10 000 Nm3/d，計(jì)量下限為50 Nm3/d。而旋進(jìn)漩渦流量計(jì)的量程比可以達(dá)到 20以上，因此兩個流量計(jì)的量程分別選擇為50~1 000 Nm3/d和600~10 000 Nm3/d。當(dāng)產(chǎn)氣量由小變大時，當(dāng)產(chǎn)氣量達(dá)到800 Nm3/d時，自動改為高量程流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，當(dāng)產(chǎn)氣量又高變低是，當(dāng)產(chǎn)氣量降到600 Nm3/d時，自動改為低量程流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，這樣既滿足了產(chǎn)氣量的有效計(jì)量，同時也避免了產(chǎn)氣量的瞬時波動造成兩個流量計(jì)之間的反復(fù)交替計(jì)量，使產(chǎn)氣量的計(jì)量更加準(zhǔn)確有效。

3.2.3 排液工藝的改進(jìn)

現(xiàn)有的雙容積計(jì)量裝置的排液工藝采用依靠重力自然排液的方式，但是，紅淺火驅(qū)采出液的粘度和產(chǎn)氣量波動范圍較大，有可能造成排液困難。當(dāng)產(chǎn)氣量較大時，通過計(jì)量裝置憋壓，有助于計(jì)量裝置的排液。當(dāng)產(chǎn)氣量較小，并且采出液的粘度較高時，單單依靠重力的自然排液較為困難，有可能造成排液時間過長，甚至無法排液，從而影響采出液的有效計(jì)量。因此，在排液工藝的設(shè)計(jì)時，增加一臺單螺桿泵，當(dāng)計(jì)量裝置可以順利實(shí)現(xiàn)自然排液時，泵處于停泵狀態(tài)，但如果一定時間內(nèi)無法完成自然排液，應(yīng)通過泵與液位的聯(lián)鎖控制，自動啟泵進(jìn)行排液。

4 結(jié) 論

通過對雙容積分離計(jì)量裝置的改進(jìn)，理論上基本解決了紅淺火驅(qū)采出液泡沫量大、攜氣量大等因素對單井計(jì)量造成的困難。其計(jì)量效果還需在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行檢驗(yàn)，但這種方法對紅淺火驅(qū)以及今后火驅(qū)采油技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)化推廣，具有一定的借鑒意義。

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