關(guān)于U型管法和溫差法單井計(jì)量應(yīng)用效果分析

朱曉旭（黑龍江省大慶市第三采油廠地質(zhì)大隊(duì)，黑龍江 大慶 163513）

關(guān)于U型管法和溫差法單井計(jì)量應(yīng)用效果分析

朱曉旭（黑龍江省大慶市第三采油廠地質(zhì)大隊(duì)，黑龍江 大慶 163513）

目前油井普遍采用計(jì)量分離器、軟件量油儀、功圖法等量油方式。計(jì)量分離器量油為人工看表計(jì)時(shí)、手工換算，存在計(jì)時(shí)誤差大、計(jì)算工作量大，液位無(wú)刻度顯示，操作記錄手寫(xiě)、無(wú)法對(duì)量油過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督等。為進(jìn)一步提高計(jì)量精度，使量油更加智能化、信息化，對(duì)量油方式進(jìn)行改進(jìn)。采用了U型管法和溫差法單井計(jì)量方法，本文通過(guò)兩種計(jì)量方法原理及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果做出綜合分析，證明了U型管法和溫差法提高了自動(dòng)化程度，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，有良好地應(yīng)用前景。

U型管法；溫差法；單井計(jì)量；積算儀

油井產(chǎn)量的計(jì)量是油田生產(chǎn)管理中的一項(xiàng)重要工作，對(duì)油井產(chǎn)量進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)的計(jì)量，對(duì)掌握油藏狀況，制定生產(chǎn)方案，具有重要的指導(dǎo)意義。目前國(guó)內(nèi)各油田采用的油井產(chǎn)量計(jì)量方法主要有玻璃管量油孔板測(cè)氣、翻斗量油孔板測(cè)氣、兩相分離密度法和三相分離計(jì)量方法等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，油田越來(lái)越需要功能強(qiáng)、自動(dòng)化程度高的油井計(jì)量設(shè)備以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和油田的管理水平，近兩年來(lái)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用U形管法和溫差法單井計(jì)量方式，有效的提高了自動(dòng)化程度，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 U型管計(jì)量法

原理：U形管計(jì)量法實(shí)際又稱為玻璃管液面計(jì)量油法，在原有油田設(shè)計(jì)工藝基礎(chǔ)上，將分離器上的玻璃管液位計(jì)改造為磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)，通過(guò)開(kāi)發(fā)的油氣積算儀自動(dòng)采集液位開(kāi)關(guān)信號(hào)，通過(guò)油氣積算儀運(yùn)算，自動(dòng)計(jì)算出單個(gè)量油過(guò)程的單井液量計(jì)算。同時(shí)在不改變?cè)胁ＡЧ芰坑驮砘A(chǔ)上，通過(guò)將原有的分離器氣平衡閘門(mén)改造為帶閘門(mén)的電動(dòng)執(zhí)行器，新增U形管安裝在分離器出口處，頂端和電動(dòng)執(zhí)行器連接，數(shù)傳儀安裝在計(jì)量間值班室內(nèi)，通過(guò)有線方式與積算儀和電動(dòng)執(zhí)行器連接，實(shí)現(xiàn)單井量油過(guò)程自動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)控制。

工藝構(gòu)架圖1

適用范圍：采用玻璃管量油工藝的單井計(jì)量

應(yīng)用規(guī)模：磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)加智能積算儀46套

實(shí)驗(yàn)U形管法單井自動(dòng)計(jì)量裝置1套

技術(shù)關(guān)鍵：磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)提供液位開(kāi)關(guān)信號(hào)，油氣積算儀實(shí)現(xiàn)單井過(guò)程計(jì)量，數(shù)傳儀（RTU）實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制和數(shù)據(jù)累計(jì)存儲(chǔ)，U形管工藝設(shè)計(jì)通過(guò)壓力平衡和溢流原理保障了整個(gè)工藝無(wú)人干預(yù)控制過(guò)程的自動(dòng)控制，既解決了人工誤操作容易引起的憋壓溢流事故，又簡(jiǎn)化了改造工藝，節(jié)約少投資分離器出口處安裝電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥1臺(tái)。

應(yīng)用效果：自動(dòng)連續(xù)量油裝置在計(jì)量間安裝使用，分別選取了產(chǎn)氣量高的和產(chǎn)氣量低的兩口井進(jìn)行量油實(shí)驗(yàn)。

產(chǎn)氣量高的井?dāng)?shù)據(jù)如下：

計(jì)量次數(shù)1 2 3平均計(jì)量秒數(shù)(s) 326 275 351 317計(jì)量液量(t/d) 30 36 28 32

產(chǎn)氣量低的井?dāng)?shù)據(jù)如下：

計(jì)量次數(shù)1 2 3平均計(jì)量秒數(shù)(s) 408 443 395 415計(jì)量液量(t/d) 24 22 25 24

該裝置計(jì)量與原玻璃管量油裝置計(jì)量結(jié)果相近，采用自動(dòng)量油裝置后，既解決了分離器量油需多次人工開(kāi)關(guān)分離器進(jìn)出口的不便，又解決了低產(chǎn)井、間歇出液井量油困難的問(wèn)題，降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度；同時(shí)計(jì)量人員不用在現(xiàn)場(chǎng)等待量油結(jié)束，可處理其它日常事務(wù)，提高了員工工作效率。U形管的采用從系統(tǒng)原理上保證了整套自動(dòng)裝置的安全可靠性：因?yàn)榉蛛x器出口閥門(mén)保持常開(kāi)，降低了整個(gè)工藝流程因憋壓造成事故的可能性。

建設(shè)投資：智能TM卡油氣積算儀 1.5萬(wàn)元

電動(dòng)執(zhí)行器 2.2萬(wàn)元

分離器U形管 0.3萬(wàn)元

數(shù)傳儀RTU（含節(jié)點(diǎn)） 2.4萬(wàn)元

今后優(yōu)勢(shì)：

（1）在現(xiàn)有基礎(chǔ)上積算儀的控制程序還可以進(jìn)一步優(yōu)化，可根據(jù)測(cè)量單井液量的多少靈活選定測(cè)量段高度，在滿足測(cè)量精度的前提下節(jié)約測(cè)量時(shí)間。

（2）數(shù)傳儀控制面板功能還可以進(jìn)一步提升，可更換為觸摸屏等，人機(jī)交互效果更好。

（3）通過(guò)擴(kuò)展數(shù)傳儀的硬件配置，可增加壓力、溫度以及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制信號(hào)，升級(jí)軟件控制程序，增加無(wú)線傳輸功能，適應(yīng)油田數(shù)據(jù)傳輸需求。

2 溫差法單井計(jì)量

原理：JKL-D井口在線流量計(jì)量?jī)x（四川綿陽(yáng)科學(xué)城久利電子有限責(zé)任公司）是采用加熱被測(cè)流體，通過(guò)測(cè)量流體加熱前后的溫升值DT來(lái)測(cè)量流體流量，可稱為熱式流量計(jì)。

流體加熱后的溫升值DT=T1-T0

表1 井口計(jì)量與目前上報(bào)情況對(duì)比統(tǒng)計(jì)表

上式中：

P為流體獲得的加熱功率；

C為流體的體積熱容量；

?：電能轉(zhuǎn)為流體熱能的效率，%

Q為流體的體積流量；

由上式可得出流量Q

C=C水×%水+C油×%油+C氣×%氣混合流體平均比熱容公式：

在實(shí)際應(yīng)用中，水的比熱容為1 kcal/kg·℃；原油的比熱容與原油的成分有很大的關(guān)系，如大慶油田第九采油廠，取比熱容為0.53 kcal/kg·℃；伴生氣的主要成分為天然氣，比熱容大約為空氣的2.4倍，約0.576 kcal/kg·℃，根據(jù)項(xiàng)目指標(biāo)，氣油比為0～100 m3/t，天然氣的比重大約為0.65 kg/m3，按最大值計(jì)算，每噸原油含氣100立方米，天然氣總的熱容為37.44 kcal/℃，當(dāng)50%含水時(shí)，原油的總熱容約為7650 kcal/℃，由以上計(jì)算可以得出結(jié)論，在熱容的計(jì)算公式中可以修正油的比熱容而忽略氣的熱容計(jì)算，水的比熱容取為1，C油可以取為小于1的常數(shù)，簡(jiǎn)化后公式為：

井口流體中所含的氣體，由于體積熱容量很小對(duì)測(cè)量結(jié)果影響不大，測(cè)量中氣、液不用分離，可直接測(cè)出井口的液體流量。

系統(tǒng)構(gòu)成：

適用范圍：

針對(duì)所有油井尤其是環(huán)狀流程井

測(cè)量范圍：Ⅰ型：0.5～10噸/天 Ⅱ型：1～20噸/天

有特殊要求時(shí)可提供更大測(cè)量范圍儀器

測(cè)量參數(shù)：測(cè)量誤差為±5%；儀器可承受壓力為4MPa；最長(zhǎng)可記錄10天的數(shù)據(jù)。

測(cè)量加熱器平均功率為360W/180W。

測(cè)量系統(tǒng)組成：

井口計(jì)量裝置包括加熱裝置；井口控制測(cè)量?jī)x；數(shù)據(jù)處理機(jī)（或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)儀）和軟件。

井口計(jì)量裝置為測(cè)量系統(tǒng)主體；井口控制測(cè)量?jī)x為測(cè)量系統(tǒng)的控制、測(cè)量和記錄部分；數(shù)據(jù)處理機(jī)和軟件在測(cè)量結(jié)束后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)使用。數(shù)據(jù)處理分析軟件負(fù)責(zé)對(duì)二次儀表的數(shù)據(jù)進(jìn)行回放、分析和處理，可以上傳測(cè)試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果到數(shù)據(jù)庫(kù)，并瀏覽上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)的生產(chǎn)井的歷史產(chǎn)量變化并輸出。數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件僅能由管理人員使用，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)，包括上傳記錄的維護(hù)和數(shù)據(jù)處理分析軟件登陸人員的管理。

應(yīng)用規(guī)模：溫差法單井計(jì)量裝置22口井

應(yīng)用效果：與試驗(yàn)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比來(lái)看，該溫差法計(jì)量裝置數(shù)據(jù)錄取較為準(zhǔn)確。(表1所示)

建設(shè)投資：智能油井計(jì)量?jī)x1.42萬(wàn)元

油井儀表及儀表配件0.46萬(wàn)元

技術(shù)關(guān)鍵：

（1）固定測(cè)量裝置機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)；加熱裝置和保溫層的設(shè)計(jì)安裝；測(cè)量傳感器的選取和安裝等；專(zhuān)用軟件的開(kāi)發(fā)滿足油田需求。

（2）重點(diǎn)解決實(shí)現(xiàn)高精度溫度差值△T的測(cè)量；有效控制加熱效率；油、氣、水混合物比熱容的校正；間歇出油的問(wèn)題；散熱與保溫的問(wèn)題等適應(yīng)油田生產(chǎn)需求。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，U形管計(jì)量法適用于原有油田建設(shè)單井計(jì)量間具備分離器的玻璃管量油裝置。優(yōu)點(diǎn)是改造工作量小，自動(dòng)化程度高，測(cè)量精度高，功能擴(kuò)展空間大，平均單井投資低；缺點(diǎn)是產(chǎn)品智能化還需進(jìn)一步加強(qiáng)。溫差計(jì)量法適用于液量小于20噸/天的單井液量計(jì)量，與工藝無(wú)關(guān)。優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)井口安裝可以連續(xù)計(jì)量；缺點(diǎn)是單井投資高，設(shè)備需要定期標(biāo)定，受外界環(huán)境影響因素大，理論計(jì)算受間歇出油和產(chǎn)氣影響較大，該技術(shù)還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

朱曉旭，2014年7月畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)，學(xué)士學(xué)位，自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)工作大慶第三采油廠