撬裝式油氣分離單井自動(dòng)計(jì)量裝置研究及應(yīng)用

高寶元

(中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司 鉆采工程技術(shù)研究院，西安 710018)

撬裝式油氣分離單井自動(dòng)計(jì)量裝置研究及應(yīng)用

高寶元

(中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司 鉆采工程技術(shù)研究院，西安 710018)

針對(duì)傳統(tǒng)油井計(jì)量方法的間斷性和不確定性，開(kāi)發(fā)了撬裝式油氣分離單井自動(dòng)計(jì)量裝置，包括氣相和液相分離部分、氣相和液相控制系統(tǒng)部分、原油伴生氣計(jì)量三部分，實(shí)現(xiàn)氣液兩相充分分離。實(shí)現(xiàn)了單井連續(xù)計(jì)量和分隊(duì)連續(xù)計(jì)量，彌補(bǔ)了目前多相流計(jì)量無(wú)法測(cè)量小流量的技術(shù)空白，達(dá)到了單井油氣水計(jì)量準(zhǔn)確度的要求，完善了油井采出液多相流混相輸送的工藝技術(shù)。詳細(xì)介紹了油氣分離單井自動(dòng)計(jì)量裝置的工藝流程、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用效果。

撬裝式 油氣分離 單井 自動(dòng)計(jì)量

隨著長(zhǎng)慶油田開(kāi)發(fā)力度的增大，目前使用的油井單井計(jì)量技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足油田發(fā)展的要求，主要存在以下問(wèn)題：

1) 自動(dòng)連續(xù)計(jì)量技術(shù)工藝緊湊，操作空間比較狹窄，不利于工人的日常生產(chǎn)和維護(hù)；質(zhì)量流量計(jì)精度易受氣泡影響，導(dǎo)致誤差大；由于帶摻水、熱洗工藝流程，結(jié)垢問(wèn)題會(huì)影響計(jì)量的準(zhǔn)確度，同時(shí)會(huì)造成摻水流量計(jì)計(jì)量的二次誤差。

2) 井口功圖量油技術(shù)對(duì)于連抽帶噴、油管漏失等抽油機(jī)井使用效果不理想，在技術(shù)上有待提高。

3) 異性增容翻斗量油技術(shù)，翻斗長(zhǎng)期工作可能導(dǎo)致螺栓松動(dòng)或軸承磨損，出現(xiàn)計(jì)量不準(zhǔn)、翻斗不翻的現(xiàn)象；在溫度比較低的冬季，原油在翻斗邊緣結(jié)蠟，改變了翻斗的容積和重心位置。

4) 稱(chēng)重計(jì)量車(chē)量油技術(shù)僅適用于低產(chǎn)液?jiǎn)尉?，不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)量油，且無(wú)法計(jì)量產(chǎn)氣量。該裝置采用人工方式控制計(jì)量罐與井口壓力的平衡，不能實(shí)現(xiàn)精確控制。

針對(duì)以上不足，筆者開(kāi)發(fā)了撬裝式油氣分離單井自動(dòng)計(jì)量裝置，實(shí)現(xiàn)了單井連續(xù)計(jì)量和分隊(duì)連續(xù)計(jì)量，解決了傳統(tǒng)計(jì)量方法的間斷性和不準(zhǔn)確，彌補(bǔ)了目前多項(xiàng)流計(jì)量無(wú)法測(cè)量小流量的技術(shù)空白，測(cè)量顯示油水混合液的總質(zhì)量、流量、密度的同時(shí)，能推算出含水比、產(chǎn)油量，其精度完全滿足SY/T0004—98《油田油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的單井油氣水計(jì)量準(zhǔn)確度要達(dá)到±10%的要求，完善了油井采出液多項(xiàng)流混相輸送的工藝技術(shù)，解決了偏遠(yuǎn)油井無(wú)法計(jì)量的問(wèn)題，符合油田發(fā)展的需求。

1 撬裝式油氣分離單井自動(dòng)計(jì)量裝置工藝流程

撬裝式油氣分離單井計(jì)量裝置是集油氣分離、油井多相流計(jì)量于一身的機(jī)電一體化系統(tǒng)，由氣相和液相分離部分、氣相和液相控制系統(tǒng)部分、液相和氣相計(jì)量三部分組成，裝置工藝流程圖如圖1所示。單井原油正常計(jì)量情況下，油井來(lái)油從油氣進(jìn)口依次通過(guò)氣液一級(jí)分離裝置、氣液二級(jí)分離裝置和雙容積分離器后分成氣相部分和液相部分；當(dāng)油氣完全分離后，均進(jìn)入控制裝置，氣相向上進(jìn)入氣動(dòng)閥部分，液相向下進(jìn)入液動(dòng)閥部分；當(dāng)液面升高時(shí)，浮子由于浮力的作用致使液動(dòng)閥打開(kāi)、氣動(dòng)閥關(guān)閉，液相流出，進(jìn)入設(shè)置有液體原油質(zhì)量流量計(jì)的管道；當(dāng)氣體量增加液量減少時(shí)液面下降，隨之浮子浮力減小下降，液動(dòng)閥關(guān)閉，氣動(dòng)閥打開(kāi)，氣體排出，進(jìn)入設(shè)置有氣體質(zhì)量流量計(jì)的管道；計(jì)量完成后氣相和液相匯合，進(jìn)入混輸管線。

圖1 撬裝式油氣分離單井自動(dòng)計(jì)量裝置工藝流程示意

單井原油不計(jì)量情況下，關(guān)閉截止閥1和截止閥2，打開(kāi)截止閥3，從井口來(lái)的油氣經(jīng)過(guò)單井管線直接進(jìn)入混輸管線。撬裝式油氣分離單井計(jì)量裝置整體固定安裝在撬上，也可以從截止閥處卸掉后車(chē)載移動(dòng)。

2 撬裝式油氣分離單井計(jì)量裝置結(jié)構(gòu)組成和設(shè)計(jì)

2.1 氣相和液相分離部分設(shè)計(jì)

從單井進(jìn)來(lái)的油氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器后，將原油中的蠟塊和沙粒過(guò)濾掉，油氣進(jìn)入氣相和液相管柱一級(jí)分離裝置，采用柱狀旋流式氣-液分離技術(shù)，在離心力、重力和浮力的作用下形成一個(gè)倒圓錐形渦流場(chǎng)，密度大的油水液相沿垂直管管壁流到分離器下部，密度小的氣相沿漩渦的中心上升至分離器頂部，最終氣相從分離器頂部進(jìn)入緩沖罐，液相流體從底部排出進(jìn)入氣相和液相管柱二級(jí)分離裝置。氣相在緩沖罐中經(jīng)過(guò)緩沖后，通過(guò)控制裝置后進(jìn)入氣體質(zhì)量流量計(jì)。從一級(jí)分離裝置出來(lái)的液相原油含少量氣體，影響原油計(jì)量的準(zhǔn)確度，必須進(jìn)行二次分離。進(jìn)入管柱二級(jí)分離裝置后，進(jìn)行二次分離，分離方式同一級(jí)分離，而最終氣相從分離器頂部通過(guò)控制裝置后進(jìn)入氣體質(zhì)量流量計(jì)，液相流體從底部進(jìn)入雙容積分離器。經(jīng)過(guò)雙容積分離器上室進(jìn)一步油氣分離后，氣體通過(guò)控制裝置后進(jìn)入氣體質(zhì)量流量計(jì)，液體通過(guò)分離截止閥進(jìn)入雙容積分離器下室，達(dá)到一定的儲(chǔ)存量通過(guò)控制裝置后進(jìn)入液體原油質(zhì)量流量計(jì)。

2.2 氣相和液相控制系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)

油氣分離計(jì)量系統(tǒng)采用自力式控制原理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況的流型模擬，充分考慮了液位、壓力、氣液流量和閥位之間的相互關(guān)聯(lián)，組成了完善的復(fù)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過(guò)建立正確的氣液分離模型和采用完善的控制系統(tǒng)，使分離器實(shí)現(xiàn)良好的氣液平衡，達(dá)到理想的分離效果，從而保證計(jì)量的準(zhǔn)確性?？刂蒲b置是浮力控制的純機(jī)械連動(dòng)控制系統(tǒng)，包括上部的氣動(dòng)閥和下部的液動(dòng)閥，氣動(dòng)閥和液動(dòng)閥采用浮子連動(dòng)耦合結(jié)構(gòu)。

緩沖罐的出口、氣相和液相二級(jí)分離裝置的出氣口以及雙容積分離器的出氣口，均通過(guò)控制裝置的氣動(dòng)閥連通至裝有氣體質(zhì)量流量計(jì)的管道；雙容積分離器的出液口通過(guò)控制裝置的液動(dòng)閥連通至設(shè)有液體原油質(zhì)量流量計(jì)的管道。由于氣液閥采用浮子連動(dòng)耦合設(shè)計(jì)原理，因而當(dāng)液體流量大時(shí)液面升高，浮子由于浮力的作用隨之上移，致使液動(dòng)閥打開(kāi)氣動(dòng)閥關(guān)閉，原油流出，通過(guò)液相質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行原油計(jì)量。當(dāng)氣相量增加液量減少時(shí)液面下降，隨之浮子浮力減小下降，液動(dòng)閥關(guān)閉，氣動(dòng)閥打開(kāi)，氣體排出。

2.3 氣相和液相計(jì)量設(shè)計(jì)

由于氣體的密度低，必須要在很高的壓力和流速下才能達(dá)到規(guī)定的流量值。液相由質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，質(zhì)量流量計(jì)由雙管型流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，雙管型可降低外界振動(dòng)的干擾和原油中少量伴生氣的影響，容易實(shí)現(xiàn)相位差的測(cè)量。質(zhì)量流量計(jì)可測(cè)量質(zhì)量流量、流體密度和溫度，還可由質(zhì)量流量和流體密度衍生出雙組分溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量濃度，即通過(guò)推算得出液體中含水量和含油量。質(zhì)量流量計(jì)具有抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、量程比大、工作穩(wěn)定可靠、對(duì)安裝要求低、對(duì)流體狀態(tài)要求低、壓力損失小等優(yōu)點(diǎn)，且易清洗、具備自排空功能。自動(dòng)生成液、氣、水(油)瞬時(shí)參數(shù)曲線，生產(chǎn)日?qǐng)?bào)等，也可根據(jù)用戶需要實(shí)現(xiàn)計(jì)量參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

3 應(yīng)用效果

從2014年3月至2015年12月在該油田第三采油廠和第七采油廠安裝應(yīng)用了10余套撬裝式油氣分離單井計(jì)量裝置，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，效果如下：

1) 計(jì)量精度高；量程范圍廣，適應(yīng)于單井原油的計(jì)量，也可以用于其他各種介質(zhì)下多相流的測(cè)量。

2) 安全可靠，采用管道設(shè)計(jì)去掉容積式分離器、調(diào)節(jié)閥等設(shè)備。

3) 結(jié)構(gòu)合理，占地面積小，可采用計(jì)算機(jī)對(duì)儀表測(cè)量參數(shù)進(jìn)行分析處理，自動(dòng)生成液、氣、水計(jì)量曲線及生產(chǎn)報(bào)表，為實(shí)現(xiàn)油田精細(xì)化管理提供科學(xué)保證。

4) 移動(dòng)式計(jì)量裝置適用性廣，對(duì)偏遠(yuǎn)井的單井計(jì)量方便快捷。

5) 裝置可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳，便于遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4 結(jié)束語(yǔ)

該計(jì)量裝置中采用小型分離器替代了常規(guī)容積式分離器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低、質(zhì)量輕、應(yīng)用方便、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，提高了單井計(jì)量的精度。由于采用質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量，單井多相流計(jì)量準(zhǔn)確，液相計(jì)量精度小于±5%，氣相計(jì)量精度小于±10%。該計(jì)量裝置由于其過(guò)程密閉性，減小了大量熱能和管道壓力損耗，節(jié)能降耗效果顯著，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

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Research and Application of Single Well Automatic Metering Device for Skid Mounted Type Oil and Gas Separation

GaoBaoyuan

(CNPCChuanqingDrillingEngineeringCo.Ltd.，DrillingEngineeringTechnologyResearchInstitute，Xi’an， 710018，China)

Aimingatdiscontinuityanduncertaintyofmeteringmethodfortraditionaloilwell，skidmountedtypeoilandgasseparationautomaticmeteringdeviceforsinglewellisdeveloped.Itcomprisesthreepartsofagasandliquidphaseseparation，gasandliquidphasecontrolsystemandcrudeoilassociatedgasmeteringsystem.Thecompleteseparationforgasandliquidisrealized.Thetechnologyforlowflowmeasurementthatcan’tbetakenformultiphasemeteringisdeveloped.Singlewellanddetachmentscontinuousmeteringisachieved.Therequirementofsinglewelloilgaswatermeteringaccuracyismet.Theprocesstechnologyformultiphaseflowinmixedphaseconveyingisperfectedforoilwellproducedfluid.Theprocessflowchart，constructdesignandapplicationperformanceofsinglewellautomaticmeteringinstallationforgas&oilseparationisintroducedindetail.

skidmounted；oilandgasseparation；singlewell；automaticmeasurement

2016年陜西省科學(xué)研究發(fā)展重點(diǎn)新產(chǎn)品計(jì)劃項(xiàng)目(2016XCP-09)。

高寶元(1963—)，男，2008年畢業(yè)西安交通大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)工作于中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究。從事石油自動(dòng)化儀器儀表設(shè)計(jì)研究工作，任工程師。

TH

B

1007-7324(2016)06-0031-03

稿件收到日期： 2016-08-01，修改稿收到日期： 2016-10-09。