雙腔油井計量分離器

常 峰

中國石化勝利油田分公司工程技術(shù)管理中心（山東東營257000）

■計量

雙腔油井計量分離器

常 峰

中國石化勝利油田分公司工程技術(shù)管理中心（山東東營257000）

油井計量分離器是油田在用的主要單井計量裝置，具有流程簡單，成本低、使用壽命長的優(yōu)點。但存在低產(chǎn)液油井量油時間過長，間歇油井計量誤差大、低伴生氣油井壓液面困難的問題。通過對油井計量分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，控制系統(tǒng)進(jìn)行升級，實現(xiàn)了單井產(chǎn)量的連續(xù)計量，解決了無氣、低伴生氣油井的計量難題，降低了間歇波動油井的計量誤差，縮短了計量時間，提高了計量效率。將穩(wěn)定油井產(chǎn)量計量誤差減小至±3%以內(nèi)，低產(chǎn)液、間歇油井產(chǎn)量計量誤差減小至±5%以內(nèi)。

雙腔油井計量分離器；連續(xù)計量；分離傘

為了摸清中國石化勝利油田單井計量的現(xiàn)狀,技術(shù)檢測中心對油田使用的各類單井計量裝置進(jìn)行了調(diào)研統(tǒng)計匯總。從調(diào)研的情況看，油田主要單井計量方式有4種，其中油井計量分離器是使用最廣泛的單井計量裝置，全油田87%以上的計量站均采用此種裝置，它具有流程簡單，成本低、使用壽命長的優(yōu)點。自2009年起技術(shù)檢測中心連續(xù)4年對油田的各類油井計量裝置進(jìn)行了現(xiàn)場測試，通過現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，對于產(chǎn)量穩(wěn)定、有一定氣量的油井，油井計量分離器的計量誤差基本能控制在±10%以內(nèi)，但存在低產(chǎn)液油井量油時間過長，間歇油井計量誤差大、低伴生氣油井壓液面困難的問題。

中國石化勝利油田分公司技術(shù)檢測中心在分析研究油井計量分離器原理的基礎(chǔ)上，提出了在不改變現(xiàn)場工藝流程的基礎(chǔ)上對油井計量分離器進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的雙腔油井計量分離器。

1 問題提出與解決方法

1.1 分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)技術(shù)改進(jìn)

雙腔油井計量分離器采用雙腔體結(jié)構(gòu)，其計量準(zhǔn)確度，在很大程度上依賴于分離器的分離效果，只有將油井產(chǎn)出物高效氣液分離，計量出的液量、氣量才會準(zhǔn)確。分離傘的展開面積越大，分離效果越好。通過研究設(shè)計使分離傘的表面積獲得最大值，提高油氣分離效果，進(jìn)一步提高計量裝置的準(zhǔn)確度。對一級分離傘進(jìn)行了改進(jìn)。

1）原分離傘結(jié)構(gòu)設(shè)計。在分離器頂部設(shè)計一個圓錐型分離傘，圓錐底圓的圓心位于分離器半圓半徑的中心點，圓錐底圓的半徑等于分離器半圓半徑的二分之一，展開圖形為扇形。

2）現(xiàn)分離傘結(jié)構(gòu)設(shè)計。從圓錐的頂點向底圓分離器中間隔板斜切，形成一個大半圓錐加三角形的形狀，圓錐底圓的圓心位于分離器半圓半徑的內(nèi)三分之一點，圓錐底圓的半徑等于分離器半圓半徑的三分之二，展開圖形為扇形加三角形。

由計算可知,現(xiàn)分離傘的展開面積為0.278 7m2,原分離傘的展開面積為0.197 5m2，現(xiàn)展開面積是原來的1.41倍。通過改進(jìn)分離傘的結(jié)構(gòu)設(shè)計，增加了有效分離面積，提高了分離效果，從而提高了雙腔油井計量分離器的計量準(zhǔn)確度。

1.2 自動選井計量過程完全自動化

最初設(shè)計的雙腔油井計量分離器，在油井產(chǎn)出物進(jìn)入分離器后，液量、氣量是自動計量的。但在油井產(chǎn)出物進(jìn)入分離器的環(huán)節(jié)，只實現(xiàn)了半自動。分離器的入口和出口分別安裝了電動閥，計量過程中，入口閥門和出口閥門是自動打開和關(guān)閉的。計量站內(nèi)有很多口油井，哪一口油井需要測量產(chǎn)量，就需要將這口油井通向分離器的閥門打開，這個閥門是需要人工手動打開的。有多少口井需要計量，就需要手動倒多少次閥門（每次包含打開和關(guān)閉）。

為了減輕采油工勞動強(qiáng)度，完全實現(xiàn)計量過程自動化，項目組研究增加了自動選井功能，在井排和分離器之間增加一個電動多通閥，測量哪一口井，多通閥就旋轉(zhuǎn)連接到那口井。

1.3 控制系統(tǒng)升級

研發(fā)過程中不斷對控制系統(tǒng)升級，智能調(diào)整計量起點和終點，避免反復(fù)出現(xiàn)液位高報警退出自動計量的情況由于不同油井物性不同，計量過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)換測量不同油井時，有時會出現(xiàn)一邊腔體量液完成，另一邊腔體測氣遲遲達(dá)不到量氣終點；程序會控制測氣端繼續(xù)排液，量液端繼續(xù)進(jìn)液；這時可能出現(xiàn)測氣端液位下降還沒有到達(dá)計量終點，量液端液位上升已經(jīng)到達(dá)液位報警值的情況。對于這種情況，最初的程序設(shè)計是停止計量，電動三通閥換向，分離器雙腔體內(nèi)交替進(jìn)行排液、進(jìn)液過程，分離器頂部逐漸聚集氣體，壓力逐漸增加，直到滿足量液、測氣要求，人工重新啟動程序開始計量產(chǎn)量。對于黏度大氣量小的油井，需要很長時間才能滿足計量要求。

升級后的程序設(shè)計是以目前的液位為基礎(chǔ)，調(diào)整計量起點和終點，保持或縮短計量長度，繼續(xù)進(jìn)行計量。程序會以計量終點不超過液位上限（報警值為1cm）為條件，盡量保持計量長度不變；若當(dāng)前液位加原計量長度超出液位上限，則會以液位上限作為計量終點，縮短計量長度。

軟件升級后，有效減少了因液位高報警長時間無法正常計量產(chǎn)量的情況。

2 現(xiàn)場應(yīng)用

在東辛采油廠的10個計量站，選取不同油品性質(zhì)（黏度0~10 000mPa·s）的油井進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用，研究雙腔計量分離器的適應(yīng)性。項目組對10臺雙腔油井計量分離器分別進(jìn)行了計量性能測試。經(jīng)測試雙腔油井計量分離器液量誤差在±5%以內(nèi)，氣量誤差在±10%以內(nèi)。說明雙腔油井計量分離器適用于黏度在10 000mPa·s以內(nèi)的稠油油井。

3 誤差分析

移動式三相計量裝置作為標(biāo)準(zhǔn)裝置，與雙腔油井計量分離器串聯(lián)接入現(xiàn)場流程，同步測量油井產(chǎn)量，計算雙腔油井計量分離器的計量誤差。以東辛采油廠的辛69-2計量站計量站為例，選取3口油井進(jìn)行計量誤差比對測試，誤差測試數(shù)據(jù)見表1。

從數(shù)據(jù)表中可以看出，液量計量誤差最大為-2.83%，在±5%以內(nèi)。氣量計量誤差最大為-9.06%，在±10%以內(nèi)。技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求，滿足現(xiàn)場生產(chǎn)的需求。

表1 辛69-2計量站現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)表

4 結(jié)論

雙腔油井計量分離器是對油井計量分離器的一次技術(shù)提升，解決了無氣油井的計量難題；縮短了計量時間，提高了工作效率（尤其對于低氣量井、低產(chǎn)液井效果明顯）；實現(xiàn)了計量過程的連續(xù)性，提高了計量準(zhǔn)確度（對于間歇波動井效果明顯）；量油測氣自動控制，降低了勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)了無人值守。

雙腔油井計量分離器，將穩(wěn)定油井產(chǎn)量計量誤差減小至±3%以內(nèi)，低產(chǎn)液、間歇油井產(chǎn)量計量誤差減小至±5%以內(nèi)。

若該成果在油田推廣應(yīng)用，將會降低油田單井計量誤差，提高油井精細(xì)化管理水平，實現(xiàn)對低氣井、低產(chǎn)液油井及間歇波動油井產(chǎn)量的準(zhǔn)確計量。對油田生產(chǎn)有著十分重要的作用。

[1]商同林,張淑華,趙維恭,等.油井計量分離器校準(zhǔn)方法的探討[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2010,26(10):20-23.

[2]湯國慶,杜懷棟,劉董宇，等.移動式油井原油產(chǎn)量計量裝置的研制與應(yīng)用[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2009,25(9):47-50.

[3]董艾平,李貴勇，劉董宇,等.分離器連續(xù)計量裝置[J].計量技術(shù),2013(12):80-81.

[4]劉元揚,劉德博.自動檢測和過程控制[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1980.

[5]張國忠,趙家貴.檢測技術(shù)[M].北京:中國計量出版社,1988.

本文編輯：尉立崗

Oil well metering separator is the main single well metering device used in oilfield,which has the advantages of simple process,low cost and long service life.But it has also the disadvantages of too long metering time of low yield oil wells,large metering error of intermittent production oil wells,and difficult liquid level stability of the oil wells with associated gas.For this reason,the internal structure and the control system of the oil well metering separator are improved,so all the problems above are solved.The improved oil well metering separator can reduce the metering error of stable production oil wells to less than 3%and the metering error of low yield oil wells and intermittent production oil wells to less than 5%.

double-chamber oil well metering separator;continuous metering;separation umbrella

2015-07-30

常峰(1975-)，男，高級工程師，現(xiàn)主要從事工程技術(shù)管理工作。