海上油田注水流量計(jì)誤差在線測(cè)試方法的研究

李名強(qiáng)，縣申平，呂渤洋

(1.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司渤南作業(yè)公司 天津300456；2.中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司遼東作業(yè)公司 天津300456)

0 引 言

隨著油田逐步開采，地層能量遞減，注水成為提高油田采收率的重要手段。注水效果的好壞直接影響到石油開采的效果[1]，過(guò)多注水會(huì)造成地層紊亂，油井產(chǎn)液含水上升，甚至地層破壞，環(huán)境污染；注水量過(guò)少會(huì)引起地層壓力下降，油井產(chǎn)液量不足，影響油田經(jīng)濟(jì)效益，所以油田注水準(zhǔn)確計(jì)量顯得尤為重要。為保持注水流量計(jì)的準(zhǔn)確性，需對(duì)其進(jìn)行定期或不定期的誤差測(cè)試，目前海洋石油平臺(tái)注水流量計(jì)誤差測(cè)試一般采用傳統(tǒng)方法——測(cè)井測(cè)試和拆卸返陸地校驗(yàn)。測(cè)井測(cè)試作業(yè)費(fèi)用昂貴，拆卸返陸地校驗(yàn)方法存在水井關(guān)井時(shí)間長(zhǎng)，流量計(jì)拆卸和安裝勞動(dòng)強(qiáng)度大，海洋運(yùn)輸環(huán)節(jié)多，綜合費(fèi)用高等缺點(diǎn)，因此海洋石油平臺(tái)注水流量計(jì)誤差在線測(cè)試迫在眉睫。筆者借鑒多家廠礦企業(yè)計(jì)量?jī)x表標(biāo)定和校驗(yàn)方法，根據(jù)海洋石油平臺(tái)獨(dú)有特點(diǎn)，探索適合其注水流量計(jì)誤差在線測(cè)試的有效方法。

1 注水流量計(jì)誤差在線測(cè)試方法

渤海南部海域，某油田地層天然能量不足，采用注水開發(fā)方式。該油田A 平臺(tái)設(shè)污水處理系統(tǒng)和注水系統(tǒng)，如圖1 所示，生產(chǎn)污水和水源井水經(jīng)過(guò)生產(chǎn)污水處理系統(tǒng)處理后，通過(guò)注水泵增壓，注水管匯分配到各注水井，回注地層。每口注水井設(shè)有流量計(jì)，測(cè)試單井注水量。A 平臺(tái)某注水井配注385 m3/d，但通過(guò)調(diào)節(jié)注水壓力、改變水嘴開度等，該井流量計(jì)顯示均達(dá)不到配注量，初步判斷該井注水流量計(jì)可能存在測(cè)量誤差。為克服采用測(cè)井測(cè)試或者拆卸返陸地校驗(yàn)的缺點(diǎn)，探索在平臺(tái)上完成該流量計(jì)誤差測(cè)試的有效方法。

圖1 A平臺(tái)注水流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the platform water injection process

1.1 便攜儀表法

便攜式超聲波流量計(jì)使用兩個(gè)傳感器夾在流體管道外壁，可測(cè)量管內(nèi)流體流量。便攜式超聲波流量計(jì)適用于河水、海水、工業(yè)污水、燃油和化工液體等。使用時(shí)，首先選擇合適的檢測(cè)位置，該位置的管道要有足夠長(zhǎng)的直管道，且此段管道內(nèi)必須灌滿液體，不能有氣泡；然后用砂紙打磨掉管道外壁防腐層，用檢測(cè)探頭檢測(cè)管道工藝結(jié)構(gòu)，確保無(wú)裂縫、焊渣、工藝缺陷等，再使用測(cè)厚探頭測(cè)量該位置管壁厚度。

在便攜式超聲波流量計(jì)設(shè)置管道外徑、壁厚、材質(zhì)、液體種類和傳感器安裝方式等，查看傳感器的軸向安裝距離。安裝完畢后，可測(cè)量管道流體流量。盡管攜式超聲波流量計(jì)體積小、自動(dòng)化程度高、安裝方便、測(cè)量時(shí)無(wú)需拆卸流量計(jì)或改變工藝流程，但被測(cè)介質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、壁厚測(cè)量以及安裝都會(huì)影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性。

1.2 容積法

為克服以上因素對(duì)誤差測(cè)試準(zhǔn)確性的影響，利用平臺(tái)現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施嘗試新方法。測(cè)試分離器是平臺(tái)計(jì)量單口油井產(chǎn)氣產(chǎn)液量的設(shè)備，如圖2 所示，使用高壓軟管連通注水井采油樹和測(cè)試分離器，使流過(guò)該注水井流量計(jì)的液體流入到測(cè)試分離器，通過(guò)測(cè)量測(cè)試分離器內(nèi)液體體積計(jì)算流體流量，即容積法。

圖2 容積法流程圖Fig.2 Volumetric process chart

該平臺(tái)測(cè)試分離器為立式圓柱罐體。測(cè)量時(shí)，隔離排空測(cè)試分離器。使用高壓軟管連接流程，一端連接該井采油樹服務(wù)管匯生產(chǎn)翼閥法蘭，另一端連接測(cè)試分離器頂部預(yù)留口法蘭。緊固法蘭，水壓測(cè)試正常后，關(guān)閉采油樹水嘴和主閥，導(dǎo)通采油樹服務(wù)管匯生產(chǎn)翼閥和計(jì)量分離器頂部預(yù)留口隔離閥，緩慢開啟水嘴，通過(guò)觀察流量計(jì)，調(diào)節(jié)流量和該井注水工況流量相近，且流量波動(dòng)較小時(shí)，在平臺(tái)中控操作站啟動(dòng)流量計(jì)流量累計(jì)，記錄罐體液位L1和時(shí)間T1。經(jīng)一段時(shí)間后，停止流量計(jì)流量累計(jì)，記錄此時(shí)累計(jì)流量Q、液位L2和時(shí)間T2，然后關(guān)閉采油樹水嘴、服務(wù)管匯生產(chǎn)翼閥，停止測(cè)試。該流量計(jì)的基本誤差為：

式中：Δ q 是流量計(jì)基本誤差，Q是流量計(jì)累計(jì)流量，D是測(cè)試分離器直徑，L1、L2分別是開始和停止測(cè)試時(shí)的液位，T1、T2分別是開始和停止測(cè)試時(shí)的時(shí)間。

容積法充分利用海洋石油平臺(tái)現(xiàn)有的設(shè)備設(shè)施，測(cè)試成本低，方法簡(jiǎn)單，對(duì)操作人員技術(shù)要求不高，但由于計(jì)量分離器容積較小，罐體液位計(jì)精度限制，只能對(duì)注水流量計(jì)誤差初步測(cè)試，排查出誤差較大的流量計(jì)，進(jìn)一步檢驗(yàn)和標(biāo)定還需返陸地。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)表法

嘗試使用高精度標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，在容積法測(cè)試工藝流程加入移動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，這種改良后的方法稱標(biāo)準(zhǔn)表法。如圖3 所示，標(biāo)準(zhǔn)表法的關(guān)鍵是被測(cè)流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)在工藝流程串聯(lián)，使流過(guò)被測(cè)流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的流量相等，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)表對(duì)比計(jì)算出被測(cè)表誤差。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)表法流程圖Fig.3 Standard meter process chart

標(biāo)準(zhǔn)表法與容積法在測(cè)試時(shí)流程工藝略有差異。標(biāo)準(zhǔn)表法可以不在計(jì)量分離器儲(chǔ)存液體，通過(guò)其原油出口管線輸送到生產(chǎn)流程。導(dǎo)通流程，記錄被測(cè)流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)數(shù)據(jù)，按下式計(jì)算絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。

式中：ε是絕對(duì)誤差，δ是相對(duì)誤差，Q實(shí)是被測(cè)流量計(jì)讀數(shù)，Q標(biāo)是標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)讀數(shù)。

測(cè)試數(shù)據(jù)如表1 所示，顯示該井流量計(jì)存在測(cè)量誤差，對(duì)于誤差比較大的流量計(jì)，可測(cè)量多組數(shù)據(jù)，采用最小二乘法求出流量計(jì)修正系數(shù)，對(duì)被測(cè)流量計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，以提高流量計(jì)準(zhǔn)確度。

式中：K是修正系數(shù)，Q實(shí)i是被測(cè)流量計(jì)第i 次讀數(shù)，Q標(biāo)i是標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)第i 次讀數(shù)。

實(shí)際測(cè)量中，一般測(cè)量4～5 個(gè)不同的流量值。該井流量計(jì)明顯存在較大誤差，利用公式(4)計(jì)算出修正系數(shù)K＝1.492 1，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，修正后流量對(duì)比曲線如圖4。

表1 該井注水流量計(jì)誤差Tab.1 Deviation of the well water injection flowmeter

圖4 該井注水流量計(jì)測(cè)試和修正曲線Fig.4 Test and correction curve of the well water injection flowmeter

修正前，若該井以表觀12.8 m3/h(修正前流量計(jì)測(cè)試值)注水，則實(shí)際以19.4 m3/h 向地層注水，每年地層多注水約5.8 萬(wàn)m3，長(zhǎng)此以往將造成地層油藏嚴(yán)重紊亂，甚至破壞環(huán)境。修正后的測(cè)量結(jié)果大幅度提高了注水精細(xì)化程度。

由于在海洋石油平臺(tái)現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，需要采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)表，且需配置與高壓軟管相適應(yīng)的法蘭連接口，額外增加成本，但其準(zhǔn)確性高，操作簡(jiǎn)易，可連續(xù)測(cè)試多個(gè)流量點(diǎn)，為修正測(cè)量值提供足夠數(shù)據(jù)。

2 結(jié) 論

①傳統(tǒng)的流量計(jì)校準(zhǔn)方法在海洋石油平臺(tái)注水流量計(jì)校準(zhǔn)中普遍使用，其勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)用高，工時(shí)比較長(zhǎng)，給油田注水精細(xì)管理帶來(lái)困難。

②便攜儀表法、容積法和標(biāo)準(zhǔn)表法均實(shí)現(xiàn)平臺(tái)注水流量計(jì)誤差在線測(cè)試，解決了傳統(tǒng)方法的局限性，且標(biāo)準(zhǔn)表法和最小二乘法結(jié)合在流量計(jì)誤差測(cè)試和修正方面取得預(yù)期效果。

③用流量計(jì)誤差在線測(cè)試方法可及時(shí)發(fā)現(xiàn)注水流量計(jì)誤差，并采取相應(yīng)措施，提高注水井精細(xì)化管理水平，防止環(huán)境污染，提高油田運(yùn)行效益。