單井量油裝置改進(jìn)及試驗(yàn)研究

譚超 (長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023;荊州市明德科技有限公司，湖北 荊州 434000)

吳劍勇，田心春 (荊州市明德科技有限公司，湖北 荊州 434000)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)油井原油計(jì)量方式有玻璃管量油、液位自動(dòng)量油、翻斗式稱重量油、三相分離式量油及不分離多相量油[1～3]。其中，應(yīng)用較為廣泛的為玻璃管量油和翻斗式稱重量油。玻璃管量油設(shè)備簡(jiǎn)單，但操作復(fù)雜，在高含水時(shí)期計(jì)量精度達(dá)不到規(guī)范要求，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)計(jì)量；翻斗式稱重量油計(jì)量和管理方便，但需要定期清理翻斗內(nèi)壁油垢，才能保證計(jì)量精度，因此維護(hù)成本高[4～7]。盡管?chē)?guó)外AGAR公司的MPFM-301多相流量計(jì)、Roxar公司的MF1多相流量計(jì)等，具有較好的油氣比測(cè)量補(bǔ)償措施，但價(jià)格較為昂貴，不能滿足國(guó)內(nèi)目前油田需求。隨著油藏開(kāi)發(fā)環(huán)境的變化，由于混合原油成分的突變，現(xiàn)有的計(jì)量方式已達(dá)不到需要的計(jì)量精度。在原油計(jì)量系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)大的改進(jìn)和升級(jí)的情況下，單純地依靠罐車(chē)標(biāo)定來(lái)獲取計(jì)量修正系數(shù)成為了聯(lián)合站原油計(jì)量的主要工作之一。

1 影響原油計(jì)量因素的確定

要提高計(jì)量精準(zhǔn)度，首先要找出影響計(jì)量準(zhǔn)確性的主要因素。分隊(duì)計(jì)量測(cè)試調(diào)研結(jié)果如表1所示，雖然原油經(jīng)過(guò)了三相分離器的處理，但是由于溶解氣的原因，原油中含氣比例仍然很高(最高達(dá)33.5%)，同時(shí)含氣比例波動(dòng)范圍廣(19.2%～33.5%)。因此，通過(guò)降低溶解氣對(duì)分隊(duì)計(jì)量的影響來(lái)確保計(jì)量方式的準(zhǔn)確性。

表1 分隊(duì)計(jì)量測(cè)試調(diào)研結(jié)果

2 計(jì)量裝置改進(jìn)方案設(shè)計(jì)

2.1 計(jì)量差壓密度在線檢測(cè)技術(shù)

高效三相分離器將油、氣、水進(jìn)行快速分離后，油、氣、水三相流量測(cè)量的精確度是聯(lián)合站生產(chǎn)中的關(guān)鍵[8～10]。利用差壓傳感器測(cè)混合液密度可以有效地消除由氣相波動(dòng)而引起的測(cè)量值不準(zhǔn)的現(xiàn)象[11]。混合液經(jīng)紊流管進(jìn)入測(cè)量罐，在測(cè)量罐內(nèi)再次經(jīng)過(guò)氣、液分離后，在內(nèi)置擋流板的作用下可形成一定高度的液柱。調(diào)整擋流板的高度便可得到需要的液柱高度Δh，借用差壓式傳感器便可檢測(cè)到測(cè)量罐內(nèi)水柱所產(chǎn)生的靜壓。

2.2 原油計(jì)量修正系數(shù)的確定

根據(jù)混合液密度的在線測(cè)量結(jié)果計(jì)算出油產(chǎn)量。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，各個(gè)組分應(yīng)滿足以下的基本方程：

ρm·vm=ρw·vw+ρo·vo+ρg·vg

(1)

式中：vm為油、水、氣組成的原油混合液體積，m3；vw為水的體積，m3；vo為原油的體積，m3；vg為溶解氣的體積，m3；ρm為油、水、氣組成的原油混合液密度，kg/m3；ρw為水的密度，kg/m3；ρo為原油的密度，kg/m3；ρg為溶解氣的密度，kg/m3。

在實(shí)際情況下，由于氣相的密度較其他相密度小得多，可以將氣相密度忽略不計(jì)，式(1)可簡(jiǎn)化為：

ρm·vm≈ρw·vw+ρo·vo

(2)

(3)

式中：f為原油含水率，1。

將式(3)代入到式(2)得：

(4)

則原油占混合液體積的系數(shù)β為:

(5)

3 在線密度檢測(cè)裝置

圖1 混合液在線密度檢測(cè)裝置

混合液在線密度檢測(cè)裝置如圖1所示。在測(cè)量罐內(nèi)，混合液柱的壓力差通過(guò)上下2個(gè)壓力傳感器反映，差壓傳感器可以有效測(cè)出含有溶解氣的原油密度(上端差壓傳感器置于析出的氣體中，用于檢測(cè)系統(tǒng)氣相壓力)。整個(gè)檢測(cè)裝置按照液體流向可以分為測(cè)量前處理段、在線測(cè)量段、測(cè)量后處理段。測(cè)量前處理段由流量計(jì)、過(guò)濾器和紊流管組成；在線測(cè)量段由測(cè)量罐、差壓式壓力傳感器、壓力保護(hù)閥門(mén)、各種調(diào)試閥門(mén)、擋流板以及擋流板調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成；測(cè)量后處理段由各種分流管匯、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示以及各種控制反饋機(jī)構(gòu)組成。

來(lái)液經(jīng)紊流管后可以使氣、水、油混合液(可能分層)充分混合。其中，測(cè)量腔液面高度可調(diào)，整個(gè)罐被擋板分割為左右2個(gè)腔室：左邊為測(cè)量腔(以下簡(jiǎn)稱A腔)，腔體較??；右邊為泄流腔(以下簡(jiǎn)稱B腔)，腔體較大。

考慮到流體在流動(dòng)過(guò)程中沿程壓力損失與流道的流速和流通面積有一定的關(guān)系，適當(dāng)加大了左側(cè)容積罐的面積。為了能及時(shí)反映液體密度的變化情況，新進(jìn)入A腔的液體需將先前的液體盡量排出。因此在設(shè)計(jì)流體入口時(shí)，來(lái)液的入口應(yīng)位于A腔的底部，且A腔的截面積為進(jìn)液管截面積的1.5～2倍(有利于減少來(lái)液的波動(dòng)而導(dǎo)致大的沿程壓力損失)。在設(shè)計(jì)B腔時(shí)，B腔的截面積要比A腔大得多(約3倍)，從而能夠保證B腔的液面高度總是低于A腔的液面高度，方便排出液及時(shí)流出計(jì)量系統(tǒng)。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在江漢油田的某口小產(chǎn)量井安裝該試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)。將測(cè)量罐連接在采油井口分氣裝置之后，產(chǎn)出液經(jīng)前端流量計(jì)進(jìn)入分氣裝置充分脫氣，脫氣后的混合液經(jīng)后端流量計(jì)計(jì)量，得到單位時(shí)間的累計(jì)流量。產(chǎn)出液經(jīng)紊流管流至測(cè)量罐，借助前、后流量計(jì)的流量差及上、下差壓傳感器所反映出的數(shù)據(jù)，就可以得出產(chǎn)出氣對(duì)原油計(jì)量的影響。試驗(yàn)裝置如圖2所示。試驗(yàn)記錄如表2所示。改進(jìn)后的單井量油試驗(yàn)方案驗(yàn)證了差壓式密度測(cè)量法可以實(shí)時(shí)得到原油計(jì)量中的氣體影響系數(shù)，并且能夠較準(zhǔn)確地檢測(cè)出消除氣體影響后的混合液密度，且通過(guò)計(jì)算就可以得出混合液中原油的體積系數(shù)，確定單井原油產(chǎn)量。

圖2 室外單井試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

序號(hào)累計(jì)產(chǎn)量/m3含水率/%差壓表示值/kPa氣體影響系數(shù)/1試驗(yàn)密度值/(kg·m-3)理論密度值/(kg·m-3)誤差/%10.6584.38.980.1674915.4916.30.09820.7288.58.890.1734906.2907.10.09930.7790.29.230.1036940.9941.80.09640.6887.79.120.1365927.1930.60.376

5 結(jié)論

1)在線密度檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)混合原油系數(shù)的實(shí)時(shí)計(jì)算。

2)在線密度檢測(cè)裝置在江漢油田的某口小產(chǎn)量井安裝試驗(yàn)，差壓式密度測(cè)量法可以實(shí)時(shí)得到原油計(jì)量中的氣體影響系數(shù)，并且混合液密度誤差在0.376%以內(nèi)。