實(shí)流校準(zhǔn)三相分離式原油產(chǎn)量計(jì)量裝置方法的探討

孟祥波

中國(guó)石化原油計(jì)量站 勝利石油管理局流量檢定站 （山東 東營(yíng) 257000）

實(shí)流校準(zhǔn)三相分離式原油產(chǎn)量計(jì)量裝置方法的探討

孟祥波

中國(guó)石化原油計(jì)量站 勝利石油管理局流量檢定站 （山東 東營(yíng) 257000）

根據(jù)三相分離式原油產(chǎn)量計(jì)量裝置的工作特點(diǎn)，在油井井場(chǎng)，設(shè)計(jì)了一種實(shí)液校準(zhǔn)油井原油產(chǎn)量計(jì)量裝置的流程、測(cè)試步驟及數(shù)據(jù)計(jì)算與誤差處理。通過(guò)對(duì)三相分離式單井計(jì)量裝置的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)液檢測(cè)，為今后對(duì)三相流計(jì)量裝置的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試提供了一種測(cè)試方法和思路。

實(shí)流校準(zhǔn) 三相分離 原油計(jì)量 校準(zhǔn)方法 計(jì)量裝置

在原油開(kāi)采過(guò)程中，為確定各油井原油、天然氣產(chǎn)量，了解地層油氣含量及地層結(jié)構(gòu)的變化，需要對(duì)油井產(chǎn)出液各相的體積流量或質(zhì)量流量進(jìn)行連續(xù)的計(jì)量并提供實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)，提高采收率[1]。油井作為油田原油生產(chǎn)的基本單元，油井原油產(chǎn)量的總和構(gòu)成了油田年原油產(chǎn)量的生產(chǎn)規(guī)模。快速掌握每口油井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)、正確測(cè)量油井產(chǎn)量的變化，及時(shí)準(zhǔn)確采取注水調(diào)配、油井作業(yè)、油層調(diào)整等必要的生產(chǎn)管理措施，是確保油田原油穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的關(guān)鍵。因此準(zhǔn)確測(cè)量油井的產(chǎn)量，是采油過(guò)程中一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作，對(duì)準(zhǔn)確計(jì)算油藏可采儲(chǔ)量、提高原油開(kāi)采率起著十分重要的作用。近年來(lái)隨著油井三相分離計(jì)量技術(shù)和多相流計(jì)量技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，可以在不用分離器或少量分離的情況下，直接測(cè)出油井產(chǎn)出物中的油、氣、水的產(chǎn)量，它將逐步成為今后油井產(chǎn)量計(jì)量、調(diào)控生產(chǎn)的必備手段。

多相流量計(jì)從計(jì)量方式看可分為全分離式、取樣分離式和不分離式三種。全分離流量計(jì)由于氣液分離計(jì)量,計(jì)量技術(shù)簡(jiǎn)單,但體積大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一般適用于層流或環(huán)狀流等易于氣液分離的流態(tài)；小型取樣分離技術(shù)的多相計(jì)量系統(tǒng)，雖然在一定程度上解決了全分離流量計(jì)體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題，然而取樣的代表性自然就成為這種流量計(jì)的主要難題；不分離流量計(jì)可在不作任何分離的情況下,對(duì)多相流進(jìn)行計(jì)量。流量計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊,可以小型化,但計(jì)量技術(shù)難度大,主要體現(xiàn)在各相組分及流速的測(cè)定上[2]。

任一種類(lèi)型的多相流量計(jì)，都不可能在所有的多相流條件下均表現(xiàn)出最佳的工作性能。各個(gè)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品因其測(cè)量機(jī)制不同，而又有各自的適用范圍，國(guó)際上至今沒(méi)有一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在使用中難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，因此很大程度上限制了多相流量計(jì)技術(shù)在油氣生產(chǎn)實(shí)踐中的推廣和使用。

影響三相流計(jì)量裝置準(zhǔn)確校準(zhǔn)的因素

影響三相流計(jì)量裝置準(zhǔn)確校準(zhǔn)的因素主要有其自身固有的影響因素和對(duì)該計(jì)量裝置進(jìn)行校準(zhǔn)所必然存在的影響因素兩方面。

1 計(jì)量裝置的影響因素

多相流計(jì)量的復(fù)雜因素與單相流計(jì)量相比，精確計(jì)量多相流的難度要比精確計(jì)量單相流大得多。單相計(jì)量可通過(guò)測(cè)得壓力、流動(dòng)黏度、壓縮性和測(cè)量裝置的幾何尺寸來(lái)測(cè)得流量。而在多相流中，影響其準(zhǔn)確測(cè)量的因素主要有[3]：

（1）由于各相并非混合均勻，水與油混合得不好，氣體與液體處于分離狀態(tài)。

（2）各相以不同的速度流動(dòng)，各相之間存在著界面效應(yīng)和相對(duì)速度，相界面在時(shí)間和空間上變化比較大，液相和氣相以不同的速度流動(dòng)。

（3）混合是不規(guī)則的，各相混合時(shí)，黏度和總量都會(huì)發(fā)生變化。

（4）相與相之間相互作用，氣體能從溶液中析出或者溶解在液體中，蠟和水合物會(huì)在流體中沉淀。

（5）流動(dòng)狀態(tài)非常復(fù)雜，特征參數(shù)比單相流系統(tǒng)多，它取決于各相之間的相對(duì)速度、流體特性、管路結(jié)構(gòu)及流動(dòng)方向。

2 實(shí)施校準(zhǔn)存在的影響因素

多相流計(jì)量裝置的檢定/校準(zhǔn)有實(shí)驗(yàn)室和在線(xiàn)兩種。實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)目前只有大慶油田有一套校準(zhǔn)裝置，但由于送檢費(fèi)用較高以及其采用的工作介質(zhì)與勝利油田的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際介質(zhì)存在著差異，校準(zhǔn)結(jié)果無(wú)法完全適用于勝利油田的現(xiàn)狀。而作為一種新型的計(jì)量裝置，對(duì)其的檢測(cè)或校準(zhǔn)，國(guó)家沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的規(guī)程或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行指導(dǎo)，導(dǎo)致各計(jì)量機(jī)構(gòu)對(duì)多相流計(jì)量裝置的校準(zhǔn)無(wú)章可循，方法各異。在對(duì)多相流計(jì)量裝置的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)中，由于各種計(jì)量裝置工作原理的不同，對(duì)各相的準(zhǔn)確校準(zhǔn)存在較大困難，主要有：

（1）各相的控制協(xié)調(diào)。如何解決分路計(jì)量?jī)x表的同時(shí)和連續(xù)讀取，液量中純油量的校準(zhǔn)、水量與油量的匹配關(guān)系，如何根據(jù)水與油的比率關(guān)系選配校準(zhǔn)設(shè)備，保證不致使水量過(guò)多或油量過(guò)少導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備溢出或液面過(guò)低無(wú)法讀取。

（2）控制設(shè)備的選擇和使用。如何選擇恰當(dāng)?shù)目刂圃O(shè)備，確保在現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)過(guò)程中，不破壞多相流計(jì)量裝置的實(shí)際工況，解決工作計(jì)量與現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的同步問(wèn)題。

（3）液相物性參數(shù)的獲取。無(wú)論何種多相流計(jì)量裝置都要對(duì)液相的密度、含水率、含油率進(jìn)行測(cè)量，而由于液相變化的不可復(fù)現(xiàn)性，如何隨即抽取油樣或水樣，以及采用什么方法得到各項(xiàng)參數(shù)都對(duì)最終的校準(zhǔn)結(jié)果產(chǎn)生極大影響。

鑒于以上影響因素，致使三相流計(jì)量裝置計(jì)量準(zhǔn)確度以及技術(shù)指標(biāo)無(wú)法在工作現(xiàn)場(chǎng)得到準(zhǔn)確的檢測(cè)，不但影響了其正常的使用，還無(wú)法有效參與到正常的生產(chǎn)運(yùn)行中。幾年來(lái)通過(guò)對(duì)油田在用三相計(jì)量裝置的調(diào)研和多種不同形式的測(cè)量方法的總結(jié)，并與杭州創(chuàng)聯(lián)公司合作通過(guò)對(duì)單井計(jì)量裝置的改造實(shí)現(xiàn)了對(duì)三相分離式單井計(jì)量裝置的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)液檢測(cè)。

現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)

1 校準(zhǔn)思路

由于受到各種因素的制約，所有的三相流量計(jì)量裝置只是對(duì)裝置中的單相計(jì)量?jī)x表進(jìn)行了檢定，并未對(duì)整套裝置進(jìn)行有效的檢定或校準(zhǔn)。在三相流計(jì)量裝置安裝到現(xiàn)場(chǎng)后，由于現(xiàn)場(chǎng)條件與理論推導(dǎo)之間的差異，又會(huì)對(duì)裝置的準(zhǔn)確計(jì)量產(chǎn)生多大的影響，如何能在不破壞工作現(xiàn)狀的情況下對(duì)三相流計(jì)量裝置進(jìn)行測(cè)試，帶著這些問(wèn)題，通過(guò)查看現(xiàn)場(chǎng)，分析數(shù)據(jù)，與廠家結(jié)合，提出了靜態(tài)容積法體積計(jì)量比對(duì)的思路。將待測(cè)試裝置分離后的水路和油路通過(guò)流程改造，在保證不破壞正常工作狀態(tài)的情況下，把經(jīng)過(guò)水路電磁流量計(jì)和油路質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量過(guò)的液體分別引入標(biāo)準(zhǔn)容器參與比對(duì)，并在測(cè)試過(guò)程中定時(shí)抽取水樣和油樣進(jìn)行含油率和含水率的測(cè)定，最后通過(guò)數(shù)據(jù)修正和誤差分析，最終計(jì)算出三相分離式單井計(jì)量裝置的油量和液量誤差。

2 測(cè)量設(shè)備和測(cè)量流程

（1）被測(cè)試設(shè)備。選用杭州創(chuàng)聯(lián)生產(chǎn)的YJ/LⅡ600型移動(dòng)式三相分離計(jì)量裝置，該計(jì)量裝置由臥式分離器、旋風(fēng)分離器、除沫器、工藝管線(xiàn)、測(cè)量?jī)x表、控制儀表以及計(jì)算機(jī)、顯示終端組成。油井產(chǎn)出的油、氣、水混合物切線(xiàn)進(jìn)入旋風(fēng)分離器，在離心力作用下，液體和氣體分離，分離后的氣體，從旋風(fēng)分離器頂部流出經(jīng)除霧裝置后進(jìn)入氣路計(jì)量管線(xiàn)；經(jīng)旋風(fēng)分離器分離的液體進(jìn)入臥式分離器，依次經(jīng)消能裝置、折流板、整流裝置后進(jìn)入沉降室，油、水在沉降室經(jīng)重力作用下自然分層，低含水的適合質(zhì)量流量計(jì)測(cè)試的油水混合流體溢入油室，并進(jìn)入油路計(jì)量管線(xiàn)；沉降室底部的游離水則進(jìn)入水路計(jì)量管線(xiàn)。裝置運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)先進(jìn)的數(shù)學(xué)控制模型，由測(cè)控主機(jī)對(duì)分離器中的液位以及壓力進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)油、氣、水三相準(zhǔn)確計(jì)量。各路計(jì)量分別選用了量程2.5～30m3/h的DN25渦街流量計(jì)；量程為0～16m3/h，精度為0.5%的電磁流量計(jì)和量程為0～12t/h，精度為0.2%的質(zhì)量流量計(jì)。

（2）校準(zhǔn)儀器。為完成現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，根據(jù)被校準(zhǔn)的三相流計(jì)量裝置的精度要求，以及考慮到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件，我們最終選用了3個(gè)分別為10 000、1 000、20L的標(biāo)準(zhǔn)量器，20m的量油尺，2m的鋼卷尺以及電子秒表和溫度計(jì)。

（3）測(cè)試流程。圖1為三相分離計(jì)量裝置測(cè)試流程圖。

（4）試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。選取的計(jì)量站共計(jì)量14口油井產(chǎn)量，油井日產(chǎn)氣量在200m3以?xún)?nèi)，液量為2.1～107t，含水率在34%～97%之間。

3 測(cè)試過(guò)程及控制

為了測(cè)試三相分離式單井計(jì)量裝置的計(jì)量精度和分離效果，需對(duì)運(yùn)行中的計(jì)量裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)，通過(guò)計(jì)量裝置和標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具的測(cè)試數(shù)據(jù)比較，計(jì)算其各項(xiàng)計(jì)量誤差，確定其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是否符合原油生產(chǎn)及計(jì)量要求。

鑒于無(wú)有效的標(biāo)準(zhǔn)量器可對(duì)分離的氣體進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量，因此實(shí)液測(cè)試只對(duì)油水兩路進(jìn)行。在進(jìn)行測(cè)試前，為保證在測(cè)試過(guò)程中不改變計(jì)量裝置的正常生產(chǎn)狀態(tài)，在流程的油路和水路出口加裝了限壓閥，保持分離器內(nèi)的壓力平衡。

具體測(cè)試過(guò)程為：

（1）將生產(chǎn)流程與測(cè)試計(jì)量裝置連接并進(jìn)行預(yù)熱。

（2）當(dāng)被測(cè)試計(jì)量裝置各環(huán)節(jié)工作正常并運(yùn)行0.5h后，開(kāi)始正式測(cè)試。

（3）切換生產(chǎn)流程入測(cè)試流程，計(jì)量裝置開(kāi)始計(jì)量，同時(shí)記錄電磁流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、渦輪流量計(jì)的儀表底數(shù)；測(cè)量裝置的工作溫度和壓力、環(huán)境溫度和壓力等。

（4）在測(cè)試過(guò)程中，分別對(duì)裝置分離后的油路和水路進(jìn)行取樣，記錄樣品體積。

（5）觀察標(biāo)準(zhǔn)油罐的液位，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)油罐即將裝滿(mǎn)時(shí)，切換測(cè)試流程為生產(chǎn)流程，停止測(cè)試，同時(shí)記錄標(biāo)準(zhǔn)油罐液位高度以及電磁流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)、渦輪流量計(jì)的儀表底數(shù)，記錄被測(cè)試裝置在測(cè)試過(guò)程中計(jì)量出的日產(chǎn)油量、日產(chǎn)氣量和日產(chǎn)水量。

（6）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)水罐的水位進(jìn)行檢尺，記錄標(biāo)準(zhǔn)油罐的液位，同時(shí)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)水罐和標(biāo)準(zhǔn)油罐的油溫和水溫。

（7）對(duì)采集的油、水樣進(jìn)行油樣密度、油樣中的含水率和水樣中的含油率進(jìn)行化驗(yàn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)油罐和標(biāo)準(zhǔn)水罐的液位進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分別計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)的日產(chǎn)油量、日產(chǎn)氣量和日產(chǎn)液量。

（8）將測(cè)試裝置記錄的數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，得出油量和液量測(cè)試誤差。

4 測(cè)試結(jié)果

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的嚴(yán)格測(cè)試，實(shí)際測(cè)試的油量測(cè)量誤差為3.85%，液量測(cè)量誤差為3.04%，該三相分離式計(jì)量裝置的測(cè)試結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)三相分離式計(jì)量裝置的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)液測(cè)試，即驗(yàn)證了該計(jì)量裝置的計(jì)量精度，又驗(yàn)證了該測(cè)試方案的可行，從而解決了三相分離式計(jì)量裝置無(wú)法進(jìn)行計(jì)量測(cè)試的難題，為三相分離式計(jì)量裝置的生產(chǎn)應(yīng)用提供了技術(shù)保證。而這次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)液測(cè)試也為今后三相流計(jì)量裝置的測(cè)試提供了一種測(cè)試方法和思路，對(duì)其他多相流計(jì)量裝置的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試有一定的參考價(jià)值，為將來(lái)更好開(kāi)展三相流計(jì)量裝置的測(cè)試進(jìn)行了一次有益的嘗試。

[1]洪毅，畢曉星.多相流量計(jì)的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)海上油氣（工程），2003，(4）:16-20.

[2]方代煊，朱云祖.國(guó)外多相流量計(jì)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].石油機(jī)械，1999，7（7）:44-47.

[3]王曉東，董守平.石油多相流計(jì)量研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].油氣田地面工程，1999，8（2）:4-7.

According to the working characteristics of three-phase separation metering device of crude oil output,one process of calibrating the metering device of well crude oil output by the use of well actual liquid has been designed at the oil well fields,coupled with testing steps,data calculation and error treatment.Based on the field actual liquid detection of three-phase separation metering device,one testing method and a train of thought have been provided for the field test of three-phase metering device in the future.

actual flow calibration;three-phase separation;crude oil measurement;method of calibration;metering device

孟祥波（1974-），男，工程師，現(xiàn)主要從事流量計(jì)量檢定與管理工作。

2009-08-01