實流校準三相分離式原油產量計量裝置方法的探討

孟祥波

中國石化原油計量站 勝利石油管理局流量檢定站 （山東 東營 257000）

實流校準三相分離式原油產量計量裝置方法的探討

孟祥波

中國石化原油計量站 勝利石油管理局流量檢定站 （山東 東營 257000）

根據三相分離式原油產量計量裝置的工作特點，在油井井場，設計了一種實液校準油井原油產量計量裝置的流程、測試步驟及數據計算與誤差處理。通過對三相分離式單井計量裝置的現場實液檢測，為今后對三相流計量裝置的現場測試提供了一種測試方法和思路。

實流校準 三相分離 原油計量 校準方法 計量裝置

在原油開采過程中，為確定各油井原油、天然氣產量，了解地層油氣含量及地層結構的變化，需要對油井產出液各相的體積流量或質量流量進行連續的計量并提供實時計量數據，以便優化生產參數，提高采收率[1]。油井作為油田原油生產的基本單元，油井原油產量的總和構成了油田年原油產量的生產規模?？焖僬莆彰靠谟途纳a動態、正確測量油井產量的變化，及時準確采取注水調配、油井作業、油層調整等必要的生產管理措施，是確保油田原油穩產、高產的關鍵。因此準確測量油井的產量，是采油過程中一項基礎性的工作，對準確計算油藏可采儲量、提高原油開采率起著十分重要的作用。近年來隨著油井三相分離計量技術和多相流計量技術的發展應用，可以在不用分離器或少量分離的情況下，直接測出油井產出物中的油、氣、水的產量，它將逐步成為今后油井產量計量、調控生產的必備手段。

多相流量計從計量方式看可分為全分離式、取樣分離式和不分離式三種。全分離流量計由于氣液分離計量,計量技術簡單,但體積大,結構復雜,一般適用于層流或環狀流等易于氣液分離的流態；小型取樣分離技術的多相計量系統，雖然在一定程度上解決了全分離流量計體積大、結構復雜等問題，然而取樣的代表性自然就成為這種流量計的主要難題；不分離流量計可在不作任何分離的情況下,對多相流進行計量。流量計結構緊湊,可以小型化,但計量技術難度大,主要體現在各相組分及流速的測定上[2]。

任一種類型的多相流量計，都不可能在所有的多相流條件下均表現出最佳的工作性能。各個生產廠家的產品因其測量機制不同，而又有各自的適用范圍，國際上至今沒有一套統一的標準和規范，在使用中難免會出現一些問題，因此很大程度上限制了多相流量計技術在油氣生產實踐中的推廣和使用。

影響三相流計量裝置準確校準的因素

影響三相流計量裝置準確校準的因素主要有其自身固有的影響因素和對該計量裝置進行校準所必然存在的影響因素兩方面。

1 計量裝置的影響因素

多相流計量的復雜因素與單相流計量相比，精確計量多相流的難度要比精確計量單相流大得多。單相計量可通過測得壓力、流動黏度、壓縮性和測量裝置的幾何尺寸來測得流量。而在多相流中，影響其準確測量的因素主要有[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。

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

（3）混合是不規則的，各相混合時，黏度和總量都會發生變化。

（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，蠟和水合物會在流體中沉淀。

（5）流動狀態非常復雜，特征參數比單相流系統多，它取決于各相之間的相對速度、流體特性、管路結構及流動方向。

2 實施校準存在的影響因素

多相流計量裝置的檢定/校準有實驗室和在線兩種。實驗室校準目前只有大慶油田有一套校準裝置，但由于送檢費用較高以及其采用的工作介質與勝利油田的現場實際介質存在著差異，校準結果無法完全適用于勝利油田的現狀。而作為一種新型的計量裝置，對其的檢測或校準，國家沒有一個嚴格的規程或標準進行指導，導致各計量機構對多相流計量裝置的校準無章可循，方法各異。在對多相流計量裝置的現場校準中，由于各種計量裝置工作原理的不同，對各相的準確校準存在較大困難，主要有：

（1）各相的控制協調。如何解決分路計量儀表的同時和連續讀取，液量中純油量的校準、水量與油量的匹配關系，如何根據水與油的比率關系選配校準設備，保證不致使水量過多或油量過少導致標準設備溢出或液面過低無法讀取。

（2）控制設備的選擇和使用。如何選擇恰當的控制設備，確保在現場校準過程中，不破壞多相流計量裝置的實際工況，解決工作計量與現場校準的同步問題。

（3）液相物性參數的獲取。無論何種多相流計量裝置都要對液相的密度、含水率、含油率進行測量，而由于液相變化的不可復現性，如何隨即抽取油樣或水樣，以及采用什么方法得到各項參數都對最終的校準結果產生極大影響。

鑒于以上影響因素，致使三相流計量裝置計量準確度以及技術指標無法在工作現場得到準確的檢測，不但影響了其正常的使用，還無法有效參與到正常的生產運行中。幾年來通過對油田在用三相計量裝置的調研和多種不同形式的測量方法的總結，并與杭州創聯公司合作通過對單井計量裝置的改造實現了對三相分離式單井計量裝置的現場實液檢測。

現場校準

1 校準思路

由于受到各種因素的制約，所有的三相流量計量裝置只是對裝置中的單相計量儀表進行了檢定，并未對整套裝置進行有效的檢定或校準。在三相流計量裝置安裝到現場后，由于現場條件與理論推導之間的差異，又會對裝置的準確計量產生多大的影響，如何能在不破壞工作現狀的情況下對三相流計量裝置進行測試，帶著這些問題，通過查看現場，分析數據，與廠家結合，提出了靜態容積法體積計量比對的思路。將待測試裝置分離后的水路和油路通過流程改造，在保證不破壞正常工作狀態的情況下，把經過水路電磁流量計和油路質量流量計計量過的液體分別引入標準容器參與比對，并在測試過程中定時抽取水樣和油樣進行含油率和含水率的測定，最后通過數據修正和誤差分析，最終計算出三相分離式單井計量裝置的油量和液量誤差。

2 測量設備和測量流程

（1）被測試設備。選用杭州創聯生產的YJ/LⅡ600型移動式三相分離計量裝置，該計量裝置由臥式分離器、旋風分離器、除沫器、工藝管線、測量儀表、控制儀表以及計算機、顯示終端組成。油井產出的油、氣、水混合物切線進入旋風分離器，在離心力作用下，液體和氣體分離，分離后的氣體，從旋風分離器頂部流出經除霧裝置后進入氣路計量管線；經旋風分離器分離的液體進入臥式分離器，依次經消能裝置、折流板、整流裝置后進入沉降室，油、水在沉降室經重力作用下自然分層，低含水的適合質量流量計測試的油水混合流體溢入油室，并進入油路計量管線；沉降室底部的游離水則進入水路計量管線。裝置運行過程中，通過先進的數學控制模型，由測控主機對分離器中的液位以及壓力進行控制，實現油、氣、水三相準確計量。各路計量分別選用了量程2.5～30m3/h的DN25渦街流量計；量程為0～16m3/h，精度為0.5%的電磁流量計和量程為0～12t/h，精度為0.2%的質量流量計。

（2）校準儀器。為完成現場校準，根據被校準的三相流計量裝置的精度要求，以及考慮到現場的實際條件，我們最終選用了3個分別為10 000、1 000、20L的標準量器，20m的量油尺，2m的鋼卷尺以及電子秒表和溫度計。

（3）測試流程。圖1為三相分離計量裝置測試流程圖。

（4）試驗現場。選取的計量站共計量14口油井產量，油井日產氣量在200m3以內，液量為2.1～107t，含水率在34%～97%之間。

3 測試過程及控制

為了測試三相分離式單井計量裝置的計量精度和分離效果，需對運行中的計量裝置進行現場比對試驗，通過計量裝置和標準計量器具的測試數據比較，計算其各項計量誤差，確定其各項技術指標是否符合原油生產及計量要求。

鑒于無有效的標準量器可對分離的氣體進行準確計量，因此實液測試只對油水兩路進行。在進行測試前，為保證在測試過程中不改變計量裝置的正常生產狀態，在流程的油路和水路出口加裝了限壓閥，保持分離器內的壓力平衡。

具體測試過程為：

（1）將生產流程與測試計量裝置連接并進行預熱。

（2）當被測試計量裝置各環節工作正常并運行0.5h后，開始正式測試。

（3）切換生產流程入測試流程，計量裝置開始計量，同時記錄電磁流量計、質量流量計、渦輪流量計的儀表底數；測量裝置的工作溫度和壓力、環境溫度和壓力等。

（4）在測試過程中，分別對裝置分離后的油路和水路進行取樣，記錄樣品體積。

（5）觀察標準油罐的液位，當標準油罐即將裝滿時，切換測試流程為生產流程，停止測試，同時記錄標準油罐液位高度以及電磁流量計、質量流量計、渦輪流量計的儀表底數，記錄被測試裝置在測試過程中計量出的日產油量、日產氣量和日產水量。

（6）對標準水罐的水位進行檢尺，記錄標準油罐的液位，同時測量標準水罐和標準油罐的油溫和水溫。

（7）對采集的油、水樣進行油樣密度、油樣中的含水率和水樣中的含油率進行化驗，對標準油罐和標準水罐的液位進行數據處理，分別計算出標準的日產油量、日產氣量和日產液量。

（8）將測試裝置記錄的數據和標準數據進行比對分析，得出油量和液量測試誤差。

4 測試結果

通過現場的嚴格測試，實際測試的油量測量誤差為3.85%，液量測量誤差為3.04%，該三相分離式計量裝置的測試結果符合設計要求。

結論

通過對三相分離式計量裝置的現場實液測試，即驗證了該計量裝置的計量精度，又驗證了該測試方案的可行，從而解決了三相分離式計量裝置無法進行計量測試的難題，為三相分離式計量裝置的生產應用提供了技術保證。而這次現場實液測試也為今后三相流計量裝置的測試提供了一種測試方法和思路，對其他多相流計量裝置的現場測試有一定的參考價值，為將來更好開展三相流計量裝置的測試進行了一次有益的嘗試。

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

[2]方代煊，朱云祖.國外多相流量計開發與應用現狀[J].石油機械，1999，7（7）:44-47.

[3]王曉東，董守平.石油多相流計量研究的現狀與發展趨勢[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，現主要從事流量計量檢定與管理工作。

2009-08-01