稠油計(jì)量系統(tǒng)研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

李 韜 趙志華 李衛(wèi)東

中國(guó)石油吐哈油田分公司 魯克沁采油廠 （新疆 鄯善 838202）

稠油計(jì)量系統(tǒng)研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

李 韜 趙志華 李衛(wèi)東

中國(guó)石油吐哈油田分公司 魯克沁采油廠 （新疆 鄯善 838202）

魯克沁采油廠的各采油站點(diǎn)主要以40m3油罐檢尺來(lái)完成對(duì)摻稀總量、單井和混合油總量、單井摻稀量的計(jì)量。檢尺量罐方法，計(jì)量的準(zhǔn)確性較低。根據(jù)計(jì)量法和精細(xì)化管理的要求，為有效提高采油廠的計(jì)量精度，對(duì)幾種計(jì)量?jī)x表進(jìn)行適應(yīng)性試驗(yàn)，并引進(jìn)一批國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的計(jì)量設(shè)備，改變目前的計(jì)量現(xiàn)狀，使計(jì)量更加趨于精確。

計(jì)量 流量計(jì) 稠油

魯克沁采油廠共有油水氣井198口，其中油井161口，水井37口，承擔(dān)著26.5萬(wàn)t/a的稠油生產(chǎn)任務(wù)。油田位于新疆鄯善縣魯克沁鄉(xiāng)境內(nèi)平坦戈壁上，北靠火焰山，老312國(guó)道從油田穿過(guò)，交通便利。地勢(shì)為北高南低，平坦開(kāi)闊，起伏不大，海拔約-10～50m。

魯克沁采油廠于2007年9月成立，共有員工354人，基礎(chǔ)設(shè)施除魯中聯(lián)合站以外，其余各個(gè)采油站點(diǎn)的自動(dòng)化程度低，主要以40m3油罐檢尺來(lái)完成對(duì)站點(diǎn)摻稀總量、單井摻稀量、單井混合油日產(chǎn)量以及站點(diǎn)混合油總量的計(jì)量。傳統(tǒng)的人工檢尺量罐計(jì)量方式，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且測(cè)量精度與操作人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和責(zé)任心有很大的關(guān)聯(lián)，無(wú)法保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。

1 稠油特性及開(kāi)采工藝

1.1 原油（稠油）特性

1.1.1 原油黏度高，密度大，含蠟量中等，凝固點(diǎn)較高

原油中輕烴含量較低，僅占60%，而膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量高，膠質(zhì)含量20%～30%，瀝青質(zhì)含量8%～22%。表現(xiàn)出典型的高黏油特點(diǎn)。原油瀝青質(zhì)含量相對(duì)較高，達(dá)到20%。由于原油中膠質(zhì)瀝青質(zhì)含量高，因此原油具有高黏度、高密度的特點(diǎn)。地面（50℃、脫氣）原油黏度9 600～36 500mPa·s，原油密度0.96～0.98g/cm3。原油中含蠟量5%～11%，原油的凝固點(diǎn)為24～42℃。高壓物性取樣分析，原油溶解氣油比10～12m3/m3，地層原油密度0.95g/cm3。

1.1.2 稠油黏度對(duì)溫度變化敏感，溫度降低，原油黏度大幅度升高

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試原油黏度隨溫度變化特性，溫度變化對(duì)原油黏度有很大影響，溫度降低，原油黏度大幅度升高。溫度每降低10℃，黏度約增加一倍。黏度突變的拐點(diǎn)溫度約為60℃。各區(qū)塊各層位原油黏溫特性基本一致。地層條件下原油黏度為200～1 800 mPa·s,在較低溫度條件下，原油為擬塑性流體。

1.2 稠油的開(kāi)采工藝

魯克沁的稠油開(kāi)采是采取泵上摻稀的冷開(kāi)采方法。空心抽油桿與地面摻稀油流程通過(guò)軟管相連接，摻稀油從空心抽油桿內(nèi)空通道注入，經(jīng)空心抽油桿底部（泵上）的單流閥流到油管中與油層采出流體混合后一同被舉升到地面。精確計(jì)量稀油的摻入量是保證油井是否正常生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

2 稠油計(jì)量

2.1 計(jì)量現(xiàn)狀的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的19個(gè)采油站點(diǎn)的計(jì)量設(shè)備及計(jì)量方法的摸排、調(diào)查，我們總結(jié)出了影響計(jì)量精度的幾條因素。

（1）含水測(cè)量時(shí)的誤差。測(cè)試中隨機(jī)因素會(huì)造成一定的誤差。

（2）視密度系統(tǒng)換算表與實(shí)際相比約有±0.005 kg/cm3的誤差。

（3）由于液體靜壓力作用，使罐直徑增大，高度縮小，由于這種原因造成的檢尺誤差約在0.03%～0.05%之間。

（4）油罐充液前后引起的彈性變形，使用后罐底的基礎(chǔ)的下沉，檢尺臺(tái)上有沉積物，尺錘尖端磨鈍，下尺時(shí)尺錘傾斜等都將引起較大的計(jì)量誤差。

（5）根據(jù)JJGI68-76《立式金屬罐容積鑒定規(guī)程》油罐鑒定結(jié)果，容積誤差在±0.2%以?xún)?nèi)。

（6）油罐檢尺誤差。由量尺的誤差和檢尺時(shí)的隨機(jī)誤差組成。

（7）油罐內(nèi)測(cè)平均時(shí)的誤差。當(dāng)油高超過(guò)5m時(shí),就應(yīng)分上、中、下三層取平均溫度，即便這樣，也會(huì)有一定的誤差。

（8）測(cè)密度時(shí)的誤差。由測(cè)試儀表和測(cè)試精度引起的誤差在±0.128%左右。

由于檢尺精確度的理論與實(shí)際的偏差較大，因此需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步調(diào)查研究。比如，魯中聯(lián)合站，根據(jù)液位計(jì)檢測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)×195，不隨溫度、含水量、密度等變化而變化。綜上所述，檢尺測(cè)量的局限性主要表現(xiàn)在：誤差大精確度沒(méi)法保證、沒(méi)有可比性、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、受人為干擾因素大。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的計(jì)量系統(tǒng)的了解，在加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)員工勞動(dòng)紀(jì)律、操作規(guī)程，以及改善作業(yè)環(huán)境等措施后，選取了幾種不同型號(hào)的流量計(jì)，以玉東1站作為試驗(yàn)點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行理論對(duì)比后，產(chǎn)生誤差的因素依然存在，主要表現(xiàn)在：儀表自身結(jié)構(gòu)及制造精度、環(huán)境溫度變化、介質(zhì)溫度變化、黏度對(duì)計(jì)量精度的影響。但流量計(jì)具有測(cè)量精度高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，統(tǒng)計(jì)管理方便等優(yōu)點(diǎn)，故流量計(jì)逐步替代檢尺計(jì)量很有必要性。

2.2 流量計(jì)選型

根據(jù)稠油生產(chǎn)的實(shí)際，經(jīng)過(guò)多方調(diào)研和試驗(yàn)，參考其它稠油油田計(jì)量情況，通過(guò)性能與價(jià)格比較、使用環(huán)境的對(duì)比，魯克沁采油廠選用2種流量計(jì)，即質(zhì)量流量計(jì)與橢圓齒輪流量計(jì)。

2.2.1 工作原理

科里奧利力效應(yīng)是指當(dāng)質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)參考系內(nèi)做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種不同于通常離心力的慣性力作用在此質(zhì)點(diǎn)上，其大小與方向可用2mv×ω（其中m為質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量、v為速度、ω為角速度）來(lái)表示，利用該原理制作的流量計(jì)稱(chēng)為質(zhì)量流量計(jì)。它的主要特點(diǎn)是準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度較高，量程大。

橢圓齒輪流量計(jì)具有易于安裝、維修方便、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。主要用于內(nèi)部了解的計(jì)量數(shù)據(jù)。

2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析

2010年2月1 ～9日進(jìn)行了橢圓齒輪流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)的適應(yīng)性試驗(yàn)。通過(guò)實(shí)際流程測(cè)試，檢驗(yàn)2種類(lèi)型計(jì)量?jī)x表在不同黏度、流速等原油計(jì)量流程上的精確性和適用性，以確定最終的計(jì)量?jī)x表和計(jì)量流程，從以下4個(gè)方面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)效果試驗(yàn)。①質(zhì)量流量計(jì)在稀油總量計(jì)量流程上的使用效果；②橢圓齒輪流量計(jì)在混合油總量計(jì)量流程上的使用效果；③質(zhì)量流量計(jì)加消氣裝置在混合油總量計(jì)量流程上的使用效果；④質(zhì)量流量計(jì)在摻化學(xué)降黏劑的混合油計(jì)量流程上的使用效果。

2.2.3 效果評(píng)價(jià)

（1）在聯(lián)合站稀油閥組安裝1臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量3-2站摻稀量，連續(xù)計(jì)量3d，日摻稀量在163～165m3，儀表工作穩(wěn)定正常。

（2）在聯(lián)合站總機(jī)關(guān)房安裝1臺(tái)橢圓齒輪流量計(jì)計(jì)量2-1站來(lái)油，由于現(xiàn)有流程未安裝溢流閥和壓力變送器，只在白天派專(zhuān)人看護(hù)進(jìn)行試驗(yàn)，晚上改走旁通流程。經(jīng)3d的試驗(yàn)，儀表和過(guò)濾器運(yùn)行正常，數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確。

（3）由于加裝質(zhì)量流量計(jì)消氣裝置需要大的流程改動(dòng)，因此本試驗(yàn)未進(jìn)行。

（4）在魯8站安裝1臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量摻化學(xué)降黏劑井的產(chǎn)量，儀表未發(fā)生卡堵現(xiàn)象，流程壓力穩(wěn)定。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果及儀表的性能、計(jì)量介質(zhì)、價(jià)格以及其它不同要求，最終選用了3種計(jì)量?jī)x表：①羅斯蒙特的質(zhì)量流量計(jì)；②E+H的質(zhì)量流量計(jì)；③橢圓齒輪流量計(jì)。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)比

魯克沁的稠油開(kāi)采中，各種流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)比如表1～3所示。

3.2 技術(shù)改進(jìn)

3.2.1 流量計(jì)改裝后計(jì)量與控制

204 站的大泵摻稀，安裝流量計(jì)后不僅僅可以用來(lái)準(zhǔn)確計(jì)量每日每口井的摻稀量，還可通過(guò)瞬時(shí)流量來(lái)控制摻稀量。沒(méi)有安裝調(diào)節(jié)閥的通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)羊角閥來(lái)控制流量，而3臺(tái)實(shí)驗(yàn)用的自動(dòng)調(diào)節(jié)閥安裝之后，通過(guò)給定設(shè)定值，利用瞬時(shí)流量進(jìn)行PID運(yùn)算自動(dòng)控制閥的開(kāi)度，使流量穩(wěn)定在一定的范圍之內(nèi)，大大的減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2.2 增加信息監(jiān)控

在魯中聯(lián)合站閥組件，計(jì)量各站總摻稀量的是羅斯蒙特的質(zhì)量流量計(jì)。這種表有許多功能，以前控制室只引入一個(gè)4～20mA的信號(hào)，用來(lái)監(jiān)測(cè)瞬時(shí)流量。現(xiàn)在在沒(méi)有增加任何費(fèi)用的情況下，通過(guò)RS485通訊，將一批信號(hào)通過(guò)MODBUS協(xié)議接入PLC，通過(guò)組態(tài)可以看到所需要的信號(hào)如：溫度、密度、累積量、瞬時(shí)體積流量等等。

3.2.3 優(yōu)化儀表轉(zhuǎn)動(dòng)部件材質(zhì)與結(jié)構(gòu)，降低故障率

由于橢圓齒輪流量計(jì)屬于全機(jī)械式儀表，轉(zhuǎn)動(dòng)部件和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)容易損壞，平均每臺(tái)維護(hù)3次/月，整體維護(hù)工作量較大。經(jīng)過(guò)與廠家共同分析，認(rèn)為傳動(dòng)部件的頻繁損壞主要是混合油含沙所致，而儀表本身配套的過(guò)濾器無(wú)法對(duì)這些懸浮在原油中的細(xì)粉沙進(jìn)行過(guò)濾。針對(duì)這種情況，生產(chǎn)廠家對(duì)傳動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)行了改進(jìn)，將滑動(dòng)軸承改成滾動(dòng)軸承，將不銹鋼傳動(dòng)部件更換成更為耐磨損的合金材質(zhì)，從而減少維修率和故障率,故障率下降為半年1次。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果對(duì)比

表1 魯中聯(lián)合站通過(guò)雷達(dá)液位測(cè)量數(shù)據(jù)與質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比

表2 魯中聯(lián)合站質(zhì)量流量計(jì)與站外橢圓齒輪流量計(jì)測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)對(duì)比

表3 204站E+H的質(zhì)量流量計(jì)與羅斯蒙特的質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)比較

3.3.1 計(jì)量精度對(duì)比

在未裝計(jì)量?jī)x表前，通過(guò)雷達(dá)液位計(jì)檢測(cè)液位計(jì)算出來(lái)的輸往各站稀油量與各站檢尺測(cè)出的稀油量平均每天相差100m3以上。實(shí)施儀表計(jì)量后，隨機(jī)取數(shù)據(jù)分析，它的誤差外圍約0.51m3/h，極大提高了精確計(jì)量程度。

3.3.2 社會(huì)效益對(duì)比

檢尺計(jì)量工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、上下罐存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。儀表計(jì)量信號(hào)已引入值班室，測(cè)量精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，便于統(tǒng)計(jì)管理等，是現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)管理的發(fā)展趨勢(shì)。

3.3.3 存在問(wèn)題

質(zhì)量流量計(jì)是否適用混合油計(jì)量，需待進(jìn)行加消氣裝置試驗(yàn)，試驗(yàn)效果后方可實(shí)施。

4 結(jié)論及效果評(píng)價(jià)

計(jì)量水平的高低是衡量企業(yè)管理水平的重要指標(biāo)，因此計(jì)量工作不僅僅是技術(shù)問(wèn)題，而且是重要的管理問(wèn)題、經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。如何提高計(jì)量手段、改造和完善現(xiàn)有設(shè)施，提高管理水平，使得計(jì)量更趨精確，我們建議采用以流量計(jì)為外輸依據(jù)，檢尺做對(duì)比的管理制度。

（1）使用的各類(lèi)計(jì)量器具，必須符合技術(shù)條件，并保證在檢定的有效周期內(nèi)使用。

（2）采用以流量計(jì)為外輸依據(jù)，檢尺做對(duì)比的管理制度，嚴(yán)格控制誤差范圍，對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置，要嚴(yán)格按國(guó)際規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（3）消除可能引起計(jì)量誤差的因素。如：被計(jì)量容器有無(wú)泄漏、變形、串油等。

（4）提高操作管理水平，培訓(xùn)計(jì)量人員，包括流量計(jì)操作和檢尺的計(jì)量操作。

（5）指定專(zhuān)人加強(qiáng)對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)的誤差分析，研究，確保外輸計(jì)量準(zhǔn)確無(wú)誤。

計(jì)量工作的好壞直接代表了一個(gè)企業(yè)的管理水平，在今后的工作中我們將不斷探索，提高稠油生產(chǎn)中的計(jì)量水平。

At all oil production stations of Lukebi oil factory,the measurement of light oil total amount,total amount of single well and mixed wells,and the light oil quantity of single well are measured by the 40m3 oil tank scale.The method of oil tank scaling is low in the accuracy of measurement.According to the requirements of metrological law and fineness management,the adaptability test focuses on several measuring instruments in order to improve the measuring precision of oil production factory.Meanwhile,a large collection of foreign and domestic advance measuring equipment is introduced into our country,which changes the present state of measurement,and makes the measurement more accurate.

measurement;flow-meters;viscous oil

李韜(1969-)，男，現(xiàn)吐哈石油魯克沁采油廠安全環(huán)保科主管。

尉立崗

2011-03-15