低產液油井計量裝置的設計與改進

齊偉

中國石化勝利油田分公司 技術檢測中心 (山東 東營 257000)

低產液油井計量裝置的設計與改進

齊偉

中國石化勝利油田分公司 技術檢測中心 (山東 東營 257000)

勝利油田進入中后開采期，高含水、低產液油井數量逐年遞增，平均單井產量降幅逐年增大。通過調研測試發現，目前油田在用的各類單井計量技術對低產液油井計量還存在液量計量準確度低；低產液井串接混輸，無法實現單井量油。以上問題已嚴重影響了油田生產的穩定運行，而油田從未對低產液油井的計量進行過針對性的研究。針對這個問題，設計出一種移動式計量裝置，在現場測試過程中又對其進行了改進。測試數據表明，該裝置將原油產量計量誤差減小至5%以內，并滿足了實際檢測符合率≥91.7%。

低產液油井 單井計量 三相分離器 計量誤差

經過40多年的勘探開發，勝利油田高含水、低產液油井數量逐年遞增，平均單井產量降幅逐年增大。截止2009年底，勝利東部陸上油田的綜合含水已達到91.5%，含水90%以上的油井超過一半。2008年12月份新區產能建設新開油井900口，到2009年底單井液量小于10t的有361口，占40%，單井液量小于40t占60%。通過調研測試發現，目前油田在用的各類單井計量技術對低產液油井計量還存在液量計量準確度低（最大計量誤差高達10%～40%）；低產液井串接混輸，無法實現單井量油；從井口取樣化驗的含水率，單個含水值不具有代表性，以上問題已嚴重影響油田生產的穩定運行，而油田從未對低產液油井的計量進行過針對性的研究。為了能夠更好地為開發部門提供準確基礎資料，為科學地制訂油區開發方案提供技術支持，十分有必要對低產液油井產量計量技術進行深入研究，研究開發適用于低產液油井產量的計量技術。因此本文提出一種自動化程度高、精度高、移動方便的油井產量計量裝置，不僅實現了對油田低產液油井產量的準確計量，同時還可以對油田在用量油裝置進行校驗和誤差修正，提高其準確性。

1 計量裝置設計

計量裝置的設計主要包括計量房內裝置的設計和現場油井管線與計量裝置連接的設計。設計平面圖見圖1。

圖1 計量房內三相分離計量裝置流程設計圖

1.1 管道設計

管道設計包括氣路管道設計、油路管道設計和水路管道設計[1]。原油和水屬于不可壓縮流體，因此可以根據連續性方程、機械能衡算方程以及摩擦損失的計算式來進行輸送管路的計算，而氣體屬于可壓縮流體，還需要表征過程性質的狀態方程式。

1.1.1液體管路設計

液體管路為并聯管路，其特點是：

（1）總管流量等于并聯各支管流量之和，有

（2）就單位質量流體而言，并聯的各支管摩擦損失相等，即

根據已知條件，可以確定管徑的大小

式中，u為平均流速。

可見，若給定體積流量V，則d與u成反比。u越小，d越大，設備費用就越大；反之，u越大，d越小，設備費用小，但是摩擦損失增大，會造成流體流通不順暢，而且還會增大整個系統輸送管道的壓力損失，造成操作費用增加。

在設計過程中，還需要考慮流體的性質，原油的黏度較大，流速應較低，一般取0.5～1m/s，水的流速一般取1～3m/s。選取一定流速后，計算管道的壓力損失，如果壓力損失大于設計要求，則需要重新選擇流速，進行管徑設計。最后算出的管徑必須根據管道標準規格進行取整，一般取標準規格。

1.1.2 氣路管道設計

對可壓縮的天然氣而言，由于流動過程中壓力改變會導致密度、速度等的變化，因此，可壓縮流體的管路設計要復雜一些。在流動過程中，一般視為等溫流動，管徑由機械能衡算方程可得：

式中：P1,P2為前后管段的壓強；

λ可視為常數，G=ρu；

ρ為氣體密度，g/m3；

u為流速，m/s；

M為氣體的摩爾質量；

l為氣管長度，m。

在氣路和液路的管道設計過程中，還要滿足管道布置在一定的撬塊空間，而且管道布置需要簡單，有時候，還要考慮儀器安裝要求及閥門的通徑等。

參考現場提供的液量范圍、含水、氣量范圍等，水流速取3m/s,油流速取1m/s，氣流速取8m/s,根據流程設計理論，進行各管道壓損計算，以及油氣水三路管線的壓力匹配計算，最后水路管道尺寸為DN40,油路管道尺寸為DN25，氣路管道尺寸為DN25，三相進口、出口為DN80。

1.2 儀表配備

根據勝利油田單井產量數據，我們將低產液井的液量范圍定義在液量范圍在0～40t/d,氣量范圍在50～400m3/d，含水率范圍50%～98%。結合油田生產實際情況，氣路選用DN25,量程范圍為2.5～30m3/h，準確度等級為 1.5級的渦街流量計；水路選用DN40，量程范圍為0～16m3/h,準確度等級為0.5級的電磁流量計；油路選用DN25，量程范圍為0～12t/ h，準確度等級為0.5級的質量流量計。

2 現場試驗及數據分析

2.1 油井測試

共對79口油井實施了單井產液量測試，所測試油井涉及勝利油田勝利、濱南、現河、河口、孤島、樁西6個采油廠，立式分離器(800型)、旋流分離多相計量裝置兩種單井計量裝置。測試油井液量范圍在0～40t/d之間，含水范圍在4%～97%之間，原油黏度在12～101 228mPa·s之間，測試工作量見表1，其中12口油井進行了油、氣、水三相計量檢測，測試油井物性參數詳見表2。完成的檢測工作量方面：共測試油井79口，統計數據2 418個，測試數據468個，計算數據82組。

2.2 數據分析

測試的基本原理采用靜態容積法比對的方法，油量比對采用1m3的二等金屬量器作為標準器，水量比對采用10m3的經過檢定的金屬罐作為標準器，考核移動式油井原油產量計量裝置在現場的實際應用效果。

表1 工作量統計表

表2 測試油井物性表

對油井進行24h油、氣、水產量三相計量，同時用國家二等金屬量器組對三相計量裝置進行同步計量，通過測試數據比對，計算三相計量裝置的油、氣、水計量誤差，對三相計量裝置的檢測精度和符合率進行了驗證，測試油井12口，驗證結果見表3。

測試數據表明，對于日產液量小于40t的油井，該三相計量裝置對油、氣、水的計量能夠達到其技術指標，測試結果總結如下：

（1）在測試的12口油井中，油量計量誤差在-4.14%～5.85%，誤差加權平均值為0.77%，誤差超過5%的油井有1口，檢測合格率為91.7%，實現了項目協議要求的≤5%。

（2）在測試的12口油井中，水量計量誤差在-3.95%～3.88%，誤差加權平均值為-0.11%，誤差全部在4%以內，檢測合格率為91.7%，實現了項目協議要求的≤5%。

（3）對于測試的12口油井中，氣量計量誤差在-6.61%～12.59%，誤差加權平均值為-7.78%，誤差超過10%的油井有1口，檢測合格率為91.7%，實現了項目協議要求的≤10%。

（4）經分析說明，三相計量裝置能夠對油井來液進行分離，并計量油井油、氣、水三相的產量，計量誤差滿足其技術指標，并實現了如下指標：實際檢測符合率≥91.7%。

3 技術改進

通過采油現場的一系列油井測試，我們逐漸發現現有計量裝置的一些缺陷，并針對這些缺陷做了改進。

3.1 流程改進

為了改善流通性能，對油路管道和水路管道進行了改造（圖2）：水路管道增長了1 169mm，油路縮短了1 169mm；調節閥后的油路管線從DN25增大至DN40。通過上述改進，增大了油路流通面積，縮短了油路管道。

表3 測試數據表

圖2 流程改造示意圖

進一步試驗過程中發現，在水流速度較慢或取樣過程中，由于壓力變化，匯管中的油會返滲到水路，水路管線及水路儀表管壁粘集少量原油將影響水路儀表的正常工作。為此，我們在水路加裝單向閥，防止分離后原油回灌。

3.2 旋流分離器改進

在樁西采油廠測試過程中，發現計量裝置測量出的工況下原油密度比純油密度小0.04g/mL左右，初步判斷其原因是油路液體內含有游離氣和輕組分，造成質量流量計測量出來的綜合密度偏小，引起一定的含水誤差[2]。根據SY 5267-2000油田原油損耗的測定方法，通過對油路揮發氣體體積的測試，并進行輕組分分析，計算出油路存在20%～30%的游離氣，這引起了密度偏差，導致了含水計量不準確。

油路液體內含有游離氣，說明旋流分離器氣液分離效果不好。裝置的旋流分離器主要作用是進行氣液的充分分離，其最佳的進料速度范圍為7～14 m/s,由于液量范圍為0～40t/d、氣量范圍為0～400m3/d的油井，旋流分離器進料進口速度最多只有0.5～1m/s，達不到其最佳工作狀態。

解決問題的關鍵是提高進口流速,于是我們提出了在旋流分離器進口處安裝小口徑噴嘴的技術方案(圖3)。針對不同液量、氣量的油井，加工了16mm、20mm、25mm、36mm口徑的噴嘴。安裝調試后，發現效果較好，減少了油中帶氣量，密度吻合較好。

圖3 旋流分離器入口噴嘴示意圖

3.3 伴熱系統改進

現場試驗前期，發現原油含蠟較高、流動性較差，一旦裝置運行狀況異常，會發生管道堵塞現象。鑒于原油在40℃以上時流動性較好，我們制定了解決方案：在臥式分離器和油路、水路管線上加伴熱帶，并覆蓋保溫層。根據熱力學原理計算和現場實驗，對于日產量在40t以下的油井，采用6～10kW的加熱帶，起到了保溫加熱的作用，使油溫保持在40℃左右，保證了油路和水路管線暢通，三相計量裝置正常運行。管線內原油流動效果對比見圖4。

圖4 改造效果對比圖

3.4 計算軟件改進

計算原油含水率以及純油產量需要用到純油的工況密度，最初的軟件設計中，純油工況密度采用教科書上的經驗計算公式，由油井油樣化驗的純油標況密度和工況溫度計算得出，這種方法計算出的純油工況密度與GB/T 1885-1998原油密度表的工況密度有一定的誤差，造成含水率計算不準，后來改為直接輸入根據GB/T 1885-1998原油密度表查出的工況密度，提高了計算精度。同時在運行過程中，還對軟件系統的數據管理進行了完善，增加了數據統計計算功能等。

4 結束語

本文設計的低液量油井計量裝置，將原油產量計量誤差減小至5%以內，大幅提高了單井產量檢測精度及符合率，達到了油田要求的技術指標，并滿足了實際檢測符合率≥91.7%。該裝置的研發為油田下一步采油示范區建設優化設計、計量站儀表選型提供了技術指導；為油井生產動態分析、措施井的措施效果評價提供了準確數據；為油田進行決策，制定科學合理的開發方案提供了可靠的依據。

[1]王軍.三相分離器分離油氣水效果分析及對策淺談[J].石油礦場機械,2004(B08):30-33.

[2]王艷紅.罐底油三相分離理論及實驗研究[J].過濾與分離,2010(2): 12-15.

With Shengli Oilfield stepping into the middle and late period of exploitation,the number of low-yield oil wells increases annually,together with the average output of single well reduced increasingly every year.Through the survey and test,it is found out that there are some problems existing in measuring low-yield wells by means of different kinds of measuring technology for single wells now available in oilfields,such as the low accuracy of oil liquid measurement,the concatenation and mixed transportation of low-yield wells,the difficulty of calculating the oil output of single well.The above problems have seriously affected the stable operation of oilfield production,but oilfield has never done some corresponding research aiming at the measurement of low-yield wells.According to these problems,a mobile measuring device has been designed and has been improved in the process of site test.The test data show that this device can reduce the errors of crude output measurement to less than 5%,and satisfy the coincidence rate of practical detection≥91.7%.

low-yield;measurement of single well;three-phase separator;measuring error

齊偉（1983-），男，主要從事計量工作。

黃永場

2011-08-26