移動式油水比測試裝置研究

何彥君 ，劉 鵬 ，賴 燕 ，王喜娟 ，馬 騫 ，周繼勇 ，馬連偉

（1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

移動式油水比測試裝置研究

何彥君1，2，劉 鵬2，賴 燕2，王喜娟2，馬 騫2，周繼勇2，馬連偉2

（1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065；2.中國石油長慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

傳統(tǒng)的計量裝置由于要求被測介質(zhì)單一，流量穩(wěn)定，同時壓差變化較小，而在對分離器的液體進行直接測量時，所測介質(zhì)是油水氣的混合相態(tài)，同時從分離器放出的介質(zhì)由于壓差大，流速快，且不穩(wěn)定，因此，傳統(tǒng)的流量裝置根本不能測量分離器內(nèi)液體相態(tài)中油的體積和水的體積。移動式油水比測試裝置采用分離器機械式自動油水分離排液裝置作為自動排液設(shè)備，其后采用油水自動積液突然開啟裝置來穩(wěn)定所計量的液體的流速，同時采用系統(tǒng)穩(wěn)壓裝置將減壓后的壓力穩(wěn)定在一相對較小的壓力范圍內(nèi)，從而滿足普通計量裝置所要求的計量條件。

分離器；油水比；計量

目前，在很多天然氣氣井中，天然氣在生產(chǎn)過程中會將天然氣內(nèi)所含液體成分分離出來，其中很多井中除水外，還含有大量的凝析油，而工藝上要求對氣井的產(chǎn)液量變化有準(zhǔn)確把握，所以要求準(zhǔn)確計量氣井中天然氣中所含液體體積。傳統(tǒng)的計量裝置由于要求被測介質(zhì)單一，流量穩(wěn)定，同時壓差變化較小，而在對分離器的液體進行直接測量時，所測介質(zhì)是油水氣的混合相態(tài)，同時從分離器放出的介質(zhì)由于壓差大，流速快，且不穩(wěn)定，因此，傳統(tǒng)的流量裝置根本不能準(zhǔn)確計量出天然氣分離器內(nèi)所含液體體積，就更不能測量分離器內(nèi)液體相態(tài)中油的體積和水的體積。

1 裝置簡介

移動油水比測試裝置將氣液分離器排液裝置和油水分離器整合于一體，采用雙筒結(jié)構(gòu)，將油水分離開分別進入不同腔體，并將油水自動排出分離器外。即將氣液分離器分離出的油和水自動分離并分別排到油罐和水罐，減少混合液的分離設(shè)備及后續(xù)工藝。該裝置優(yōu)點在于：（1）采用雙腔雙浮筒結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)分離器的自動排液功能；（2）能將分離器內(nèi)的油水自動分離開；（3）減少了后續(xù)分離工藝，減少了設(shè)備。

1.1 工作原理

此次研究將根據(jù)分離器工作產(chǎn)液特性，采用分離器自力式疏水疏油閥將分離器內(nèi)液體分開排出，再通過流量穩(wěn)定裝置及壓力穩(wěn)定裝置，使分離器的排液能夠達到相態(tài)單一，壓差小，壓力穩(wěn)定，流速穩(wěn)定的普通計量條件，從而能夠準(zhǔn)確計量出分離器內(nèi)油的體積和水的體積。

該裝置的工作原理為分離器分離出的油水混合物，通過天然氣疏水閥自動排出分離后進入油水沉降罐，靠油水密度差及油水沉降自動分層，通過自動脫水器將分離出的水排出油水沉降罐，從而將油水自動分開，水進入積水罐，油進入積油罐。當(dāng)油和水累積到一定液位時，通過油水積液桶的液位突開裝置，將油和水一次性排出，通過渦輪流量計計量出油和水的體積，從而完成油水的自動分離和計量功能。

1.2 主要設(shè)備

移動式油水比測量裝置具有自動排液、自動分離、自動積液的功能，同時能精確得到油和水的體積，并且裝置是移動式的，方便操作，運行安全。為使該裝置能在不同的場站快速對分離器內(nèi)的油水比進行測試，將裝置整體作為可拆裝式。其主要設(shè)備如下：（1）天然氣疏水閥：實現(xiàn)分離器內(nèi)液體自動排出功能；（2）油水自動分離排液器：將油水自動分開，分別排到不同的罐體儲存；（3）積水桶：實現(xiàn)分離水的存儲，自動突然開啟，自動將水排出；（4）積油桶：實現(xiàn)分離純凈油的存儲，自動突然開啟，自動將油排出；（5）渦輪流量計：對分離出的油和水實現(xiàn)各自的自動計量；（6）管路增壓裝置：對分離出的油水增壓限壓，從而為排出液體提供流動動力。

1.3 安裝流程

該裝置安裝流程如下：（1）將計量分離器液位計前段閥門關(guān)閉，緩慢開啟液位計下端截止閥，液位計泄壓后拆卸液位計，然后在兩閥門后安裝法蘭三通，通過法蘭與絲扣連接，在三通一端安裝截止閥門，將液位計上下端連接兩三通的一端。（2）將疏水閥進液口通過絲扣連接與三通下端的閥門絲扣連接，疏水閥頂端的針型閥通過絲扣連接與上端三通下的針型閥連接。開啟疏水閥前端截止閥與回氣口閥門，緩慢開啟頂部三通的針型閥，然后開啟下端的截止閥使該裝置進入運行狀態(tài)。計量分離器內(nèi)的油水混合物經(jīng)過天然氣疏水閥出水口進入到油水沉降罐內(nèi)。（3）油水沉降罐內(nèi)的水聚集在底部，當(dāng)達到一定液位高度時，水從油水沉降罐底部出水口閥門進入到積水罐內(nèi)聚集。（4）油水沉降罐內(nèi)的油聚集在上部，當(dāng)達到一定液位高度時，油從油水沉降罐上部出水口閥門進入到積油罐內(nèi)聚集。（5）積水罐、積油罐內(nèi)的液體累積到一定高度時候突然開啟，其中聚集的液體在限壓裝置設(shè)定的壓力作用下，將液體以一定流速排出，通過渦輪流量計計量液體體積。

1.4 流量系數(shù)標(biāo)定

裝置在第一次使用時，需要對油水的流量系數(shù)分別進行標(biāo)定，根據(jù)現(xiàn)場試驗標(biāo)定流量計流量系數(shù)。

具體方法是：將裝置各管線連接好，關(guān)閉閥4、開啟閥5；同時在閥5后接軟管連接標(biāo)定量筒。當(dāng)標(biāo)定油時，水路閥8應(yīng)關(guān)閉；反之標(biāo)定水時，油路閥9應(yīng)關(guān)閉。將實際測定的液體的體積與流量計的顯示流量做比較，然后將表的流量系數(shù)進行修改，直到實際測定液體體積與流量計顯示流量體積一致時，此時流量系數(shù)標(biāo)定完成。然后開啟閥4，關(guān)閉閥5，開啟閥8、閥9，計量系統(tǒng)開始正常工作。

圖2 計量裝置俯視圖

圖3 計量裝置側(cè)視圖

2 試驗過程

目前，該裝置已在榆X站分離器排污處安裝并開展現(xiàn)場試驗，試驗前進行安全風(fēng)險評估分析。

（1）試驗進行前，需要拆卸液位計，可能會產(chǎn)生天然氣泄漏的風(fēng)險，因此，在拆卸液位計前，需將液位計完全泄壓方可進行下步操作。

（2）裝置通過高壓軟管將疏水閥、油水沉降罐、積水罐及積油罐連接，其中回氣軟管承壓26 MPa，其它軟管承壓9 MPa，而分離器壓力工作壓力一般為5.4 MPa左右，軟管壓力等級足夠，不會產(chǎn)生超壓的風(fēng)險。

（3）裝置在軟管連接時可能會由于接口連接不牢固產(chǎn)生污水泄漏的危險，對環(huán)境造成污染，因此，在進行試驗前，必須檢查軟管接口連接牢固方可開展試驗。

（4）裝置的最高允許工作壓力1.5 MPa，在試驗過程中，裝置的工作壓力一般為0.1～0.6 MPa，不會造成裝置超壓或憋壓的風(fēng)險。

2.1 第一階段試驗

4～6月，在榆X站先后開展三次現(xiàn)場試驗，此次試驗裝置油水不能完全分離，油水體積不能準(zhǔn)確計量，分析原因主要有以下兩個方面：（1）積水桶和積油桶關(guān)閉不嚴(yán)；（2）渦輪流量計的傳感器中的渦輪軸斷裂，渦輪不轉(zhuǎn)動，造成無法計量。

2.2 第二階段試驗

7月，針對第一階段試驗出現(xiàn)的問題，對裝置進行整改并進行室內(nèi)實驗后，先后進行第二階段的三次試驗，此次試驗油水可以有效分離，對渦輪流量計計量的數(shù)據(jù)與計量罐測得的數(shù)據(jù)進行對比，水的體積誤差較小，控制在0.66%～4.18%，但油的體積不能測出。分析原因主要是氣井產(chǎn)液中油含量較小，水含量較大，油來不及計量。

表1 榆X站油水比測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

2.3 第三階段試驗

9月，針對第二階段試驗中存在水含量較大，油來不及計量的問題，對裝置進行改進，繼續(xù)開展三次現(xiàn)場試驗。此次試驗效果較好，油水可以有效分離，通過對渦輪流量計計量的數(shù)據(jù)與計量罐測得的數(shù)據(jù)進行對比，油和水的體積誤差較小，控制在±10%以內(nèi)。

2011年，在榆X站先后開展三個階段現(xiàn)場試驗，試驗效果比較理想，渦輪流量計計量的數(shù)據(jù)與計量罐測得的油水比誤差較小，控制在±10%以內(nèi)。結(jié)合試驗過程中出現(xiàn)的問題，裝置可以從以下三方面進行改進：（1）裝置較大，將裝置的積水桶和積油桶體積改小一些；（2）試驗過程中需要人工將污水一桶一桶的倒入污水罐，人工勞動強度大，下步將增加排污旁通，測量油水比時污水走旁通；（3）試驗時，裝置與分離器連接部件較多、連接步驟較繁瑣，下步將從這方面整改，實現(xiàn)操作簡單方便。

表2 榆X站油水比測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

3 結(jié)論

（1）結(jié)合我廠榆林南區(qū)和子洲-米脂氣田的集氣站工藝運行模式，研發(fā)了一套移動式油水比測量裝置，在不影響天然氣正常生產(chǎn)的情況下測試油水比例。

（2）該裝置具有自動排液、自動分離、自動積液的功能，同時能精確得到油和水的體積，并且裝置是移動式的，方便操作，運行安全。

（3）先后在榆X站開展三個階段的移動式油水比測試裝置現(xiàn)場試驗，為下步改進裝置提供了指導(dǎo)意義。

[1] 金英.多相流計量研究的現(xiàn)狀[J] .國外油田工程，1997.

[2] 王家純.油氣水三相流量測量的研究[M] .西安交通大學(xué)出版社，1991.

[3] 李海清.多相流測試技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢，多相流檢測技術(shù)進展[M] .北京:石油工業(yè)出版社，1996.

[4] 白巖，梁銘，王峰.單井間歇計量在長慶氣田的應(yīng)用[J] .石油化工應(yīng)用，2007，26（2）：44－46.

The moving oil-water ratio testing device research

HE Yanjun1，2，LIU Peng2，LAI Yan2，WANG Xijuan2，MA Qian2，ZHOU Jiyong2，MA Lianwei2
（1.Xi’an Shiyou University，Xi’an Shanxi 710065，China；2.Gas Production Plant 2 of PetroChina Changqing Oilfield Company，YuLin Shanxi 719000，China）

The traditional measurement device due to the requirements of the medium to be measured a single,stable flow,at the same time and pressure difference is smaller,while in the separator liquid direct measurement,the measured medium is oil gas mixed phase,at the same time the separator from the release medium due to pressure,flow rate,and not stable,therefore,the traditional flow device cannot measuring separator liquid phase oil volume and the volume of water.The moving oil-water ratio testing device adopts a mechanical type automatic separation of oil and water separator for liquid discharge device as automatic liquid discharge equipment,thereafter applying automatic effusion suddenly opening device to the measurement of liquid flow rate,at the same time,the system will be reduced pressure stabilizing device in a relatively small pressure range,so as to meet the normal metering device the requirements of measuring conditions.

separator；oil-water ratio；measurement

10.3969/j.issn.1673-5285.2012.11.019

TE938.5

A

1673－5285（2012）11－0074－04

2012－10－23

何彥君，男（1984-），2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）油氣儲運專業(yè)，現(xiàn)為第二采氣廠工藝所干部，郵箱：heyj3_cq@petrochina.com.cn。