自標(biāo)定多井在線計(jì)量方案

陳 艷 王 軍 劉 暢

（中國石油工程建設(shè)有限公司北京設(shè)計(jì)分公司）

油井生產(chǎn)計(jì)量是油田日常生產(chǎn)管理的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，在油田開發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營、管理中占有十分重要的地位。 油井生產(chǎn)計(jì)量的主要目的是通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每口井產(chǎn)出物的數(shù)量和組分變化［1］，分析并評(píng)估油藏變化規(guī)律，掌握油藏的儲(chǔ)存和開采狀況，指導(dǎo)油田開發(fā)生產(chǎn)制定科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的方案，提高油田采收率。

傳統(tǒng)的油田單井計(jì)量方法是把油井產(chǎn)出物送入兩相分離器或三相分離器，經(jīng)過沉降后進(jìn)行氣液分離或氣油水分離。 通過安裝在分離器各相出口管線上的流量計(jì)，計(jì)量3 種流體的產(chǎn)量［2］。這種方法理論成熟，適用于多路單井的輪巡［3］，但計(jì)量結(jié)果有一定延遲，適合整個(gè)油區(qū)產(chǎn)量的一段時(shí)期內(nèi)的分析和統(tǒng)計(jì)。

近年來，多相不分離計(jì)量技術(shù)逐步被應(yīng)用［4］。采用多相流量計(jì)直接計(jì)量油井各相流量，可取消計(jì)量用分離器、計(jì)量管線和計(jì)量匯管，既能連續(xù)計(jì)量各油井的產(chǎn)量也減少了空間占用［5，6］。但對(duì)于低產(chǎn)單井或投資不高的項(xiàng)目卻不適用。

筆者分析傳統(tǒng)分離計(jì)量和不分離計(jì)量的優(yōu)、缺點(diǎn)，針對(duì)油田集輸不斷升級(jí)的計(jì)量需求，設(shè)計(jì)綜合兩種計(jì)量方法的自標(biāo)定多井在線計(jì)量方案。

1 輪巡式分離計(jì)量

傳統(tǒng)的輪巡式分離計(jì)量將油田按生產(chǎn)區(qū)域劃分，每個(gè)區(qū)域設(shè)置一個(gè)計(jì)量站，負(fù)責(zé)對(duì)多口油井進(jìn)行周期性輪換計(jì)量。 圖1 為輪巡式分離計(jì)量原理，油井產(chǎn)出液經(jīng)由選井裝置進(jìn)入兩相分離器內(nèi)進(jìn)行氣、液相分離，在出口分別進(jìn)行計(jì)量。 分離計(jì)量的準(zhǔn)確程度主要取決于分離器的幾何尺寸、沉降停留時(shí)間和單一流體流量計(jì)的精度。

圖1 輪巡式分離計(jì)量原理

輪巡式分離計(jì)量裝置包括3 個(gè)部分：選井裝置、計(jì)量分離器和計(jì)量監(jiān)控系統(tǒng)。 選井裝置可根據(jù)需要采用手動(dòng)方式或自動(dòng)方式。 計(jì)量分離器有兩相和三相兩種類型，將油井采出液分離成液體和氣體，采用液體流量計(jì)、含水分析儀和氣體流量計(jì)分別計(jì)量油井的產(chǎn)液量和產(chǎn)氣量。 計(jì)量監(jiān)控系統(tǒng)控制分離器的壓力和液位， 采集并計(jì)算油、氣、水三相的流量，計(jì)量結(jié)果通過SCADA 進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

油田管理和運(yùn)維的數(shù)字化智能化需要在數(shù)據(jù)采集層面進(jìn)行全面感知，油井產(chǎn)量參數(shù)是基本的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。 傳統(tǒng)輪巡式分離計(jì)量技術(shù)只能提供間斷性數(shù)據(jù)，無法適應(yīng)全面數(shù)字化智能化管理運(yùn)維的要求，需要研發(fā)新型計(jì)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油井產(chǎn)量的實(shí)時(shí)在線連續(xù)計(jì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)油井和油藏全方位的監(jiān)管和分析。

2 不分離在線計(jì)量

隨著計(jì)量技術(shù)的不斷進(jìn)步，不分離在線計(jì)量在某些應(yīng)用場(chǎng)合取代了傳統(tǒng)的分離方法，直接在管道上測(cè)量各相的流量。

多相流量計(jì)油、 氣、 水三相計(jì)量原理如圖2所示，油、氣、水三相流量在實(shí)際狀況下體積流量的測(cè)量可以通過對(duì)各相流速、流量截面上的含氣率（GVF）、含水率（WLR）等流動(dòng)參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)。

圖2 多相流量計(jì)油、氣、水三相計(jì)量原理簡(jiǎn)圖

油、氣、水三相流量的計(jì)算式為：

其中，Qtotal表示某單井包含氣、液兩相在內(nèi)的總的體積流量；Qliquid表示液相（包含油、水）的總體積流量；Qgas表示氣相體積流量；Qoil、Qwater分別表示液相中油和水的體積流量。

不分離在線計(jì)量可在很大程度上滿足油田管理對(duì)時(shí)效性的要求，動(dòng)態(tài)給出油井的油、氣、水三相信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)油井的產(chǎn)量變化。

但是現(xiàn)有的大多數(shù)多相流量計(jì)都需要測(cè)量若干數(shù)據(jù)后計(jì)算出各相的流量，使計(jì)量精度受到很大影響，目前市場(chǎng)上大多數(shù)多相流量計(jì)在大部分流態(tài)下測(cè)量的各相的相對(duì)誤差在±10%。 而且，目前所有用于多相計(jì)量的技術(shù)都要求必須掌握流體的特性才能比較精確地計(jì)量。 如果流體特性出現(xiàn)變化或一臺(tái)多相流量計(jì)用于多井計(jì)量，必須頻繁地評(píng)價(jià)和標(biāo)定多相流量計(jì)的傳感器。 更現(xiàn)實(shí)的是，現(xiàn)有的多相流量計(jì)標(biāo)定設(shè)施只能較好地標(biāo)定組分測(cè)量?jī)x器，而對(duì)流速測(cè)量尚無令人滿意的標(biāo)定方法。 此外，很多情況下是采用計(jì)量分離器來標(biāo)定，沒有其他標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定裝置。

3 自標(biāo)定多井在線計(jì)量方案

基于對(duì)傳統(tǒng)分離式計(jì)量和不分離在線計(jì)量?jī)?yōu)、缺點(diǎn)的分析，自標(biāo)定多井在線計(jì)量方案需滿足如下需求：

a. 出于成本控制的考慮，多口單井共用一臺(tái)多相流量計(jì)或一套兩相分離器；

b. 兼顧區(qū)塊多井周期計(jì)量和目標(biāo)單井在線計(jì)量?jī)煞N功能；

c. 兼顧計(jì)量的實(shí)時(shí)性和精確度；

d. 在現(xiàn)有條件下對(duì)計(jì)量裝置進(jìn)行周期性標(biāo)定，保證單井計(jì)量的精確度。

以非洲某油田項(xiàng)目為背景，設(shè)計(jì)的自標(biāo)定多井在線計(jì)量原理如圖3 所示，該油田一座計(jì)量站共連接7 口油井進(jìn)站，M-322210 為自動(dòng)選井撬，V-324110 是投產(chǎn)前配合清掃管線工作的收球筒，J-328210 是7 口單井共用的多相流量計(jì)，V-329110 是該區(qū)塊總產(chǎn)量的測(cè)量分離器。 考慮到該區(qū)塊原油較粘稠，增加電加熱器H-329120 恒溫加熱，防止原油在沉降過程中出現(xiàn)凝固。

圖3 自標(biāo)定多井在線計(jì)量原理簡(jiǎn)圖

方案設(shè)計(jì)具體描述如下：

a. 單井在線計(jì)量。 日常計(jì)量工作狀態(tài)下，油田操作方在SCADA 操作界面選中當(dāng)前需要計(jì)量的單井。 在RTU 程序控制下， 目標(biāo)單井經(jīng)M-322210 自動(dòng)流程切換，將目標(biāo)單井和單井計(jì)量管線A 連通，隨后目標(biāo)單井直接進(jìn)入多相流量計(jì)J-328210，實(shí)時(shí)的油、氣、水三相流量經(jīng)過RTU，通過沿管線敷設(shè)的光纜，遠(yuǎn)傳至有人值守的中控室SCADA，供操作人員在線監(jiān)控。

b. 多井區(qū)塊計(jì)量。 另外6 口單井在M-322210 中匯聚至生產(chǎn)管線B， 與多相流量計(jì)J-328210 出口的當(dāng)前計(jì)量單井實(shí)液匯流后，進(jìn)入該區(qū)塊總產(chǎn)量計(jì)量管匯C。 經(jīng)過兩相分離器V-329110 一段時(shí)間的沉降分離，液相、氣相流量值由單向流量計(jì)完成計(jì)量， 并通過RTU 上傳至SCADA。 通過切換不同的目標(biāo)單井，操作人員既可以實(shí)時(shí)掌握每口單井的動(dòng)態(tài)信息，也能及時(shí)了解該區(qū)塊總產(chǎn)量精確的變化趨勢(shì)，為有效配產(chǎn)調(diào)度提供信息支持。

c. 標(biāo)定和校準(zhǔn)。 任何一種計(jì)量方案都離不開定期、有效的標(biāo)定或校準(zhǔn)。 傳統(tǒng)的兩相分離器氣液兩相的流量計(jì)是可以標(biāo)定的。 一般情況下，將兩相分離器氣相渦街流量計(jì)和液相質(zhì)量流量計(jì)拆下送至標(biāo)定車間，或由第三方專業(yè)服務(wù)公司連接移動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，以保持其標(biāo)稱的出廠計(jì)量精度。 其中，液相的質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量精確度可以達(dá)到±0.2%， 氣相的渦街流量計(jì)計(jì)量精確度可以達(dá)到±1.0%。 標(biāo)定周期通常為半年或者一年。 但是，由于多相流量計(jì)J-328210 的計(jì)量結(jié)果建立在出廠設(shè)置的計(jì)算模型之上，如果單井實(shí)液的物性參數(shù)發(fā)生變化，套用原模型計(jì)算得出的結(jié)果和實(shí)液的組分含量會(huì)出現(xiàn)偏差。 所以， 本方案多相流量計(jì)的標(biāo)定方法為： 完成V-329110 計(jì)量分離器的氣相和液相兩臺(tái)單向流量計(jì)的標(biāo)定并恢復(fù)安裝后，可以認(rèn)為經(jīng)過V-329110計(jì)量的單井流量是真實(shí)有效的。 關(guān)閉生產(chǎn)管線B上的截止閥，暫停區(qū)塊總產(chǎn)量計(jì)量。 使當(dāng)前目標(biāo)單井先后通過串聯(lián)的多相流量計(jì)J-328210 和兩相分離器V-329110，用后者的計(jì)量結(jié)果標(biāo)定多相流量計(jì)流量測(cè)量結(jié)果，同時(shí)輔以各組分參數(shù)（如介電常數(shù)等）的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，在多相流廠家的協(xié)助下對(duì)J-328210 的計(jì)算模型進(jìn)行修正。至此完成多相流量計(jì)J-328210 的整體標(biāo)定和校準(zhǔn)，確保任意一口單井可切換到實(shí)時(shí)計(jì)量狀態(tài)，且保證相對(duì)測(cè)量誤差在±10%以內(nèi)。

4 結(jié)束語

整套方案將不分離在線計(jì)量和輪巡式分離計(jì)量綜合應(yīng)用，搭建“一座兩相分離器+一臺(tái)多相流量計(jì)”的結(jié)構(gòu)，既能滿足單井實(shí)時(shí)計(jì)量，也考慮一套設(shè)備可以同時(shí)覆蓋一個(gè)區(qū)域的多口單井，為業(yè)主節(jié)約了成本。 同時(shí)，兩相分離器在特定場(chǎng)合下可以作為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量裝置為多相流量計(jì)提供標(biāo)定和校準(zhǔn)，進(jìn)一步保證了單井計(jì)量的準(zhǔn)確度。 本方案為多井在線計(jì)量提供了全新的設(shè)計(jì)思路。