齊偉

中國石化勝利油田分公司 技術(shù)檢測中心 (山東 東營 257000)

低產(chǎn)液油井計(jì)量裝置的設(shè)計(jì)與改進(jìn)

齊偉

中國石化勝利油田分公司 技術(shù)檢測中心 (山東 東營 257000)

勝利油田進(jìn)入中后開采期，高含水、低產(chǎn)液油井?dāng)?shù)量逐年遞增，平均單井產(chǎn)量降幅逐年增大。通過調(diào)研測試發(fā)現(xiàn)，目前油田在用的各類單井計(jì)量技術(shù)對(duì)低產(chǎn)液油井計(jì)量還存在液量計(jì)量準(zhǔn)確度低；低產(chǎn)液井串接混輸，無法實(shí)現(xiàn)單井量油。以上問題已嚴(yán)重影響了油田生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，而油田從未對(duì)低產(chǎn)液油井的計(jì)量進(jìn)行過針對(duì)性的研究。針對(duì)這個(gè)問題，設(shè)計(jì)出一種移動(dòng)式計(jì)量裝置，在現(xiàn)場測試過程中又對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。測試數(shù)據(jù)表明，該裝置將原油產(chǎn)量計(jì)量誤差減小至5%以內(nèi)，并滿足了實(shí)際檢測符合率≥91.7%。

低產(chǎn)液油井 單井計(jì)量 三相分離器 計(jì)量誤差

經(jīng)過40多年的勘探開發(fā)，勝利油田高含水、低產(chǎn)液油井?dāng)?shù)量逐年遞增，平均單井產(chǎn)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(dá)到91.5%，含水90%以上的油井超過一半。2008年12月份新區(qū)產(chǎn)能建設(shè)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(diào)研測試發(fā)現(xiàn)，目前油田在用的各類單井計(jì)量技術(shù)對(duì)低產(chǎn)液油井計(jì)量還存在液量計(jì)量準(zhǔn)確度低（最大計(jì)量誤差高達(dá)10%～40%）；低產(chǎn)液井串接混輸，無法實(shí)現(xiàn)單井量油；從井口取樣化驗(yàn)的含水率，單個(gè)含水值不具有代表性，以上問題已嚴(yán)重影響油田生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，而油田從未對(duì)低產(chǎn)液油井的計(jì)量進(jìn)行過針對(duì)性的研究。為了能夠更好地為開發(fā)部門提供準(zhǔn)確基礎(chǔ)資料，為科學(xué)地制訂油區(qū)開發(fā)方案提供技術(shù)支持，十分有必要對(duì)低產(chǎn)液油井產(chǎn)量計(jì)量技術(shù)進(jìn)行深入研究，研究開發(fā)適用于低產(chǎn)液油井產(chǎn)量的計(jì)量技術(shù)。因此本文提出一種自動(dòng)化程度高、精度高、移動(dòng)方便的油井產(chǎn)量計(jì)量裝置，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)油田低產(chǎn)液油井產(chǎn)量的準(zhǔn)確計(jì)量，同時(shí)還可以對(duì)油田在用量油裝置進(jìn)行校驗(yàn)和誤差修正，提高其準(zhǔn)確性。

1 計(jì)量裝置設(shè)計(jì)

計(jì)量裝置的設(shè)計(jì)主要包括計(jì)量房內(nèi)裝置的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場油井管線與計(jì)量裝置連接的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)平面圖見圖1。

圖1 計(jì)量房內(nèi)三相分離計(jì)量裝置流程設(shè)計(jì)圖

1.1 管道設(shè)計(jì)

管道設(shè)計(jì)包括氣路管道設(shè)計(jì)、油路管道設(shè)計(jì)和水路管道設(shè)計(jì)[1]。原油和水屬于不可壓縮流體，因此可以根據(jù)連續(xù)性方程、機(jī)械能衡算方程以及摩擦損失的計(jì)算式來進(jìn)行輸送管路的計(jì)算，而氣體屬于可壓縮流體，還需要表征過程性質(zhì)的狀態(tài)方程式。

1.1.1液體管路設(shè)計(jì)

液體管路為并聯(lián)管路，其特點(diǎn)是：

（1）總管流量等于并聯(lián)各支管流量之和，有

（2）就單位質(zhì)量流體而言，并聯(lián)的各支管摩擦損失相等，即

根據(jù)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(shè)備費(fèi)用就越大；反之，u越大，d越小，設(shè)備費(fèi)用小，但是摩擦損失增大，會(huì)造成流體流通不順暢，而且還會(huì)增大整個(gè)系統(tǒng)輸送管道的壓力損失，造成操作費(fèi)用增加。

在設(shè)計(jì)過程中，還需要考慮流體的性質(zhì)，原油的黏度較大，流速應(yīng)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(jì)算管道的壓力損失，如果壓力損失大于設(shè)計(jì)要求，則需要重新選擇流速，進(jìn)行管徑設(shè)計(jì)。最后算出的管徑必須根據(jù)管道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格進(jìn)行取整，一般取標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。

1.1.2 氣路管道設(shè)計(jì)

對(duì)可壓縮的天然氣而言，由于流動(dòng)過程中壓力改變會(huì)導(dǎo)致密度、速度等的變化，因此，可壓縮流體的管路設(shè)計(jì)要復(fù)雜一些。在流動(dòng)過程中，一般視為等溫流動(dòng)，管徑由機(jī)械能衡算方程可得：

式中：P1,P2為前后管段的壓強(qiáng)；

λ可視為常數(shù)，G=ρu；

ρ為氣體密度，g/m3；

u為流速，m/s；

M為氣體的摩爾質(zhì)量；

l為氣管長度，m。

在氣路和液路的管道設(shè)計(jì)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(shí)候，還要考慮儀器安裝要求及閥門的通徑等。

參考現(xiàn)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(jù)流程設(shè)計(jì)理論，進(jìn)行各管道壓損計(jì)算，以及油氣水三路管線的壓力匹配計(jì)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(jìn)口、出口為DN80。

1.2 儀表配備

根據(jù)勝利油田單井產(chǎn)量數(shù)據(jù)，我們將低產(chǎn)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(jié)合油田生產(chǎn)實(shí)際情況，氣路選用DN25,量程范圍為2.5～30m3/h，準(zhǔn)確度等級(jí)為 1.5級(jí)的渦街流量計(jì)；水路選用DN40，量程范圍為0～16m3/h,準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)的電磁流量計(jì)；油路選用DN25，量程范圍為0～12t/ h，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)的質(zhì)量流量計(jì)。

2 現(xiàn)場試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

2.1 油井測試

共對(duì)79口油井實(shí)施了單井產(chǎn)液量測試，所測試油井涉及勝利油田勝利、濱南、現(xiàn)河、河口、孤島、樁西6個(gè)采油廠，立式分離器(800型)、旋流分離多相計(jì)量裝置兩種單井計(jì)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(jìn)行了油、氣、水三相計(jì)量檢測，測試油井物性參數(shù)詳見表2。完成的檢測工作量方面：共測試油井79口，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)2 418個(gè)，測試數(shù)據(jù)468個(gè)，計(jì)算數(shù)據(jù)82組。

2.2 數(shù)據(jù)分析

測試的基本原理采用靜態(tài)容積法比對(duì)的方法，油量比對(duì)采用1m3的二等金屬量器作為標(biāo)準(zhǔn)器，水量比對(duì)采用10m3的經(jīng)過檢定的金屬罐作為標(biāo)準(zhǔn)器，考核移動(dòng)式油井原油產(chǎn)量計(jì)量裝置在現(xiàn)場的實(shí)際應(yīng)用效果。

表1 工作量統(tǒng)計(jì)表

表2 測試油井物性表

對(duì)油井進(jìn)行24h油、氣、水產(chǎn)量三相計(jì)量，同時(shí)用國家二等金屬量器組對(duì)三相計(jì)量裝置進(jìn)行同步計(jì)量，通過測試數(shù)據(jù)比對(duì)，計(jì)算三相計(jì)量裝置的油、氣、水計(jì)量誤差，對(duì)三相計(jì)量裝置的檢測精度和符合率進(jìn)行了驗(yàn)證，測試油井12口，驗(yàn)證結(jié)果見表3。

測試數(shù)據(jù)表明，對(duì)于日產(chǎn)液量小于40t的油井，該三相計(jì)量裝置對(duì)油、氣、水的計(jì)量能夠達(dá)到其技術(shù)指標(biāo)，測試結(jié)果總結(jié)如下：

（1）在測試的12口油井中，油量計(jì)量誤差在-4.14%～5.85%，誤差加權(quán)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(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目協(xié)議要求的≤5%。

（2）在測試的12口油井中，水量計(jì)量誤差在-3.95%～3.88%，誤差加權(quán)平均值為-0.11%，誤差全部在4%以內(nèi)，檢測合格率為91.7%，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目協(xié)議要求的≤5%。

（3）對(duì)于測試的12口油井中，氣量計(jì)量誤差在-6.61%～12.59%，誤差加權(quán)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(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目協(xié)議要求的≤10%。

（4）經(jīng)分析說明，三相計(jì)量裝置能夠?qū)τ途畞硪哼M(jìn)行分離，并計(jì)量油井油、氣、水三相的產(chǎn)量，計(jì)量誤差滿足其技術(shù)指標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)了如下指標(biāo)：實(shí)際檢測符合率≥91.7%。

3 技術(shù)改進(jìn)

通過采油現(xiàn)場的一系列油井測試，我們逐漸發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有計(jì)量裝置的一些缺陷，并針對(duì)這些缺陷做了改進(jìn)。

3.1 流程改進(jìn)

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

表3 測試數(shù)據(jù)表

圖2 流程改造示意圖

進(jìn)一步試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，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(huì)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?cè)谒芳友b單向閥，防止分離后原油回灌。

3.2 旋流分離器改進(jìn)

在樁西采油廠測試過程中，發(fā)現(xiàn)計(jì)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(nèi)含有游離氣和輕組分，造成質(zhì)量流量計(jì)測量出來的綜合密度偏小，引起一定的含水誤差[2]。根據(jù)SY 5267-2000油田原油損耗的測定方法，通過對(duì)油路揮發(fā)氣體體積的測試，并進(jìn)行輕組分分析，計(jì)算出油路存在20%～30%的游離氣，這引起了密度偏差，導(dǎo)致了含水計(jì)量不準(zhǔn)確。

油路液體內(nèi)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(jìn)行氣液的充分分離，其最佳的進(jìn)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(jìn)料進(jìn)口速度最多只有0.5～1m/s，達(dá)不到其最佳工作狀態(tài)。

解決問題的關(guān)鍵是提高進(jìn)口流速,于是我們提出了在旋流分離器進(jìn)口處安裝小口徑噴嘴的技術(shù)方案(圖3)。針對(duì)不同液量、氣量的油井，加工了16mm、20mm、25mm、36mm口徑的噴嘴。安裝調(diào)試后，發(fā)現(xiàn)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(tǒng)改進(jìn)

現(xiàn)場試驗(yàn)前期，發(fā)現(xiàn)原油含蠟較高、流動(dòng)性較差，一旦裝置運(yùn)行狀況異常，會(huì)發(fā)生管道堵塞現(xiàn)象。鑒于原油在40℃以上時(shí)流動(dòng)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(jù)熱力學(xué)原理計(jì)算和現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，對(duì)于日產(chǎn)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(jì)量裝置正常運(yùn)行。管線內(nèi)原油流動(dòng)效果對(duì)比見圖4。

圖4 改造效果對(duì)比圖

3.4 計(jì)算軟件改進(jìn)

計(jì)算原油含水率以及純油產(chǎn)量需要用到純油的工況密度，最初的軟件設(shè)計(jì)中，純油工況密度采用教科書上的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，由油井油樣化驗(yàn)的純油標(biāo)況密度和工況溫度計(jì)算得出，這種方法計(jì)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(jì)算不準(zhǔn)，后來改為直接輸入根據(jù)GB/T 1885-1998原油密度表查出的工況密度，提高了計(jì)算精度。同時(shí)在運(yùn)行過程中，還對(duì)軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理進(jìn)行了完善，增加了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算功能等。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的低液量油井計(jì)量裝置，將原油產(chǎn)量計(jì)量誤差減小至5%以內(nèi)，大幅提高了單井產(chǎn)量檢測精度及符合率，達(dá)到了油田要求的技術(shù)指標(biāo)，并滿足了實(shí)際檢測符合率≥91.7%。該裝置的研發(fā)為油田下一步采油示范區(qū)建設(shè)優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)量站儀表選型提供了技術(shù)指導(dǎo)；為油井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析、措施井的措施效果評(píng)價(jià)提供了準(zhǔn)確數(shù)據(jù)；為油田進(jìn)行決策，制定科學(xué)合理的開發(fā)方案提供了可靠的依據(jù)。

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

[2]王艷紅.罐底油三相分離理論及實(shí)驗(yàn)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(jì)量工作。

黃永場

2011-08-26