何彥君 ，劉 鵬 ，賴(lài) 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(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

移動(dòng)式油水比測(cè)試裝置研究

何彥君1，2，劉 鵬2，賴(lài) 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(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第二采氣廠，陜西榆林 719000）

傳統(tǒng)的計(jì)量裝置由于要求被測(cè)介質(zhì)單一，流量穩(wěn)定，同時(shí)壓差變化較小，而在對(duì)分離器的液體進(jìn)行直接測(cè)量時(shí)，所測(cè)介質(zhì)是油水氣的混合相態(tài)，同時(shí)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(cè)量分離器內(nèi)液體相態(tài)中油的體積和水的體積。移動(dòng)式油水比測(cè)試裝置采用分離器機(jī)械式自動(dòng)油水分離排液裝置作為自動(dòng)排液設(shè)備，其后采用油水自動(dòng)積液突然開(kāi)啟裝置來(lái)穩(wěn)定所計(jì)量的液體的流速，同時(shí)采用系統(tǒng)穩(wěn)壓裝置將減壓后的壓力穩(wěn)定在一相對(duì)較小的壓力范圍內(nèi)，從而滿(mǎn)足普通計(jì)量裝置所要求的計(jì)量條件。

分離器；油水比；計(jì)量

目前，在很多天然氣氣井中，天然氣在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)將天然氣內(nèi)所含液體成分分離出來(lái)，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(duì)氣井的產(chǎn)液量變化有準(zhǔn)確把握，所以要求準(zhǔn)確計(jì)量氣井中天然氣中所含液體體積。傳統(tǒng)的計(jì)量裝置由于要求被測(cè)介質(zhì)單一，流量穩(wěn)定，同時(shí)壓差變化較小，而在對(duì)分離器的液體進(jìn)行直接測(cè)量時(shí)，所測(cè)介質(zhì)是油水氣的混合相態(tài)，同時(shí)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(jì)量出天然氣分離器內(nèi)所含液體體積，就更不能測(cè)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(jiǎn)介

移動(dòng)油水比測(cè)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(kāi)分別進(jìn)入不同腔體，并將油水自動(dòng)排出分離器外。即將氣液分離器分離出的油和水自動(dòng)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(diǎn)在于：（1）采用雙腔雙浮筒結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)分離器的自動(dòng)排液功能；（2）能將分離器內(nèi)的油水自動(dòng)分離開(kāi)；（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(kāi)排出，再通過(guò)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(dá)到相態(tài)單一，壓差小，壓力穩(wěn)定，流速穩(wěn)定的普通計(jì)量條件，從而能夠準(zhǔn)確計(jì)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(guò)天然氣疏水閥自動(dòng)排出分離后進(jìn)入油水沉降罐，靠油水密度差及油水沉降自動(dòng)分層，通過(guò)自動(dòng)脫水器將分離出的水排出油水沉降罐，從而將油水自動(dòng)分開(kāi)，水進(jìn)入積水罐，油進(jìn)入積油罐。當(dāng)油和水累積到一定液位時(shí)，通過(guò)油水積液桶的液位突開(kāi)裝置，將油和水一次性排出，通過(guò)渦輪流量計(jì)計(jì)量出油和水的體積，從而完成油水的自動(dòng)分離和計(jì)量功能。

1.2 主要設(shè)備

移動(dòng)式油水比測(cè)量裝置具有自動(dòng)排液、自動(dòng)分離、自動(dòng)積液的功能，同時(shí)能精確得到油和水的體積，并且裝置是移動(dòng)式的，方便操作，運(yùn)行安全。為使該裝置能在不同的場(chǎng)站快速對(duì)分離器內(nèi)的油水比進(jìn)行測(cè)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(shí)現(xiàn)分離器內(nèi)液體自動(dòng)排出功能；（2）油水自動(dòng)分離排液器：將油水自動(dòng)分開(kāi)，分別排到不同的罐體儲(chǔ)存；（3）積水桶：實(shí)現(xiàn)分離水的存儲(chǔ)，自動(dòng)突然開(kāi)啟，自動(dòng)將水排出；（4）積油桶：實(shí)現(xiàn)分離純凈油的存儲(chǔ)，自動(dòng)突然開(kāi)啟，自動(dòng)將油排出；（5）渦輪流量計(jì)：對(duì)分離出的油和水實(shí)現(xiàn)各自的自動(dòng)計(jì)量；（6）管路增壓裝置：對(duì)分離出的油水增壓限壓，從而為排出液體提供流動(dòng)動(dòng)力。

1.3 安裝流程

該裝置安裝流程如下：（1）將計(jì)量分離器液位計(jì)前段閥門(mén)關(guān)閉，緩慢開(kāi)啟液位計(jì)下端截止閥，液位計(jì)泄壓后拆卸液位計(jì)，然后在兩閥門(mén)后安裝法蘭三通，通過(guò)法蘭與絲扣連接，在三通一端安裝截止閥門(mén)，將液位計(jì)上下端連接兩三通的一端。（2）將疏水閥進(jìn)液口通過(guò)絲扣連接與三通下端的閥門(mén)絲扣連接，疏水閥頂端的針型閥通過(guò)絲扣連接與上端三通下的針型閥連接。開(kāi)啟疏水閥前端截止閥與回氣口閥門(mén)，緩慢開(kāi)啟頂部三通的針型閥，然后開(kāi)啟下端的截止閥使該裝置進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。計(jì)量分離器內(nèi)的油水混合物經(jīng)過(guò)天然氣疏水閥出水口進(jìn)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(dá)到一定液位高度時(shí)，水從油水沉降罐底部出水口閥門(mén)進(jìn)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(dá)到一定液位高度時(shí)，油從油水沉降罐上部出水口閥門(mén)進(jìn)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(shí)候突然開(kāi)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(guò)渦輪流量計(jì)計(jì)量液體體積。

1.4 流量系數(shù)標(biāo)定

裝置在第一次使用時(shí)，需要對(duì)油水的流量系數(shù)分別進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)標(biāo)定流量計(jì)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(kāi)啟閥5；同時(shí)在閥5后接軟管連接標(biāo)定量筒。當(dāng)標(biāo)定油時(shí)，水路閥8應(yīng)關(guān)閉；反之標(biāo)定水時(shí)，油路閥9應(yīng)關(guān)閉。將實(shí)際測(cè)定的液體的體積與流量計(jì)的顯示流量做比較，然后將表的流量系數(shù)進(jìn)行修改，直到實(shí)際測(cè)定液體體積與流量計(jì)顯示流量體積一致時(shí)，此時(shí)流量系數(shù)標(biāo)定完成。然后開(kāi)啟閥4，關(guān)閉閥5，開(kāi)啟閥8、閥9，計(jì)量系統(tǒng)開(kāi)始正常工作。

圖2 計(jì)量裝置俯視圖

圖3 計(jì)量裝置側(cè)視圖

2 試驗(yàn)過(guò)程

目前，該裝置已在榆X站分離器排污處安裝并開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)前進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析。

（1）試驗(yàn)進(jìn)行前，需要拆卸液位計(jì)，可能會(huì)產(chǎn)生天然氣泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，因此，在拆卸液位計(jì)前，需將液位計(jì)完全泄壓方可進(jìn)行下步操作。

（2）裝置通過(guò)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(jí)足夠，不會(huì)產(chǎn)生超壓的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）裝置在軟管連接時(shí)可能會(huì)由于接口連接不牢固產(chǎn)生污水泄漏的危險(xiǎn)，對(duì)環(huán)境造成污染，因此，在進(jìn)行試驗(yàn)前，必須檢查軟管接口連接牢固方可開(kāi)展試驗(yàn)。

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

2.1 第一階段試驗(yàn)

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

2.2 第二階段試驗(yàn)

7月，針對(duì)第一階段試驗(yàn)出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)裝置進(jìn)行整改并進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)后，先后進(jìn)行第二階段的三次試驗(yàn)，此次試驗(yàn)油水可以有效分離，對(duì)渦輪流量計(jì)計(jì)量的數(shù)據(jù)與計(jì)量罐測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，水的體積誤差較小，控制在0.66%～4.18%，但油的體積不能測(cè)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(lái)不及計(jì)量。

表1 榆X站油水比測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

2.3 第三階段試驗(yàn)

9月，針對(duì)第二階段試驗(yàn)中存在水含量較大，油來(lái)不及計(jì)量的問(wèn)題，對(duì)裝置進(jìn)行改進(jìn)，繼續(xù)開(kāi)展三次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。此次試驗(yàn)效果較好，油水可以有效分離，通過(guò)對(duì)渦輪流量計(jì)計(jì)量的數(shù)據(jù)與計(jì)量罐測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，油和水的體積誤差較小，控制在±10%以?xún)?nèi)。

2011年，在榆X站先后開(kāi)展三個(gè)階段現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)效果比較理想，渦輪流量計(jì)計(jì)量的數(shù)據(jù)與計(jì)量罐測(cè)得的油水比誤差較小，控制在±10%以?xún)?nèi)。結(jié)合試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，裝置可以從以下三方面進(jìn)行改進(jìn)：（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(yàn)過(guò)程中需要人工將污水一桶一桶的倒入污水罐，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，下步將增加排污旁通，測(cè)量油水比時(shí)污水走旁通；（3）試驗(yàn)時(shí)，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(shí)現(xiàn)操作簡(jiǎn)單方便。

表2 榆X站油水比測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(yùn)行模式，研發(fā)了一套移動(dòng)式油水比測(cè)量裝置，在不影響天然氣正常生產(chǎn)的情況下測(cè)試油水比例。

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

（3）先后在榆X站開(kāi)展三個(gè)階段的移動(dòng)式油水比測(cè)試裝置現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，為下步改進(jìn)裝置提供了指導(dǎo)意義。

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

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

[3] 李海清.多相流測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)，多相流檢測(cè)技術(shù)進(jìn)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(jì)量在長(zhǎng)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(guó)石油大學(xué)（北京）油氣儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)為第二采氣廠工藝所干部，郵箱：heyj3_cq@petrochina.com.cn。