李凱，熊竹順，王吉福，閻逸超

中國(guó)石油塔里木油田分公司塔中勘探開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部塔中作業(yè)區(qū)(新疆庫爾勒841000)

XF-2005III兩相計(jì)量撬在塔中油田的應(yīng)用

李凱，熊竹順，王吉福，閻逸超

中國(guó)石油塔里木油田分公司塔中勘探開發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理部塔中作業(yè)區(qū)(新疆庫爾勒841000)

傳統(tǒng)的兩相分離器難以滿足塔中油田目前的生產(chǎn)計(jì)量現(xiàn)狀，腐蝕、結(jié)垢、串液等問題均有出現(xiàn)，極大地影響了單井的計(jì)量工作。為了解決計(jì)量問題，于2012年啟動(dòng)了計(jì)量改造項(xiàng)目，在轉(zhuǎn)油站及各閥組間安裝了基于分離和非分離相結(jié)合的新型計(jì)量裝置-XF-2005III計(jì)量撬，通過現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際試驗(yàn)、對(duì)比、驗(yàn)證，該計(jì)量分離器具有體積小、精度高、測(cè)量準(zhǔn)確性高、操作簡(jiǎn)單、存儲(chǔ)便捷等優(yōu)點(diǎn)，適合在沙漠腹地使用。同時(shí)，對(duì)XF-2005III型兩相計(jì)量撬在設(shè)計(jì)上的一些缺陷進(jìn)行了分析和探討，并進(jìn)行了改進(jìn)。

塔中油田;兩相計(jì)量撬;流量計(jì);液位控制;油井

近30年來'隨著油氣勘探開發(fā)向深海、遠(yuǎn)海以及沙漠、極地等自然環(huán)境惡劣區(qū)域的擴(kuò)張'石油工業(yè)對(duì)于新的油氣開采和輸送技術(shù)的需求日益增長(zhǎng)。多相流量計(jì)是上述油、氣田多相生產(chǎn)模式中所必需的。XF-2005Ⅲ系列氣液分離計(jì)量裝置可以取代傳統(tǒng)的測(cè)試分離器'實(shí)現(xiàn)油、氣井產(chǎn)物在線連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。與測(cè)試分離器相比'多相流量計(jì)無論在技術(shù)上或是經(jīng)濟(jì)上都具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，它可以準(zhǔn)確計(jì)量油氣井的產(chǎn)量[1］。

目前'塔里木油田各井站的產(chǎn)量計(jì)量存在的主要問題如下:①傳統(tǒng)氣液分離計(jì)量裝置體積大'安裝工作量大'投資高且移動(dòng)不便;②計(jì)量精度不能滿足現(xiàn)階段油氣藏精細(xì)化管理的要求;③取樣化驗(yàn)工作量大'對(duì)于含水波動(dòng)大的凝析氣田'無法取得計(jì)量期間連續(xù)含水量變化;④對(duì)于高壓、超高壓氣井'無法取樣化驗(yàn)含水'出水量變化無法及時(shí)了解;⑤產(chǎn)量計(jì)量精度偏低'不能滿足目前對(duì)油氣藏開發(fā)的要求;⑥自動(dòng)化程度低'現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)靠人工操作'數(shù)據(jù)無法遠(yuǎn)傳監(jiān)控[2］。

1 XF-2005III流量計(jì)工作原理

該裝置是基于分離和非分離相結(jié)合的計(jì)量技術(shù)'如圖1所示。單井來液(氣、液兩相流)由一個(gè)傾角向下的管道切向進(jìn)入分離器'在旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力及重力作用下發(fā)生分離'形成一錐狀氣液界面'液相沿著分離器壁沉積在底部'從分離器底部經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量進(jìn)入測(cè)量管道'上方氣相或含液氣相通過孔板差壓噪聲法對(duì)氣相進(jìn)行測(cè)量和對(duì)含液氣相中的液相進(jìn)行二次測(cè)量'所有計(jì)量數(shù)據(jù)在兩相流量計(jì)算機(jī)中計(jì)算并顯示。氣、液分別計(jì)量后在三通閥處匯合流出裝置。氣液交匯處的電動(dòng)調(diào)節(jié)三通閥用來控制平衡'使分離罐內(nèi)液位保持在一定范圍內(nèi)[3-4］。

2 裝置各組成部分及特點(diǎn)

XF-2005III型兩相計(jì)量裝置主要結(jié)構(gòu)由部件編號(hào)為1～6的高效分離器、液體流量計(jì)、氣體流量計(jì)、電動(dòng)三通閥、流量計(jì)算機(jī)、液位計(jì)組成。其主要部件的功能分別介紹如下。

圖1 分離原理圖

2.1 過濾器

在裝置的進(jìn)口處'起到對(duì)裝置的保護(hù)作用'可以過濾較大異物'采用雙向自清洗濾芯'清洗簡(jiǎn)單方便。

2.2 多管束高效旋流分離器

此部分為該裝置的核心部分之一'采用了較細(xì)的多管束'用環(huán)形管把它圍成一圈再分離'從環(huán)形管中分別切向進(jìn)入每一根單管的方法'極大地提高了分離能力又保證了分離效果[5］'每根管的直徑為124mm'等同于管道'不影響生產(chǎn)流程;不屬于壓力容器'不用安裝安全閥'避免每年送檢給生產(chǎn)帶來影響。

2.3 液體流量計(jì)

該裝置液體流量計(jì)采用的是質(zhì)量流量計(jì)'質(zhì)量流量計(jì)是基于科里奧力原理[6］'它不僅能準(zhǔn)確的測(cè)量液量質(zhì)量'而且還能測(cè)量密度和當(dāng)前溫度下的體積。質(zhì)量流量計(jì)可靠性高、精度高、但怕竄氣'所以需要很好的分離效果作為保證。

2.4 氣體流量計(jì)

該氣體流量計(jì)一是可用來測(cè)量氣體流量;二是對(duì)氣體中帶走的少量液量進(jìn)行二次測(cè)量(利用氣體中含有液體時(shí)孔板會(huì)產(chǎn)生差壓脈動(dòng)這一固有特性)?？装辶髁坑?jì)可靠性高'孔板量程比可達(dá)到50:1。

2.5 兩相流量計(jì)算機(jī)

兩相流量計(jì)算機(jī)承擔(dān)著整個(gè)裝置的總指揮系統(tǒng)'它實(shí)現(xiàn)裝置的計(jì)量、自動(dòng)控制及小流量控制功能?？娠@示氣液日產(chǎn)量、油含水、氣液流量累積、溫度、壓力、測(cè)量時(shí)間;數(shù)據(jù)停電時(shí)永久保留、無紙記錄功能、各參數(shù)記錄曲線'U盤讀取功能。停電恢復(fù)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)及計(jì)量'外存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)中病毒。另裝置留有排污閥門及旁通流程'以便對(duì)裝置進(jìn)行保養(yǎng)及維修。

2.6 液位控制裝置

該液位控制裝置主要由差壓液位傳感器和電動(dòng)調(diào)節(jié)三通閥組成'液位是被控制在設(shè)定的范圍內(nèi)'以免出現(xiàn)液路竄氣和氣路竄液'也是完成小流量控制的關(guān)鍵所在。當(dāng)停電或電動(dòng)三通閥出現(xiàn)故障時(shí)'氣路和液路總有一路或兩路是打開的'不會(huì)造成憋壓'保證了設(shè)備的安全運(yùn)行。

3 現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定及應(yīng)用

3.1 標(biāo)定方法

現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量標(biāo)定采用液相罐車稱重的方法計(jì)量質(zhì)量'氣相通過標(biāo)準(zhǔn)表計(jì)量對(duì)比進(jìn)入計(jì)量系統(tǒng)的方法來進(jìn)行計(jì)量標(biāo)定'即單井來液經(jīng)XF-2005III分離后液路從裝置三通閥前分離出來走排污口計(jì)量后進(jìn)油罐車'氣路計(jì)量后走原生產(chǎn)流程。

3.2 標(biāo)定過程

如圖2所示'將XF-2005III型計(jì)量分離器液相出口連接至油罐車進(jìn)口'氣相出口直接連接至原計(jì)量系統(tǒng)'整個(gè)計(jì)量過程采用罐車計(jì)量稱重方式來對(duì)比液體質(zhì)量'油罐車單獨(dú)固定使用'避免誤差'使用平均數(shù)進(jìn)行計(jì)算'保證計(jì)量準(zhǔn)確性。3.3應(yīng)用結(jié)論

圖2 標(biāo)定工藝流程切換示意圖

從表1、表2中可以看出標(biāo)定數(shù)據(jù)記錄表中液相最大誤差為1.64%'氣相最大誤差為2.32%'都小于5%'符合裝置設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

傳統(tǒng)計(jì)量裝置'液量和氣量邊進(jìn)邊出'當(dāng)流量特別小時(shí)流量計(jì)無法計(jì)量出流量大小'這是所有儀表的固有特性即量程下限'所以在低產(chǎn)井計(jì)量時(shí)原計(jì)量裝置計(jì)量結(jié)果都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于罐車稱重結(jié)果。由于XF-2005III具有小流量控制功能(該裝置亮點(diǎn)功能)'將一定時(shí)間內(nèi)的液量累積于分離器中'待液位達(dá)到設(shè)定上限時(shí)一次壓出分離器'使其流量在可測(cè)范圍內(nèi)'保證XF-2005III在測(cè)小液量時(shí)的準(zhǔn)確性。

表1 液位標(biāo)定數(shù)據(jù)記錄對(duì)比表

表2 氣相標(biāo)定數(shù)據(jù)記錄對(duì)比表

4 XF-2005III撬裝計(jì)量裝置技術(shù)指標(biāo)特點(diǎn)

4.1 技術(shù)指標(biāo)

塔中油田所用XF-2005III型計(jì)量撬技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

4.2 計(jì)量裝置特點(diǎn)

1)采用油、氣、水不分離計(jì)量技術(shù)，摒棄造價(jià)昂貴的基于測(cè)試分離器的計(jì)量站(測(cè)試分離器)、計(jì)量管線和管匯，從而為節(jié)省大量的投資、縮短建設(shè)周期、降低操作費(fèi)用和改善油藏管理等提供了可能性，測(cè)量結(jié)果不受流型影響，并能長(zhǎng)期在各種工程環(huán)境下工作。

2)可實(shí)時(shí)在線連續(xù)測(cè)量單井的氣液流量'分離效果好、數(shù)據(jù)更可靠、計(jì)量精度高'實(shí)時(shí)流量數(shù)據(jù)被儲(chǔ)存在儀表中'以備日后查詢'儲(chǔ)存時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)一年以上。

3)液位計(jì)采用磁翻板與雙法蘭液位雙測(cè)試;電動(dòng)三通球閥，安裝在罐底部出口與上部出口以及流量計(jì)總出口連接'可對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校驗(yàn)和修正，有效克服了結(jié)蠟、結(jié)垢、油水變化等因素對(duì)流量計(jì)計(jì)量的影響;內(nèi)設(shè)可燃?xì)怏w與硫化氫檢測(cè)探頭'并與軸流風(fēng)機(jī)控制連鎖'保證在油氣泄漏時(shí)強(qiáng)制緊急通風(fēng);采用316L材質(zhì)和旋流分離技術(shù)'結(jié)構(gòu)較小'流速較高'在一定程度上解決了腐蝕和結(jié)垢嚴(yán)重問題'清洗方便。

4)采用撬裝方式'集成化程度高'移動(dòng)方便'易安裝、易拆卸維護(hù)。

5)控制系統(tǒng)具有良好的操作界面'數(shù)據(jù)顯示明了'操作簡(jiǎn)單'并且在計(jì)量時(shí)無需人工干預(yù)'儀表自動(dòng)完成控制'極大地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。停電恢復(fù)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)計(jì)量'外存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)中病毒'讓裝置的正常運(yùn)行更多了一份保障。通過U盤讀取數(shù)據(jù)(包括測(cè)量記錄、掉電記錄、報(bào)警記錄及歷史數(shù)據(jù)曲線)'其中歷史數(shù)據(jù)曲線為技術(shù)分析單井工況提供了一個(gè)很好的數(shù)據(jù)參考。

表3 XF-2005III型計(jì)量撬技術(shù)指標(biāo)

5 XF-2005III撬裝計(jì)量裝置綜合適應(yīng)性分析

5.1 設(shè)備綜合評(píng)價(jià)

雖然在新油田的開發(fā)中兩相流量計(jì)計(jì)量技術(shù)已被作為首選油井計(jì)量技術(shù)'在此次塔中油田片區(qū)實(shí)驗(yàn)性使用'也體現(xiàn)了其體積小'結(jié)構(gòu)緊湊'分離效果好'同時(shí)可以實(shí)時(shí)在線連續(xù)測(cè)量單井氣液流量'數(shù)據(jù)可靠'計(jì)量精度高'且具有測(cè)量介質(zhì)范圍廣等優(yōu)勢(shì)。但兩相流計(jì)量技術(shù)目前仍處于成長(zhǎng)時(shí)期'對(duì)于高產(chǎn)液?jiǎn)尉?、氣量較大單井計(jì)量還存在局限性'需要更多的理論支持與實(shí)踐驗(yàn)證。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益綜合評(píng)價(jià)

通過前期應(yīng)用來看'能明顯節(jié)省工程資本。主要體現(xiàn)在以下幾方面:①裝置占地面積小'工程投資少'每套裝置費(fèi)用節(jié)約13萬元;②本裝置不在最新國(guó)家壓力管道容器標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)'避免了送檢和檢測(cè)容器的費(fèi)用'一次節(jié)約可達(dá)1.2萬元;③人工運(yùn)行費(fèi)用少'該項(xiàng)技術(shù)引進(jìn)以后'減少兩人操作費(fèi)用'約20萬元。

6 撬裝計(jì)量裝置存在的問題及建議

1)按照TSGR 0004-2009《固定式壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程》即《容規(guī)》關(guān)于壓力容器的定義[7］'該裝置不屬于壓力容器'不用安裝安全閥'每年亦無壓力容器的送檢影響生產(chǎn)'等同于管道'不影響生產(chǎn)流程。

在實(shí)際的生產(chǎn)中'發(fā)現(xiàn)氣體計(jì)量分為大計(jì)量、小計(jì)量?jī)蓚€(gè)旁路'雙氣路自動(dòng)選擇及小液量控制功能'遇到氣舉井出液不正常'一會(huì)出氣'一會(huì)出液'氣體計(jì)量在氣路時(shí)'突然氣量增大'大計(jì)量來不及導(dǎo)通'這時(shí)會(huì)導(dǎo)致分離器壓力升高'在分離器進(jìn)出口處安裝安全閥以達(dá)到泄壓的目的。

2)磁翻板液位計(jì)引壓管線未安裝上下手閥'不便于液位計(jì)的清理、維修'引壓管安裝應(yīng)垂直于分離器、磁翻板液位計(jì)筒體本體'不應(yīng)該有一定的傾斜度'不符合HG/T 21584-1995《磁性液位計(jì)》[8］。

3)可燃?xì)怏w探頭安裝位置應(yīng)符合GB 50493-2009《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》[9］“6.1.2檢測(cè)比重小于空氣比重的可燃?xì)怏w或有毒氣體的檢(探)測(cè)器'其安裝高度應(yīng)高于釋放源0.5～2m”'應(yīng)安裝在房頂稍高位置'比較合適。

4)分離裝置增加了入口過濾器自動(dòng)清洗功能'主要是通過氣體對(duì)過濾器反面進(jìn)行反吹來實(shí)現(xiàn)對(duì)過濾器的清洗'只能實(shí)現(xiàn)過濾器自身反清洗功能'可能會(huì)將過濾器的堵塞物完全反吹至單井計(jì)量系統(tǒng)內(nèi)'造成計(jì)量管線、閥門損壞'應(yīng)制作成可拆卸式過濾器'便于清理。

7 結(jié)論

XF-2005III計(jì)量裝置在塔中油田被成功使用'在流量不斷變化的情況下取得了良好的測(cè)量效果'相對(duì)于傳統(tǒng)人工計(jì)量方式'自動(dòng)計(jì)量具有更好的適用效果'連續(xù)測(cè)量精度較人工計(jì)量更高、更穩(wěn)定'更能反應(yīng)出單井產(chǎn)量變化'更利于從單井產(chǎn)量分析出油井工況。滿足油井單井計(jì)量的要求，可以實(shí)時(shí)在線檢測(cè)油井的生產(chǎn)工況，提高了油井的生產(chǎn)效率'為該裝置在塔里木油田的推廣提供有利保障及參考。

[1］紀(jì)紅'宋磊'張彥林'等.油井多相流計(jì)量技術(shù)[J］.石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2008'19(5):44-46.

[2］符長(zhǎng)梅，曾冠鑫，方傳卓.基于GLCC高效分離技術(shù)的分離計(jì)量撬[J］.油氣田地面工程'2011，30(12):73-74.

[3］林俊豪'李玉榕'杜民'等.XF-2005氣液兩相流流量計(jì)及其在油井中的應(yīng)用[J］.福州大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版'2010，38(3):397-400.

[4］仇晨'劉培林'尹豐'等.一種新型的高效節(jié)能GLCC分離器在中海油的應(yīng)用研究[J］.中國(guó)海洋平臺(tái)'2010，25(5): 45-48.

[5］鄭華輝.旋流分離器在石油化工中的應(yīng)用[J］.裝備制造技術(shù)'2008(12):180-181.

[6］董紅超，陳良.科里奧利質(zhì)量流量計(jì)原理及其應(yīng)用[J］.艦船防化'2004(4):44-47.

[7］TSGR 0004-2009固定式壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程[S］.

[8］HG/T 21584-1995磁性液位計(jì)[S］.

[9］GB 50493-2009石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范[S］.

The traditional two-phase separator is difficult to meet the current metering status in Tazhong Oilfield，and corrosion，scaling and liquid channeling greatly influence single-well metering.For solving these problems，a new metering device XF-2005III is installed in oil gathering stations and between valve groups.The application shows that XF-2005III metering device is of the advantages of small size，high accuracy，simple operation and convenient storage，and it is suitable for use in desert.The design defects of XF-2005III are studied，and they are improved.

Tazhong oilfield;two-phase metering device;flow meter;liquid level control;oil well

左學(xué)敏

2014-11-20

李凱(1983-)'男'工程師'現(xiàn)主要從事油氣開采工作。