1.新疆石油工程設(shè)計(jì)有限公司, 新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司, 四川 成都 610041

關(guān)于段塞流及間歇流工況下計(jì)量裝置的優(yōu)化

趙 虎1張藝捷2

1.新疆石油工程設(shè)計(jì)有限公司, 新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司, 四川 成都 610041

為了提高單井計(jì)量裝置在段塞流及間歇井間歇出液工況下計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,有必要對(duì)目前計(jì)量站計(jì)量裝置進(jìn)行優(yōu)化。在計(jì)量裝置的出液管線上加裝質(zhì)量流量計(jì),同時(shí)在裝置內(nèi)部氣線出口加裝機(jī)械式浮球閥,當(dāng)大液量進(jìn)入計(jì)量裝置,浮球閥在高液位時(shí)關(guān)閉出氣線,防止氣線進(jìn)液同時(shí)給裝置升壓,質(zhì)量流量計(jì)對(duì)大液量及較小液量的單井來(lái)液均可實(shí)現(xiàn)連續(xù)計(jì)量。所以,加裝機(jī)械式浮球閥及質(zhì)量流量計(jì)對(duì)提高嚴(yán)苛工況下計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、實(shí)現(xiàn)油田精細(xì)化及數(shù)據(jù)化管理有重要作用。

段塞流；間歇流；流量計(jì)量；優(yōu)化

0 前言

油田集油區(qū)井口采出液的氣液計(jì)量,對(duì)油田生產(chǎn)系統(tǒng)的準(zhǔn)確可靠運(yùn)行、數(shù)字化管理及節(jié)能降耗等均有重要作用[1-3]。國(guó)內(nèi)各大油田根據(jù)開(kāi)采方式及開(kāi)發(fā)階段的不同,選取了不同的計(jì)量方式,并通過(guò)不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，研發(fā)了適合本油田的計(jì)量裝置,取得一定的成果,其中分離計(jì)量仍占多數(shù)。為了獲得高含水油井的含油量,勝利油田在部分區(qū)塊進(jìn)行三相分離計(jì)量,但計(jì)量成本較高,裝置工藝安裝比較復(fù)雜[4-10]。新疆油田沙漠區(qū)塊地形起伏較大,集輸過(guò)程中極易出現(xiàn)段塞流,同時(shí)部分開(kāi)發(fā)較早的老區(qū)塊,產(chǎn)液量低,間歇井井口間歇出液時(shí)間長(zhǎng),造成計(jì)量數(shù)據(jù)失準(zhǔn)的大難題[11-15]。目前新疆油田計(jì)量站建設(shè)基本實(shí)現(xiàn)橇裝化,計(jì)量方式普遍采用容積式計(jì)量。結(jié)合該工況及目前計(jì)量站計(jì)量裝置對(duì)單井產(chǎn)液量低或產(chǎn)氣量大的油井計(jì)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題,在發(fā)揮目前計(jì)量裝置特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)計(jì)量裝置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),以滿足油田安全生產(chǎn)的計(jì)量需求。

1 計(jì)量裝置的問(wèn)題及缺陷

分體計(jì)量裝置及雙容積計(jì)量裝置是新疆油田在稀油區(qū)塊普遍采用的計(jì)量裝置。其工作原理基本一致:需計(jì)量的單井來(lái)液進(jìn)入計(jì)量裝置,液體在裝置內(nèi)連續(xù)積累,液位隨時(shí)間連續(xù)上升,控制系統(tǒng)根據(jù)液位變化量及相應(yīng)的時(shí)間變化量進(jìn)行單井產(chǎn)液量計(jì)量；伴生氣采用流量計(jì)(旋進(jìn)漩渦流量計(jì))計(jì)量。

這種計(jì)量方式實(shí)際為間歇計(jì)量,由于液相計(jì)量是根據(jù)相應(yīng)的時(shí)間變化量?jī)?nèi)對(duì)應(yīng)的液位累積計(jì)量,屬于液量在一定時(shí)間內(nèi)的平均值,由此推斷較長(zhǎng)時(shí)間下單口油井的產(chǎn)液量。該計(jì)量方式下流量與時(shí)間的曲線關(guān)系被平均,無(wú)法反應(yīng)瞬時(shí)流量,也無(wú)法統(tǒng)計(jì)井口的流量曲線變化趨勢(shì)。

因此,對(duì)于沙漠地形起伏造成的段塞流,計(jì)量裝置出現(xiàn)有氣無(wú)液或液量波動(dòng)劇烈的情況,液位累積計(jì)量誤差較大,計(jì)量裝置內(nèi)液位失控；同時(shí)間歇井長(zhǎng)間歇出液,目前的計(jì)量方式依靠一定時(shí)間內(nèi)的液位累積,會(huì)使計(jì)量數(shù)據(jù)失準(zhǔn)。

2 計(jì)量裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

為解決段塞流及間歇流出液對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)的影響,多年來(lái)計(jì)量方式及計(jì)量裝置在不斷改進(jìn)。大慶油田密度法裝置以刮板流量計(jì)計(jì)量液量,但液面控制不穩(wěn)定,計(jì)量精度不高[16-19]。計(jì)量泵裝置在計(jì)量裝置液相出口安裝計(jì)量泵,但該方式算法復(fù)雜,誤差較大,同時(shí)設(shè)備維修對(duì)計(jì)量也會(huì)造成影響[20-22]。本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠的原則,優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括液相計(jì)量及分離裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩部分。

2.1 計(jì)量裝置相關(guān)工藝參數(shù)確定

針對(duì)新疆油田稀油區(qū)塊目前產(chǎn)液量及產(chǎn)氣量情況,綜合考慮沙漠地形、油品性質(zhì)等影響因素對(duì)不同工況的要求,該計(jì)量裝置相關(guān)的工藝參數(shù)范圍如下:

1)設(shè)計(jì)壓力2.5 MPa、工作壓力0.4～2.0 MPa；

2)設(shè)計(jì)最高溫度130 ℃；

3)單井液量測(cè)量范圍0～120 m3/d；

4)單井氣量測(cè)量范圍4.5～60 m3/d；

2.2 工藝流程優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)上述參數(shù),在發(fā)揮目前計(jì)量裝置優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對(duì)其流程進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn),以應(yīng)對(duì)不同工況,特別是應(yīng)對(duì)單井段塞流及間歇出液情況下對(duì)單井氣液的計(jì)量。其優(yōu)化后的流程見(jiàn)圖1。

圖1 優(yōu)化后計(jì)量裝置流程示意圖

裝置主要工藝流程:單井來(lái)氣液進(jìn)入立式氣液分離器,經(jīng)過(guò)分離后的伴生氣通過(guò)旋進(jìn)漩渦流量計(jì)計(jì)量后接入出油管線,經(jīng)過(guò)分離后的液通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量后由單流閥進(jìn)入集輸匯管管線。管道離心泵只在分離器內(nèi)壓力較低、裝置內(nèi)液體無(wú)法自壓排出的情況下啟動(dòng)。

2.3 液相計(jì)量?jī)x表

在出液管線加裝質(zhì)量流量計(jì),改變目前依靠液位累積對(duì)井口進(jìn)行計(jì)量操作的現(xiàn)狀,但裝置并未拋棄這種傳統(tǒng)的計(jì)量方式,而是將一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行液位累積的方式作為一種輔助計(jì)量,并通過(guò)管道離心泵與自控系統(tǒng)配合實(shí)現(xiàn)。質(zhì)量流量計(jì)是科氏質(zhì)量流量計(jì),流體介質(zhì)流經(jīng)傳感器振動(dòng)管所產(chǎn)生的科氏力效應(yīng)與流體質(zhì)量流量成比例關(guān)系,通過(guò)解算得出流經(jīng)振管的質(zhì)量流量。同時(shí)通過(guò)介質(zhì)頻率不同,也可對(duì)流體密度進(jìn)行解算。

段塞流及間歇流出液均可通過(guò)調(diào)整計(jì)量時(shí)間的方式,用質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行連續(xù)計(jì)量。在低氣油比的情況下,也可切換至累積式計(jì)量。

2.4 計(jì)量分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

計(jì)量裝置氣相采用旋進(jìn)漩渦流量計(jì),液相采用質(zhì)量流量計(jì),這兩種流量計(jì)對(duì)測(cè)量介質(zhì)的要求較高。為滿足相關(guān)規(guī)范對(duì)單井油氣水日產(chǎn)量計(jì)量流量計(jì)的精確度不應(yīng)低于2.0級(jí)的要求,需對(duì)計(jì)量分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1)在立式分離器進(jìn)液口安裝長(zhǎng)600 mm、DN 100進(jìn)液管,管道內(nèi)壁設(shè)旋流凹槽,同時(shí)加裝斜板網(wǎng)格,對(duì)油氣提前進(jìn)行旋流碰撞分離,提高裝置內(nèi)氣液分離效率,增加分離效果。

2)為了滿足氣體和液體的沉降要求,分離器主體設(shè)計(jì)需保證一定的直徑和長(zhǎng)度,根據(jù)前文所提供的相關(guān)計(jì)量參數(shù),計(jì)量分離器規(guī)格設(shè)計(jì)為D 400×1 800 mm,可將100 μm以上油滴有效分離出來(lái)。

3)為了加強(qiáng)分離器的分離效果,進(jìn)一步滿足氣相流量計(jì)及液相質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量介質(zhì)的要求,在分離器液相區(qū)安裝斜板網(wǎng)格,同時(shí)在分離器頂部加裝波紋板除霧器,可去除伴生氣中直徑3～5 μm的霧滴。

4)在分離器內(nèi)加裝機(jī)械式浮球閥,控制氣相出口,當(dāng)裝置內(nèi)液量突然增大,浮球閥會(huì)在液位到達(dá)一定高度時(shí)關(guān)閉,切斷伴生氣出氣管線,穩(wěn)壓并保證外部電動(dòng)閥的調(diào)節(jié)時(shí)間,防止氣線竄液。當(dāng)單井來(lái)液量較大時(shí)(≥3 m3/d),分離后的液相通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行連續(xù)計(jì)量,若遇到液量不穩(wěn)定的情況,可通過(guò)出液管線后端彈簧式止回閥(前后壓差0.05 MPa)的開(kāi)閉進(jìn)行控制；當(dāng)單井來(lái)液量特別小時(shí)(<3 m3/d),通過(guò)預(yù)計(jì)量,自控系統(tǒng)發(fā)出指令,管道離心泵啟泵排液,至最低液位后,系統(tǒng)切換為容積式計(jì)量。

3 優(yōu)化后計(jì)量裝置的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

對(duì)計(jì)量裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后在新疆油田七區(qū)稀油區(qū)塊進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),試驗(yàn)裝置對(duì)7807站內(nèi)的8口采油井進(jìn)行了計(jì)量數(shù)據(jù)采集,對(duì)其中BJ 1123井2015年的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,單井出液計(jì)量結(jié)果見(jiàn)圖2,單井氣量計(jì)量結(jié)果見(jiàn)圖3:

圖2 BJ 1123井單井出液計(jì)量數(shù)據(jù)圖

圖3 BJ 1123井單井氣量計(jì)量數(shù)據(jù)圖

由井口產(chǎn)液量及產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)圖可以看出,BJ 1123井在一個(gè)月的計(jì)量周期內(nèi),井口產(chǎn)油量及產(chǎn)氣量均波動(dòng)較大,一次連續(xù)計(jì)量時(shí)間中,產(chǎn)液量最大值0.909 t,最小值0 t,產(chǎn)氣量最大值403.4 m3,最小值12.7 m3。以上數(shù)據(jù)可以看出裝置可以很好地完成氣量波動(dòng)較大以及無(wú)液量產(chǎn)生情況下的單井計(jì)量工作。同時(shí)對(duì)產(chǎn)液量較小的井口也可完成連續(xù)計(jì)量工作。

4 結(jié)論

對(duì)新疆油田目前所使用計(jì)量裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),通過(guò)在出液管線加裝質(zhì)量流量計(jì),在分離器內(nèi)部加裝機(jī)械式浮球閥,較好地解決了段塞流及間歇井長(zhǎng)時(shí)間間歇出液無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量的問(wèn)題。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了在不同工況下連續(xù)計(jì)量,并在液量波動(dòng)劇烈的情況下有較好適應(yīng)性,對(duì)油田精細(xì)化及數(shù)字化管理起到積極作用。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.015

2016-03-06

趙 虎(1986-),男,山東泰安人,助理工程師,碩士,主要從事油田地面工程研究與設(shè)計(jì)工作。