鄢雨 石彥 馮小剛 蔣軒宇 張紹鵬

中國(guó)石油新疆油田分公司準(zhǔn)東采油廠

油井產(chǎn)量的計(jì)量是油田生產(chǎn)管理中的一項(xiàng)重要工作，對(duì)油井產(chǎn)量進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)的計(jì)量，對(duì)掌握油藏狀況、制定生產(chǎn)方案具有重要的指導(dǎo)意義。隨著油田的開(kāi)發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，油井計(jì)量技術(shù)和設(shè)備儀表也在不斷地更新改進(jìn)。目前,國(guó)內(nèi)油田集輸大多采用“油井-計(jì)量接轉(zhuǎn)站-聯(lián)合處理站”的二級(jí)布站模式，所以油井計(jì)量仍以計(jì)量站輪井計(jì)量為主，存在著集輸流程長(zhǎng)、建設(shè)成本高等諸多問(wèn)題。在單井在線計(jì)量技術(shù)上，只有針對(duì)抽油機(jī)井的功圖法計(jì)量技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，也在長(zhǎng)慶油田、勝利油田等得到較成熟的應(yīng)用[1-6]。近年來(lái)，螺桿泵采油和無(wú)桿泵采油方式由于其安全性好、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)抽油機(jī)在各油田開(kāi)始規(guī)模應(yīng)用，但還沒(méi)有與之相配套的單井在線計(jì)量技術(shù)。為此，針對(duì)油井產(chǎn)液量計(jì)量，對(duì)比分析了目前使用較成熟的容積法計(jì)量、質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量、功圖法計(jì)量、差壓法計(jì)量和稱重法計(jì)量等技術(shù)(見(jiàn)表1)[7-12]；對(duì)于油井含水率在線測(cè)量，對(duì)比分析了密度法、電磁電導(dǎo)法、電容法、射線法和微波法等技術(shù)(見(jiàn)表2)。確定稱重法和微波法為研究方向，據(jù)此自主研發(fā)了一種液量含水自動(dòng)計(jì)量撬，能實(shí)現(xiàn)油井產(chǎn)液量、產(chǎn)油量、含水率等數(shù)據(jù)的連續(xù)在線計(jì)量。

表1 常見(jiàn)液量計(jì)量技術(shù)對(duì)比計(jì)量技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)容積法用于稀油計(jì)量,需依托計(jì)量站,不適用于單井質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量介質(zhì)廣泛,在充分脫氣的情況下準(zhǔn)確度較高,但成本較高,須依托計(jì)量站,不適用于單井功圖法適用于抽油機(jī)井,不適用于無(wú)桿泵采油計(jì)量差壓法價(jià)格便宜,不適用于液量和壓差較小的井稱重法技術(shù)成熟,測(cè)量介質(zhì)范圍廣;氣體對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度影響小;直接計(jì)量得到產(chǎn)液質(zhì)量,減少換算工作

表2 常見(jiàn)含水測(cè)量技術(shù)對(duì)比測(cè)量技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)密度法易受含砂、含氣等情況影響,適用油水兩相模型測(cè)量電磁電導(dǎo)法不適用于低含水期和特高含水期的測(cè)量電容法易受溫度影響,引起溫度漂移,測(cè)量范圍小,不適用于我國(guó)油井產(chǎn)出液含水較高的現(xiàn)狀射線法準(zhǔn)確度高,但存在放射性安全問(wèn)題微波法準(zhǔn)確度較高,不接觸流體,不會(huì)對(duì)流程產(chǎn)生干擾,測(cè)量范圍廣

1 液量含水自動(dòng)計(jì)量撬的研制

1.1 計(jì)量撬組成

液量含水自動(dòng)計(jì)量撬由稱重計(jì)量系統(tǒng)、含水測(cè)量系統(tǒng)、動(dòng)力排液系統(tǒng)、測(cè)量控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)運(yùn)算系統(tǒng)組成(見(jiàn)圖1)。

1.1.1稱重計(jì)量系統(tǒng)

稱重計(jì)量系統(tǒng)包括稱重缸體、稱重傳感器等部件。3個(gè)稱重傳感器分別置于撬裝裝置底部，呈三角形布局，其主要功能為實(shí)時(shí)地對(duì)計(jì)量撬包括其中的產(chǎn)出液進(jìn)行稱重，稱重?cái)?shù)據(jù)參與計(jì)量結(jié)果的計(jì)算。稱重傳感器的測(cè)量范圍為：0～1 500 kg，最小分辨力為0.1 kg，最大允許誤差為0.3%。

稱重缸體為計(jì)量撬儲(chǔ)液空間，油井產(chǎn)出液通過(guò)進(jìn)液口進(jìn)入稱重缸體內(nèi)稱重計(jì)量后，再由出液口排出進(jìn)入集輸系統(tǒng)。計(jì)量撬可實(shí)現(xiàn)帶壓測(cè)量，適用于0～2.5 MPa的壓力范圍，滿足國(guó)內(nèi)各油田單井測(cè)量需求。對(duì)于不同產(chǎn)量油井的稱重計(jì)量需要選用不同型號(hào)尺寸的稱重缸體。

1.1.2含水測(cè)量系統(tǒng)

采用微波法含水儀實(shí)現(xiàn)原油含水率的在線測(cè)量，其原理是根據(jù)微波在油氣水三相中傳播速度的不同來(lái)測(cè)定含水率。儀器內(nèi)部使用光滑材料鍍層，減少探頭粘附原油。能同時(shí)采集瞬時(shí)含水率、1 min平均含水率、1 h平均含水率等，計(jì)算平均含水率時(shí)首先舍棄異常突變值，剩余數(shù)據(jù)再采用正態(tài)分布的方式參與計(jì)算，使得結(jié)果更穩(wěn)定。

1.1.3動(dòng)力排液系統(tǒng)

系統(tǒng)由活塞、支撐套筒、支撐座、減速箱、伺服電機(jī)等組成，伺服電機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)絲桿帶動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方式解決稱重缸體內(nèi)的排液?jiǎn)栴}。在稱重缸體內(nèi)進(jìn)液達(dá)到設(shè)定值后，活塞開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，將稱重缸體內(nèi)產(chǎn)出液排出，以便進(jìn)行下一次稱重計(jì)量。通過(guò)外力排液的方式，解決了傳統(tǒng)翻斗式稱重裝置對(duì)氣量小的油井無(wú)法排液的問(wèn)題，使得該裝置不受油井氣量的影響。

1.1.4測(cè)量控制系統(tǒng)

測(cè)量控制柜RTU單元為該系統(tǒng)核心，能實(shí)時(shí)采集遠(yuǎn)傳計(jì)量撬各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，具備壓力、運(yùn)行電流等參數(shù)報(bào)警及緊急停止保護(hù)功能，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停、參數(shù)設(shè)置，保證計(jì)量撬正常運(yùn)行，參數(shù)控制界面見(jiàn)圖2。

1.1.5數(shù)據(jù)運(yùn)算系統(tǒng)

編制了一套科學(xué)的程序計(jì)算方法，采用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理運(yùn)算后，輸出日產(chǎn)液量、日產(chǎn)油量、日綜合含水率等結(jié)果，并對(duì)接油井生產(chǎn)日?qǐng)?bào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、計(jì)算與輸出。計(jì)算日綜合含水率時(shí)將油井階段產(chǎn)液量和對(duì)應(yīng)階段的含水率結(jié)合起來(lái)，使得結(jié)果更接近油井實(shí)際值(見(jiàn)圖3)。

圖3中油井產(chǎn)液日綜合含水率計(jì)算見(jiàn)式(1):

=37.4%

(1)

式中：f為日綜合含水率，%。

若采用簡(jiǎn)單的算術(shù)平均算法，其計(jì)算結(jié)果為50%，而采用式(1)計(jì)算得到的油井日綜合含水率為37.4%，更真實(shí)可靠。

1.2 計(jì)量撬原理

計(jì)量撬采用稱重的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)油井液量的計(jì)量，稱重傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)在線稱重，并記錄稱重?cái)?shù)據(jù)。當(dāng)液體經(jīng)過(guò)進(jìn)液口進(jìn)入稱重缸體時(shí)，此時(shí)記錄一個(gè)稱重初始值W1和初始時(shí)間T1，當(dāng)稱重缸體內(nèi)進(jìn)液量達(dá)到設(shè)定值后，再記錄一個(gè)稱重結(jié)束值W2和結(jié)束時(shí)間T2，油井產(chǎn)量可由稱重結(jié)束值和初始值的差值與對(duì)應(yīng)的進(jìn)液時(shí)間差計(jì)算得到。當(dāng)稱重缸體內(nèi)進(jìn)液量達(dá)到設(shè)定值后，由伺服電機(jī)控制活塞運(yùn)動(dòng)進(jìn)行稱重缸體的排液，排液完成后再繼續(xù)下一次的計(jì)量。油井伴生氣通過(guò)上部單流閥進(jìn)入集輸管線，保證缸體內(nèi)不會(huì)憋壓。

產(chǎn)液量q可由W1、W2、T1、T2計(jì)算得到，見(jiàn)式(2)：

(2)

式中：W1、W2為稱重缸體初始質(zhì)量和排液質(zhì)量，kg；T1、T2為稱重缸體初始質(zhì)量和排液質(zhì)量所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，s；q為計(jì)量撬單次計(jì)量產(chǎn)液量，t/d。

根據(jù)油井的實(shí)際情況，可制定出適合需求的計(jì)量模式，設(shè)置計(jì)量撬每天計(jì)量次數(shù)，每次計(jì)量會(huì)得到一個(gè)產(chǎn)液量q值，日產(chǎn)液量Q液可由多次計(jì)量q值加權(quán)計(jì)算得出，見(jiàn)式(3)：

(3)

式中：w1、w2、wn分別為第1次、第2次、第n次計(jì)量進(jìn)液時(shí)間內(nèi)質(zhì)量增加值，kg；t1、t2、tn分別為第1次、第2次、第n次計(jì)量對(duì)應(yīng)的進(jìn)液時(shí)間，s；q1、q2、qn為第1次、第2次、第n次計(jì)量產(chǎn)液量，kg/s；Q液為油井日產(chǎn)液量，t/d。

油井日綜合含水率計(jì)算見(jiàn)式(4)：

(4)

式中：q1、q2、qn分別為第1次、第2次、第n次計(jì)量液量，t/d；f1、f2、fn分別為第1次、第2次、第n次計(jì)量對(duì)應(yīng)含水率，%；f日為油井日綜合含水率，%。

油井日產(chǎn)油量計(jì)算見(jiàn)式(5)：

Q油=Q液×(1-f日)

(5)

式中：Q油為油井日產(chǎn)油量，t/d；Q液為油井日產(chǎn)液量，t/d；f日為油井日綜合含水率，%。

1.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

(1) 撬裝化，連接簡(jiǎn)單，安裝方便，尺寸小，僅為1.8 m×0.8 m×0.8 m。

(2) 數(shù)據(jù)傳輸方便，支持通用采集協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，包括modbus、RS485、以太網(wǎng)，操作人員在中控室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

(3) 自動(dòng)化程度高，可以實(shí)現(xiàn)日產(chǎn)液量、日產(chǎn)油量、日綜合含水率的24 h自動(dòng)連續(xù)計(jì)量。

(4) 計(jì)量范圍廣，可以根據(jù)油井產(chǎn)量選擇不同量程范圍的計(jì)量撬。

(5) 適用油品范圍廣，無(wú)論是稀油、稠油、頁(yè)巖油，均能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確快捷的計(jì)量。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)方案設(shè)計(jì)，研制形成了工業(yè)化產(chǎn)品，在經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)后，計(jì)量撬能實(shí)現(xiàn)液量、含水率的在線檢測(cè)，且測(cè)量準(zhǔn)確度較高。同時(shí),也針對(duì)不同區(qū)塊油井開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了計(jì)量撬在不同原油黏度、不同含蠟量、不同產(chǎn)液量、不同氣油比等條件下的測(cè)量準(zhǔn)確度和運(yùn)行可靠性。

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，液量含水自動(dòng)計(jì)量撬安裝在單井井口回壓閥門(mén)之后。計(jì)量撬每往復(fù)運(yùn)行1次，計(jì)算得到1次產(chǎn)量數(shù)據(jù)。標(biāo)定時(shí)，將計(jì)量撬出口管線接入標(biāo)定桶內(nèi)，采用經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的電子秤用直接稱重的方式對(duì)計(jì)量撬排入至標(biāo)定桶的油水介質(zhì)進(jìn)行稱重，并將此稱重值折算成日產(chǎn)量數(shù)據(jù)與計(jì)量撬計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。將微波法測(cè)量值與實(shí)驗(yàn)室蒸餾法、離心法進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證含水率測(cè)量誤差。目前，已進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)20口井的試驗(yàn)應(yīng)用(見(jiàn)圖4)。其中，2口無(wú)桿泵采油井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比情況見(jiàn)表3、表4。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析對(duì)比，計(jì)量撬液量計(jì)量誤差達(dá)到±10%以內(nèi)，含水率測(cè)量誤差達(dá)到±5%以內(nèi)，滿足Q/SY 06002.2-2016《油氣田地面工程油氣集輸處理工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。 同時(shí)，計(jì)量撬在-40～60 ℃的環(huán)境溫度下運(yùn)行可靠、性能穩(wěn)定，長(zhǎng)期運(yùn)行也能保證測(cè)量準(zhǔn)確度。

3 效益分析

液量含水自動(dòng)計(jì)量撬的成功應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了油井的在線計(jì)量，且對(duì)于螺桿泵、無(wú)桿泵采油方式都能很好地應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)單井在線計(jì)量及數(shù)據(jù)自動(dòng)遠(yuǎn)傳后，可取消油田集輸流程中的計(jì)量站環(huán)節(jié)，縮短油田集輸管線，降低地面建設(shè)費(fèi)用，同時(shí)也可以降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。以準(zhǔn)東油田北10區(qū)塊無(wú)桿泵采油示范區(qū)為例，按照56口井計(jì)算。若按傳統(tǒng)計(jì)量站模式建設(shè)，須建設(shè)5座計(jì)量站才能滿足集輸計(jì)量需求。且單井在線計(jì)量方案相比于計(jì)量站方案會(huì)節(jié)約20%左右的集輸管線，還可大幅度降低生產(chǎn)運(yùn)行成本(主要是人工巡井成本)?？傮w來(lái)講，實(shí)現(xiàn)單井在線計(jì)量將節(jié)約地面建設(shè)費(fèi)用28.4萬(wàn)元，節(jié)約運(yùn)行成本168萬(wàn)元/年(見(jiàn)表5)。

表3 北408井計(jì)量數(shù)據(jù)序號(hào)日產(chǎn)液量日綜合含水率日產(chǎn)油量計(jì)量值/(t·d-1) 標(biāo)定值/(t·d-1) 差值/%測(cè)量值/%標(biāo)定值/%差值/%計(jì)量值/(t·d-1)標(biāo)定值/(t·d-1)差值/% 14.494.54-1.11.93.2-1.34.404.390.225.015.12-2.12.32.7-0.44.894.98-1.734.624.88-5.31.92.9-1.04.534.74-4.444.924.763.42.14.5-2.44.824.556.054.264.35-2.12.23.5-1.34.174.20-0.765.104.5911.12.13.2-1.14.994.4412.474.684.464.92.33.8-1.54.574.296.684.814.506.92.14.3-2.24.714.319.3平均值4.744.651.92.13.5-1.44.644.493.4

表4 ST2369井計(jì)量數(shù)據(jù)序號(hào)日產(chǎn)液量日綜合含水率日產(chǎn)油量計(jì)量值/(t·d-1)標(biāo)定值/(t·d-1)差值/%測(cè)量值/%標(biāo)定值/%差值/%計(jì)量值/(t·d-1)標(biāo)定值/(t·d-1)差值/%13.603.532.036.228.08.22.302.54-9.6 23.994.10-2.734.327.17.22.622.99-12.3 34.113.963.836.535.21.32.612.571.7 43.823.751.935.025.79.32.482.79-10.9 54.134.21-1.937.741.0-3.32.572.483.6 63.783.663.336.136.00.12.422.343.1 72.983.26-8.637.238.0-0.81.872.02-7.4 82.773.01-8.036.936.50.41.751.91-8.6 平均值3.653.69-1.136.233.42.82.332.46-5.2

表5 經(jīng)濟(jì)效益分析類別項(xiàng)目單位傳統(tǒng)計(jì)量站方案單井在線計(jì)量方案地面建設(shè)費(fèi)用計(jì)量站建設(shè)萬(wàn)元4000集輸管線敷設(shè)萬(wàn)元588470.4征地萬(wàn)元255.8185單井在線計(jì)量萬(wàn)元0560合計(jì)萬(wàn)元1 243.81 215.4生產(chǎn)運(yùn)行成本含人工巡井、化驗(yàn)、油耗等萬(wàn)元/年21042

4 結(jié)論

(1) 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有計(jì)量技術(shù)的研究分析，篩選出適合螺桿泵、無(wú)桿泵采油井單井計(jì)量的計(jì)量技術(shù)。

(2) 研制出液量含水自動(dòng)計(jì)量撬，測(cè)量準(zhǔn)確度高，滿足規(guī)范要求。

(3) 液量含水自動(dòng)計(jì)量撬采用稱重的方式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量計(jì)量，體積小，計(jì)量不受氣體影響，適用范圍廣泛。

(4) 液量含水自動(dòng)計(jì)量撬解決了針對(duì)螺桿泵、無(wú)桿泵等采油方式無(wú)有效單井在線計(jì)量方法的難題，填補(bǔ)了技術(shù)空白。

(5) 實(shí)現(xiàn)單井在線計(jì)量、數(shù)據(jù)自動(dòng)遠(yuǎn)傳，能簡(jiǎn)化油田集輸工藝，減少現(xiàn)場(chǎng)員工巡井工作量，降低地面建設(shè)費(fèi)用和生產(chǎn)運(yùn)行成本。