低产液油井计量装置的设计与改进 ● 石 栅一司…… … 。。。 摘要胜利油田进入中后开采期，高含水、低产液油井数量逐年递增，平均单井产量降幅逐年增大。通过调研测试发现，目前 油田在用的各类单井计量技术对低产液油井计量还存在液量计量准确度低；低产液井串接混输，无法实现单井量油。以上问题 已严重影响了油田生产的稳定运行，而油田从未对低产液油井的计量进行过针对性的研究。针对这个问题．设计出一种移动式 计量装置，在现场测试过程中又对其进行了改进。测试数据表明，该装置将原油产量计量误差减小至５％以内．并满足了实际检 测符合率＞１９１．７％。 关键词低产液油井单井计量三相分离器计量误差 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｗｉｔｈ Ｓｈｅｎｇｌｉ Ｏｉｌｉｆｅｌｄ 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 ｗｅｌ１．ｒｒｈｅ ａｂｏｖｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｈａｖｅ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｏｐｅｒａ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｏｉｌｆｉｅｌｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｂｕｔ ｏｉｌｆｉｅｌｄ ｈａｓ ｎｅｖｅｒ ｄｏｎｅ ｓｏｍｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｌｏｗ－ｙｉｅｌｄ ｗｅＨｓ．Ａｃ— ｃｏｒｄｉｎｇ 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 ｔ＞９１．７％． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｌｏｗ—ｙｉｅｌｄ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｗｅｌｌ；ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｏｒ；ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｅｒｒｏｒ 经过４０多年的勘探开发，胜利油田高含水、低 正，提高其准确性。 产液油井数量逐年递增。平均单井产量降幅逐年增 大。截止２００９年底，胜利东部陆上油田的综合含水 １计量装置设计 已达到９１．５％，含水９Ｏ％以上的油井超过一半。２００８ 计量装置的设计主要包括计量房内装置的设计 年１２月份新区产能建设新开油井９００口．到２００９ 和现场油井管线与计量装置连接的设计。设计平面 年底单井液量小于１０ｔ的有３６１口，占４０％，单井液 图见图１。 量小于４０ｔ占６０％。通过调研测试发现，目前油田在 用的各类单井计量技术对低产液油井计量还存在液 量计量准确度低（最大计量误差高达１０％～４０％）；低 产液井串接混输，无法实现单井量油；从井口取样化 验的含水率，单个含水值不具有代表性。以上问题已 严重影响油田生产的稳定运行，而油田从未对低产 液油井的计量进行过针对性的研究。为了能够更好 地为开发部门提供准确基础资料，为科学地制订油 图１计量房内三相分离计量装置流程设计图 区开发方案提供技术支持，十分有必要对低产液油 １．１管道设计 井产量计量技术进行深入研究，研究开发适用于低 管道设计包括气路管道设计、油路管道设计和 产液油井产量的计量技术。因此本文提出一种自动 水路管道设计＿】１。原油和水属于不可压缩流体，因此 化程度高、精度高、移动方便的油井产量计量装置． 可以根据连续性方程、机械能衡算方程以及摩擦损 不仅实现了对油田低产液油井产量的准确计量．同 失的计算式来进行输送管路的计算，而气体属于可 时还可以对油田在用量油装置进行校验和误差修 压缩流体，还需要表征过程性质的状态方程式。 １．１．１液体管路设计 Ｚ为气管长度，Ｉｎ。 在气路和液路的管道设计过程中。还要满足管 液体管路为并联管路，其特点是： （１）总管流量等于并联各支管流量之和，有 Ｖ＝Ｖ１＋ ２＋ ３ （１） 道布置在一定的撬块空间，而且管道布置需要简单， 有时候，还要考虑仪器安装要求及阀门的通径等。 参考现场提供的液量范围、含水、气量范围等， 水流速取３ｍ／ｓ。油流速取ｌｍ／ｓ。气流速取８ｍ／ｓ，根据 （２）就单位质量流体而言，并联的各支管摩擦损 失相等，即 ＝（￡ ＝“ ＝ 根据已知条件，可以确定管径的大小 ，＾（２） 流程设计理论，进行各管道压损计算，以及油气水三 路管线的压力匹配计算，最后水路管道尺寸为 Ｖ ／４Ｖ （３） ＤＮ４０，油路管道尺寸为ＤＮ２５，气路管道尺寸为 ＤＮ２５。三相进口、出口为ＤＮ８０。 １．２仪表配备 式中， 为平均流速。 可见，若给定体积流量 ，则ｄ与 成反比。Ｕ 越小，ｄ越大，设备费用就越大；反之，Ｕ越大，ｄ越 小，设备费用小，但是摩擦损失增大，会造成流体流 通不顺畅．而且还会增大整个系统输送管道的压力 损失，造成操作费用增加。 根据胜利油田单井产量数据，我们将低产液井 的液量范围定义在液量范围在０－４０ｔ／ｄ，气量范围在 ５０～４００ｍ３／ｄ，含水率范围５０％～９８％。结合油田生产 实际情况，气路选用ＤＮ２５，量程范围为２．５～３０ｍ３／ｈ， 准确度等级为１．５级的涡街流量计；水路选用 ＤＮ４０，量程范围为０～１６ｍ３／ｈ，准确度等级为０．５级 的电磁流量计；油路选用ＤＮ２５，量程范围为０～１２ｔ／ 在设计过程中，还需要考虑流体的性质，原油的 黏度较大，流速应较低，一般取０．５～ｌｍ／ｓ，水的流速 一般取ｌ～３ｒｒｄｓ。选取一定流速后，计算管道的压力 流速，进行管径设计。最后算出的管径必须根据管道 ｈ。准确度等级为０．５级的质量流量计。 损失，如果压力损失大于设计要求，则需要重新选择 标准规格进行取整，一般取标准规格。 １．１．２气路管道设计 ２现场试验及数据分析 ２．１油井测试 共对７９口油井实施了单井产液量测试，所测试 油井涉及胜利油田胜利、滨南、现河、河口、孤岛、桩 对可压缩的天然气而言，由于流动过程中压力 改变会导致密度、速度等的变化，因此，可压缩流体 的管路设计要复杂一些。在流动过程中，一般视为等 温流动．管径由机械能衡算方程可得： ｐ１２－ｐ２２＝／￣／ ｃｔ Ｉｇｌ 西６个采油厂，立式分离器（８００型１、旋流分离多相 计量装置两种单井计量装置。测试油井液量范围在 ０～４０ｔ／ｄ之间，含水范围在４％～９７％之间，原油黏度 在１２～１０１ ２２８ｍＰａ・Ｓ之间，测试工作量见表１，其中 １２口油井进行了油、气、水三相计量检测，测试油井 Ｇ（４） 式中：只，Ｐ２为前后管段的压强； Ａ可视为常数，Ｇ－－－ｐｕ； Ｐ为气体密度，ｇ／ｍ。； Ｕ为流速．ｍ／ｓ： 物性参数详见表２。完成的检测工作量方面：共测试 油井７９口，统计数据２ ４１８个，测试数据４６８个，计 算数据８２组。 ２．２数据分析 为气体的摩尔质量； 测试的基本原理采用静态容积法比对的方法， 表１工作量统计表 采油厂 ｉ 数鬻 胜利 滨南 现河 ｌＯ ２ ７ 薯ｉｉ一集输方式 一计量装置毒 液量范围／（ｔ．ｄ１＿Ｉ１ 混输、进站 进站 进站 立式分离器 立式分离器 １０．８８—３９ ４．５２￣３７．８７６ ６．０７～３９．９８ 含水范围 ％ ５８．３￣９７．８２ ２．４一 ７． ５．１５ ９４．５ 黏度范围／（ａｔｒａ，ｓ） ３３￣７１５４ ３１５￣１０１ ２２８ ３３ ３５４ 河Ｈ 孤岛 桩西 ２８ ｌＯ ３ 进站 进站 进站 立式分离器 立式分离器 立式分离器 ２．７３—３７ １ １．７～３９．５１ ２０．７～４８ ４。９～７５．５ ５４．３～９４．５９ １９ ９１２ ．１２ ４９ ３１３ ３ ５９０ ９ ７０７ １２５ ８３３ 油量比对采用ｌｍ。的二等金属量器作为标准器，水 量比对采用ｌＯｒｅ 的经过检定的金属罐作为标准器， 考核移动式油井原油产量计量装置在现场的实际应 用效果。 表２测试油井物性表 指标，测试结果总结如下： （１）在测试的１２口油井中，油量计量误差在 一４．１４％～５．８５％，误差加权平均值为０．７７％，误差超 过５％的油井有１口，检测合格率为９１．７％，实现了 项目协议要求的≤５％。 （２）在测试的１２口油井中，水量计量误差在 一３．９５％～３．８８％，误差加权平均值为一０．１１％，误差全 ＬＮ１０２－１５ ４０．０ Ｉ ｌＯ２－１７ ４３．０ ７６５．０ ６７５．Ｏ ５００．０ ５４５．３ １３．４３ ｌ４．Ｏｌ ３４。５３ ３７．８８ ７１．９ ２Ｏ５．９ ４０．５ ２５１．９ １５２．４ 部在４％以内，检测合格率为９１．７％，实现了项目协 议要求的≤５％。 （３）对于测试的１２口油井中，气量计量误差在 一滨南 ＬＮ１０２１２ ＬＮｌＯ２—３ ７９．０ ８１．０ ６．６１％～１２．５９％，误差加权平均值为一７．７８％，误差超 ＣＪＣ１ １—３５ ９２．６ ９ ２５８．０ 河口 ＣＪＣ９—３５ ７６．２ １０ ７Ｏ４．０ ３７．Ｏ０ ２２．５３ ２５．１０ ２０．８Ｏ 过１０％的油井有１口。检测合格率为９１．７％，实现了 项目协议要求的≤１Ｏ％。 （４）经分析说明，三相计量装置能够对油井来液 进行分离，并计量油井油、气、水三相的产量，计量误 １０８．５ １９９．５ １４０．０ ２６３．０ ３１Ｏ．Ｏ ｌ０５．Ｏ ６０．Ｏ ＣＪＣ１ １－３７ ９３．４ ３ ９２０．０ ｚ５４一ｌ ｌ９．３ ４９３．０ 桩西 ｚｌ １－６ ｚ３９－９ ９０．０ ９１．２ ８３３．０ １２５．０ ３８．６３ ４８．６５ 差满足其技术指标，并实现了如下指标：实际检测符 合率≥９１．７％。 ｈｌＯ－ｃ７０ｂ ９２．３ ３３．０ ３５４．０ １４．４０ ６．０７ 现河 ｓｈ３—１６ ５．２ ３技术改进 通过采油现场的一系列油井测试．我们逐渐发 对油井进行２４ｈ油、气、水产量三相计量，同时 用国家二等金属量器组对三相计量装置进行同步计 现现有计量装置的一些缺陷，并针对这些缺陷做了 改进。 ３．１流程改进 量，通过测试数据比对，计算三相计量装置的油、气、 水计量误差，对三相计量装置的检测精度和符合率 进行了验证，测试油井１２口，验证结果见表３。 为了改善流通性能，对油路管道和水路管道进 行了改造（图２）：水路管道增长了１ １６９ｒａｍ，油路缩 短了１ １６９ｒａｍ；调节阀后的油路管线从ＤＮ２５增大 至ＤＮ４０。通过上述改进，增大了油路流通面积，缩 测试数据表明。对于日产液量小于４０ｔ的油井， 该三相计量装置对油、气、水的计量能够达到其技术 表３测试数据表 ＬＮ１０２—１５ ＬＮ１０２－１７ ＬＮ１０２ｘ１２ １３．４３０ １４．０１３ ３４．５３３ ７１．９Ｏ ２０５．９０ ４０．５Ｏ ８．０５８ ７．９８７ ７．２５２ ５．３７２ ６．０２６ ２７．２８１ ６６．５ｏ０ １９２．３００ ４５．６００ ７．７２５ ８．３５５ ７．５５０ ５．５２５ ５．８５５ ２６．７６７ ３１．０２７ ３４．８７５ １７．８ｌ０ ２２．９４４ ３．９５３ －７．５１ ６．６ｌ １２．５９ －４．１４ ４．６１ ４．１１ －２．８５ ２．８４ １．８８ １．１３ １．７７ －—ＬＮ１０２—３ ３７．８７６ ２５１．９０ ７．１９６ ３０．６８０ ２２７．８００ ６．９０３ —９．５７ ９．１２ ８．０２ －－４．０７ ３．８７ １．３５ ＣＪＣ１ ｌ一３５ ３７．０１２ １５２．４０ ２．７３ｌ ３４．２６９ １３８．５００ ２．６２５ ——ＣＪＣ９—３５ ＣＪＣ１１－３７ ｚ５４—１ ｚｌ １－６ ｚ３９—９ ｈｌＯ—ｅ７０ｂ ２２．５３０ ２５．１００ ２０．７９５ ３８．６３４ ３８．６５４ １４．４００ １０８．５０ １９９．５０ １４０．ＯＯ ２６３．０Ｏ ３１０．ＯＯ １０５．００ ５．３６２ １．６５９ １６．７９２ ３．４０２ ４．２７９ １．１ １３ １７．１６８ ２３．４４１ ４．００３ ３５．２５２ ４４．３７５ １３．２８８ ９９．８００ １８１．４００ １２８．６６０ ２４３．３７０ ２８７．１５０ ９４．７２０ ５．２９０ １．７５６ １７．３３６ ３．４９８ ４．４６７ １．０８１ －—３．７４ ——９．０７ ８．１Ｏ ５．８５ ３－３０ ２．８４ ４．３２ —２．１２ １．５１ ３．６９ —－３６．５５ ４６．Ｏ９３ １２．７６６ 一７．４６ ７．３７ ９．７９ －３．８８ ——２．５０ ２．Ｏ３ ３．９５ ３．７２ ｓｈ３—１６ ６．０７１ ６０．０Ｏ ５．７５８ ０．３１３ ５４．３００ ５．８７５ ０．３２４ －９．５０ 短了油路管道。 图２流程改造示葸图 进一步试验过程中发现．在水流速度较慢或取 样过程中，由于压力变化。汇管中的油会返渗到水 路，水路管线及水路仪表管壁粘集少量原油将影响 水路仪表的正常工作。为此，我们在水路加装单向 阀，防止分离后原油回灌。 ３．２旋流分离器改进 在桩西采油厂测试过程中，发现计量装置测量 出的工况下原油密度比纯油密度小０．０４ｇ］ｍＬ左右。 初步判断其原因是油路液体内含有游离气和轻组 分，造成质量流量计测量出来的综合密度偏小，引起 一定的含水误差圜。根据ＳＹ ５２６７—２０００油田原油损 耗的测定方法，通过对油路挥发气体体积的测试。并 进行轻组分分析。计算出油路存在２０％～３０％的游离 气，这引起了密度偏差，导致了含水计量不准确。 油路液体内含有游离气，说明旋流分离器气液 分离效果不好。装置的旋流分离器主要作用是进行 气液的充分分离．其最佳的进料速度范围为７～１４ ｒｒｄｓ，由于液量范围为０ ４０ｆｆｄ、气量范围为０ ４００ｍＴｄ 的油井，旋流分离器进料进口速度最多只有０．５～ ｌｍ／ｓ，达不到其最佳工作状态。 解决问题的关键是提高进口流速，于是我们提 出了在旋流分离器进１：３处安装小口径喷嘴的技术方 案（图３）。针对不同液量、气量的油井，加工了１６ｒａｍ、 ２０ｒａｍ、２５ｍｍ、３６ｍｍ口径的喷嘴。安装调试后，发现 效果较好，减少了油中带气量，密度吻合较好。 ≈ ～ Ｌ ｒ ／， 图３旋流分离器入口喷嘴示惫图 ３－３伴热系统改进 现场试验前期，发现原油含蜡较高、流动性较 差．一旦装置运行状况异常，会发生管道堵塞现象。 鉴于原油在４Ｏ℃以上时流动性较好，我们制定了解 决方案：在卧式分离器和油路、水路管线上加伴热 带，并覆盖保温层。根据热力学原理计算和现场实 验，对于日产量在４０ｔ以下的油井，采用６￣ｌＯｋＷ的 加热带，起到了保温加热的作用，使油温保持在 ４０￣Ｃ左右，保证了油路和水路管线畅通，三相计量装 置正常运行。管线内原油流动效果对比见图４。 图４改造效果对比图 ３．４计算软件改进 计算原油含水率以及纯油产量需要用到纯油的 工况密度，最初的软件设计中，纯油工况密度采用教 科书上的经验计算公式，由油井油样化验的纯油标 况密度和工况温度计算得出。这种方法计算出的纯 油工况密度与ＧＢ／Ｔ １８８５—１９９８原油密度表的工况 密度有一定的误差，造成含水率计算不准，后来改为 直接输入根据ＧＢ／Ｔ １８８５—１９９８原油密度表查出的 工况密度，提高了计算精度。同时在运行过程中，还 对软件系统的数据管理进行了完善，增加了数据统 计计算功能等。 ４结束语 本文设计的低液量油井计量装置，将原油产量 计量误差减小至５％以内，大幅提高了单井产量检 测精度及符合率．达到了油田要求的技术指标，并满 足了实际检测符合率Ｉ＞９１．７％。该装置的研发为油 田下一步采油示范区建设优化设计、计量站仪表选 型提供了技术指导；为油井生产动态分析、措施井的 措施效果评价提供了准确数据；为油田进行决策，制 定科学合理的开发方案提供了可靠的依据。 【参考文献】 ［１】王军．三相分离器分离油气水效果分析及对策浅谈［Ｊ１．石油矿场 机械．２００４（Ｂ０８）：３０—３３． ［２王艳红．罐底油三相分离理论及实验研究［２】Ｊ】．过滤与分离，２０１０（２）： １２－１５． ●作者简介 齐伟（１９８３一），男，主要从事计量工作。 Ｉ本文编辑：黄永场收稿日期：２０１１—０８—２６ ｌ
