移动式油井原油产量计量装置的研制与应用

　　1 胜利油田油井产量计量现状

　　目前胜利油田有代表性的油井产量计量方式主要有： 立式分离器配玻璃管/磁翻转液位计计量、两相分离仪表计量、称重式油井计量和功图量油远传计量。 这些计量装置的技术特点见表 1。

　　2 胜利油田油井产量计量存在的主要问题

　　(1)传统计量方式对于高含水油井、间歇出油井的原油计量误差大

　　油田 90%的油井目前还是采用立式分离器、玻璃管式量油，人工井口取样化验的方法计量原油产量。 这种方法对于产量稳定、含水率低的油井，原油计量准确性较高。 目前油田油井综合含水率逐年上升，大部分油井的含水率在 90%以上，若油井含水率为 95%，含水计量误差为 1%，就会造成 20%的原油计量误差。对于具有间歇出油特点的油井，用测量时间段内的液量推算全天的液量，不具有代表性，造成较大的计量误差。 传统计量方式的局限性在一定程度上影响了单井计量数据的真实性， 不利于生产管理部门制定有效的油井工艺措施， 难以对油井措施效果进行正确评价。

　　(2)传统计量方式无法实现混串井、低含气井的产量计量

　　随着油田勘探开发进入中后期， 油井产量逐年降低，油田大约有 30%的油井因产液量低、含水低、温度低等原因只能多口油井混输，对于混串井，使用现有的计量方式只能对串接油井的总液量进行计量，无法实现单井量油，若要计量单口油井的液量，则采用停井的方式，严重影响生产运行。 另外低含气井气量小、无法实现压液面操作，如果计量站内所有油井都是低气量油井，就无法量油。 传统的计量方式无法实现混串井、低含气井的产量计量，影响了对油井生产状况的准确掌握。

　　(3)目前试用的计量新技术使用范围有一定的局限性

　　目前胜利油田部分采油厂对油井产量计量方式进行了改进， 在一定程度上提高了计量技术水平。例如，滨南采油厂的无源控制多相计量系统，气液两相分离效率高，液量、气量计量准确，但是由于没有实现三相分离，液相含水率高，油量计量误差较大。临盘采油厂试点的抽油机井功图量油技术，简化了工艺流程，降低了劳动强度，但通过现场的运行结果与原有分离器对比，抽油机井功图量油技术对高油气比油井、低产液井适应性差。

　　针对胜利油田油井计量现状和存在问题，技术检测中心开发研制了“移动式油井原油产量计量装置”，该装置通过三相分离器将油井来液分离成不含液的气体，含水低于 30%的油和含油率低于 0.1%的水，分别用涡街流量计、质量流量计和电磁流量计进行单相计量。 较好地解决了油田高含水井、低产液井、混串油井、低气量井、间歇油井的产量计量问题，同时还可以对油田在用计量装置进行校验和误差修正，提高在用计量装置的准确性。

　　移动式油井原油产量计量装置的构成及原理

　　移动式油井原油产量计量装置(简称计量装置)由卧式分离器、旋流分离器、除沫器、工艺管线、测量仪表、控制仪表以及计算机、显示终端组成。 具体结构示意图见图 1。

　　工作原理：油井产出的油、气、水混合物切线进入旋风分离器，在离心力作用下，液体和气体分离，分离后的气体， 从旋风分离器顶部流出经除雾装置后进入气路计量管线; 经旋风分离器分离的液体进入卧式分离器，依次经消能装置、折流板、整流装置后进入沉降室，油、水在沉降室经重力作用下自然分层， 低含水的适合质量流量计测试的油水混合流体溢入油室，并进入油路计量管线;沉降室底部的游离水则进入水路计量管线。装置运行过程中，通过先进的数学控制模型， 由测控主机对分离器中的液位以及压力进行控制，实现油、气、水三相准确计量。 [p]

　　移动式油井原油产量计量装置的研究设计

　　移动式油井原油产量计量装置的关键部分包括气液分离的旋流分离器、油水分离的卧式分离器、自动控制部分以及车载小型化设计。

　　1 旋流分离器

　　计量装置采用旋流分离技术[1,2]来进行气液分离。 油井产出的油、气、水混合物切线进入旋流分离器，在离心力作用下，液体和气体在旋流分离器里进行有效分离。 旋流分离器原理图见图 2。

　　2 卧式分离器

　　移动式油井原油产量计量装置采用卧式分离器[3,4]进行油水分离，主要由消能室、沉降分离室、油室等三部分组成，分离器结构示意图见图 3。 消能室主要是削弱从旋流分离器[5]来的液相能量，使液相平稳过渡到沉降分离室;沉降离室主要使油、水及剩余气体泡沫得到充分分离。 分离后的游离水进入水路管线由电磁流量计[6]计量。 分离出的油溢流进入油室，当油室内液位到达一定高度时，电磁阀打开，低含水原油流经质量流量计计量，当油室内液位下降到某一高度时，电磁阀关闭，计量过程中流经质量流量计的油流量在质量流量计测量范围内，保证了计量准确度。 油室的设计[7]及其液位的测量与控制，提高了低产液油井原油产量测量的准确度。

　　3 分离器内液位、压力的控制

　　为了实现容器内的流态更加稳定，以及气体与液体、油水更加充分分离，装置采集了气液界面、油水界面以及容器压力等参数，通过先进的控制模型，并结合 16 位微芯片处理器，自动计算出油路、水路的流型控制方案，由油路、水路的电执行机构执行，使分离器内油水分离室的油水界面基本稳定在某一位置，使分离器内油室的气液界面能够在某一高度范围内变化，使分离器内气体压力能够稳定在某一设定压力值。

　　4 车载小型化设计

　　为了监测油井产量， 需要方便快捷地将油井原油产量计量装置运送到井口或计量站， 由此考虑将计量装置设计安装在小型移动式计量房内， 方便随时撬装。 用软管将计量装置与井口或计量站管线连接，实现油井液量、气量、原油含水率、原油产量等参数的测试。 小型移动式计量房和计量装置的实物图见图 4。

　　为了满足车载以及安装计量装置的要求, 房子总长为 4 800mm,高度为 3 000mm,宽度为 1 950mm。 [p]

现场实验

2008 年 9 月 16 日， 移动式油井原油产量计量装置吊装到现河采油二矿采油六队的河 68-4 计量站，经过一段时间的安装、调试，装置运行正常后，于2008 年 10 月 8 日～11 月 18 日， 进行了为期 42 天的试运行，并于 2008 年 11 月 23 日对装置的应用效果进行了现场测试。

　　1 现场测试思路

　　计量装置测量的油井产量与标准器数据对比，得出计量装置的计量误差，同时对油路、水路取样化验，验证计量装置的分离效果。

　　测试的基本原理采用静态容积法比对的方法，分离后油路含水原油进入 1m³的二等标准金属量器， 水路含油污水进入经过检定的 10m³的金属罐，测试过程中分别在油路和水路取样， 送至油田质检所化验，得到油路含水率和水路含油率。油量标准值为 1m³金属量器中的原油量与 10m³的金属罐中的原油量的总和; 水量标准值为 1m³金属量器中的水量与 10m³的金属罐中的水量的总和。

　　2 测试数据分析

　　通过现场严格测试， 此次测试的油量测量误差为 3.68%，液量测量误差为 3.04%。 具体测试数据见表 4。 由测试结果可知，移动式油井原油产量计量装置符合液量误差和油量误差小于 5%的设计要求，满足胜利油田单井计量的要求。

　　移动式油井原油产量计量装置较好地解决了传统计量装置不能连续、准确计量的问题，可以克服来液含水率高、气量少对测量仪器计量准确度的影响，保证了油井油气水产量计量的准确性。

　　下一步工作思路

移动式油井原油产量计量装置通过对油气水的高效分离以及先进的控制模型，实现了油井产量的连续准确计量，适用范围广，自动化程度高，较好地解决了油田油井产量准确计量的难题。 今后在油田的生产管理中将发挥巨大的作用。 下一步工作思路如下。

　　(1)对油田重点油井原油产量进行巡回监测

　　采用移动式油井原油产量计量装置对重点油井原油产量进行巡回监测，对于产量稳定的油井，适当延长测量周期。 对于产量波动大，或有异常情况的油井，增加测量次数，密切监控油井产量和其他生产参数。

　　(2)对现有计量装置进行校验

　　通过现场测试油井产量， 对比现有计量装置的计量结果， 得出现有计量装置的计量误差和修正系数，以便对现有计量装置的计量结果进行修正。

　　(3)为油井施工效果评价提供依据

　　对油田维护作业井和措施作业井作业前后产量进行对比测试，结合示功图初步判断油井地下工况，为作业效果评价提供科学依据; 对油田采用新技术开发的油井进行产量测试， 科学评价新技术的实施效果。

　　[参考文献]

　　[1] 高鹏.离心分离在油气工业的应用日渐广泛[J].中国海上油气(工程)，1999,11.

　　[2] 王跃进,袁惠新,赵晓梅.旋流分离技术在石油工业中的应用[J].石油矿场机械,2003,32(1):34～36.

　　[3] 魏立新,刘 扬,张乐天.液-液水力旋流器的模拟分析与结构优化[J].石油机械,2006,34(1).

　　[4] 李卫东，周芳德 ，李会雄 ，等.油水两相旋流分离试验[J].油气田地面工程，1997,16(6).

　　[5] 赵庆国.液-液水力旋流器的研究与开发应用[J].化学工业与工程，2000,17(3):141~148.

　　[6] 苏欣,范小霞,袁宗明,等.多相流量计研究与应用[J].石油工业技术监督,2005:34~37.

　　[7] 张鸿初.油田原油脱水[M].北京:石油工业出版社,1990.