勝利油田海洋平臺油氣計量裝置的發展

盧壯杰

(勝利油田 勝利工程設計咨詢有限責任公司,山東東營 257026)

勝利油田海洋平臺油氣計量裝置的發展

盧壯杰

(勝利油田 勝利工程設計咨詢有限責任公司,山東東營 257026)

介紹了勝利油田海洋平臺典型的油氣計量裝置的結構、工作原理及發展歷程。通過對比分析各種計量裝置的應用效果,提出勝利海洋平臺計量裝置的選取依據,為自動化生產管理提供準確的計量數據奠定基礎。

海洋平臺;單井計量裝置;流量計

Abstract:Structure,operating principle and development history of typical oil and gasmeasuring device are introduced.Choice basis ofmeasuring device on Shengli offshore platform is proposed by comparing variousmeasuring devices application effect to lay the foundation for accurate data of automated production management.

Key words:offshore platform;single wellmeasuring;flow rate meter

單井計量是油田各項計量工作中工作量最大、最繁瑣的一項基礎工作,采集的數據主要用于油田生產過程中油井產量計算、儲量控制和生產管理,數據的準確性會影響到生產決策[1-2]。由于海上油田開發的特殊性,對油井計量技術提出了更高的要求,主要有 4點:①故障率低,計量精度高;②結構緊湊,占用空間小;③自動化程度高,適應無人值守要求;④具有“三防”功能 (防霉、防潮、防鹽霧),適應海洋惡劣環境。目前,勝利油田海洋采油廠無人職守的衛星平臺已實現生產數據的自動采集、傳輸、監測和油井安全生產自動控制。由于油井產量波動大、產出物流態不穩定等原因導致了計量數據的不準確。為了提高海上油井計量的準確性,對勝利海上平臺應用的油氣計量裝置展開調研,結合其應用效果進行評價。

1 勝利油田海洋平臺單井計量裝置的發展

目前,勝利油田海上主體區域采用衛星平臺、中心平臺和陸上控制中心的三級布站、兩級管理模式,采用衛星平臺與中心平臺相結合的集輸方式[3]。典型計量工藝流程如圖1。

圖1 勝利海洋平臺油氣計量工藝流程

隨著生產管理水平的提高,勝利海上油氣計量系統的發展主要經歷了 3個階段:分離器單獨計量階段、分離器和流量計配合計量階段和三相流量計計量階段。如表1。

表1 勝利海洋平臺單井計量裝置統計

1.1 手動玻璃管 (磁翻轉)液位計量油裝置

該系統由立式兩相分離器、玻璃管液位計 (或磁翻轉液位計)及進口閥門組成,如圖2。

油井產出的油水混合液及伴生氣流入計量分離器,通過人工調節進出口閥門,調節分離器液位上升與下降,記錄測量的時間。根據分離器截面積、測量高度及測量時間,折算全天產液量和產氣量。

優點:流程簡單,投資少;對產量穩定的油井,計量準確性高。

缺點:對于產量波動較大的油井,計量準確性低;計量過程全手動,勞動強度大。

圖2 手動玻璃管液位計量油裝置

1.2 兩相分離儀表計量裝置

1.2.1 兩相分離變壓控制儀表計量裝置

該裝置在勝利海洋平臺上廣泛應用,主要由油氣分離器、油氣三通調節閥、質量流量計、旋進漩渦流量計等組成,如圖3。

油氣分離器將油井采出液進行氣液分離,氣體和液體分別經過氣體流量計、質量流量計計量后浮子液位油氣調節閥合流外輸。

a) 變壓控制原理 油氣兩相分離器的液面和壓力由 1臺浮子液位油氣調節閥控制。浮子液位調節閥主要由浮子連桿機構和合流三通調節閥組成。閥門內部的組件用來控制液、氣流量。浮子連桿機構用來檢測分離器的液面,并控制調節閥閥芯的位置。調節閥的氣、液進口分別與油氣分離器的氣、液出口相連,氣液混合物出口與井組平臺的外輸管線相連。

圖3 兩相分離變壓控制儀表計量裝置

b) 質量流量計

①直接式 流量計的輸出信號直接反映質量流量。

②推導式 (也稱間接式) 分別檢測流體體積流量和密度,通過乘法器的運算得到反映質量流量的信號。

勝利海洋平臺選用的質量流量計主要為直接式質量流量計,例如,美國羅斯蒙特、德國科隆質量流量計。

特點:線性輸出,不受溫度、壓力、密度、流速分布、粘度和電導性變化影響,具有防爆、防塵的功能。

c) 旋進漩渦流量計[4]主要由旋進漩渦流量傳感器、流量積算儀、溫度傳感器、壓力傳感器 4大部分組成。如圖4。

圖4 旋進漩渦氣體流量計

進入流量計的流體,通過旋渦發生器產生旋渦流,旋渦流在文丘利管中旋進,到達收縮管突然節流使旋渦流加速。在旋渦流產生區域放置壓電傳感器以檢測旋渦流的頻率,此頻率信號經放大器放大、濾波、整形后轉化成正比的脈沖信號,送往流量積算儀進行運算處理。

特點:無機械可動件,不易腐蝕,可靠性好;具有防爆功能。

1.2.2 柱狀旋流式氣-液分離器計量裝置 (GLCC)

GLCC多相流計量裝置在 KD34B等平臺上成功應用,主要由 GLCC氣液兩相分離系統、控制系統、計量系統 3大部分組成,如圖5。

柱狀旋流式氣-液分離器是利用重力和旋流兩種方式進行氣液分離,利用 PLC軟件通過調節控制氣、液兩路電動調節閥從而保證分離器液位的平穩,分離出的氣與液分別以旋進漩渦流量計和質量流量計進行計量。

優點:體積小,質量輕,計量精度高,占地面積小。

缺點:在產量變化較大時,旋流分離效果差,液位控制不穩定。

圖5 柱狀旋流式氣-液分離器計量裝置示意

1.3 三相分離儀表計量裝置

目前,海洋采油廠已采用 6套三相分離計量裝置,應用效果良好。該裝置由分離器、測量儀表、控制儀表、信號采集和控制單元等組成,如圖6。

圖6 三相分離儀表計量裝置

油井產出物進入分離器入口后,液體和氣體初步分離。分離后的大部分氣體經除霧器后進入氣管道,通過氣相流量計進行計量,而液體經過消能裝置后,從容器底部進入水室,在水室內油水在重力作用下自然分層。當水室液體界面上升到油室頂部時,低含水液體逐漸溢入油室。水室底部的游離水進入水管道通過水路流量計進行計量,油室原油進入油管道通過油路流量計進行計量。

特點:可以將油、氣、水 3相分開單獨計量,計量數據準確,使用效果良好。

1.4 在線不分離多相流量計

在線不分離多相流量計[5-6]在國外已有應用的先例,但在國內受資金限制,三相流量計很少應用于海洋平臺單井的計量。

伽馬源吸收測量法利用了流體的物理特性,即在不同流體中有不同的伽馬源吸收特性,這一特性與混合物的密度有關,利用這種方法可以確定氣液流體中的氣分率。該技術采用文丘里測量氣液混合物的總流量,單能伽馬流量計測量含氣率,從而計算氣量和液量;雙能伽馬射線相分率計測定含水率和含氣率,從而計算出油、氣、水各自的產量 ,流程如圖7。

優點:工藝簡化,占用空間小。

缺點:油井產出物成分不均勻時,在流動中易形成復雜流態,造成計量的不準確。

圖7 在線不分離多相流量計

2 國外海洋平臺計量裝置的技術現狀

國外油井計量仍以傳統的油井計量模式為主,即分離器用以完成油井產出物的氣液分離或油、氣、水分離,由相應的流量儀表、含水分析儀等完成油、氣、水的計量,如圖8。油井計量系統結構變化不大,但是配備的儀表和自動化不斷發展,特別是計算機技術的突飛猛進,為高自動化、高精度提供了技術保障。

圖8 國外計量裝置應用

多相計量技術近 10 a才在油井計量中發展應用,由于其結構沒有分離器等,使得占地面積大大減小,此技術在國外海洋平臺和海底油田開發得到推廣應用。但至今沒有一臺儀表可以測量全流型及計量在 0～100%范圍內任意濃度混合的油、氣、水混合液,這項技術仍處于飛速發展階段。

3 結論

手動玻璃管液位計量油裝置雖價格低廉,但不滿足信息化管理要求,不符合勝利海洋石油開發的信息化建設;兩相分離變壓控制儀表計量裝置因其適中的價格且測量數據可及時上傳,故在勝利海上平臺應用最為廣泛;三相分離計量裝置計量數據準確,應用效果良好,價格適中,現在被推廣使用;柱狀旋流式氣液分離器計量裝置 (GLCC)和在線不分離多相流量計量裝置雖然分離效率高、體積小、應用情況良好,但因其高昂的價格而未能廣泛應用。

建議對國外海洋平臺多相流量計應用進行充分調研,并積極開展實驗室模擬,為勝利海洋平臺的油氣計量技術創新發展提供幫助。

[1] 何紅艷,童新華,董守平.最小二乘加權法在多相計量中的應用[J].石油礦場機械,2009,38(6):46-48.

[2] 馬 強.稱重式油井自控計量器研制與應用[J].石油礦場機械,2010,39(2):52-54.

[3] 王紹忠,孫陳清.勝利海上埕島油田油井計量技術[J].計量與測試技術,2004(4):27-30.

[4] 王紹忠,孫陳清.天然氣計量技術的應用 [J].石油礦場機械,2004,33(3):64-67.

[5] 竇劍文.多相計量技術與產品的應用前景[J].石油礦場機械,2000,29(1):1-4.

[6] 聶炳林,曹德國.海洋平臺流量計的選用 [J].計量技術,2002(5):23-25.

Development of Oil and Gas Measuring Device on Shengli Offshore Platform

LU Zhuang-jie
(Shengli Engineering&Consulting Com pany Ltd.,Dongying257026,China)

TE953

B

1001-3482(2010)05-0089-04

2009-11-16

盧壯杰 (1984-),男,山東章丘人,2007年畢業于中國石油大學,從事海洋工程設計工作,E-mail:luzhuangjie999@sina.com。