自平衡雙罐稠油計(jì)量裝置的研發(fā)及使用

杜元?jiǎng)?杜文文（中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司新疆石油勘察設(shè)計(jì)研究院 834000）

一、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)背景

新疆油田公司有很多稠油區(qū)塊：如百重7、紅003、重32井區(qū)等。百重7及紅003產(chǎn)一般稠油(50℃時(shí)500～10000)；重32產(chǎn)特稠油（50℃時(shí)10000～ 50000 M Pa.S）；有的區(qū)塊還產(chǎn)超稠油（50℃時(shí)＞50000 M Pa.S)。因稠油粘度高，一般采取向地層注入高溫高壓蒸汽的開(kāi)采方式，故井口出油特點(diǎn)是：粘度高、溫度高、含沙量大、含蒸汽、含泡沫油、含微量天然氣，計(jì)量難度甚大。對(duì)單井稠油的計(jì)量國(guó)內(nèi)外尚無(wú)成熟的計(jì)量設(shè)備，近幾年來(lái)常用的“稱(chēng)重式稠油計(jì)量器”，使用效果不好（計(jì)量誤差太大，通常為±20%～±40%)，用戶不滿意。

單井稠油的計(jì)量問(wèn)題一直沒(méi)有得到良好的解決，為了解決這一難題。我們研發(fā)了本計(jì)量裝置。

二、雙罐稠油計(jì)量裝置的構(gòu)成及工作原理

1.裝置構(gòu)成

如下圖，主要由2個(gè)立式計(jì)量分離器、1臺(tái)進(jìn)油防爆電動(dòng)三通球閥、1臺(tái)排油防爆電動(dòng)三通球閥、2臺(tái)防爆雙法蘭差壓變送器、2臺(tái)防爆液位開(kāi)關(guān)、1套防爆PLC計(jì)量監(jiān)控儀及工藝閥門(mén)等組成。裝置以撬裝成套設(shè)備提供于用戶。

2.工作原理

（1）計(jì)量過(guò)程

進(jìn)油電動(dòng)三通球閥Z V-1和排油電動(dòng)三通球閥Z V-2在PLC計(jì)量監(jiān)控儀的控制下總使得：當(dāng)1#計(jì)量分離器計(jì)量時(shí)，2#計(jì)量分離器處于自然排油或憋壓排油狀態(tài)(此時(shí)1#分離器分離出的氣相經(jīng)過(guò)平衡管進(jìn)入2#分離器→Z V-2→再進(jìn)入集油干線);反之，當(dāng)2#計(jì)量分離器計(jì)時(shí),1#計(jì)量分離器處于自然排油或憋壓排油狀態(tài)(此時(shí)2#分離器分離出的氣相經(jīng)過(guò)平衡管進(jìn)入1#分離器→Z V-2→再進(jìn)入集油干線)。如此過(guò)程循環(huán)往復(fù)。

（2）計(jì)量原理

用雙法蘭差壓變送器測(cè)量分離器內(nèi)液柱高度的壓差Δ P，隨著液位的上升，當(dāng)Δ P=Δ P1(計(jì)量下限)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)t 1，當(dāng)Δ P=Δ P2(計(jì)量上限)時(shí)停止計(jì)時(shí)t 2。PLC程序根據(jù)定值Δ P2、Δ P1和計(jì)量時(shí)間△t=（t 2-t 1）及分離器內(nèi)徑D即可計(jì)算出單井日產(chǎn)液量（t/d）。

三、雙罐稠油計(jì)量裝置的技術(shù)特點(diǎn)及保護(hù)措施

1.技術(shù)特點(diǎn)

（1）一個(gè)罐計(jì)量時(shí)另一個(gè)罐憋壓排油，計(jì)量與排油同步進(jìn)行，計(jì)量的連續(xù)性好、排油效果好。

（2）與其它稠油計(jì)量裝置相比：計(jì)量精度高、計(jì)量范圍很寬（0.6～100 t/d）、因此對(duì)稠油井的適應(yīng)性很強(qiáng)。

（3）配合電動(dòng)多通閥可實(shí)現(xiàn)“多井人工排序、自動(dòng)選井、自動(dòng)計(jì)量”。在定時(shí)計(jì)量方式下，當(dāng)定間到時(shí)，為確保計(jì)量精度PLC程序具有不滿罐比例計(jì)算功能。

（4）露天安裝式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

（5）撬裝化設(shè)備的諸多優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)。

2.保護(hù)措施

（1）分離器過(guò)壓安全保護(hù)

在兩罐氣相平衡管上安裝一個(gè)安全閥，當(dāng)任一罐內(nèi)壓力超限1.6 M Pa時(shí)，安全閥都會(huì)起跳泄壓。

（2）分離器液位冒罐保護(hù)

每罐罐頂都裝一個(gè)懸錘液位開(kāi)關(guān)，懸錘由不粘油材料制成。當(dāng)差壓液位變送器故障時(shí)，罐內(nèi)液位有可能因PLC檢測(cè)不到高限信號(hào)(Δ P2)繼而會(huì)持續(xù)上升至“冒罐”。但當(dāng)液位上升到懸錘開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，PLC便會(huì)根據(jù)懸錘開(kāi)關(guān)的信號(hào)強(qiáng)令排油電動(dòng)球閥Z V-2換向排液，這就防止了“冒罐”。

（3）分離器內(nèi)部防凍保護(hù)

當(dāng)不計(jì)量時(shí)總是一罐進(jìn)/出口常通、另一罐進(jìn)/出口常閉；在冬季，為了防止不計(jì)量時(shí)常閉罐內(nèi)受凍，程序使兩罐“通/閉”狀態(tài)每隔2小時(shí)自動(dòng)切換一次。

四、裝置的實(shí)際使用效果及使用中存在的問(wèn)題

1.使用效果

新疆紅淺油田采取“蒸汽吞吐”開(kāi)采方式，本計(jì)量裝置應(yīng)用到了紅淺油田紅 003井區(qū) 1#計(jì)量站，首用實(shí)踐中經(jīng)過(guò)了冬季嚴(yán)寒的時(shí)段，這是四季中工況最差的階段，研發(fā)人員幾十次去現(xiàn)場(chǎng)考察裝置的運(yùn)行狀況，對(duì)本計(jì)量裝置從原理、功能、動(dòng)作過(guò)程、計(jì)量精度、人機(jī)界面、操作方法、安全措施、安裝情況等多方面進(jìn)行了考察驗(yàn)收。實(shí)踐表明：計(jì)量裝置運(yùn)行良好、安全可靠、計(jì)量精度高。

2.抽查誤差分析

（1）計(jì)量常數(shù)的確定

計(jì)量常數(shù) :C=0.25π D2ρ(Δ P2-Δ P1)。它可以用水標(biāo)定，也可以計(jì)算近似確定：當(dāng)罐內(nèi)徑D=0.6 m△P1=0.1m水柱△P2=0.6 m水柱 時(shí)C=0.1414 t。

下舉一個(gè)同原理的雙容積計(jì)量裝其計(jì)量常數(shù)標(biāo)定與計(jì)算相比的例子:2008年12月，研發(fā)人員與用戶技術(shù)監(jiān)督人員，對(duì)烏33井區(qū)10號(hào)站計(jì)量裝置的計(jì)量常數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定值與計(jì)算值的實(shí)踐對(duì)比，見(jiàn)下表:

計(jì)算計(jì)量常數(shù) C j=0.1769(t)標(biāo)定條件標(biāo)定計(jì)量常數(shù)相對(duì)誤差D=0.8 m △P2-△P1=0.35mm水柱 ρ水=1(t/m3)C b=0.1761(t)（C j-C b）/C b×100%=0.454%

二者誤差很小，可見(jiàn)計(jì)量常也可以用計(jì)算來(lái)確定，但有條件時(shí)還是應(yīng)標(biāo)定一下。

（2）計(jì)量誤差分析

由日產(chǎn)量計(jì)算公式:(t/d)n—計(jì)量次數(shù)

可知：因PLC的計(jì)時(shí)和運(yùn)算精度都是很高的，故計(jì)量誤差主要來(lái)源于采用計(jì)量常數(shù)與實(shí)際計(jì)量常數(shù)與間的偏差。當(dāng)罐內(nèi)徑D=600 mm而△P1=100 mm水柱 △P2=600 mm水柱 時(shí) C=0.1414t。 假設(shè)：罐內(nèi)壁粘了一層3 mm厚的油垢、且差壓變送器（0～1400 m水柱）精度由±0.2%降低為±1%此時(shí):D n i n=600-6=594mm 差壓最大絕對(duì)誤差:ε=1400×（±1.0%）=±14mmH2O 那么：Δ P2-Δ P1=（600±14）-（100±14）=500±28=472～528 mmH2O則實(shí)際計(jì)量系數(shù):C n i n=0.1335t

而因?qū)嶋H工況遠(yuǎn)比假設(shè)最壞工況好得多，故實(shí)際計(jì)量誤差完全可以滿足計(jì)量規(guī)范要求的精度≤±10%。

3.使用中存在的問(wèn)題及改進(jìn)對(duì)策

存在的問(wèn)題

（1）雙法蘭差壓液位變送器上膜盒安裝于分離室，下膜盒安裝于計(jì)量室。導(dǎo)致檢修不方便、量程大。而量程大→測(cè)量絕對(duì)誤差大→計(jì)量誤差增大。

（2）因裝置進(jìn)、出口始終為密閉通路，分離器液位“冒罐”無(wú)什么安全風(fēng)險(xiǎn)，故在分離器頂端裝液位開(kāi)關(guān)防止“冒罐”意義不大。

（3）安全閥安裝位置高，不便于檢修。

改進(jìn)對(duì)策

（1）將雙法蘭差壓液位變送器上/下膜盒均安裝于計(jì)量室的上/下部。將使：檢修方便、變送器量程變小→測(cè)量絕對(duì)誤差減小→計(jì)量誤差減小。

（2）去掉分離器頂裝液位開(kāi)→降低成本。

（3）將低安全閥安裝位置或設(shè)檢修平臺(tái)→便于檢修。

結(jié)語(yǔ)

綜上，通過(guò)以上驗(yàn)收和實(shí)際使用效果可以得出，XT G-LE 0.6 X1.8-1.6自平衡雙罐稠油自動(dòng)計(jì)量裝置的研發(fā)取得了成功，并且可以大量應(yīng)用于今后的新/老一般稠油區(qū)塊中。

[1]李秋蓮.稠油計(jì)量方式的選擇與探討[J].油氣田地面工程，2009，28（9）.

[2]周大勝，支印民，尹志成，孟強(qiáng)，李玉君.超稠油水平井分層開(kāi)發(fā)技術(shù)[J].特種油氣藏，2014(02).