XF-2005III兩相計量撬在塔中油田的應用

李凱，熊竹順，王吉福，閻逸超

中國石油塔里木油田分公司塔中勘探開發項目經理部塔中作業區(新疆庫爾勒841000)

XF-2005III兩相計量撬在塔中油田的應用

李凱，熊竹順，王吉福，閻逸超

中國石油塔里木油田分公司塔中勘探開發項目經理部塔中作業區(新疆庫爾勒841000)

傳統的兩相分離器難以滿足塔中油田目前的生產計量現狀，腐蝕、結垢、串液等問題均有出現，極大地影響了單井的計量工作。為了解決計量問題，于2012年啟動了計量改造項目，在轉油站及各閥組間安裝了基于分離和非分離相結合的新型計量裝置-XF-2005III計量撬，通過現場的實際試驗、對比、驗證，該計量分離器具有體積小、精度高、測量準確性高、操作簡單、存儲便捷等優點，適合在沙漠腹地使用。同時，對XF-2005III型兩相計量撬在設計上的一些缺陷進行了分析和探討，并進行了改進。

塔中油田;兩相計量撬;流量計;液位控制;油井

近30年來'隨著油氣勘探開發向深海、遠海以及沙漠、極地等自然環境惡劣區域的擴張'石油工業對于新的油氣開采和輸送技術的需求日益增長。多相流量計是上述油、氣田多相生產模式中所必需的。XF-2005Ⅲ系列氣液分離計量裝置可以取代傳統的測試分離器'實現油、氣井產物在線連續實時監測。與測試分離器相比'多相流量計無論在技術上或是經濟上都具有無可比擬的優勢，它可以準確計量油氣井的產量[1］。

目前'塔里木油田各井站的產量計量存在的主要問題如下:①傳統氣液分離計量裝置體積大'安裝工作量大'投資高且移動不便;②計量精度不能滿足現階段油氣藏精細化管理的要求;③取樣化驗工作量大'對于含水波動大的凝析氣田'無法取得計量期間連續含水量變化;④對于高壓、超高壓氣井'無法取樣化驗含水'出水量變化無法及時了解;⑤產量計量精度偏低'不能滿足目前對油氣藏開發的要求;⑥自動化程度低'現場生產靠人工操作'數據無法遠傳監控[2］。

1 XF-2005III流量計工作原理

該裝置是基于分離和非分離相結合的計量技術'如圖1所示。單井來液(氣、液兩相流)由一個傾角向下的管道切向進入分離器'在旋轉產生的離心力及重力作用下發生分離'形成一錐狀氣液界面'液相沿著分離器壁沉積在底部'從分離器底部經質量流量計計量進入測量管道'上方氣相或含液氣相通過孔板差壓噪聲法對氣相進行測量和對含液氣相中的液相進行二次測量'所有計量數據在兩相流量計算機中計算并顯示。氣、液分別計量后在三通閥處匯合流出裝置。氣液交匯處的電動調節三通閥用來控制平衡'使分離罐內液位保持在一定范圍內[3-4］。

2 裝置各組成部分及特點

XF-2005III型兩相計量裝置主要結構由部件編號為1～6的高效分離器、液體流量計、氣體流量計、電動三通閥、流量計算機、液位計組成。其主要部件的功能分別介紹如下。

圖1 分離原理圖

2.1 過濾器

在裝置的進口處'起到對裝置的保護作用'可以過濾較大異物'采用雙向自清洗濾芯'清洗簡單方便。

2.2 多管束高效旋流分離器

此部分為該裝置的核心部分之一'采用了較細的多管束'用環形管把它圍成一圈再分離'從環形管中分別切向進入每一根單管的方法'極大地提高了分離能力又保證了分離效果[5］'每根管的直徑為124mm'等同于管道'不影響生產流程;不屬于壓力容器'不用安裝安全閥'避免每年送檢給生產帶來影響。

2.3 液體流量計

該裝置液體流量計采用的是質量流量計'質量流量計是基于科里奧力原理[6］'它不僅能準確的測量液量質量'而且還能測量密度和當前溫度下的體積。質量流量計可靠性高、精度高、但怕竄氣'所以需要很好的分離效果作為保證。

2.4 氣體流量計

該氣體流量計一是可用來測量氣體流量;二是對氣體中帶走的少量液量進行二次測量(利用氣體中含有液體時孔板會產生差壓脈動這一固有特性)。孔板流量計可靠性高'孔板量程比可達到50:1。

2.5 兩相流量計算機

兩相流量計算機承擔著整個裝置的總指揮系統'它實現裝置的計量、自動控制及小流量控制功能。可顯示氣液日產量、油含水、氣液流量累積、溫度、壓力、測量時間;數據停電時永久保留、無紙記錄功能、各參數記錄曲線'U盤讀取功能。停電恢復時自動啟動及計量'外存儲器讀取數據時不會中病毒。另裝置留有排污閥門及旁通流程'以便對裝置進行保養及維修。

2.6 液位控制裝置

該液位控制裝置主要由差壓液位傳感器和電動調節三通閥組成'液位是被控制在設定的范圍內'以免出現液路竄氣和氣路竄液'也是完成小流量控制的關鍵所在。當停電或電動三通閥出現故障時'氣路和液路總有一路或兩路是打開的'不會造成憋壓'保證了設備的安全運行。

3 現場標定及應用

3.1 標定方法

現場計量標定采用液相罐車稱重的方法計量質量'氣相通過標準表計量對比進入計量系統的方法來進行計量標定'即單井來液經XF-2005III分離后液路從裝置三通閥前分離出來走排污口計量后進油罐車'氣路計量后走原生產流程。

3.2 標定過程

如圖2所示'將XF-2005III型計量分離器液相出口連接至油罐車進口'氣相出口直接連接至原計量系統'整個計量過程采用罐車計量稱重方式來對比液體質量'油罐車單獨固定使用'避免誤差'使用平均數進行計算'保證計量準確性。3.3應用結論

圖2 標定工藝流程切換示意圖

從表1、表2中可以看出標定數據記錄表中液相最大誤差為1.64%'氣相最大誤差為2.32%'都小于5%'符合裝置設計范圍內。

傳統計量裝置'液量和氣量邊進邊出'當流量特別小時流量計無法計量出流量大小'這是所有儀表的固有特性即量程下限'所以在低產井計量時原計量裝置計量結果都遠遠小于罐車稱重結果。由于XF-2005III具有小流量控制功能(該裝置亮點功能)'將一定時間內的液量累積于分離器中'待液位達到設定上限時一次壓出分離器'使其流量在可測范圍內'保證XF-2005III在測小液量時的準確性。

表1 液位標定數據記錄對比表

表2 氣相標定數據記錄對比表

4 XF-2005III撬裝計量裝置技術指標特點

4.1 技術指標

塔中油田所用XF-2005III型計量撬技術指標如表3所示。

4.2 計量裝置特點

1)采用油、氣、水不分離計量技術，摒棄造價昂貴的基于測試分離器的計量站(測試分離器)、計量管線和管匯，從而為節省大量的投資、縮短建設周期、降低操作費用和改善油藏管理等提供了可能性，測量結果不受流型影響，并能長期在各種工程環境下工作。

2)可實時在線連續測量單井的氣液流量'分離效果好、數據更可靠、計量精度高'實時流量數據被儲存在儀表中'以備日后查詢'儲存時間最長可達一年以上。

3)液位計采用磁翻板與雙法蘭液位雙測試;電動三通球閥，安裝在罐底部出口與上部出口以及流量計總出口連接'可對測量結果進行校驗和修正，有效克服了結蠟、結垢、油水變化等因素對流量計計量的影響;內設可燃氣體與硫化氫檢測探頭'并與軸流風機控制連鎖'保證在油氣泄漏時強制緊急通風;采用316L材質和旋流分離技術'結構較小'流速較高'在一定程度上解決了腐蝕和結垢嚴重問題'清洗方便。

4)采用撬裝方式'集成化程度高'移動方便'易安裝、易拆卸維護。

5)控制系統具有良好的操作界面'數據顯示明了'操作簡單'并且在計量時無需人工干預'儀表自動完成控制'極大地降低了工人的勞動強度。停電恢復時自動啟動計量'外存儲器讀取數據時不會中病毒'讓裝置的正常運行更多了一份保障。通過U盤讀取數據(包括測量記錄、掉電記錄、報警記錄及歷史數據曲線)'其中歷史數據曲線為技術分析單井工況提供了一個很好的數據參考。

表3 XF-2005III型計量撬技術指標

5 XF-2005III撬裝計量裝置綜合適應性分析

5.1 設備綜合評價

雖然在新油田的開發中兩相流量計計量技術已被作為首選油井計量技術'在此次塔中油田片區實驗性使用'也體現了其體積小'結構緊湊'分離效果好'同時可以實時在線連續測量單井氣液流量'數據可靠'計量精度高'且具有測量介質范圍廣等優勢。但兩相流計量技術目前仍處于成長時期'對于高產液單井、氣量較大單井計量還存在局限性'需要更多的理論支持與實踐驗證。

5.2 經濟效益綜合評價

通過前期應用來看'能明顯節省工程資本。主要體現在以下幾方面:①裝置占地面積小'工程投資少'每套裝置費用節約13萬元;②本裝置不在最新國家壓力管道容器標準范圍內'避免了送檢和檢測容器的費用'一次節約可達1.2萬元;③人工運行費用少'該項技術引進以后'減少兩人操作費用'約20萬元。

6 撬裝計量裝置存在的問題及建議

1)按照TSGR 0004-2009《固定式壓力容器安全監察規程》即《容規》關于壓力容器的定義[7］'該裝置不屬于壓力容器'不用安裝安全閥'每年亦無壓力容器的送檢影響生產'等同于管道'不影響生產流程。

在實際的生產中'發現氣體計量分為大計量、小計量兩個旁路'雙氣路自動選擇及小液量控制功能'遇到氣舉井出液不正常'一會出氣'一會出液'氣體計量在氣路時'突然氣量增大'大計量來不及導通'這時會導致分離器壓力升高'在分離器進出口處安裝安全閥以達到泄壓的目的。

2)磁翻板液位計引壓管線未安裝上下手閥'不便于液位計的清理、維修'引壓管安裝應垂直于分離器、磁翻板液位計筒體本體'不應該有一定的傾斜度'不符合HG/T 21584-1995《磁性液位計》[8］。

3)可燃氣體探頭安裝位置應符合GB 50493-2009《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范》[9］“6.1.2檢測比重小于空氣比重的可燃氣體或有毒氣體的檢(探)測器'其安裝高度應高于釋放源0.5～2m”'應安裝在房頂稍高位置'比較合適。

4)分離裝置增加了入口過濾器自動清洗功能'主要是通過氣體對過濾器反面進行反吹來實現對過濾器的清洗'只能實現過濾器自身反清洗功能'可能會將過濾器的堵塞物完全反吹至單井計量系統內'造成計量管線、閥門損壞'應制作成可拆卸式過濾器'便于清理。

7 結論

XF-2005III計量裝置在塔中油田被成功使用'在流量不斷變化的情況下取得了良好的測量效果'相對于傳統人工計量方式'自動計量具有更好的適用效果'連續測量精度較人工計量更高、更穩定'更能反應出單井產量變化'更利于從單井產量分析出油井工況。滿足油井單井計量的要求，可以實時在線檢測油井的生產工況，提高了油井的生產效率'為該裝置在塔里木油田的推廣提供有利保障及參考。

[1］紀紅'宋磊'張彥林'等.油井多相流計量技術[J］.石油規劃設計，2008'19(5):44-46.

[2］符長梅，曾冠鑫，方傳卓.基于GLCC高效分離技術的分離計量撬[J］.油氣田地面工程'2011，30(12):73-74.

[3］林俊豪'李玉榕'杜民'等.XF-2005氣液兩相流流量計及其在油井中的應用[J］.福州大學學報:自然科學版'2010，38(3):397-400.

[4］仇晨'劉培林'尹豐'等.一種新型的高效節能GLCC分離器在中海油的應用研究[J］.中國海洋平臺'2010，25(5): 45-48.

[5］鄭華輝.旋流分離器在石油化工中的應用[J］.裝備制造技術'2008(12):180-181.

[6］董紅超，陳良.科里奧利質量流量計原理及其應用[J］.艦船防化'2004(4):44-47.

[7］TSGR 0004-2009固定式壓力容器安全監察規程[S］.

[8］HG/T 21584-1995磁性液位計[S］.

[9］GB 50493-2009石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規范[S］.

The traditional two-phase separator is difficult to meet the current metering status in Tazhong Oilfield，and corrosion，scaling and liquid channeling greatly influence single-well metering.For solving these problems，a new metering device XF-2005III is installed in oil gathering stations and between valve groups.The application shows that XF-2005III metering device is of the advantages of small size，high accuracy，simple operation and convenient storage，and it is suitable for use in desert.The design defects of XF-2005III are studied，and they are improved.

Tazhong oilfield;two-phase metering device;flow meter;liquid level control;oil well

左學敏

2014-11-20

李凱(1983-)'男'工程師'現主要從事油氣開采工作。