新疆油田紅淺火驅(qū)開發(fā)單井計量工藝研究

李征帛，馬 兵，趙 虎，張春雷

（新疆石油勘察設(shè)計研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

新疆油田多個稠油開發(fā)老區(qū)已經(jīng)進入注蒸汽開發(fā)后期，操作成本持續(xù)上升，經(jīng)濟效益日益降低。火驅(qū)采油工藝具有采收率高、生產(chǎn)成本低等特點，是提高新疆油田稠油開發(fā)采收率的有效途徑。紅淺1井區(qū)火驅(qū)先導(dǎo)試驗區(qū)自2009年建設(shè)以來，取得了較好的開發(fā)效果，形成了較為成熟的地面相關(guān)配套技術(shù)和現(xiàn)場管理體系，適應(yīng)于稠油油田老區(qū)的二次開發(fā)，并正在進行工業(yè)化的推廣[1]。

雖然紅淺火驅(qū)先導(dǎo)試驗取得了成功，其仍然存在一些問題。由于火驅(qū)采出液的復(fù)雜性，至今沒有找到一種適合紅淺火驅(qū)、有效、準(zhǔn)確的單井計量方法。

本文通過對現(xiàn)有主要單井計量方法的對比，結(jié)合紅淺火驅(qū)采出液的特點，找到適合紅淺火驅(qū)單井計量的計量方法，并通過對計量裝置的改進，得到適合紅淺火驅(qū)的單井計量工藝。

1 紅淺火驅(qū)單井計量現(xiàn)狀

1.1 紅淺火驅(qū)的生產(chǎn)特點

新疆油田公司選定紅淺1井區(qū)八道灣組油藏開辟火驅(qū)先導(dǎo)試驗區(qū)，試驗?zāi)康膶佑蛯訛樯暗[巖油層。紅淺火驅(qū)采出液物性變化范圍較大，綜合表現(xiàn)為采出液起泡量大、粘度和密度變化范圍大、含水量較大、攜氣量大、間歇出液等。

1.1.1 粘度特性

圖1表示了幾口具有代表性的油井采出液隨時間的粘度變化曲線。從圖中可以看出，有少數(shù)油井的粘度較高，其粘度變化范圍也較大。

圖1 油井采出液的粘度變化曲線Fig.1 The viscosity curve of oil well fluid production

1.1.2 產(chǎn)液量特點

圖2表示了幾口油井產(chǎn)液量的變化情況。從圖中可以看出，在火驅(qū)開發(fā)前期，油井產(chǎn)液量的變化幅度非常大。

圖2 油井產(chǎn)液量變化曲線Fig.2 Oil well fluid production volume change curve

1.1.3 產(chǎn)氣量特點

圖3表示了幾口油井油管產(chǎn)氣量的變化情況。從圖中可以看出，單井油管產(chǎn)氣量的變化非常明顯，其變化范圍很大。

圖3 油管產(chǎn)氣量變化曲線Fig.3 Oil pipeline gas production change curve

2 紅淺火驅(qū)現(xiàn)有單井計量工藝介紹

紅淺火驅(qū)目前使用的單井計量裝置主要有兩種，分別是稱重式計量裝置和雙容積分離器計量裝置。

2.1 稱重式計量裝置

稱重式計量裝置的核心構(gòu)件是一對計量翻斗，如圖4所示，計量翻斗B與計量翻斗C由旋轉(zhuǎn)軸A連接。m1表示計量翻斗B的質(zhì)量，m2表示計量翻斗C與翻斗內(nèi)采出液的質(zhì)量之和，L1與L2分別為計量翻斗B與計量翻斗C所受重力的力臂。油井的采出液進入稱重式計量裝置后，首先落入計量翻斗C。隨著計量翻斗C中的單井采出液量的不斷增多，m2逐漸增大。根據(jù)力矩平衡原理，當(dāng) m2g ×L2> m1g×L1時，翻斗就會自動翻轉(zhuǎn)。計量翻斗C中的采出液在重力的作用下排出，計量翻斗B繼續(xù)進行盛液計量，從而實現(xiàn)單井采出液的不間斷持續(xù)計量[2-4]。

圖4 稱重式計量裝置的原理示意圖Fig.4 The principle diagram of weighing metering device

但是，通過稱重式計量裝置的單井計量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，稱重式計量裝置的計量結(jié)果變化范圍非常大，計量結(jié)果存在較大誤差，分析原因主要有以下三點：

（1）泡沫量大。有時紅淺火驅(qū)單井采出液的泡沫量很大，而且泡沫的強度較高。當(dāng)單井采出液進入計量翻斗后，由于泡沫占據(jù)了一部分體積，使得后續(xù)進入計量裝置的采出液不斷從計量翻斗中溢出，而盛液翻斗始終達不到翻轉(zhuǎn)時所需要的力矩，導(dǎo)致計量翻斗在盛滿的情況下無法翻轉(zhuǎn)，從而經(jīng)常出現(xiàn)計量結(jié)果為零的情況。

（2）攜氣量大。當(dāng)攜氣量很大時，油管來氣在進入計量裝置后很可能會將還沒有盛滿采出液的計量翻斗吹翻，從而造成計量結(jié)果遠(yuǎn)大于實際值。

（3）采出液粘度波動大。當(dāng)采出液粘度較高時，計量翻斗在翻轉(zhuǎn)后，可能無法將計量翻斗內(nèi)的原油排盡，甚至?xí)休^大量的原油留在計量斗內(nèi)，使得下一個計量漏斗在盛滿采出液后無法繼續(xù)進行自動翻轉(zhuǎn)，從而是計量結(jié)果偏小甚至為零。

2.2 雙容積分離器單井計量裝置

雙容積分離器單井計量裝置是通過U形管原理建立壓力等式，通過計算液位計中水柱的壓力，間接計算出容器中采出液的質(zhì)量。不受采出液密度變化的影響，適用性較為廣泛[5]。

如圖5所示，雙容積分離器主要由計量腔、底水、液位計組成。

圖5 雙容積分離器計量裝置原理示意圖Fig.5 The principle diagram of double volume separator metering device

單位時間Δt內(nèi)，隨著進入計量裝置的油井采出液量的增加，計量裝置底水的液面逐漸下降，同時與底水相連通的液位計中的液面逐漸上升，底水減少的體積應(yīng)等于液位計中增加的水的體積。

根據(jù)連通器原理，底水液面下降后，其液面處的壓力應(yīng)該等于液位計中同樣高度液位出的壓力。

從計算公式可以看出，油井產(chǎn)量的計算與采出液狀態(tài)的變化無關(guān)，因此，這種計量方式的準(zhǔn)確性較高、適應(yīng)性較廣。

從理論角度來看，當(dāng)采出液的攜氣量不大時，即由于來氣量的波動，造成液位計與計量分離器中的壓差可以近似忽略不計，雙容積分離器計量裝置的誤差主要來自液位計中液柱高度變化量△H，根據(jù)以往經(jīng)驗，這種誤差應(yīng)在1 cm左右，對計量結(jié)果的影響不大。實際運行結(jié)果顯示，雙容積計量裝置計量結(jié)果的波動范圍較小，計量結(jié)果較為平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)產(chǎn)液量大幅波動的情況。

3 紅淺火驅(qū)單井計量工藝

3.1 紅淺火驅(qū)計量工藝的選取

根據(jù)前面的分析可以發(fā)現(xiàn)，稱重式單井計量裝置的計量誤差較大，而雙容積分離器單井計量裝置的計量結(jié)果波動范圍要小得多，并且波動較為平穩(wěn)。由此可見，雙容積分離器計量裝置較稱重式單井計量裝置更加適合紅淺火驅(qū)的單井計量。因此，推薦使用雙容積分離器計量裝置對紅淺火驅(qū)進行單井計量。

但是，由于其結(jié)構(gòu)上和計量原理上的特點，雙容積計量裝置也存在一些問題：

紅淺火驅(qū)采出液泡沫量比較大，如果泡沫量過大，并從連通管進入計量裝置的氣腔，會導(dǎo)致分離出來的氣體中含有液體，從而影響產(chǎn)氣量的計量。同時由于連通管中充滿泡沫，會使得氣腔與計量腔之間存在較大壓差，從而是計量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。對于產(chǎn)氣量的計量，目前使用的是單流量計的計量，計量量程難以涵蓋產(chǎn)氣量的波動范圍，使計量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。

3.2 雙容積計量裝置的改進措施

3.2.1 產(chǎn)液量計量工藝的改進

雖然雙容積分離器單井計量裝置理論上避免了紅淺火驅(qū)采出液密度變化對計量產(chǎn)生的影響，但是其無法解決采出液泡沫量大所產(chǎn)生的計量誤差問題。另外，雙容積計量裝置采用U形管原理進行計量，其水腔占據(jù)了較大空間，并且當(dāng)泡沫量較大和產(chǎn)氣量較大時，很容易引起液位計玻璃管與計量腔之間產(chǎn)生較大壓差，從而使計量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。針對以上問題，對雙容積分離器計量裝置的產(chǎn)液計量工藝進行如下改進：

（1）在計量分離器氣腔和分離腔之間加除泡器。通過改進，即使采出液泡沫量很大也可以避免液體進入氣體出口管道，提高了產(chǎn)液量計量的精度，同時也避免了氣相管路中存在液體對產(chǎn)氣量計量的影響。

（2）將水腔和液位計去掉，改為使用差壓計進行計量。通過測量分離腔與計量腔之間的壓差，利用壓差計算出液位高度的變化，進而計算出產(chǎn)液量。

（3）增加連通管的數(shù)量和管徑。泡沫量大可能會造成分離腔與計量腔之間存在壓差，使得差壓計測出來的壓差較真實值大，從而是計量結(jié)果偏大。為了保證分離腔與計量腔之間壓力的平衡，在分離腔與計量腔之間使用三個長度較小、管徑較大的連通管，避免泡沫進入連通管后對計量結(jié)果造成較大影響。

3.2.2 產(chǎn)氣量計量工藝的改進

現(xiàn)有的雙容積單井計量工藝的產(chǎn)氣量計量采用單個旋進漩渦流量計進行計量，計量結(jié)果存在較大誤差。

對于產(chǎn)氣量的計量，改為使用高低兩種量程的流量計搭配使用，進行選擇性計量。鑒于紅淺火驅(qū)的產(chǎn)氣量大小，取計量上限為10 000 Nm3/d，計量下限為50 Nm3/d。而旋進漩渦流量計的量程比可以達到 20以上，因此兩個流量計的量程分別選擇為50~1 000 Nm3/d和600~10 000 Nm3/d。當(dāng)產(chǎn)氣量由小變大時，當(dāng)產(chǎn)氣量達到800 Nm3/d時，自動改為高量程流量計進行計量，當(dāng)產(chǎn)氣量又高變低是，當(dāng)產(chǎn)氣量降到600 Nm3/d時，自動改為低量程流量計進行計量，這樣既滿足了產(chǎn)氣量的有效計量，同時也避免了產(chǎn)氣量的瞬時波動造成兩個流量計之間的反復(fù)交替計量，使產(chǎn)氣量的計量更加準(zhǔn)確有效。

3.2.3 排液工藝的改進

現(xiàn)有的雙容積計量裝置的排液工藝采用依靠重力自然排液的方式，但是，紅淺火驅(qū)采出液的粘度和產(chǎn)氣量波動范圍較大，有可能造成排液困難。當(dāng)產(chǎn)氣量較大時，通過計量裝置憋壓，有助于計量裝置的排液。當(dāng)產(chǎn)氣量較小，并且采出液的粘度較高時，單單依靠重力的自然排液較為困難，有可能造成排液時間過長，甚至無法排液，從而影響采出液的有效計量。因此，在排液工藝的設(shè)計時，增加一臺單螺桿泵，當(dāng)計量裝置可以順利實現(xiàn)自然排液時，泵處于停泵狀態(tài)，但如果一定時間內(nèi)無法完成自然排液，應(yīng)通過泵與液位的聯(lián)鎖控制，自動啟泵進行排液。

4 結(jié) 論

通過對雙容積分離計量裝置的改進，理論上基本解決了紅淺火驅(qū)采出液泡沫量大、攜氣量大等因素對單井計量造成的困難。其計量效果還需在實際生產(chǎn)中進行檢驗，但這種方法對紅淺火驅(qū)以及今后火驅(qū)采油技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)化推廣，具有一定的借鑒意義。

［1］孫國成,錢振斌,繆遠(yuǎn)晴. 新疆油田紅淺1井區(qū)火驅(qū)先導(dǎo)試驗地面工藝技術(shù)[J]. 石油工程建設(shè), 2012,38(6):4-8 .

［2］任忠艷. 單井計量技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].化學(xué)工程與裝備,2012,3(3):123-124 .

［3］張連社,趙慶勇. 油氣計量的現(xiàn)狀及計量方式的選擇[J].2012,31(5):5 8-59 .

［4］黃稚. 稱重式油井計量器在蒸汽驅(qū)采油中的應(yīng)用[J]. 石油儀器, 20 13,27(5):50-51 .

［5］楊巍. 單井計量技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 油氣田地面工程, 2009,28(9):49-50 .