關于U型管法和溫差法單井計量應用效果分析

朱曉旭（黑龍江省大慶市第三采油廠地質大隊，黑龍江 大慶 163513）

關于U型管法和溫差法單井計量應用效果分析

朱曉旭（黑龍江省大慶市第三采油廠地質大隊，黑龍江 大慶 163513）

目前油井普遍采用計量分離器、軟件量油儀、功圖法等量油方式。計量分離器量油為人工看表計時、手工換算，存在計時誤差大、計算工作量大，液位無刻度顯示，操作記錄手寫、無法對量油過程進行監督等。為進一步提高計量精度，使量油更加智能化、信息化，對量油方式進行改進。采用了U型管法和溫差法單井計量方法，本文通過兩種計量方法原理及現場應用效果做出綜合分析，證明了U型管法和溫差法提高了自動化程度，降低工人勞動強度，有良好地應用前景。

U型管法；溫差法；單井計量；積算儀

油井產量的計量是油田生產管理中的一項重要工作，對油井產量進行準確、及時的計量，對掌握油藏狀況，制定生產方案，具有重要的指導意義。目前國內各油田采用的油井產量計量方法主要有玻璃管量油孔板測氣、翻斗量油孔板測氣、兩相分離密度法和三相分離計量方法等。隨著技術的進步，油田越來越需要功能強、自動化程度高的油井計量設備以提高勞動生產率和油田的管理水平，近兩年來通過現場試驗應用U形管法和溫差法單井計量方式，有效的提高了自動化程度，降低工人勞動強度。

1 U型管計量法

原理：U形管計量法實際又稱為玻璃管液面計量油法，在原有油田設計工藝基礎上，將分離器上的玻璃管液位計改造為磁翻轉液位計，通過開發的油氣積算儀自動采集液位開關信號，通過油氣積算儀運算，自動計算出單個量油過程的單井液量計算。同時在不改變原有玻璃管量油原理基礎上，通過將原有的分離器氣平衡閘門改造為帶閘門的電動執行器，新增U形管安裝在分離器出口處，頂端和電動執行器連接，數傳儀安裝在計量間值班室內，通過有線方式與積算儀和電動執行器連接，實現單井量油過程自動計算、自動控制。

工藝構架圖1

適用范圍：采用玻璃管量油工藝的單井計量

應用規模：磁翻轉液位計加智能積算儀46套

實驗U形管法單井自動計量裝置1套

技術關鍵：磁翻轉液位計提供液位開關信號，油氣積算儀實現單井過程計量，數傳儀（RTU）實現過程控制和數據累計存儲，U形管工藝設計通過壓力平衡和溢流原理保障了整個工藝無人干預控制過程的自動控制，既解決了人工誤操作容易引起的憋壓溢流事故，又簡化了改造工藝，節約少投資分離器出口處安裝電動開關閥1臺。

應用效果：自動連續量油裝置在計量間安裝使用，分別選取了產氣量高的和產氣量低的兩口井進行量油實驗。

產氣量高的井數據如下：

計量次數1 2 3平均計量秒數(s) 326 275 351 317計量液量(t/d) 30 36 28 32

產氣量低的井數據如下：

計量次數1 2 3平均計量秒數(s) 408 443 395 415計量液量(t/d) 24 22 25 24

該裝置計量與原玻璃管量油裝置計量結果相近，采用自動量油裝置后，既解決了分離器量油需多次人工開關分離器進出口的不便，又解決了低產井、間歇出液井量油困難的問題，降低了員工勞動強度；同時計量人員不用在現場等待量油結束，可處理其它日常事務，提高了員工工作效率。U形管的采用從系統原理上保證了整套自動裝置的安全可靠性：因為分離器出口閥門保持常開，降低了整個工藝流程因憋壓造成事故的可能性。

建設投資：智能TM卡油氣積算儀 1.5萬元

電動執行器 2.2萬元

分離器U形管 0.3萬元

數傳儀RTU（含節點） 2.4萬元

今后優勢：

（1）在現有基礎上積算儀的控制程序還可以進一步優化，可根據測量單井液量的多少靈活選定測量段高度，在滿足測量精度的前提下節約測量時間。

（2）數傳儀控制面板功能還可以進一步提升，可更換為觸摸屏等，人機交互效果更好。

（3）通過擴展數傳儀的硬件配置，可增加壓力、溫度以及電動調節閥控制信號，升級軟件控制程序，增加無線傳輸功能，適應油田數據傳輸需求。

2 溫差法單井計量

原理：JKL-D井口在線流量計量儀（四川綿陽科學城久利電子有限責任公司）是采用加熱被測流體，通過測量流體加熱前后的溫升值DT來測量流體流量，可稱為熱式流量計。

流體加熱后的溫升值DT=T1-T0

表1 井口計量與目前上報情況對比統計表

上式中：

P為流體獲得的加熱功率；

C為流體的體積熱容量；

?：電能轉為流體熱能的效率，%

Q為流體的體積流量；

由上式可得出流量Q

C=C水×%水+C油×%油+C氣×%氣混合流體平均比熱容公式：

在實際應用中，水的比熱容為1 kcal/kg·℃；原油的比熱容與原油的成分有很大的關系，如大慶油田第九采油廠，取比熱容為0.53 kcal/kg·℃；伴生氣的主要成分為天然氣，比熱容大約為空氣的2.4倍，約0.576 kcal/kg·℃，根據項目指標，氣油比為0～100 m3/t，天然氣的比重大約為0.65 kg/m3，按最大值計算，每噸原油含氣100立方米，天然氣總的熱容為37.44 kcal/℃，當50%含水時，原油的總熱容約為7650 kcal/℃，由以上計算可以得出結論，在熱容的計算公式中可以修正油的比熱容而忽略氣的熱容計算，水的比熱容取為1，C油可以取為小于1的常數，簡化后公式為：

井口流體中所含的氣體，由于體積熱容量很小對測量結果影響不大，測量中氣、液不用分離，可直接測出井口的液體流量。

系統構成：

適用范圍：

針對所有油井尤其是環狀流程井

測量范圍：Ⅰ型：0.5～10噸/天 Ⅱ型：1～20噸/天

有特殊要求時可提供更大測量范圍儀器

測量參數：測量誤差為±5%；儀器可承受壓力為4MPa；最長可記錄10天的數據。

測量加熱器平均功率為360W/180W。

測量系統組成：

井口計量裝置包括加熱裝置；井口控制測量儀；數據處理機（或數據轉儲儀）和軟件。

井口計量裝置為測量系統主體；井口控制測量儀為測量系統的控制、測量和記錄部分；數據處理機和軟件在測量結束后進行數據處理時使用。數據處理分析軟件負責對二次儀表的數據進行回放、分析和處理，可以上傳測試數據的統計結果到數據庫，并瀏覽上傳到數據庫的生產井的歷史產量變化并輸出。數據庫管理軟件僅能由管理人員使用，對數據庫進行維護，包括上傳記錄的維護和數據處理分析軟件登陸人員的管理。

應用規模：溫差法單井計量裝置22口井

應用效果：與試驗井數據對比來看，該溫差法計量裝置數據錄取較為準確。(表1所示)

建設投資：智能油井計量儀1.42萬元

油井儀表及儀表配件0.46萬元

技術關鍵：

（1）固定測量裝置機構的設計；加熱裝置和保溫層的設計安裝；測量傳感器的選取和安裝等；專用軟件的開發滿足油田需求。

（2）重點解決實現高精度溫度差值△T的測量；有效控制加熱效率；油、氣、水混合物比熱容的校正；間歇出油的問題；散熱與保溫的問題等適應油田生產需求。

3 結語

通過以上分析，U形管計量法適用于原有油田建設單井計量間具備分離器的玻璃管量油裝置。優點是改造工作量小，自動化程度高，測量精度高，功能擴展空間大，平均單井投資低；缺點是產品智能化還需進一步加強。溫差計量法適用于液量小于20噸/天的單井液量計量，與工藝無關。優點是現場井口安裝可以連續計量；缺點是單井投資高，設備需要定期標定，受外界環境影響因素大，理論計算受間歇出油和產氣影響較大，該技術還需進一步驗證。

朱曉旭，2014年7月畢業于哈爾濱理工大學，學士學位，自動化專業，現工作大慶第三采油廠