關于段塞流及間歇流工況下計量裝置的優化

1.新疆石油工程設計有限公司, 新疆 克拉瑪依 834000；2.中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司, 四川 成都 610041

關于段塞流及間歇流工況下計量裝置的優化

趙 虎1張藝捷2

1.新疆石油工程設計有限公司, 新疆 克拉瑪依 834000；2.中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司, 四川 成都 610041

為了提高單井計量裝置在段塞流及間歇井間歇出液工況下計量數據的準確性,有必要對目前計量站計量裝置進行優化。在計量裝置的出液管線上加裝質量流量計,同時在裝置內部氣線出口加裝機械式浮球閥,當大液量進入計量裝置,浮球閥在高液位時關閉出氣線,防止氣線進液同時給裝置升壓,質量流量計對大液量及較小液量的單井來液均可實現連續計量。所以,加裝機械式浮球閥及質量流量計對提高嚴苛工況下計量數據的準確性、實現油田精細化及數據化管理有重要作用。

段塞流；間歇流；流量計量；優化

0 前言

油田集油區井口采出液的氣液計量,對油田生產系統的準確可靠運行、數字化管理及節能降耗等均有重要作用[1-3]。國內各大油田根據開采方式及開發階段的不同,選取了不同的計量方式,并通過不斷改進和創新，研發了適合本油田的計量裝置,取得一定的成果,其中分離計量仍占多數。為了獲得高含水油井的含油量,勝利油田在部分區塊進行三相分離計量,但計量成本較高,裝置工藝安裝比較復雜[4-10]。新疆油田沙漠區塊地形起伏較大,集輸過程中極易出現段塞流,同時部分開發較早的老區塊,產液量低,間歇井井口間歇出液時間長,造成計量數據失準的大難題[11-15]。目前新疆油田計量站建設基本實現橇裝化,計量方式普遍采用容積式計量。結合該工況及目前計量站計量裝置對單井產液量低或產氣量大的油井計量不準確的問題,在發揮目前計量裝置特點的基礎上對計量裝置進行優化改進,以滿足油田安全生產的計量需求。

1 計量裝置的問題及缺陷

分體計量裝置及雙容積計量裝置是新疆油田在稀油區塊普遍采用的計量裝置。其工作原理基本一致:需計量的單井來液進入計量裝置,液體在裝置內連續積累,液位隨時間連續上升,控制系統根據液位變化量及相應的時間變化量進行單井產液量計量；伴生氣采用流量計(旋進漩渦流量計)計量。

這種計量方式實際為間歇計量,由于液相計量是根據相應的時間變化量內對應的液位累積計量,屬于液量在一定時間內的平均值,由此推斷較長時間下單口油井的產液量。該計量方式下流量與時間的曲線關系被平均,無法反應瞬時流量,也無法統計井口的流量曲線變化趨勢。

因此,對于沙漠地形起伏造成的段塞流,計量裝置出現有氣無液或液量波動劇烈的情況,液位累積計量誤差較大,計量裝置內液位失控；同時間歇井長間歇出液,目前的計量方式依靠一定時間內的液位累積,會使計量數據失準。

2 計量裝置優化設計

為解決段塞流及間歇流出液對計量數據的影響,多年來計量方式及計量裝置在不斷改進。大慶油田密度法裝置以刮板流量計計量液量,但液面控制不穩定,計量精度不高[16-19]。計量泵裝置在計量裝置液相出口安裝計量泵,但該方式算法復雜,誤差較大,同時設備維修對計量也會造成影響[20-22]。本著經濟實用、安全可靠的原則,優化設計主要包括液相計量及分離裝置內部結構優化兩部分。

2.1 計量裝置相關工藝參數確定

針對新疆油田稀油區塊目前產液量及產氣量情況,綜合考慮沙漠地形、油品性質等影響因素對不同工況的要求,該計量裝置相關的工藝參數范圍如下:

1)設計壓力2.5 MPa、工作壓力0.4～2.0 MPa；

2)設計最高溫度130 ℃；

3)單井液量測量范圍0～120 m3/d；

4)單井氣量測量范圍4.5～60 m3/d；

2.2 工藝流程優化設計

根據上述參數,在發揮目前計量裝置優點的基礎上,對其流程進一步優化改進,以應對不同工況,特別是應對單井段塞流及間歇出液情況下對單井氣液的計量。其優化后的流程見圖1。

圖1 優化后計量裝置流程示意圖

裝置主要工藝流程:單井來氣液進入立式氣液分離器,經過分離后的伴生氣通過旋進漩渦流量計計量后接入出油管線,經過分離后的液通過質量流量計計量后由單流閥進入集輸匯管管線。管道離心泵只在分離器內壓力較低、裝置內液體無法自壓排出的情況下啟動。

2.3 液相計量儀表

在出液管線加裝質量流量計,改變目前依靠液位累積對井口進行計量操作的現狀,但裝置并未拋棄這種傳統的計量方式,而是將一定時間內進行液位累積的方式作為一種輔助計量,并通過管道離心泵與自控系統配合實現。質量流量計是科氏質量流量計,流體介質流經傳感器振動管所產生的科氏力效應與流體質量流量成比例關系,通過解算得出流經振管的質量流量。同時通過介質頻率不同,也可對流體密度進行解算。

段塞流及間歇流出液均可通過調整計量時間的方式,用質量流量計進行連續計量。在低氣油比的情況下,也可切換至累積式計量。

2.4 計量分離器內部結構優化

計量裝置氣相采用旋進漩渦流量計,液相采用質量流量計,這兩種流量計對測量介質的要求較高。為滿足相關規范對單井油氣水日產量計量流量計的精確度不應低于2.0級的要求,需對計量分離器內部結構進一步優化設計。

1)在立式分離器進液口安裝長600 mm、DN 100進液管,管道內壁設旋流凹槽,同時加裝斜板網格,對油氣提前進行旋流碰撞分離,提高裝置內氣液分離效率,增加分離效果。

2)為了滿足氣體和液體的沉降要求,分離器主體設計需保證一定的直徑和長度,根據前文所提供的相關計量參數,計量分離器規格設計為D 400×1 800 mm,可將100 μm以上油滴有效分離出來。

3)為了加強分離器的分離效果,進一步滿足氣相流量計及液相質量流量計計量介質的要求,在分離器液相區安裝斜板網格,同時在分離器頂部加裝波紋板除霧器,可去除伴生氣中直徑3～5 μm的霧滴。

4)在分離器內加裝機械式浮球閥,控制氣相出口,當裝置內液量突然增大,浮球閥會在液位到達一定高度時關閉,切斷伴生氣出氣管線,穩壓并保證外部電動閥的調節時間,防止氣線竄液。當單井來液量較大時(≥3 m3/d),分離后的液相通過質量流量計進行連續計量,若遇到液量不穩定的情況,可通過出液管線后端彈簧式止回閥(前后壓差0.05 MPa)的開閉進行控制；當單井來液量特別小時(<3 m3/d),通過預計量,自控系統發出指令,管道離心泵啟泵排液,至最低液位后,系統切換為容積式計量。

3 優化后計量裝置的現場試驗

對計量裝置進行優化設計后在新疆油田七區稀油區塊進行了現場試驗,試驗裝置對7807站內的8口采油井進行了計量數據采集,對其中BJ 1123井2015年的數據進行分析,單井出液計量結果見圖2,單井氣量計量結果見圖3:

圖2 BJ 1123井單井出液計量數據圖

圖3 BJ 1123井單井氣量計量數據圖

由井口產液量及產氣量數據圖可以看出,BJ 1123井在一個月的計量周期內,井口產油量及產氣量均波動較大,一次連續計量時間中,產液量最大值0.909 t,最小值0 t,產氣量最大值403.4 m3,最小值12.7 m3。以上數據可以看出裝置可以很好地完成氣量波動較大以及無液量產生情況下的單井計量工作。同時對產液量較小的井口也可完成連續計量工作。

4 結論

對新疆油田目前所使用計量裝置進行優化設計,通過在出液管線加裝質量流量計,在分離器內部加裝機械式浮球閥,較好地解決了段塞流及間歇井長時間間歇出液無法準確計量的問題。同時實現了在不同工況下連續計量,并在液量波動劇烈的情況下有較好適應性,對油田精細化及數字化管理起到積極作用。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.015

2016-03-06

趙 虎(1986-),男,山東泰安人,助理工程師,碩士,主要從事油田地面工程研究與設計工作。