移動式量油檢定計量裝置的研制與應用

苗彥平 朱治國 李棟 王軍 王厚兵 鄧明 許雙龍

華北油田分公司第三采油廠

油井產(chǎn)液的計量是油田生產(chǎn)管理中的一項重要工作，對油井產(chǎn)液進行準確、及時的計量，對掌握油藏狀況、制定生產(chǎn)方案具有重要的指導意義。隨著數(shù)字化油田的建設及單井集輸方式的調整，逐漸將采油井過去的三管伴熱集油工藝改為摻水集油工藝[1-2]，集輸工藝的調整，使得傳統(tǒng)的計量間分離器量油被示功圖量油所取代[3-5]。但是由于油井可能受氣體、結蠟、漏失等因素影響，計算結果與實際產(chǎn)液存在一定的偏差。為解決地面摻水流程改造后單井無法應用分離器量油以及示功圖量油可能不準確的問題，研制了基于稱重式計量原理的移動式量油檢定計量裝置[6-7]。

1 量油誤差分析

華北油田采油三廠有油井1 548口，開井1 077口，其中762口油井采用三管伴熱流程和單管常溫集油，量油方式采用分離器量油和示功圖量油；剩余315口采用摻水流程，選用示功圖量油。經(jīng)過對現(xiàn)場情況進行分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的示功圖量油在密度、含水等基礎數(shù)據(jù)均為準確的情況下產(chǎn)生的誤差存在以下特點：①泵況正常且產(chǎn)液量小于1 t的油井示功圖量油計量誤差偏大，最大誤差達到427%，平均誤差為116%；②泵況正常且產(chǎn)液量大于5 t的油井示功圖量油誤差較小，平均誤差24%。另外結蠟油井示功圖油量高于實際值。分析認為，由于管壁結蠟，造成流體流動時阻力增大，懸點最小載荷減小、最大載荷增大，抽油機的載荷差增加，示功圖有效沖程增大，導致示功圖計產(chǎn)產(chǎn)量偏高。有氣體影響或連抽帶噴油井示功圖量油偏低，這是因為氣體影響和氣鎖會產(chǎn)生供液不足，連抽帶噴油井由于固定閥和游動閥無法完全閉合，造成抽油機無法正常加載，載荷差減小，示功圖有效沖程減小，導致示功圖量油偏低。因此研制出了基于稱重式計量原理的移動式量油檢定計量裝置，以解決摻水后無法進行分離器量油及示功圖量油不準確的問題。

2 量油檢定計量裝置改造與研發(fā)

2.1 單罐量油檢定裝置的改造

單罐量油檢定裝置的基本原理是通過井口流程連接使產(chǎn)液流入氣液分離器，分離后通過進罐前流量計進行計量。但由于其原有工藝及配套電器復雜，現(xiàn)場操作繁瑣，且不能模擬井口回壓，計量誤差大，流量計受氣體、雜質影響較大，不適應現(xiàn)場應用。本著節(jié)能降耗的原則，對原裝置進行改造，達到簡化工藝，便于實際操作，可模擬井口回壓，實現(xiàn)準確計量單井產(chǎn)液量的目的。改造后的計量裝置如圖1所示。

圖1 改造后計量裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of metering device after trans formation

改造步驟：

（1）移動計量裝置外層包覆鐵皮房，不僅設備質量重，重心偏高，而且運輸不便，因此首先拆除鐵皮房。

（2）拆除原有復雜的PLC控制柜、泵等設備，在相應位置焊接防爆控制箱；拆除流量檢測儀，更換防爆金屬軟管。

（3）更換或校驗相應閥門、儀表、緊固件、墊片、線路等。

（4）在氣路管線增加高密封取樣截止閥和壓力表，用來顯示罐內壓力。在空罐開始計量前向罐內充入氮氣，通過壓力表顯示值調整罐內壓力達到外接氣管線壓力，使計量過程中進液壓力平衡。滿罐后通過截止閥放空，使計量罐在常壓條件下運行。

（5）在氣管線回路加裝熱水沖洗口。卸油時打開沖洗口放空，卸油后用安裝在罐體端部的蒸汽機對設備內部進行熱水沖洗或蒸汽清洗。

（6）設置兩組氮氣瓶，合理放置在端部，同時制作氮氣瓶專用卡具，一用一備，方便取用。

改造后的工藝流程：

（1）進液計量。計量裝置現(xiàn)場管線連接完成后，關閉排氣閥門，直至罐內壓力與回路管線壓力相同，打開調節(jié)閥維持模擬井口回壓，打開進液口閥門，開始進液并計量。當液量達到設定質量時關閉進液口閥門，停止進液，并按進液時間及進液質量換算單井日產(chǎn)液量。

（2）排液清洗。計量完畢后，打開排液閥門，將罐內液體排至油井套管內或者容器內；打開沖洗口及排液閥，利用蒸汽機對管內進行清洗；清洗完成后關閉沖洗口，罐內壓力保持在0.6 MPa，用氮氣吹掃將設備內空氣排盡，關閉排液閥門，方便二次計量。

2.2 雙罐量油檢定裝置的研發(fā)

單罐稱重計量有效解決了油井計量問題，但是對于產(chǎn)量較高、連抽帶噴的油井，由于單罐容積有限，致使計量時間過短，造成檢定產(chǎn)量存在誤差。為此開發(fā)出雙罐計量檢定裝置，實現(xiàn)油井產(chǎn)液的連續(xù)計量。

檢定裝置采用雙罐雙泵的工藝流程，進口管線與油井管線連接，出口管線與油井套管連接，結構如圖2所示（圖中虛線框內部分為量油檢定裝置，均由PLC控制箱自動控制），裝置示意圖如圖3所示。通過電磁閥控制計量液體進入1號計量罐，當1號計量罐達到預定質量時，電磁閥自動切換將計量液體導入2號計量罐，同時1號計量罐開始排液。通過周而復始地進液、排液計算出油井的產(chǎn)量，整個過程由PLC控制，從進液、排液、稱重、計時到計算產(chǎn)量實現(xiàn)全部自動化。

圖2 雙罐量油檢定裝置結構Fig.2 Structure of the oil calibration device for double tank

圖3 雙罐量油檢定裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram the oil calibration device for of double tank

工藝流程：

（1）進液計量。管線連接完成后，通過電磁閥控制計量液體進入1號計量罐稱重，當1號計量罐達到預定質量時，電磁閥自動切換將計量液體導入2號計量罐稱重，同時1號計量罐通過排液泵開始排液，將油液排入套管。周而復始地進液、排液，當達到設定時間時計算出油井的產(chǎn)量。

（2）排液清洗。計量完畢后，將罐內油液排至油井套管內或者容器內，利用蒸汽機對管內進行清洗；清洗完成后關閉沖洗口，用氮氣吹掃將設備內空氣排盡，方便二次計量。

3 井口電子檢定轉換器

為了實現(xiàn)井口快速連接并進行量油檢定，研制了油井井口電子檢定轉接器，其與移動計量檢定車配套使用，可實現(xiàn)油井井口取樣、泄壓、檢定、掃線、驗封、流向控制等功能，且能進行指示和異常報警（圖4）。

圖4 井口電子檢定轉換器Fig.4 Wellhead electronic calibration converter

轉換器中的獨立四位密封結構可以實現(xiàn)任意通路與其他通路完全隔離，以及任意通路自由操作；三通球閥可以實現(xiàn)直通、角通、三通三種工作狀態(tài)（圖5）。

圖5 井口電子檢定轉換器工作狀態(tài)示意圖Fig.5 Schematic diagram of the working state of the wellhead electronic calibration converter

4 現(xiàn)場應用

為了推廣應用移動式量油檢定裝置，需要對該裝置進行誤差分析。以分離器量油為基準，篩選20口正常生產(chǎn)的油井進行分離器量油與移動式量油檢定裝置量油數(shù)據(jù)對比（表1）。結果表明，移動式量油檢定裝置平均計量誤差為1.33%，應用效果良好，可以滿足油井計量的要求。

表1 計量數(shù)據(jù)對比Tab.1 Comparison of measurement data

續(xù)表1 計量數(shù)據(jù)對比

5 結論

（1）移動式量油檢定裝置的應用有效解決了油井摻水以后無法應用分離器量油以及示功圖量油計算產(chǎn)量不準確的問題，現(xiàn)場應用效果良好，為油田開發(fā)準確錄取單井資料提供了技術支撐。

（2）井口電子檢定轉接器的應用實現(xiàn)了井口取樣、檢定、防盜一體化，安裝簡單，遙控操作，無需外接電源，不需割接管線，為解決復雜區(qū)井口取樣、檢定、防盜提供了技術支持。