大慶油田計量間數字化建設模式探討

曹萬巖 王慶偉

（大慶油田工程有限公司）

0 引言

為了推進中國石油天然氣集團有限公司（簡稱中國石油）油氣生產數字化建設，提高油氣生產管理水平，實現信息化與工業化的融合，大慶油田提出要大力實施數字油田、智能油田、智慧油田三步走戰略，通過生產數據的自動采集、生產過程的自動控制、生產工藝的流程優化，實現生產方式的轉變、生產效率的提高、管理水平的提升，依靠數字油田建設實現油田固本強基、轉型升級。

按照大慶油田“加強頂層設計、突出問題導向、聚焦產業升級、追求質量效益”的總體工作要求，數字化建設實施“六統一”建設原則，即，統一規劃、統一標準、統一設計、統一投資、統一建設、統一管理［1］。其中，統一標準至關重要，通過整合技術規范和管理流程，梳理已建站場建設現狀，明確站場數據采集、監控點位，建立統一的建設標準，從而推動油田數字化建設。

中國石油在“十二五”期間啟動了“油氣生產物聯網系統（A11）”項目，開展了大慶、塔里木、新疆、西南、青海、吐哈和南方勘探等七家油氣田12個采油廠的示范工程建設。大慶油田采油二廠第三作業區、采油三廠第二油礦被確定為A11試點單位，項目自2010年10月啟動，2015年10月開始建設，2016年12月通過驗收。該工程主要內容為對采油二廠第三作業區91座計量間和采油三廠第二油礦42座計量間進行數字化建設，計量間內主要采集集油和摻水匯管的溫度、壓力以及摻水量。該工程計量間數字化改造選井、摻水調節等均為現場人工操作，且量油作業大部分也采用人工量油，少部分采用自動量油方式（21座計量間采用“U”型管自動量油，其他均為手動量油）。此種建設模式，現場仍需白天有人值守操作，因此，數字化程度有待進一步提高。

由于大慶油田已建計量間數字化建設均不完備，計量間數字化改造工程量巨大，因此，有必要對數字化計量間建設模式進行分析研究，制定經濟、適用的建設模式。

1 計量間建設現狀

大慶外圍油田低產油井計量多采用功圖法，主要用于監測油井產量變化趨勢，因此不建設計量間，而是建設集油摻水閥組間。大慶油田長垣老區由于大面積實施聚驅開發，不同開發階段產出液見聚濃度范圍為60～1 100 mg/L，導致采出液黏度增大，而黏度對示功圖量油的準確度影響較大，因此，大慶長垣老區三次采油油田主要采用計量間工藝進行單井產液計量。

截至2018年底，大慶油田建有油井74 243口，計量間2 829座，其中長垣老區采油一廠～采油六廠建有油井46 127口，已建成計量間2 747座。

1.1 計量間主要功能

由于大慶原油凝固點高，且氣候嚴寒，因此，原油集輸系統一般采用摻水流程對井口出油進行升溫和維溫。大慶長垣老區油田進入三次采油開發階段后，產液組分和性質更為復雜，單井熱洗周期縮短為30～60 d，單井熱洗作業頻繁，因此，一般采用固定熱洗。可見，計量間主要功能為單井摻水、熱洗及計量。

1.2 計量間單井計量工藝現狀

單井計量是指油井產量計量，即計量單井油、氣、水產出物的日產量，其目的是滿足油井的生產動態分析要求。油田單井計量是油田各項計量中工作量最大、最繁瑣的一項基礎工作，其計量準確與否直接影響到油藏工程第一手資料的真實性、準確性和可靠性，因此，油井計量方式的選用就顯得尤為重要。

目前，計量間油井計量方式主要以計量分離器+液位計方式為主，液位計主要采用玻璃管和磁翻轉液位計，以及近幾年推廣應用的“U”型管自動量油，共計2 609座；采用旋流分離器計量38座、稱重式計量22座（其中稱重轉子式油井產量計量12套）。此外，還有少數計量間應用遠程控制微機量油等方式。

單井計量時，需將油井產液倒換流程至計量匯管，目前計量選井操作主要為手動閥門，需現場手動選井。另外，大慶油田共有6個采油廠應用了52套自動選井計量裝置進行自動選井。

1.3 單井摻水、熱洗工藝現狀

由于摻水和熱洗所需溫度、壓力不同，因此，計量間分別建設摻水、熱洗匯管，轉油（放水）站向所轄計量間輸送加熱后的含油污水。單井熱洗為間歇、周期作業，站外系統單井摻水、熱洗支管共用一條管道，油井進行熱洗作業時，需將計量間單井摻水、熱洗閥組倒換。目前，計量間摻水、熱洗閥組倒換均為手動操作。

2 數字化建設模式方案

模式一——油井采用示功圖法軟件量油，計量間只作為集油閥組間使用；

模式二——計量間采用自動選井及量油、遠程監控、自動調節摻水、無人值守建設模式；

模式三——計量間采用人工選井、自動量油、遠程監視、手動調節摻水、區域巡檢建設模式。

在具備條件時，應優先考慮模式一，特別是對于水驅區塊，可以考慮單井計量采用功圖法量油。如，采油五廠水驅油井，將計量方式調整為功圖法量油后，待單井實現軟件量油功能，計量間只用于單井軟件量油結果的校核，計量間改造工程量較小，可仍保持目前的生產模式，計量間內設置攝像頭，集油、摻水匯管的壓力和溫度等主要生產數據自動采集，并將數據上傳至相關系統。

對于大多數長垣老區油井，目前仍需采用計量間量油，此類計量間的數字化建設考慮采用模式二或模式三。計量間操作環節主要有選井、量油、單井摻水量調節、單井熱洗操作，根據計量間生產操作需求，對各操作環節進行方案比選，以確定計量間數字化建設模式。

2.1 計量方式

對目前油田在用的主要計量技術進行對比，具體情況見表1。

由表1可以看出，玻璃管、磁翻轉及浮子液位計計量技術因員工勞動強度大，存在隨機誤差等因素，不能滿足油田數字化建設的需求。磁翻轉量油+“U”型管、旋流分離計量、稱重式計量技術均可以滿足信息化管理要求。

大慶油田現有約2 000座計量間采用計量分離器+玻璃管或磁翻轉液位計量油，若采用“U”型管自動量油，已建廠房及設施均可利舊，只需將計量分離器上配備的玻璃管液位計更換為磁翻轉液位計，積算儀的液位變送器通過夾子與液位計緊密接觸并固定，分離器出氣管道增加帶電動執行器的閥門，數傳儀安裝在計量間的值班室內，通過有線方式與積算儀和電動執行器等連接。因此為了盡量減少改造工程量，充分利用已建設施，已建計量間計量方式改造采用計量分離器 +“U”型管計量技術。

表1 油井計量技術對比表

2009 年以來，大慶油田標準化設計計量間采用分離器 +“U”型管計量技術。該技術目前在大慶油田應用成熟，新建計量間延續使用，維修設備統一，便于生產管理。因此，大慶油田新建計量間計量方式仍沿用標準化設計計量間計量方式，即分離器+“U”型管計量，見圖1。

圖1 “U”型管計量示意圖

2.2 選井方式

目前，計量間基本采用人工手動操作閥門進行單井計量選井和摻水、熱洗流程切換。

計量間實現自動選井的措施考慮兩種：一是應用多通道組合閥組；二是單井集油、摻水管道安裝三通電動閥，進行生產功能的自動切換。自動選井與自動計量裝置結合可實現多井式油氣全自動計量及數據存儲、遠傳、報警等功能。

大慶油田目前在用的52套自動選井計量裝置中，有6套采用三通電動閥自動選井計量裝置，其余46套采用多通道組合閥組自動選井計量裝置。這52套自動選井計量裝置中，目前有28套因故障無法量油，另有4套經多次維修，維持間斷運行，其他20套雖維持正常運行，但也存在故障率高、維修困難等問題。自動選井計量裝置的優缺點如下。

（1）三通電動閥自動選井計量裝置

在單井集油、摻水管道安裝三通電動閥，可進行生產、量油、摻水、熱洗的自動切換。

優點：自動選井，操作簡便，節約勞動力；可實現對油井產液、產氣的在線實時連續計量；設備緊湊，節省建筑面積。

缺點：儀表和設備損壞較為頻繁，生產管理難度大；需要專業廠家進行維修維護，出現問題維修周期長，目前應用的6座計量間中已有4座停運；投資相對較高。

（2）多通道組合閥組自動選井計量裝置

多通閥是一種特殊閥，與計量裝置及控制系統結合，可實現自動選井和油井產液的自動計量。它由多個進口、一個計量口及一個集輸口組成，利用閥芯旋轉，可將多個進口的某一口井原油，從計量出口流出，其余單井原油進入回流出口，實現一臺計量設備分時計量多井產量的目的。

優點：自動選井，操作簡便，有效降低員工勞動強度，提高工作效率；實現了遠程操作與監控，符合數字化油田建設的發展方向。

缺點：油溫較低時進行量油，閥體轉盤偶爾會卡，因此需要看守；連通管管徑小，處理三元驅采出液時結垢結蠟嚴重，造成內部阻塞，無法運行，由此已拆除2座三元驅計量間多通閥。

另外，該裝置屬多通道組合閥組，成橇設備，計量間布局時需要將集油、摻水閥組設在操作間中央位置，單井管道從操作間兩側出線，這樣就增加了計量間的跨度，由標準化計量間的4.5 m增加到6.0 m，原計量間內部設施全部不能利用，需要重新設計，已建計量間改造工程量較大。從方案的可實施性考慮，多通道組合閥組只適合于22井式（大慶油田標準化設計計量間井式為12井式、16井式、20井式、24井式、28井式、32井式）及以下計量間，對于22井式以上的計量間只能采用三通電動閥的形式實現計量間自動選井的要求。

由于自動選井改造投資高，后期維修維護工程量大，而選井計量、摻水、熱洗流程切換均為間歇作業，因此，選井方式建議維持目前手動選井，對計量間進行區域巡檢，由巡檢人員進行計量選井及摻水、熱洗流程切換操作。

2.3 摻水量調節方式

目前，計量間摻水量調節采用人工調節。數字化建設計量間摻水量調節考慮2個方案。

方案一——增設控制點，遠程監控，手動調節

計量間除集油匯管設置壓力采集、摻水匯管設置壓力和溫度采集外，回油支管增設單井回油溫度，或摻水支管增設單井摻水壓力采集點。數據上傳后，當回油溫度過高或過低、摻水壓力過高時，監控中心預警，巡檢人員現場調節單井摻水量。該方案需根據計量間轄井數，增設相應溫度變送器及壓力變送器。

優點：改造工作量少，投資相對較低。

缺點：需根據遠傳數據進行現場調節。

方案二——增設摻水控制閥，自動調節

單井摻水管道增設摻水自動控制閥，控制閥與回油溫度或單井回油壓力連鎖，自動控制摻水量。該方案需根據計量間轄井數增設摻水自動控制閥，對已建安裝進行改造。

優點：摻水流量實時自動調節，減少單井摻水量，節約運行成本。

缺點：改造及后期維護工作量大，投資較高。

綜合以上，考慮到投資及改造工程量，推薦采用方案一，即增設控制點，遠程監控，手動調節。

2.4 數字化建設模式選擇

根據對比分析結果，結合不同量油及選井方案的改造投資情況，推薦采用模式三：計量間采用人工選井、自動量油、遠程監視、手動調節摻水、區域巡檢建設模式。

對于大慶外圍低滲透油田，集油系統多采用單管環狀摻水流程，3～5口油井形成一個集油環，目前，已建集油閥組間共計1 000座左右。2009年以來，標準化設計集油閥組間采用摻水流量控制裝置對單環摻水量實現通過回油溫度的自動控制，其中全部采用摻水流量自動控制裝置的集油間400座左右，部分采用摻水流量自動控制裝置的集油間150座左右。集油閥組間開展數字化建設可在此建設模式基礎上，增加摻水匯管壓力、溫度及集油匯管壓力自動采集，并將數據上傳至相關系統。

3 結束語

目前，大慶油田數字化建設通過采油三廠二礦的油氣生產物聯網建設示范工程，同時，結合產能建設及老區改造，對偏遠地區典型區塊和大型站場實施集中監控建設，積累了數字化建設初步經驗。但總體來說，大慶油田由于開發年限較長，井間站場建設周期跨度大、數量多，面臨的生產成本壓力大，數字化應用程度仍處于較低水平。

為了進一步加快油氣生產數字化建設，實行頂層設計，結合實際生產運行情況，制定切實可行的數字化建設標準至關重要。計量間數字化建設模式的制定在考慮技術可行性的同時，兼顧投資及后期運行維護，此模式的確立為大慶油田數字化建設開啟了探索之門。