单井量油装置改进及试验研究

谭超 (长江大学机械工程学院，湖北 荆州 434023;荆州市明德科技有限公司，湖北 荆州 434000)

吴剑勇，田心春 (荆州市明德科技有限公司，湖北 荆州 434000)

当前国内油井原油计量方式有玻璃管量油、液位自动量油、翻斗式称重量油、三相分离式量油及不分离多相量油[1～3]。其中，应用较为广泛的为玻璃管量油和翻斗式称重量油。玻璃管量油设备简单，但操作复杂，在高含水时期计量精度达不到规范要求，不能实现连续计量；翻斗式称重量油计量和管理方便，但需要定期清理翻斗内壁油垢，才能保证计量精度，因此维护成本高[4～7]。尽管国外AGAR公司的MPFM-301多相流量计、Roxar公司的MF1多相流量计等，具有较好的油气比测量补偿措施，但价格较为昂贵，不能满足国内目前油田需求。随着油藏开发环境的变化，由于混合原油成分的突变，现有的计量方式已达不到需要的计量精度。在原油计量系统难以实现大的改进和升级的情况下，单纯地依靠罐车标定来获取计量修正系数成为了联合站原油计量的主要工作之一。

1 影响原油计量因素的确定

要提高计量精准度，首先要找出影响计量准确性的主要因素。分队计量测试调研结果如表1所示，虽然原油经过了三相分离器的处理，但是由于溶解气的原因，原油中含气比例仍然很高(最高达33.5%)，同时含气比例波动范围广(19.2%～33.5%)。因此，通过降低溶解气对分队计量的影响来确保计量方式的准确性。

表1 分队计量测试调研结果

2 计量装置改进方案设计

2.1 计量差压密度在线检测技术

高效三相分离器将油、气、水进行快速分离后，油、气、水三相流量测量的精确度是联合站生产中的关键[8～10]。利用差压传感器测混合液密度可以有效地消除由气相波动而引起的测量值不准的现象[11]。混合液经紊流管进入测量罐，在测量罐内再次经过气、液分离后，在内置挡流板的作用下可形成一定高度的液柱。调整挡流板的高度便可得到需要的液柱高度Δh，借用差压式传感器便可检测到测量罐内水柱所产生的静压。

2.2 原油计量修正系数的确定

根据混合液密度的在线测量结果计算出油产量。根据质量守恒定律，各个组分应满足以下的基本方程：

ρm·vm=ρw·vw+ρo·vo+ρg·vg

(1)

式中：vm为油、水、气组成的原油混合液体积，m3；vw为水的体积，m3；vo为原油的体积，m3；vg为溶解气的体积，m3；ρm为油、水、气组成的原油混合液密度，kg/m3；ρw为水的密度，kg/m3；ρo为原油的密度，kg/m3；ρg为溶解气的密度，kg/m3。

在实际情况下，由于气相的密度较其他相密度小得多，可以将气相密度忽略不计，式(1)可简化为：

ρm·vm≈ρw·vw+ρo·vo

(2)

(3)

式中：f为原油含水率，1。

将式(3)代入到式(2)得：

(4)

则原油占混合液体积的系数β为:

(5)

3 在线密度检测装置

图1 混合液在线密度检测装置

混合液在线密度检测装置如图1所示。在测量罐内，混合液柱的压力差通过上下2个压力传感器反映，差压传感器可以有效测出含有溶解气的原油密度(上端差压传感器置于析出的气体中，用于检测系统气相压力)。整个检测装置按照液体流向可以分为测量前处理段、在线测量段、测量后处理段。测量前处理段由流量计、过滤器和紊流管组成；在线测量段由测量罐、差压式压力传感器、压力保护阀门、各种调试阀门、挡流板以及挡流板调节机构组成；测量后处理段由各种分流管汇、数据处理、数据显示以及各种控制反馈机构组成。

来液经紊流管后可以使气、水、油混合液(可能分层)充分混合。其中，测量腔液面高度可调，整个罐被挡板分割为左右2个腔室：左边为测量腔(以下简称A腔)，腔体较小；右边为泄流腔(以下简称B腔)，腔体较大。

考虑到流体在流动过程中沿程压力损失与流道的流速和流通面积有一定的关系，适当加大了左侧容积罐的面积。为了能及时反映液体密度的变化情况，新进入A腔的液体需将先前的液体尽量排出。因此在设计流体入口时，来液的入口应位于A腔的底部，且A腔的截面积为进液管截面积的1.5～2倍(有利于减少来液的波动而导致大的沿程压力损失)。在设计B腔时，B腔的截面积要比A腔大得多(约3倍)，从而能够保证B腔的液面高度总是低于A腔的液面高度，方便排出液及时流出计量系统。

4 现场试验

在江汉油田的某口小产量井安装该试验装置进行试验。将测量罐连接在采油井口分气装置之后，产出液经前端流量计进入分气装置充分脱气，脱气后的混合液经后端流量计计量，得到单位时间的累计流量。产出液经紊流管流至测量罐，借助前、后流量计的流量差及上、下差压传感器所反映出的数据，就可以得出产出气对原油计量的影响。试验装置如图2所示。试验记录如表2所示。改进后的单井量油试验方案验证了差压式密度测量法可以实时得到原油计量中的气体影响系数，并且能够较准确地检测出消除气体影响后的混合液密度，且通过计算就可以得出混合液中原油的体积系数，确定单井原油产量。

图2 室外单井试验装置简图

序号累计产量/m3含水率/%差压表示值/kPa气体影响系数/1试验密度值/(kg·m-3)理论密度值/(kg·m-3)误差/%10.6584.38.980.1674915.4916.30.09820.7288.58.890.1734906.2907.10.09930.7790.29.230.1036940.9941.80.09640.6887.79.120.1365927.1930.60.376

5 结论

1)在线密度检测装置实现了对混合原油系数的实时计算。

2)在线密度检测装置在江汉油田的某口小产量井安装试验，差压式密度测量法可以实时得到原油计量中的气体影响系数，并且混合液密度误差在0.376%以内。