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摘 要 低產(chǎn)油井的計(jì)量技術(shù)已研究多年，但始終未從根本上解決問題。試圖從分離器的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造，從而進(jìn)一步改進(jìn)工藝流程，達(dá)到提高油井計(jì)量準(zhǔn)確度的要求。同時(shí)參照國(guó)外油井計(jì)量的先進(jìn)技術(shù)，通過改造傳統(tǒng)的計(jì)量流程，以達(dá)到提高油田計(jì)量技術(shù)的目的。
主題詞 油井計(jì)量 分離器 計(jì)量工藝 計(jì)量裝置
Abstract Technical studies on the measurement of stripper wells have been made for many years, but the problems have not been solved completely. This study is aimed at transforming the structure of the separator to further improve technological process and increase accuracy of measurement. Traditional process of measurement should also be innovated by applying advanced techniques of measurement abroad.
Subject Headings Well measurement, Separator, Measurement process, Measurement mechanism
 

　　隨著老油田進(jìn)入高含水期，油井計(jì)量的難度越來越大。再加之生產(chǎn)的發(fā)展及經(jīng)營(yíng)管理的需要，對(duì)油田計(jì)量技術(shù)的要求也在提高。因此，認(rèn)真解決油田井口計(jì)量問題，提高目前井口計(jì)量精度和管理水平，已成為油田生產(chǎn)中亟待解決的一個(gè)重要課題。

油井計(jì)量現(xiàn)狀與存在問題

目前，油田油井計(jì)量基本上采用的是立式兩相分離器作氣液分離，用玻璃管量油，人工取樣化驗(yàn)含水率，雙波紋管差壓計(jì)測(cè)氣，這種計(jì)量方式在高含水期主要存在以下問題。

1 兩相分離器玻璃管量油，計(jì)量時(shí)間短，誤差大

　　玻璃管量油的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，維修方便，經(jīng)久耐用，在低含水期尚能滿足生產(chǎn)要求，進(jìn)入高含水期后，液量有所增加，量油時(shí)間也只有1～2min，甚至更短。在如此短的時(shí)間內(nèi)計(jì)量24h的產(chǎn)量，造成的誤差就較大，相對(duì)誤差約大于10%。

2 人工測(cè)定原油含水率，誤差大

　　要準(zhǔn)確測(cè)量油井的產(chǎn)油量，就必須準(zhǔn)確測(cè)出原油平均含水率。目前由于人工取樣的代表性與具體操作者的技能因素有很大關(guān)系，幾次的平均差值高達(dá)20%～30%，這就難以量準(zhǔn)單井的產(chǎn)油量與產(chǎn)水量。

3 氣產(chǎn)量計(jì)量大多未運(yùn)行

　　井口氣產(chǎn)量的計(jì)量，雖然配置了孔板流量計(jì)，但從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況看，使用得都不理想，大部分儀表未能投入正常運(yùn)行，許多計(jì)量站還從未使用過，加之孔板多年不檢定，即使在用也很難說清其計(jì)量精度。

高含水期油井計(jì)量的特點(diǎn)

1 油井含水率高，且波動(dòng)較大

　　使用兩相計(jì)量分離器計(jì)量高含水原油時(shí)，盡管流量計(jì)與在線含水分析儀都能正常地在測(cè)量范圍內(nèi)工作，但測(cè)量出來的油井純油產(chǎn)量仍然誤差較大，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。假設(shè)計(jì)量總液量的流量計(jì)工作時(shí)沒有誤差，僅2.0級(jí)精度的高含水在線分析儀（一般高含水分析儀的可靠精度均不高于2.0級(jí)）或人工化驗(yàn)造成的純油計(jì)量誤差就為2.2%～100%，詳見表1。

表1 含水率與純油精度誤差對(duì)照表
 

含水率 (%)	10	20	30	40	50	60	70	80	90	95	98
純油精度誤差 (%)	2.2	2.5	2.86	3.33	4	5	6.7	10	20	40	100

　　這是含水率測(cè)量誤差為±2%時(shí)對(duì)純油計(jì)量精度的影響。

2 油、氣、水三相計(jì)量分離器

　　從表1可知，在高含水期要想把油井的純油量計(jì)量準(zhǔn)確，必須把混合液中的游離水分離出來，使得進(jìn)量油儀表的原油含水率降到一定程度（如30%），總計(jì)量精度才能有所保證。使用三相分離器，把油、氣、水按一定要求分開，才能較為準(zhǔn)確地計(jì)量油井的油、氣、水產(chǎn)量，對(duì)于泡沫原油進(jìn)入DN600的計(jì)量分離器后，采用腰輪流量計(jì)計(jì)量液量，測(cè)量值要偏高4.5%（與質(zhì)量法相比）。實(shí)踐證明，只有分得清，才能量得準(zhǔn)。因此，三相分離器成了高含水期油井計(jì)量的關(guān)鍵技術(shù)。

國(guó)外油井計(jì)量狀況

油井計(jì)量主要特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：
　�。�1）美國(guó)在油田井口計(jì)量中，低含水期采用兩相分離，中高含水期采用三相分離，定時(shí)連續(xù)計(jì)量。在油田建設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)，均設(shè)計(jì)三相分離器，在低含水期，三相分離器當(dāng)兩相使用，中高含水期，開始使用三相分離功能。美國(guó)油田計(jì)量的特點(diǎn)是小站流程。計(jì)量站設(shè)置計(jì)量分離器和生產(chǎn)分離器兩套裝置，生產(chǎn)分離器用來計(jì)量整個(gè)計(jì)量站的油、氣、水總產(chǎn)量，油井計(jì)量中的選井多采用多通閥。
　�。�2）采用三相分離器計(jì)量大多與儀表配套使用，如配備流量計(jì)和在線含水分析儀可實(shí)現(xiàn)連續(xù)計(jì)量。
　�。�3）計(jì)量站二次表基本智能化、數(shù)字化、流量、含水率等數(shù)據(jù)的采集、處理、運(yùn)算、輸出都采用微機(jī)，可隨時(shí)顯示、定時(shí)打印、輸出凈油、凈水、氣量、含水率等數(shù)據(jù)。
　　（4）計(jì)量制度，一般每口油井計(jì)量8h或24h，計(jì)量周期為7d、12d、30d不等。

新型油井計(jì)量裝置的研制與試驗(yàn)

在多年研究三相分離器計(jì)量技術(shù)的基礎(chǔ)上，并借鑒了國(guó)外的分離計(jì)量技術(shù)，我們研制了三相計(jì)量分離器并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明，該分離器在工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上有所突破，取得了良好的使用效果。

1 分離器設(shè)計(jì)方案的形成

　　在20世紀(jì)70年代初期，有人曾經(jīng)對(duì)法國(guó)臥式三相自動(dòng)計(jì)量分離器進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。在對(duì)其應(yīng)用條件及我國(guó)油田的實(shí)際情況了解不夠的前提下，對(duì)其進(jìn)行機(jī)械地仿制，如油水界面的控制浮球，最后還是失敗了。失敗的主要原因是分離器內(nèi)油水界面控制不靈，經(jīng)常發(fā)生水中跑油或油中跑水現(xiàn)象。油水界面控制不靈在其它集輸設(shè)備如原油立式或臥式沉降脫水罐、電脫水器等設(shè)備中普遍存在，這個(gè)問題在以后的十多年里一直困攏著油氣集輸工作者，人們?cè)谠O(shè)定的油水界面位置上安裝過各式各樣的儀表，效果都不理想。雖然仿制法國(guó)三相分離器的試驗(yàn)失敗了，但使我們認(rèn)識(shí)到，要想獲得三相分離器的成功，必須攻克界面控制的難關(guān)。為了弄清三相分離器油水界面在工作條件下的實(shí)際狀況，我們進(jìn)行了如下的試驗(yàn)：設(shè)計(jì)了一臺(tái)Φ1000的臥式三相分離器，如圖1所示。在分離器側(cè)面液體部分自上而下等距離設(shè)計(jì)了一列取樣閥。在運(yùn)行時(shí)通過大量取樣分析得知，分離器在運(yùn)行狀態(tài)下液體部分并不總是存在著一個(gè)上面是油，下面是水的清晰的油水界面，而常常是液體部分的頂部為含水率很低的純油層，分離器底部為清水層，在其間是一個(gè)含水率漸變過渡層。多年的大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)使我們得到了如下寶貴的經(jīng)驗(yàn)：①界面控制是分離器成敗的關(guān)鍵技術(shù)；②以前用各種各樣的儀表來直接控制油水界面的嘗試是不可取的，在提高儀表控制精度上下功夫是方向性失誤。工藝條件對(duì)儀表的成敗起決定性作用。
　　鑒于以上認(rèn)識(shí)，我們?cè)趨㈤喠藝?guó)外的一些資料后得到了啟示，擬定了以下三相分離器設(shè)計(jì)方案（見圖2）。
　　考慮油井計(jì)量中油中雜質(zhì)多，且高含水井含氣量不高，所以選用立式結(jié)構(gòu)。分離器外附有集油桶和集水桶，各桶上下兩端設(shè)有液位控制器，該分離器把通常對(duì)油水界面的直接控制變成了由可調(diào)水堰管調(diào)節(jié)水的出口高度，與固定的油出口高度對(duì)應(yīng)，從而間接控制了油水界面高度，使得分離出的油和水分別進(jìn)入油桶和水桶，如果排出的油或水的指標(biāo)不符合要求，只要調(diào)節(jié)水的出口高度就可方便地達(dá)到要求。油桶與水桶的液面控制是很容易實(shí)現(xiàn)的成熟技術(shù)，能夠可靠地運(yùn)行。

2 油井計(jì)量裝置的構(gòu)成與計(jì)量原理

　　單井來油經(jīng)三相分離后，原油進(jìn)入油桶，當(dāng)液面達(dá)到上浮球時(shí)，浮球發(fā)出信號(hào)使氣動(dòng)薄膜閥全開排油，原油經(jīng)過在線含水分析儀，刮板流量計(jì)、薄膜閥等排出；分離后的水經(jīng)水堰管口溢出，進(jìn)入集水桶。同樣，當(dāng)水位升到上浮球時(shí)，薄膜閥打開排水，水經(jīng)過流量計(jì)、薄膜閥排出，當(dāng)油或水液位降到下浮球位置，薄膜閥關(guān)閉，進(jìn)行下一桶的油或水的積累。在分離器頂部的氣出口處，設(shè)有溫度、壓力變送器、過濾器、氣體腰輪流量計(jì)、自動(dòng)式調(diào)壓閥、單流閥等。三相分離器的進(jìn)油管線裝有一套加藥裝置，可連續(xù)可控地給來油加破乳劑。

3 三相分離器的主要技術(shù)指標(biāo)

　　結(jié)構(gòu)尺寸： Φ1600×4300
　　工作壓力： 0.6MPa
　　工作溫度： 40℃～47℃
　　液體處理量： 200m³/d
　　液體停留時(shí)間： ＞30min
　　分離后指標(biāo)： 油中含水≤30%
　　污水含油≤0.4%

4 分離器在計(jì)量方面的優(yōu)點(diǎn)

　�。�1）采用立式分離器，允許油水界面在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，有利于分離效果的控制。
　�。�2）采用集油桶、集水桶，可調(diào)水堰結(jié)構(gòu)，把難度大的直接控制油水界面的控制方法變成容易實(shí)施的液面控制和開關(guān)控制。
　�。�3）間斷排液方式使得一塊計(jì)量?jī)x表的量程可以適應(yīng)產(chǎn)量相差懸殊的各口油井，即在分離器處理量范圍內(nèi)，不論哪口油井的產(chǎn)量為多少，只要控制好流量計(jì)前后的壓差，流量計(jì)在計(jì)量時(shí)就不會(huì)超量程。因此在計(jì)量站內(nèi)不必用不同量程的多個(gè)流量計(jì)來適應(yīng)產(chǎn)量參差不齊的各口井的計(jì)量。
　�。�4）分離器內(nèi)部的沉降分離過程不受排流時(shí)液體流動(dòng)的擾動(dòng)，分離效果不受影響。

5 與三相分離器配套的主要儀表

　　彈性刮板流量計(jì)，用于量油、量水 精度：±1.0%
　　在線含水分析儀（0%～100%） 精度：±2.0%
　　氣體腰輪流量計(jì) 精度：±1.0%
　　單片機(jī)及打印輸出設(shè)備

6 試驗(yàn)效果

　�、偃�相分離效果滿足計(jì)量要求。油中含水率＜30%；水中含油＜0.4%；②用可調(diào)水堰管控制油水界面主動(dòng)、靈活，很有效，使最終分離出的油中含水率和水中含油率得以控制，這是技術(shù)上的一個(gè)突破；③單片機(jī)用于油井計(jì)量中，對(duì)油、水液位進(jìn)行控制，自動(dòng)采集油、氣、水流量信號(hào)和溫度、壓力信號(hào)并加以處理、運(yùn)算，可隨時(shí)或定時(shí)打印結(jié)果。

7 誤差分析

　　由于儀表的直接測(cè)量值x與間接測(cè)量值y之間存在著函數(shù)關(guān)系y=f(x)，則由微分學(xué)可知，直接測(cè)量值的測(cè)量誤差引起的間接測(cè)量值的誤差為函數(shù)的增量，而該增量可用函數(shù)的微分來表示。同樣，有n個(gè)直接測(cè)量值x_i(i=1，2，…n)與間接測(cè)量值的函數(shù)關(guān)系為
　　　　　　　　　　　　　　　　y=f(x₁,x₂…x_n)
　　則測(cè)量的總誤差可用函數(shù)的全微分表示為

　　上式是函數(shù)誤差計(jì)算的一般公式。對(duì)于我們所研究的計(jì)量裝置其儀表的誤差性質(zhì)為隨機(jī)誤差。其計(jì)算公式為：

　　式中R為相關(guān)項(xiàng)也稱協(xié)方差。在實(shí)際測(cè)量中，各個(gè)直接測(cè)量值之間是相互獨(dú)立的，即R項(xiàng)為零。
　　計(jì)量分離器上單個(gè)儀表的測(cè)量誤差x_i有隨機(jī)誤差，且相互獨(dú)立。根據(jù)獨(dú)立變量誤差疊加原理，其計(jì)量裝置的誤差可由下式進(jìn)行計(jì)算：

　　整個(gè)計(jì)量分離器是一個(gè)完整的計(jì)量系統(tǒng)，其測(cè)量總誤差來源于四個(gè)方面：含水分析儀的準(zhǔn)確度、彈性刮板流量計(jì)的準(zhǔn)確度、水中含油的測(cè)量誤差以及未考慮因素的附加誤差。
　　含水分析儀的準(zhǔn)確度為2.0%；
　　彈性刮板流量計(jì)的準(zhǔn)確度為1.0%；
　　水中含油的測(cè)量誤差為±0.2%；
　　未考慮因素的附加誤差為±0.1%。
　　則裝置的總誤差為

　　通過以上計(jì)算可以得出計(jì)量裝置的不確定度為2.5%。
　　此套裝置于近幾年先后在大慶、江蘇等油田試用，效果良好，基本解決了高含水油井的計(jì)量問題，具有良好的推廣價(jià)值。
8 需改進(jìn)之處
①分離器體積太大，對(duì)于小斷塊低產(chǎn)井，需要設(shè)計(jì)小型化的、輕便的、撬裝式的；②對(duì)低氣液比井，盡管伴生氣較少，但在三相分離器內(nèi)氣相空間所占的比例要合適，氣相空間大小對(duì)分離效果的影響是不容忽視的。

對(duì)小斷塊油田低產(chǎn)低氣油井計(jì)量的設(shè)想

小斷塊低產(chǎn)井的計(jì)量問題，長(zhǎng)期以來一直未能很好解決。我們?cè)囅�，在氣體分離后作兩相計(jì)量，根據(jù)互不相溶的兩種液體混合物的總體積等于這兩種液體體積之和的原理，通過測(cè)定與混合物的總體積和質(zhì)量相關(guān)的兩個(gè)物理量，求解相關(guān)方程組得到這兩種液體的各自體積（質(zhì)量）。
　　另一種方法就是采用活動(dòng)式計(jì)量站，效果可能會(huì)更好些。用小型三相分離器配油、氣、水計(jì)量?jī)x表和油泵、水泵連續(xù)計(jì)量，計(jì)量后輸入管網(wǎng)進(jìn)轉(zhuǎn)油站。按合理的計(jì)量周期巡回計(jì)量。這種計(jì)量方式有以下特點(diǎn)：
　�。�1）將傳統(tǒng)的"米"字形叢式固定計(jì)量站集輸流程改為串聯(lián)型集輸流程，大大減少了管線投資，同時(shí)降低了管理難度。
　�。�2）實(shí)現(xiàn)了單井油、氣、水三相分離，儀表連續(xù)自動(dòng)計(jì)量，保證計(jì)量精度。油與水±5%，氣±10%。
　�。�3）實(shí)現(xiàn)了計(jì)量專業(yè)化管理，微機(jī)自動(dòng)采集處理數(shù)據(jù)，打印油、氣、水日產(chǎn)量。消除了人為因素，為無(wú)人值守創(chuàng)造了條件。
　　（4）用拖車運(yùn)載、全天候計(jì)量取代目前的固定式計(jì)量站。其效果顯著。