油井计量技术现状及其发展趋势(王镜涛).doc

论文作者情况表论文名称油井计量技术现状及其发展趋势作者基本情况姓名王镜涛职务/职称责任师/工程师工作单位胜利油田海洋采油厂海二生产管理区采油队通信地址胜利油田海洋采油厂海二生产管理区采油队邮政编码257237联系电话05468484664传真05468587355手-mailW作者从事计量工作情况简介1993年7月参加工作以来，一直从事海上油井现场计量管理工作，目前担任采油队油藏工程责任师，多次参加罗斯蒙特公司、德国科隆公司、美国高准公司、浙江苍南仪表厂、天信仪表厂、杭州创联公司等厂商技术服务人员开设的计量仪表知识培训。油井计量技术现状及其发展趋势王镜涛 杨国宾 王 强（海二生产管理区）摘要：介绍油田主要采用的油井产量计量方法，其中海上油井现场计量常用的玻璃管液面计量油、质量流量计量油；天然气计量包括孔板测气、分离器排液测气、气体流量计测气及含水量的测量，阐述油井现场计量技术的发展趋势。关键词：油井 原油计量 气体计量 含水率 计量技术发展趋势前言油井产量的计量是油田生产管理中的一项重要工作，对油井产量进行准确、及时的计量，对掌握油藏状况，制定生产方案，具有重要的指导意义。海二管理区油井计量基本上采用的是立式两相分离器作气液分离，用玻璃管量油，人工取样化验含水率，排液测气。随着技术的进步，油田越来越需要功能强、精确度好、自动化程度高的油井计量设备，以提高劳动生产率和油田的管理水平。一.原油的测量（一）玻璃管液面计量油 在油气分离器上安装一根长80cm左右并与分离器构成连通管的玻璃管液面计。分离器内的油将水包内的水压到玻璃管内，根据连通管原理，玻璃管内水上升的高度与分离器内液位压力应该相等，单位时间内上升高度一样的关系得到分离器内原油的重量，由此测得玻璃管内液面上升高度所需要的时间，即可折算出油井的产量。玻璃管量油是国内各油田普遍采用的传统方法，约占油井总数的90%以上。该类型装置没有复杂电子仪表，因而投资少，但由于采用间歇量油的方式来折算产量，量油时间段仅以分钟计，对于产量变化幅度大，甚至油层间歇出油的井计量误差大。另外在高含水期，特别是在特高含水期，对于气液比低的油井计量后的排液十分困难，给计量操作造成很大不便。图1-1立式两相分离器结构原理图玻璃管量油的优点是操作简单，维修方便，经久耐用，在低含水期尚能满足生产要求，但是水包内的水位会随着多次液位升降而损耗，加上冬季为防止玻璃管存水发生冻结破裂，进而造成溢油污染，常常要排空，加大了底水的消耗。并且装置结构简单，缺少观察的窗口，难以及时发现问题，只能凭经验自行掌握添加底水的时间。由此增加了工作量；油井进入高含水期后，液量有所增加，量油时间也只有12min，甚至更短。在如此短的时间内计量24h的产量，造成的误差就较大，相对误差约大于10%。在实际操作中，现场人员总结出了以下方法减少玻璃管量油发生的问题或计量误差。1.底水损耗平时可以保持一口不含砂、高含游离水的油井走分离器，自动补充部分底水；2.玻璃管上冻冬季上冻前更换底水为合适标号的防冻液或在玻璃管两侧缠电伴热带防冻；3.气体影响波动对气体等因素影响的井，可以同一天间隔时间录取多个计量数据，通过取平均值来缩小误差；图1-2不规则波动井生产监控曲线4. 间歇变化波动由于层间干扰等因素造成生产趋势呈锯齿状波动的井，可以分别录取锯齿高低水平时间段的产量，根据自动化监控得出不同特点段分别所占的比例换算全天产量来缩小误差； 图1-3有规律波动的生产监控曲线(CB1B-1井2010.7.28-24hr)图1-4有规律波动的生产监控曲线(CB1B-1井2010.7.28-2hr)5.产气量低对于气液比低影响计量的油井一方面条件允许可以延长排空测气时间，另一方面如果人员在平台停留时间较短，可以利用平台上其它气液比高的邻井压液面或共同测量，再减去单独测量的邻井产气量来节省时间；（二）质量流量计量油质量流量计由一个变送器和传感器构成。流体通过U形，衣架形或直管形流量管，流量管与流体流动方向保持垂直震动。流体所产生的科里奥利力，与流量管振动力相互作用，造成流量管扭曲。扭曲度与流体的质量流量成正比，同时扭曲现象会产生正比的、可测量的相位移（流量管两端检测线圈之间）。如果要确定体积流量，质量流量计还必须确定流体密度。这可通过测量流量管振动的自然频率得出。流体的流动密度与流量管振动期的平方成正比（与频率的平方成反比）。因此流量计能否准确测量这两个变量就显得尤为重要。和其它流量计相比，科里奥利流量计的独特设计，使得它对密度的测量更为准确。二.天然气的测量（一）分离器排液测气在计量用油气分离器量完油以后，关闭分离器的天然气出口阀门，根据排液的时间计算天然气的产量。这种方法不需要专门的测量装置，原理简单，但操作工作量大，且精度不高。（二）气体流量计测气随着技术的发展，气体流量计在天然气测量中的应用越来越多，下为常用的几种速度式流量测量仪表。1.气体涡轮流量计主要由涡轮、导流气、磁电转换器等组成，具有精度高、重复性好、反映快、测量范围宽等优点，缺点是具有运动部件，容易磨损，从而影响测量的精度。图2-1气体涡轮流量计 图2-2涡街流量计 图2-3旋进旋涡流量计2.涡街流量计基于“卡门”涡街原理研制成的一种流量计。在管道中插入一个旋涡发生体，当管道中有流体流过时，在旋涡发生体的两侧将交替产生旋涡，在下游交替排列的旋涡列被称为“涡街”，单位时间内通过某一点的涡街的数量与流体的流速成正比。涡街由压力传感器检测，检测的微弱电信号经处理，转换为流量进行显示或者远传。3.旋进旋涡流量计工作依靠进入流量计的流体通过旋涡发生器产生旋涡流，旋涡流在文丘里管中旋进，到达收缩段突然节流使旋涡流加速。当旋涡流进入扩散段后，因回流的作用强迫进入旋进式二次旋转。旋涡流的频率与介质速度成正比并且为线性关系，由压力传感器检测，检测的微弱电信号经处理，可转换为流量信号。旋进旋涡流量计和涡街流量计都具有结构简单、准确度高、测量范围大、无机械可动件、安装使用方便、不受介质的密度、粘度等影响的优点。4.气体罗茨流量计图2-4气体罗茨流量计外形及结构图是一种容积式流量计，计量精度较高，适用于精密的体积测量，广泛用于贸易和精密储运计量管理。但是在油井计量中分离出的天然气含有较多的液滴，这会影响流量计转动机构的润滑，容易出现卡、堵事故，所以一般不宜采用此类流量计。5、质量流量计Micro Motion（高准公司）提供的科里奥利流量计通过了中国成都天然气流量分站（CVB）参照JJG8971995检定规程，在多种安装条件下进行的天然气流测试。结果表明：该流量计在天然气测量上，能满足0.5的精度，而且还具有良好的重复性、不受气体流态的影响、安装灵活、双向测量等特点。图2-5气体质量流量计外形及结构图三. 含水率的测量（一）人工取样操作人员取一定数量的油样，使用蒸馏法、电脱法等测定油样的含水量，从而获得油井的含水率参数。这是目前我国油田普遍采用的检测方法。由于油井产液有游离水存在，在重力作用下管流中存在分层、甚至段塞流现象，因此，人工取样随机性很强，很难取准，因而代表性不强，无法得到真实、稳定、准确的含水率值。增大了原油含水率的误差。（二）在线分析在原油管线上安装在线仪表，使用密度计、电容、微波等仪器在线测量液体的含水率。1.密度计测量使用振动管等形式的液体密度计测量油水混合液的密度，根据其密度计算出含水量。2.电容法测量低含水原油的含水率测量多采用同轴桶形电容传感器，利用原油乳化液的介电常数与含水率有关的原理来实现对原油含水率的测量。3. 微波法依据原油和水对微波的吸收程度不同检测油水混合液的含水率。4.射线和x射线吸收法。当射线和x射线穿过物质时，射线强度会发生衰减。由于原油和水对射线的吸收系数不同，因此通过测量射线强度就可以计算出油水混合液的含水率。在线含水分析的优点是减少了取样化验等工作量，因而花费时间短，并且减少了取样时放空及化验后排污可能造成的环境损害，实现了油气系统密闭生产；读取仪表录取资料直观方便，而且减少了计算误差；电子仪表容易引出模拟信号，方便开展后期自动化改造。缺点是一次性投入高、电器设备复杂、对介质和环境要求严、仪表维护可靠性差。 四. 油井产量计量新技术 随着技术的发展以及油田管理和降低工人劳动强度、提高生产效率的需要，相继出现了许多可以对油井油、气、水产量进行综合测量的计量装置。（一）两相或三相分离器自动计量 两相或三相分离计量是将油井采出液分离成液体和气体后对其分别进行计量。两相分离计量设备主要由两相分离器、气体流量计、液体流量计等组成，气体流量计和液体流量计计量油井的产气量和产液量，并由在线仪表直接计算出含水率。两相分离计量所采用的技术方案，关键在于分离装置对气液两相的分离效果。三相分离计量还受含水分析仪的灵敏度和可靠性影响。1.装置组成 两相自动计量装置由两相分离器、上下音叉液位计、气路电磁阀、气涡街流量计、压力和温度传感器、密度计、含水分析仪、强排泵等组成，采用计算机控制，从而实现单井准三项在线自动计量。2.结构特点 （1）采用自动控制仪或计算机组成闭环计量系统，无人为因素，计量结果准确度高。（2）当气液比较低油井排液困难时，可开强排泵实施强排。 （3）在各单井入口处安装电动三通阀，可实现顺序或随机自动切换计量。 （4）在计算机上配接有线或无线通讯接口，可实现网控数据采集。3.性能特点 有统计数据表明，使用两相计量分离器计量高含水原油时，尽管流量计与在线含水分析仪都能正常地在测量范围内工作，但测量出来的油井纯油产量仍然误差较大，不符合标准要求。假设计量总液量的流量计工作时没有误差，仅2.0级精度的含水在线分析仪(一般高含水分析仪的可靠精度均不高于2.0级)或人工化验造成的纯油计量误差就为2.2%100%。这是含水率测量误差为2%时对纯油计量精度的影响。要准确测量油井的产油量，就必须准确测出原油平均含水率。目前由于人工取样的代表性与具体操作者的技能因素有很大关系，几次的平均差值高达20%30%，这就难以得出精准的单井的产油量。 含水率 (%)1020304050607080909598纯油精度误差 (%)63.33456.7102040100表1 含水率与纯油精度误差对照表图3-1两相分离器自动计量装置（二）不分离计量滨南采油厂研制开发了一种“旋流分离多相计量装置”，由华滨实业公司生产。包括气液旋流分离技术、气液无源控制技术、高含水测量技术、单相计量技术，以及多井自动控制工艺技术、远程数据的无线采集及计算机处理、无线远程监测控制等技术。在油井计量上解决了传统分离器计量和人工含水计量存在的计量误差大以及油田进入中后期开发阶段出现的低液量、低含气、间歇出油井无法计量等问题。1.装置功能及特点（1）功能通过管式旋流分离器对气液两相进行高效分离后，通过气体流量计、质量流量计等单相仪表以及在线含水率分析仪实现液、油、气、水的准确计量。由计算机对计量参数进行自动采集处理，实现液、油、气、水瞬时值、累计值等数据显示，自动生成液、油、水、气的瞬时曲线、日度生产曲线、时累计、日累计生产报表等，并能通过网络查询实时数据及远程管理。（2）特点计量精度高“旋流分离多相计量装置”提高了油、水、气的计量精度，消除了过去因人工调配阀门造成的人为误差、阀门磨损造成的漏失误差和人工数据录取造成的读数误差。适用范围广可适用于各种工况及工艺条件下的油、气、水、液多相计量，解决了低液量、间歇出油井用传统分离器不能计量的问题。实现了自动化管理可在无人值守条件下实现自动计量、远程实时查询数据及控制；通过计算机进行各类数据的统计、汇总和分析，结合远程检测控制技术，实现了计量站油井计量数据的远程自动采集处理、计量参数远程操作监控，使生产分析智能化、管理监控可视化。结构体积小，占地面积少“旋流分离多相计量装置”减少了分离器、计量管线和计量管汇，因而占地面积约10 m2左右。操作简便，日常维护工作量少减轻了工人的劳动强度，提高了劳动效率。通过设定相关参数进行全自动化计量，改变了过去人工倒闸门等费时费力的繁琐劳动,实现了无人值守操作。提高了计量站安全环保性能由于取消了分离器等压力容器，减少了油气泄漏安全事故隐患。五. 发展趋势 （一）向仪表化方向发展。随着科学技术的进步，油井产量计量中必然越来越多地使用操作简单、读数方便的流量计。（2）向高精度方向发展。油田开发后期，需要为生产管理提供真实可信的数据，对油井计量精度的要求必然越来越高。（3）向快速