高含水后期轉(zhuǎn)油站外輸油流量計(jì)適應(yīng)性分析
摘要：目前, 杏北油田正處于高含水開發(fā)后期, 并且, 隨著聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等開采方式的應(yīng)用, 采出液含水、含砂、含聚逐年增多, 造成了流量計(jì)測量元件磨損和腐蝕, 轉(zhuǎn)子卡堵現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生, 影響轉(zhuǎn)油站外輸計(jì)量工作的正常運(yùn)行。通過對(duì)杏北油田轉(zhuǎn)油站在用外輸油流量計(jì)應(yīng)用情況、故障部位分析, 得出結(jié)論:速度式螺旋流量計(jì)安裝維修方便, 運(yùn)行穩(wěn)定, 故障率低, 適用于油田高含水后期轉(zhuǎn)油站外輸液計(jì)量。
截至2017年3月, 杏北油田轉(zhuǎn)油站在用外輸油流量計(jì)共計(jì)61臺(tái), 其中, 容積式流量計(jì)44臺(tái) (腰輪流量計(jì)31臺(tái)、刮板流量計(jì)13臺(tái)) , 速度式流量計(jì)17臺(tái) (螺旋流量計(jì)13臺(tái)、渦輪流量計(jì)4臺(tái)) 。容積式流量計(jì)適用于高黏度、高純度的液體測量[1]。但是, 目前各轉(zhuǎn)油站外輸油流量計(jì)測量介質(zhì)絕大部分為含水85%~98%的油水混合物, 并且, 隨著聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等開采方式的應(yīng)用, 采出液中含水率、含聚濃度及砂含量逐年增多, 造成容積式流量計(jì)測量元件磨損和腐蝕嚴(yán)重, 影響了轉(zhuǎn)油站的正常生產(chǎn)運(yùn)行。因此, 開展了轉(zhuǎn)油站外輸油流量計(jì)適應(yīng)性調(diào)查。
1、常用流量計(jì)工作原理：
1.1、腰輪流量計(jì)：
腰輪流量計(jì)為容積式計(jì)量儀表, 用以連續(xù)測量封閉管道中流體的體積流量。腰輪流量計(jì)由殼體、腰輪、驅(qū)動(dòng)齒輪、出軸密封、精度修正器、計(jì)數(shù)器等組成。其結(jié)構(gòu)及工作原理見圖1。
圖1 腰輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)及工作原理圖
當(dāng)被測流體流經(jīng)計(jì)量腔時(shí), 流體的流動(dòng)壓力使進(jìn)出口之間形成壓差, 腰輪在此壓力差作用下旋轉(zhuǎn), 隨著腰輪的轉(zhuǎn)動(dòng), 不斷地將流體排向出口。由于計(jì)量腔的容積是固定的, 因此, 腰輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈排出的流體體積是恒定的, 即, 被測流體的體積與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)成正比。通過腰輪軸連接的變速機(jī)構(gòu)、密封機(jī)構(gòu)和精度修正機(jī)構(gòu), 將腰輪的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)傳遞至計(jì)數(shù)器, 便可累積流體體積總量, 屬于機(jī)械傳動(dòng)。
1.2、刮板流量計(jì)：
刮板流量計(jì)為容積式計(jì)量儀表, 由殼體、轉(zhuǎn)子、刮板、凸輪、齒輪減速機(jī)構(gòu)、精度修正器、計(jì)數(shù)器等組成, 轉(zhuǎn)子、刮板、內(nèi)殼體、上下蓋板組成計(jì)量腔。當(dāng)被測液體進(jìn)入流量計(jì)后, 流體推動(dòng)刮板轉(zhuǎn)動(dòng), 并由刮板帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。計(jì)量腔中有一個(gè)固定的軸, 軸上安裝有凸輪, 刮板上的滾子與凸輪保持接觸, 因此, 在刮板和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 刮板在凸輪作用下產(chǎn)生伸出和縮進(jìn)的動(dòng)作。計(jì)數(shù)部分采用聯(lián)軸器將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)傳遞至計(jì)數(shù)器, 便可累積流體體積總量, 屬于機(jī)械傳動(dòng)。具體結(jié)構(gòu)及工作原理見圖2。
圖2 刮板流量計(jì)結(jié)構(gòu)及工作原理圖
1.3、螺旋流量計(jì)：
螺旋流量計(jì)為速度式計(jì)量儀表, 由殼體、整流件、前后導(dǎo)向架、轉(zhuǎn)子、顯示器等組成。其結(jié)構(gòu)原理見圖3。轉(zhuǎn)子兩端鑲有硬質(zhì)合金軸承, 由前后兩個(gè)導(dǎo)向架固定在殼體中。螺旋流量計(jì)的轉(zhuǎn)子葉片為兩片螺旋式的葉片。當(dāng)流體通過管道時(shí), 沖擊螺旋轉(zhuǎn)子的葉片, 對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩, 使轉(zhuǎn)子克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)[2]。對(duì)于一定的流體介質(zhì)黏度, 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度與流體流速成正比, 從而可以計(jì)算得到管道的流體流量。計(jì)數(shù)部分采用導(dǎo)線將信號(hào)傳遞至計(jì)數(shù)器, 便可讀取流體瞬時(shí)和累計(jì)流量, 屬于磁感應(yīng)。
圖3 螺旋流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖
2、對(duì)比分析：
被測液體的純凈度是影響流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的重要指標(biāo)之一。實(shí)際生產(chǎn)中, 產(chǎn)出井產(chǎn)液的同時(shí), 會(huì)從地層中攜帶出泥沙和雜質(zhì);采出液在運(yùn)輸過程中, 管道堵漏、機(jī)泵維修、清罐產(chǎn)生的焊渣、盤根、碎石等異物, 也會(huì)影響流量計(jì)的正常計(jì)量。
杏北油田在轉(zhuǎn)油站外輸油流量計(jì)前和外輸油泵前均安裝有過濾器, 且根據(jù)不同開采方式與實(shí)際情況設(shè)定了不同的過濾器清洗周期。每臺(tái)過濾器平均清洗周期為15 d, 基本可以過濾掉介質(zhì)中的雜質(zhì)和異物, 保證流量計(jì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
因此, 以下對(duì)比分析中排除大顆粒雜質(zhì)對(duì)流量計(jì)使用的影響。
2.1、技術(shù)參數(shù)對(duì)比：
杏北油田轉(zhuǎn)油站在用外輸油流量計(jì)中, 腰輪、刮板、螺旋三種流量計(jì)應(yīng)用較多, 占在用流量計(jì)總數(shù)的93.4%。對(duì)這三種流量計(jì)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比, 具體見表1。表1中流量計(jì)的長、寬、高尺寸以公稱通徑200 mm為例。
表1 三種流量計(jì)技術(shù)參數(shù)對(duì)比
由表1可以看出, 腰輪流量計(jì)和刮板流量計(jì)體積及質(zhì)量較大, 而螺旋流量計(jì)體積及質(zhì)量較小。由于流量計(jì)結(jié)構(gòu)與質(zhì)量的不同, 腰輪流量計(jì)和刮板流量計(jì)采用立式安裝, 需要設(shè)置水泥底座, 螺旋流量計(jì)采用水平配管安裝, 便于流量計(jì)的安裝、維修與更換。
2.2、應(yīng)用情況分析：
杏北油田轉(zhuǎn)油站在用的外輸油流量計(jì)中, 速度式流量計(jì)全部投產(chǎn)于2010年之后。因此, 對(duì)2010年后投產(chǎn)的34臺(tái)容積式及速度式流量計(jì)進(jìn)行對(duì)比, 運(yùn)行及維修數(shù)據(jù)對(duì)比見表2。其中, 平均運(yùn)行時(shí)間為2010年至2016年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 維修次數(shù)為2014年至2016年的數(shù)據(jù)。
表2 流量計(jì)運(yùn)行及維修情況統(tǒng)計(jì)
由表2可以看出, 與容積式腰輪、刮板流量計(jì)相比, 速度式螺旋流量計(jì)平均運(yùn)行時(shí)間***長, 且統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)維修次數(shù)為0, 運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)優(yōu)于其他類型流量計(jì)。
2.3、故障部位分析：
2014年至2016年, 杏北油田轉(zhuǎn)油站外輸油流量計(jì)的損壞維修全部為容積式流量計(jì), 主要是由于容積式流量計(jì)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜, 轉(zhuǎn)動(dòng)、傳動(dòng)部件較多, 易損部件多于速度式流量計(jì)。轉(zhuǎn)油站在用外輸油流量計(jì)2014年至2016年故障部位統(tǒng)計(jì)見表3。
由表3可以看出, 容積式流量計(jì)內(nèi)部轉(zhuǎn)子軸承、驅(qū)動(dòng)齒輪及齒輪箱損壞次數(shù)較多, 占總數(shù)的78.4%。主要是由于杏北油田處于高含水開發(fā)后期, 轉(zhuǎn)油站油水混合物含水率普遍升高, 平均為89%。同時(shí), 伴隨著三次采油的推廣應(yīng)用, 導(dǎo)致采出液含聚濃度、含砂、含水及各項(xiàng)離子含量均呈上升趨勢, 轉(zhuǎn)油站外輸液成分復(fù)雜, 轉(zhuǎn)動(dòng)部件長期得不到有效潤滑, 加劇了機(jī)械磨損, 轉(zhuǎn)動(dòng)部件存在結(jié)垢現(xiàn)象, 使流量計(jì)故障時(shí)有發(fā)生。
表3 2014年至2016年流量計(jì)故障部位統(tǒng)計(jì)
3、結(jié)論：
杏北油田轉(zhuǎn)油站在用外輸油流量計(jì)基本滿足轉(zhuǎn)油站外輸油計(jì)量需求, 但是, 隨著油田步入高含水開發(fā)后期, 采出液含水普遍升高, 三次采油采出液成分復(fù)雜。由于容積式流量計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 轉(zhuǎn)動(dòng)部位較多, 其重要測量部位 (轉(zhuǎn)子) 均與被測流體直接接觸, 受被測介質(zhì)影響較大, 因此, 腰輪和刮板流量計(jì)故障時(shí)有發(fā)生。
速度式螺旋流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單, 旋轉(zhuǎn)部件較少, 安裝維修方便, 運(yùn)行穩(wěn)定, 故障率低, 適用于油田高含水后期轉(zhuǎn)油站外輸液計(jì)量。因此, 處于高含水開發(fā)后期的油田在新建轉(zhuǎn)油站或已建轉(zhuǎn)油站外輸油流量計(jì)更換時(shí), 建議使用速度式螺旋流量計(jì)計(jì)量外輸液體。