油井產量流量計計量方式選型詳解
摘要：油井產量計量是掌握油井的生產動態(tài), 分析儲油層的變化情況, 科學地制定油田開發(fā)方案的重要依據, 目前我國油田油井產量計量在動態(tài)周期性計量的基礎上, 普遍采用多井集中計量方式;對于拉油的油井, 可采用靜態(tài)計量方式, 對于開采后期的油井, 針對其普遍低產少氣的特點, 可采用活動計量或軟件計量方式, 其中軟件計量應用***多的是液面恢復法、功圖法;20世紀末國內外研制開發(fā)的多相流量計可同時計量管道內油、氣、水的產量, 是油井產量計量技術的發(fā)展方向。該文詳細介紹了常用的油井產量計量方式及其應用范圍, 對于油田的生產管理有一定的指導意義。
油井產量計量是指計量單井油、氣、水采出物的日產量, 以滿足生產動態(tài)分析的需要。油井產量計量是油田生產管理的一項重要工作, 是掌握油井的生產動態(tài), 分析儲油層的變化情況, 科學地制定油田開發(fā)方案的重要依據。
雖然油井產量資料對認識油藏性質、分析油井和油藏的動態(tài)十分重要, 但不要求有很高的計量精度。當采用多井集中計量方式時, ***大允許誤差應在±10%以內;低產井采用軟件計量時, ***大允許誤差宜在±15%以內[1]。
油井產量計量實踐證明, 多數油井產量變化是有規(guī)律的, 故出于準確度和經濟性的考慮, 油井產量采用周期性連續(xù)計量。每口井每次連續(xù)計量時間一般為4~8 h;油、氣產量波動較大或產量較低的井, 可延長計量時間為8~24 h。每口井的計量周期為10~15 d, 低產井的計量周期可為15~30 d[1]。
油井產量在周期性連續(xù)計量的基礎上, 綜合考慮油井產出物的油、氣、水組成、原油的物性、油井產量及其波動情況等因素選型合適的計量方式。目前, 我國油田***普遍采用多井集中計量方式;其它的計量方式有靜態(tài)計量方式、活動計量或軟件計量方式、多相流量計計量。下面對每一種計量方式及其應用范圍進行了詳細的介紹。
一．產品概述
渦輪流量計是江蘇華云儀表有限公司采用先進的超低功耗單片微機技術研制的渦輪流量傳感器與顯示積算一體化的新型智能儀表，智能渦輪流量計是一種精密流量測量儀表，與相應的流量積算儀表配套可用于測量液體的流量和總量。智能渦輪流量計廣泛用于石油、化工、冶金、科研等領域的計量、控制系統(tǒng)。配備有衛(wèi)生接頭的渦輪流量傳感器可以應用于制藥行業(yè)。
二．產品特點
1.壓力損失小，葉輪具有防腐功能；
2.采用先進的超低功耗單片微機技術，整機功能強、功耗低、性能優(yōu)越。
3.具有非線性精度補償功能的智能流量顯示器。修正公式精度優(yōu)于±0.02%
4.儀表系數可由按鍵在線設置，并可顯示在LCD屏上，LCD屏直觀清晰，可靠性強
5.采用EEPROM對累積流量、儀表系數掉電保護，保護時間大于10年
6.采用高性能MCU中央處理器，完成數據采集處理顯示輸出、累積流量瞬時流量同
7.屏顯示方便的人機界面實現， 以標準485形式進行數據傳輸。
8.采用全硬質合金（碳化鎢）屏蔽式懸臂梁結構軸承，集轉動軸承與壓力軸承于一體，大大提高了軸承壽命，并可在有少量泥沙與污物的介質中工作。
9.采用1Cr18Ni9Ti全不銹鋼結構，（渦輪采用2Cr13）防腐性能好。
10.容易維修，有自整流的結構，小型輕巧，結構簡單，可在短時間內將其組合拆開，內部清洗簡單。
11.有較強抗磁干擾和振動能力、性能可靠、壽命長
12.下限流速低,測量范圍寬，
13.現場顯示型液晶屏顯示清晰直觀，功耗低，3V鋰電池供電可連續(xù)運行5年以上，耐腐蝕，適用于酸堿溶液
三．基本參數與技術性能
| 儀表口徑及連接方式 | 4、6、10、15、20、25、32、40采用螺紋連接 |
| （15、20、25、32、40）50、65、80、100、125、150、200采用法蘭連接 | |
| 精度等級 | ±0.5%R |
| 量程比 | 1:10；1:15；1:20 |
| 儀表材質 | 304不銹鋼、316（L）不銹鋼等 |
| 被測介質溫度（℃） | -20～＋120℃ |
| 環(huán)境條件 | 溫度－10～+55℃，相對濕度5%～90%，大氣壓力86～106Kpa |
| 輸出信號 | 4-20mADC電流信號（LWGY-□C型） |
| 供電電源 | LWGY-□B型：自帶鋰電池供電（可連續(xù)使用3年）；LWGY-□C型：+24VDC |
| 信號傳輸線 | 2×0.3（二線制） |
| 傳輸距離 | ≤1000m |
| 信號線接口 | 內螺紋M20×1.5（LWGY-□C型） |
| 防爆等級 | ExdIIBT6 |
| 防護等級 | IP65 |
四.產品測量范圍及工作壓力：
| 儀表口徑（mm） | 正常流量范圍（m3/h） | 擴展流量范圍（m3/h） | 常規(guī)耐受壓力（MPa） | 特制耐壓等級（MPa）（法蘭連接方式） |
| DN 4 | 0.04～0.25 | 0.04～0.4 | 6.3 | 12、16、25 |
| DN 6 | 0.1～0.6 | 0.06～0.6 | 6.3 | 12、16、25 |
| DN 10 | 0.2～1.2 | 0.15～1.5 | 6.3 | 12、16、25 |
| DN 15 | 0.6～6 | 0.4～8 | 6.3、2.5（法蘭） | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 20 | 0.8～8 | 0.45～9 | 6.3、2.5（法蘭） | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 25 | 1～10 | 0.5～10 | 6.3、2.5（法蘭） | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 32 | 1.5～15 | 0.8～15 | 6.3、2.5（法蘭） | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 40 | 2～20 | 1～20 | 6.3、2.5（法蘭） | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 50 | 4～40 | 2～40 | 2.5 | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 65 | 7～70 | 4～70 | 2.5 | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 80 | 10～100 | 5～100 | 2.5 | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 100 | 20～200 | 10～200 | 2.5 | 4.0、6.3、12、16、25 |
| DN 125 | 25～250 | 13～250 | 1.6 | 2.5、4.0 |
| DN 150 | 30～300 | 15～300 | 1.6 | 2.5、4.0 |
| DN 200 | 80～800 | 40～800 | 1.6 | 2.5、4.0 |
| 公稱通徑（mm） | L(mm) | G | K（mm） | D（mm） | n（孔數） |
| 4 | 225 | G1/2 | |||
| 6 | 225 | G1/2 | |||
| 10 | 345 | G1/2 | |||
| 15 | 75 | G1 | Φ65 | Φ14 | 4 |
| 20 | 80 | G1 | Φ75 | Φ14 | 4 |
| 25 | 100 | G5/4 | Φ85 | Φ14 | 4 |
| 32 | 140 | G2 | Φ100 | Φ14 | 4 |
| 40 | 140 | G2 | Φ110 | Φ18 | 4 |
| 50 | 150 | G5/2 | Φ125 | Φ18 | 4 |
| 65 | 170 | Φ145 | Φ18 | 4 | |
| 80 | 200 | Φ160 | Φ18 | 8 | |
| 100 | 220 | Φ180 | Φ18 | 8 | |
| 125 | 250 | Φ210 | Φ18 | 8 | |
| 150 | 300 | Φ240 | Φ22 | 8 | |
| 200 | 360 | Φ295 | Φ22 | 12 |
五、選型資料
| 型 號 | 說 明 | |||||||
| HT-LWGY─ | □ | /□ | /□ | /□ | /□ | /□ | /□ | |
|
公 稱 通 徑 |
4 | 4mm，標準量程0.04～0.25m3/h，寬量程為0.04～0.4m3/h | ||||||
| 6 | 6mm，標準量程0.1～0.6m3/h，寬量輪為0.06～0.6m3/h | |||||||
| 10 | 10mm，標準量程0.2～1.2m3/h，寬量程為0.15～1.5m3/h | |||||||
| 15 | 15mm，標準量程0.6～6m3/h寬量程為0.4～8m3/h | |||||||
| 20 | 20mm，標準量程0.8～8m3/h，寬量程為0.4～8m3/h | |||||||
| 25 | 25mm，標準量程1～10m3/h，寬量程為0.5～10m3/h | |||||||
| 32 | 32mm，標準量程1.5～15m3/h，寬量程為0.8～15m3/h | |||||||
| 40 | 40mm，標準量程2～20m3/h，寬量程為1～20m3/h | |||||||
| 50 | 50mm，標準量程4～40m3/h，寬量程為2～40m3/h | |||||||
| 65 | 65mm，標準量程7～70m3/h，寬量程為4～70m3/h | |||||||
| 80 | 80mm，標準量程10～100m3/h，寬量程為5～100m3/h | |||||||
| 100 | 100mm，標準量程20～200m3/h，寬量程為10～200m3/h | |||||||
| 125 | 125mm，標準量程25～250m3/h，寬量程為13～250m3/h | |||||||
| 150 | 150mm，標準量程30～300m3/h，寬量程為15～300m3/h | |||||||
| 200 | 200mm，標準量程80～800m3/h，寬量程為40～800m3/h | |||||||
| 類型 | B | 電池供電現場顯示型 | ||||||
| C | 現場顯示/4～20mA 兩線制電流輸出 | |||||||
| C1 | 現場顯示/RS485通訊協(xié)議 | |||||||
| C2 | 現場顯示/HART通訊協(xié)議 | |||||||
| 精度等級 | 05 | 精度0.5級 | ||||||
| 10 | 精度1.0級 | |||||||
|
渦 輪 類 型 |
W | 寬量程渦輪 | ||||||
| S | 標準渦輪 | |||||||
| 材 質 | S | 304不銹鋼 | ||||||
| L | 316（L）不銹鋼 | |||||||
| 防爆 | E | 防爆型 （防爆等級：ExdⅡBT6） | ||||||
| 壓力等級 | N | 常規(guī) （參照表2） | ||||||
| H(x) | 高壓 （參照表2） | |||||||
1、多井集中計量方式：
多井集中計量方式是一種***普遍應用的油井產量計量方式。多井集中計量方式, 就是每口油井通過出油管線 (DN50 -DN100) 把油井產物輸送到兩相分離器進行氣液分離, 然后分別測定氣、液兩相的流量, 并通過含水分析測定含水率, 由此計算出油井中油、氣、水的產量[1]。其中原油的計量主要有玻璃管量油、電極量油、翻斗量油等方法;氣體計量有孔板測氣、分離器排液測氣、流量計測氣等方法;原油含水率的測定, 按原油乳狀液的類型、含水率的高低和計量自動化的程度, 可采用儀表在線連續(xù)測定或人工取樣測定。
1.1、原油的測量方法：
(1) 玻璃管液面計量
玻璃管液面計量油, 是在油氣分離器上安裝一根與分離器構成連通管的玻璃管液面計, 分離器內一定重量的油將水壓到玻璃管內, 根據玻璃管內水上升的高度與分離器內油量的關系得到分離器內油的重量, 由此測得玻璃管內液面上升一定高度所需要的時間, 即可折算出油井的產量。玻璃管量油是國內各油田普遍采用的傳統(tǒng)方法, 約占油井總數的90%以上。該方法的優(yōu)點裝備簡單、投資少;缺點是人工操作自動化水平低、原油經常會附著在玻璃管內壁上, 造成讀數困難;由于采用間歇量油的方式來折算產量導致原油系統(tǒng)測量誤差較大;另外在高含水期特別是在特高含水期, 對于氣液比低的油井計量后的排液十分困難, 給計量操作造成很大不便。
(2) 電極量油
電極量油是在玻璃管液面計量油的基礎上, 在規(guī)定的量油高度上下界限各安裝一個電極, 當水上升到下電極時計時電表接通開始計時, 水上升到上電極時電表切斷停止走動, 記錄水位升高的時間, 則可按照玻璃管液面計量油的方法計算出油井的產量。
(3) 翻斗量油
翻斗量油裝置主要由量油器計數器等, 組成一個斗裝滿時翻倒排油, 另一個斗裝油這樣反復循環(huán)來累積油量, 這種量油裝置結構簡單, 具有一定計量精度。
1.2、天然氣的測量方法：
(1) 氣體流量計測氣
隨著技術的發(fā)展, 氣體流量計在天然氣測量中的應用越來越多, 常用的有氣體渦輪流量計、旋進旋渦流量計、渦街流量計氣體、羅茨流量計等。
氣體渦輪流量計、旋進旋渦流量計、渦街流量計是速度式流量測量儀表。氣體渦輪流量計主要由渦輪導流器磁電轉換器等, 組成具有精度高重復性好、反應快、測量范圍寬等優(yōu)點。缺點是具有運動部件容易磨損從而影響測量的精度。
渦街流量計是基于“卡門”渦街原理研制成的一種流量計, 在管道中插入一個旋渦發(fā)生體, 當管道中有流體流過時, 在旋渦發(fā)生體的兩側將交替產生旋渦, 在下游交替排列的旋渦列被稱為渦街。單位時間內通過某一點的渦街的數量與流體的流速成正比, 渦街由壓力傳感器檢測, 檢測微弱電信號經處理, 轉換為流量進行顯示或者遠傳。
旋進旋渦流量計工作原理, 進入流量計的流體通過旋渦發(fā)生器產生旋渦流, 旋渦流在文丘里管中旋進, 到達收縮段突然節(jié)流使旋渦流加速, 當旋渦流進入擴散段后, 因回流的作用強迫進入旋進式二次旋轉。旋渦流的頻率與介質速度成正比并且為線性關系。由壓力傳感器檢測, 檢測的微弱電信號經處理, 可轉換為流量信號。
旋進旋渦流量計和渦街流量計都具有結構簡單、準確度高、測量范圍大、無機械可動件、安裝使用方便、不受介質的密度、粘度等影響的優(yōu)點。
氣體羅茨流量計是一種容積式流量計, 計量精度較高, 適用于精密的體積測量。廣泛用于貿易和精密儲運計量管理, 但是在油井計量中分離出的天然氣含有較多的液滴, 這會影響流量計轉動機構的潤滑, 容易出現卡堵事故, 所以一般不宜采用此類流量計。
(2) 孔板測氣
孔板測氣是傳統(tǒng)的氣體計量方法, 用節(jié)流孔板與波紋管壓差計配套進行測量, 根據氣體流經孔板節(jié)流時前后的壓差來計算氣體流量, 這種計量方法裝置結構簡單、安裝方便, 但量程較小, 計量精度受孔板加工安裝精度的影響。
(3) 分離器排液測氣
在計量用油氣分離器量完油以后, 關閉分離器的天然氣出口閥門, 根據排液的時間計算天然氣的產量, 這種方法不需要專門的測量裝置, 原理簡單, 但操作工作量大且精度不高。
1.3 原油含水率的測定
原油含水率的測定, 按原油乳狀液的類型、含水率的高低和計量自動化的程度, 可采用儀表在線連續(xù)測定或人工取樣測定。
(1) 儀表在線連續(xù)測定
儀表在線連續(xù)測定是在原油管線上安裝在線含水分析儀表, 目前在油田上使用的原油含水分析儀按原理大致可分為直接測量法和間接測量法兩類。
直接測量法包括電容法、微波法、超短波法等。此類原油含水分析儀表是根據乳化原油電化學特性不同, 測量中、低含水原油連續(xù)相的乳化原油的電導率, 當未出現油水轉相時, 其含水率的測量可以控制在±3.0%以內。當含水原油有明顯的游離水出現時, 這類原油含水分析儀只有與三相分離器配套使用, 將游離水除去后方可以使用。
電容法測量低含水原油的含水率多采用同軸桶形電容傳感器, 利用原油乳化液的介電常數與含水率有關的原理來實現對原油含水率的測量。
微波法依據原油和水對微波的吸收程度不同檢測油水混合液的含水率。
超短波法包括g 射線和c 射線吸收法, 當g射線和c 射線穿過物質時射線強度會發(fā)生衰減, 由于原油和水對射線的吸收系數不同, 因此通過測量射線強度就可以計算出油水混合液的含水率。
間接測量法包括振動管式液體密度計、放射性測密度法等。此類原油含水分析儀表用實際生產中某區(qū)塊純油、純水的密度值相對穩(wěn)定的特點, 測量含水原油的密度, 通過計算間接測得含水率。該方法在理論上可用于0~100%的原油含水率的測量范圍, 并且不受油水轉相的影響, 從而避免了高含水原油由于油水轉相的不確定性造成的不可控的原油含水率測量準確度, 其含水率測量誤差可以控制在±1.0%以內。
(2) 人工取樣測定
人工取樣測定就是操作人員取一定數量的油樣, 使用蒸餾法、電脫法等測定油樣的含水量, 從而獲得油井的含水量參數。這是目前我國油田采用的主要檢測方法, 人工采取油樣具有隨機性、代表性不強、增大了原油含水率的誤差。
2、其它計量方法：
油井計量方式除了多井集中計量方式外, 還有其它幾種計量方式, 如對于開采后期的油井, 針對其普遍低產少氣的特點, 可采用活動計量或軟件計量方式, 其中軟件計量應用***多的是液面恢復法、功圖法;對于拉油的油井, 可采用計量分離器、高架油罐或槽罐容器靜態(tài)計量方式;20世紀末國內外研制開發(fā)的多相流量計可同時計量管道內油、氣、水的產量。
2.1、軟件計量方式：
(1) 液面恢復法 (動液面法) [2]
根據試井理論, 油井關井后, 液面上升率起初與關井時間成正比, 然后越來越慢。動液面法就是利用這個理論, 采用井口回升記錄儀測量油井停產時及開井生產一段時間后油井油、套管環(huán)形空間內的液位高度, 根據靜液面和動液面的高差, 求得單位時間內進入井內的產液量。
(2) 功圖法
從理論上講, 功圖可以表示每次抽油的產液量。深井泵的功圖直接反映泵的工作情況, 反映泵內流體的充滿程度。因此, 用儀器采集每個沖程的功圖數據, 根據功圖數據的變化, 分析每個沖程中泵內液體的充滿程度, 把泵筒作為計量容器, 計算出每個沖程的抽汲量, 即可折算單井的產液量。
設油井產量為Q, 混合液密度為ρ, 體積系數為B, 泵徑為D, 有效沖程為S, 抽油機的沖次為n, 則通過下式可以算出油井產液量。
Q=nρSπD24B. (1)Q=nρSπD24B. (1)
液面恢復法和功圖法適用用于油井密度大, 產量低的油井, 配套設施少, 計量方法簡單。缺點是對于間歇出油、氣量較大的油井使用效果不理想, 在技術上還有待繼續(xù)提高。
2.2、靜態(tài)計量方式：
拉油的油井可采用靜態(tài)計量方式, 即采用計量分離器、高架油罐或槽罐容器計量, 這幾種計量方式的原理是通過儀器或人工測定在一定時間內流入容器的油井產物的體積變化量來計算油井的產量, 這種計量方法簡單, 投資少, 但自動化水平低, 計量誤差較大, 一般應用在油井比較分散, 對計量精度要求較低的場所。
2.3、多相流量計的計量方式[3]：
20世紀末國內外研制開發(fā)的多相流量計可同時計量管道內油氣水流量, 無需將油井產物通過分離器分成氣液兩相后進行計量, 是油井產量計量技術的發(fā)展方向。
國外很多公司或研究機構從20世紀70、80年就對多相流量計進行研究, 從未間斷, 涉及多相流動規(guī)律、機理及測試方法等領域。典型的測試方法:相關法、容積法、孔板節(jié)流法、激光多普勒法等。比較代表的多相流量計有:EUROMATIC流量計、AGAR流量計、FLUENTA MPFM900多相流量計、FRAMO多相流量計、KOS-FLUID多相流量計。
由于油井采出液中的油氣水一般不是均勻混合的, 它們以不同的速度流動形成復雜的流態(tài), 目前多相流量計對復雜井流的適應性不強, 計量精度不高, 并且儀表價格昂貴, 使得多相流量計的使用范圍受到了很大的限制。但是由于其占地面積、自動化水平高、可移動計量等方面有很大的優(yōu)越性, 將是未來油井產量計量技術的發(fā)展方向。
3、結論：
文章詳細介紹了我國油田油井產量計量方式, 主要有多井集中計量方式, 靜態(tài)計量方式, 軟件計量方式, 其中軟件計量方式包括液面恢復法、功圖法, 多相流量計計量方式, 并對各種計量方式的適用范圍進行了論述, 在實際應用中, 需綜合考慮油井產出物的油、氣、水組成、原油的物性、油井產量極其波動情況等因素選型合適的計量方式。