油田单井计量技术分析与应用.pdf
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1、第 50 卷第 4 期化 工 自 动 化 及 仪 表作者简介院毕海鹏渊1982-冤袁高级工程师袁从事计量技术研究与计量管理工作遥通讯作者院李高峰渊1983-冤袁高级工程师袁从事计量管理工作袁遥引用本文院毕海鹏袁李高峰.油田单井计量技术分析与应用咱J暂.化工自动化及仪表袁2023袁50渊4冤院581-586曰591.DOI:10.20030/ki.1000鄄3932.202304027油田单井计量技术分析与应用毕海鹏1李高峰2渊1.中国石油化工股份有限公司科技部曰2.中国石化胜利油田技术检测中心冤摘要分析了油田现有单井液量尧气量计量及单井采出液含水率测量技术的优缺点袁在此基础上研制了价格低廉尧稳
2、定可靠袁可以直接安装在油井井口测量单井产液量尧气量的管式油井气液两相流量计和单井在线含水仪袁从而计算出单井油尧气尧水产量遥 经大量的现场试验验证袁管式油井气液两相流量计液相计量误差小于依3.0%尧气相计量误差小于依5.0%袁单井采出液在线含水仪测量误差不大于依5.0%袁可在单井计量中进行推广遥关键词单井计量在线流量计含水仪中图分类号TP216文献标识码B文章编号1000鄄3932渊2023冤04鄄0581鄄07单井计量是油田开发决策的重要依据遥 油井的油气水计量普遍采用采出液计量袁配合采出液人工含水化验方法袁通过计算最终获得单井油气水的计量数据遥 为解决油田单井计量问题袁国内外研究机构相继研制
3、了多种三相流量计和含水分析仪咱1暂袁如西安交通大学研制的文丘里管式三相流量计尧兰州某单位研制的放射性相关系数法三相流量计和含水分析仪等遥 这些仪表应用到单井计量上袁均存在适应性差尧计量稳定性差及故障率高等缺陷袁很难在油田大规模推广应用遥近几年袁胜利尧大港尧长庆油田利用野示功图油井远程计量监控系统冶实现了游梁式抽油机油井产液量的测量袁但由于示功图计算油井的产液量受电机功率因数尧抽油杆偏磨尧油气比等不确定因素的影响袁存在着误差大渊误差一般在20%以上冤尧稳定性差的计量缺陷袁另外袁野示功图油井远程计量监控系统冶不能解决电潜泵尧螺杆泵油井的液量尧气量计量和单井含水测量问题遥 特别是油井采出液含水测量袁
4、 目前普遍采用现场取样尧人工化验的方式遥 随着油田体制改革的不断深入袁单井原油含水化验在生产运行管理中的问题和矛盾日益突出袁主要表现在传统注采化验室布局分散袁化验效率低袁能耗高袁测量结果影响因素多袁含水数据的规范性尧及时性得不到保障袁检验环境污染严重袁化验员积极性不高等诸多问题遥智能油田建设的技术核心和难点是油井计量数据的数字化袁即利用现代的数字化计量仪表实现油井的液量尧 气量及含水率等参数的测量袁以代替传统的人工野量油测气冶袁实现油井生产运行状态的自动监控和变化趋势的快速分析袁最终达到提高生产效率尧降低生产成本的目标遥 鉴于现有单井计量技术存在的不足袁研制开发出稳定可靠尧经久耐用尧价格低廉袁
5、直接能安装在井口的自动计量仪表袁对油田开发和数字化建设具有重要意义咱2暂遥1新型单井计量仪表的研制1.1管式油井气液两相流量计1.1.1测量原理立式分离器玻璃管液位计油井计量装置在油田已使用了50多年袁目前仍是胜利油田单井计量应用的主要装置袁初步统计袁油田90%以上的油井计量站仍使用立式分离器玻璃管液位计完成油井气尧液量的测量遥 但立式分离器玻璃管液位计油井计量装置存在着低伴生气油井气尧液量测5812023 年化 工 自 动 化 及 仪 表量困难尧 间歇波动油井计量误差较大的技术缺陷袁同时该计量方法需要人工操作袁难以实现自动化曰另外袁立式分离器玻璃管液位计油井计量装置属于压力容器袁 不适合安装
6、在油井现场袁且单套造价约十万元袁因此在每口油井安装一套立式分离器玻璃管液位计不现实遥针对立式分离器玻璃管液位计在生产使用中存在的不足袁在其工作原理的基础上袁研制开发了不受油井产能波动尧能够连续计量的管式油井气液两相流量计袁 经过近一年的现场应用袁其计量准确性尧 工作稳定性达到了油田生产要求袁良好的计量性能得到了生产现场的认可遥所谓野管式冶是指流量计的主体测量部件是普通管段袁本次设计的管式油井气液两相流量计选用了DN 159普通输油管遥 管式油井气液两相流量计的测量原理如图1所示遥图1管式油井气液两相流量计的测量原理管式油井气液两相流量计包括第一测量管A尧第二测量管B尧入口三通阀F1尧出口三通阀
7、F2尧差压变送器及连接管线等遥测量管A和测量管B通过入口三通阀与来液管线连接袁通过出口三通阀与排液管线连接遥 测量过程为院a.井口两相流通过入口三通阀进入测量管A袁通过控制出口三通阀袁测量管A停止排液袁此时测量管B来液关闭袁测量管B排液阀打开曰b.液体进入测量管A袁 根据差压变送器所测得的p1尧p0之间的压差驻p1袁 计算液体瞬时流量和单井日产液量曰c.气体通过连接管线进入测量管B袁 根据差压变送器所测得的p3尧p2之间的压差驻p2袁 计算气体瞬时流量和单井日产气量曰d.当测量管A中液体质量渊高度冤达到设定质量渊高度冤时袁三通阀F1尧F2同时换向袁井口来液则导入测量管B袁分离出的气体驱动测量管
8、A中的液体排出袁完成一个循环遥液柱的压强为院驻p1=p0-p1=籽AghA渊1冤液柱的质量为院M=籽AVA=籽A仔r2hA=仔r2驻p1/g渊2冤则油井产出的液体流量为院Q液=M/t=仔r2驻p1/gt渊3冤其中袁籽A为测量管A中液体密度袁hA为测量管A中液体高度袁r为测量管内径袁t为测量时间遥因测量管B液位下降是在测量管A液位上升和分离出的气体双重作用下产生的袁因此油井产出的气体流量推导如下遥依据液柱压强的定义可知院驻p2=p2-p3=籽BghB渊4冤则B管内液柱的高度为院hB=驻p2籽Bg渊5冤其中袁籽B为测量管B中液体密度遥在t忆的时间里测量管B中的液柱从h下降到hB袁B管中液体下降的高
9、度与A管排出进入B管的气体高度渊也即A管中液位高度hA与A管中新产生的气体的折算高度h气之和冤相同院h-hB=hA+h气渊6冤h气=h-hA-hB=h-渊驻p1+驻p2冤/籽g渊7冤其中袁h为设定值遥 由于油井气体计量准确度要求不高袁 可认为测量管A尧B中的液体密度籽相同袁可根据油井的含水率计算得到遥因此袁油井产气流量为院Q气=V气t忆=仔r2h气t忆=仔r2咱h-渊驻p1+驻p2冤/籽g暂/t忆渊8冤从式渊3冤尧渊8冤可以看出袁油井的产液量和产气量只与A尧B管液柱压差有关 渊其他参数为常数或设定值冤袁只要准确测量管段液位的压差袁就可以得到油井的液体流量和气体流量遥1.1.2测量系统设计管式油
10、井气液两相流量计主要靠控制两个电动三通阀实现A尧B两个测量管段交替进液和排液袁通过采集管段上下两点的压差计算油井的液相流量和气相流量遥 流量计显示器不仅动态显示液相瞬时流量和累积流量袁同时也动态显示气相582第 50 卷第 4 期化 工 自 动 化 及 仪 表瞬时流量和累积流量遥 管式油井气液两相流量计自动控制软件框图如图2所示咱2暂遥所设计的管式油井气液两相流量计自动化系统具有如下功能院a.实时监测井口温度尧压力等参数曰b.气-液两相瞬时流量尧累积流量准确计量曰c.设备故障自诊断报警曰d.历史数据曲线成图及存储输出曰e.计量数据无线传输曰f.生产过程监测报警遥管式油井气液两相流量计的技术指标
11、如下院测量范围气0%耀100%液0耀500 t渊可选冤测量误差气依5.0%液依3.0%1.2单井采出液在线含水仪单井采出液含水在线自动监测技术一直是制约油田实现油气生产全面自动化的技术瓶颈遥多年来袁石油行业相关单位针对单井原油含水测定技术开展了一系列的研究和应用推广工作遥 近两年袁 经过对国内外含水自动监测技术的调研尧筛选和试验袁射频法测量单井含水率取得了良好的应用效果遥 其原理是根据比尔定律和电磁波的物理特性袁同一频率的电磁波通过不同浓度的介质时袁由于介质吸收了部分能量袁透射电磁波的强度产生相应变化遥 若介质厚度不变袁介质浓度越大袁则电磁波强度的相应变化越显著袁其关系如下咱3暂院lgI0I=
12、滋c渊9冤式中c要要要介质浓度曰I要要要透射电磁波强度曰I0要要要入射电磁波强度曰滋要要要吸收常数遥在线含水仪硬件结构如图3所示遥 工作时袁感应单元向采出液中发射稳频恒幅电磁波袁电磁波穿透介质袁 透射电磁波强度随含水率变化而变化袁透射电磁波由感应单元接收袁经分析处理单元转换为含水率信号遥 该含水仪利用不同介质对电磁波吸收强度的变化袁通过简单分离尧高速扫描及加权计算等技术袁测量产出液含水率袁实现了单井原油含水率的实时监测袁 具有实时跟踪尧自动远传及自动统计分析等功能遥图2软件框图5832023 年化 工 自 动 化 及 仪 表图3在线含水仪结构示意图1要要要微型气液分离装置曰 2要要要外管曰3要
13、要要内管曰4要要要短管曰5要要要短接曰6要要要短接法兰曰7要要要井口管线曰8要要要探头曰9要要要堵板曰10要要要排污阀曰11要要要射频含水分析仪曰12要要要无线传输模块曰13要要要信号电缆曰14要要要含水分析仪安装法兰曰15要要要对接法兰2单井计量仪表的现场应用2.1管式流量计现场应用管式油井气液两相流量计样机经过不断完善改进袁克服了矿化水腐蚀尧结垢及原油凝蜡等现场因素的影响袁具备了现场应用的能力遥 管式油井气液两相流量计经过在不同油井 渊产液量尧气液比尧稠油稀油冤一年多的使用袁其计量准确性尧稳定性尧适应性和故障率得到了充分验证遥2.1.1现场应用条件胜利油田有2.3万余口油井袁 工况相差很大
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