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油井计量技术现状及其发展趋势

行业聚焦点中国仪表网2010年04月23日 09:58人气:4582

   摘要:介绍我国油田主要采用的油井产量计量方法,其中原油计量包括玻璃管液面计量油、电极量油、翻斗量油;天然气计量包括孔板厕气、分离气排液测气、气体流量计测气及含水量的测量。同时介绍油井采出液中油、气、水产量综合计量方法及其相关技术,阐述油井计量技术的发展趋势。


  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。目前国内各油田采用的油井产量计量方法主要有玻璃管量油孔板测气、翻斗量油孔板测气、两相分离密度法和三相分离计量方法等。随着技术的进步,油田越来越需要功能强、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。

1.原油的测量

  (1)玻璃管液面计量油

  在油气分离器上安装一根长80左右并与分离器构成连通管的玻璃管液面计。分离器内一定重要的油将水压倒玻璃管内,根据玻璃管内水上升的高度与分离器内油量的关系得到分离器内油的重量,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。该方法装备简单、投资少,但由于采用间歇量油的方式来折算产量,导致原油系统误差为10% ~20%。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,该计量操作造成很大不便。

(2)电报量油

  在玻璃管液面计量油的基础上,在规定的量油高度H上、下各安装一个电极,当水上升到下电极时,计时电表接通开始计时,水上升到上电极时,电表切断停止走动,记录水上升H高的时间t,则可按照玻璃管液面计量油的方法计算出油井的产量。

(3)翻斗量油

  翻斗量油装置主要由量油器、计数器等组成。一个斗装满时翻到排油,另一个斗装油,这样反复循环来累积油量。这种量油装置结构简单,具有一定计量精度。

2.天然气的测量

(1)孔板测气

  孔板测气是传统的气体计量方法,用节流孔板与波纹管压差计配套进行测量,根据气体流经孔板节流时前后的压差来计算气体流量。这种计量方法装置结构简单,安装方便,但量程较小,只有1:3,而且计量精度受孔板加工安装精度的影响。

(2)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。

(3)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,常用的有气体涡轮流量计、旋进旋涡流量计、涡街流量计、气体罗茨流量计等。

  气体涡轮流量计、旋进旋涡流量计、涡街流量计是速度式流量测量仪表。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。

  涡街流量计是基于“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。

  旋进旋涡流量计工作原理;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,到达收缩短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。

  气体罗茨流量计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。

3. 含水量的测量

(1)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量参数。这是目前我国油田采用的主要检测方法。人工采取油样不易取准。代表性不强,增大了原油含水率的误差。

(2)在线计量

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 密度计测量含水率。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电容法测量含水率。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 γ射线和x射线吸收法。当γ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。

4. 油井产量测量新技术

  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。

(1)三相分离计量

  三相分离计量是把油、气、水分离后分别计量,分离后原油含水较低(一般在30%以下),原油测量误差降低,不受油井含水率的影响。但是,要想把特高含水原油分离成低含水原油并进行计量,工艺技术十分复杂,而且数量很大的游离水经常携带一部分原油,造成很大误差,且所需的设备仪表多、投资大、管理操作难度大、维修费用高。

(2)两相分离计量

  两相分离计量是将油井采出液分离成液体和气体,然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、含水分析仪等组成,气体流量计和液体流量计计量油井的产气量和产液量,含水分析仪测量分离出液体的含水率,由此计算出油井的油、气、水产量。

  另一种形式的计量设备由两相分离器、质量流量计和气体流量计组成。质量流量计测量分离出的液量,并计算出其中的含水率,从而测量出油井的油、气、水产量。这种计算装置投资较少、操作简便,在我国油田中获得了较多的应用。

(3) 不分离计量

  不分离计量是不分离油井采出液,将文丘里管、密度计或不同的流量传感器结合起来计量气体和液体的流量,液体部分用双γ射线密度计、电容、微波水含量监控仪来确定油和水的含量,从而计算出油、气、水各自的产量。

  油气水不分离计量技术在占地面积等方面有 很大的优越性。但是油井采出液中的油、气、水等组分一般不是均匀混合的,他们以不同的速度流动,还可能相互作用形成蜡和氢氧化物,并且引起难以预料的复杂流态。因此,开发具有广泛适用范围的流量计具有很大的难度,虽然国内外已经有多种实现油气水不分离计量的方案,但是成功投入使用的还很少。

5. 发展趋势

  (1)向仪表化方向发展。随着技术的进步及各种气体和液体流量计的广泛应用,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。如用于天然气计量的旋进旋涡流量计、涡街流量计等。

  (2)向高精度方向发展。我国油田多进入开发后期,需要准确及时的了解油井的生产状况,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)向快速化方向发展。为了及时掌握油井的生产状况,需要缩短油井计量周期,对油井进行更加频繁和及时的测量,因此必须提高油井计量速度。

  (4)向自动化方向发展。自动化技术的发展为降低劳动强度和提高劳动生产率提供了可靠保证。同时,为了实现油井准确、快速的测量,也必须采用自动化的测量方法。三相分离计量、两相分离计量和不分离计量的研究和应用将会得到越来越广泛地重视。
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