高效油氣分離計(jì)量裝置研究與應(yīng)用

張峻睿 仲濟(jì)艷 宋靜明 王理

摘要：原油生產(chǎn)過程產(chǎn)量計(jì)量是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過對(duì)傳統(tǒng)單量工藝進(jìn)行全面總結(jié)，優(yōu)化研發(fā)新型高效油氣分離計(jì)量裝置，提高了計(jì)量精準(zhǔn)度、拓展了現(xiàn)場(chǎng)適用性，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)量計(jì)量;高效油氣分離計(jì)量裝置;適用性;經(jīng)濟(jì)效益

一、油田計(jì)量工藝發(fā)展

環(huán)江油田開發(fā)時(shí)間超過十幾年，采出液平均含水約2-99%，平均含氣量5-60方/噸，且含有泥砂雜質(zhì)較多，單井和井組產(chǎn)量計(jì)量難度很大。目前油井計(jì)產(chǎn)主要依托“井組計(jì)量、功圖分產(chǎn)”監(jiān)測(cè)體系，單井核產(chǎn)先后應(yīng)用罐車、單量車、單量裝置等，通過逐步優(yōu)化工藝提高資料錄取準(zhǔn)確性。

油田開發(fā)初期，由于技術(shù)工藝尚不完善，采用罐車作為單量手段，針對(duì)各類措施等產(chǎn)量異常變化井進(jìn)行核產(chǎn)。但是使用罐車計(jì)量核產(chǎn)，生產(chǎn)組織困難，運(yùn)行成本較高，受天氣道路影響較大，存在綜合治理隱患，無法大面積推廣應(yīng)用。

為了提高單量的精準(zhǔn)度和工作效率，后期采用單量車進(jìn)行核產(chǎn)，車內(nèi)配套簡(jiǎn)易油氣分離裝置，采用三罐設(shè)計(jì)，可同時(shí)對(duì)多口油井進(jìn)行單量。單井價(jià)格為575元，大規(guī)模應(yīng)用成本較高，且受自然條件影響較大，推廣應(yīng)用十分困難。

近幾年通過設(shè)備集成化改造，與相關(guān)科研高校合作研發(fā)出移動(dòng)式油井單量裝置，油井采出液經(jīng)過三相分離后，通過流量計(jì)進(jìn)行液體計(jì)量。在實(shí)際運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)以下三個(gè)問題：（1）單臺(tái)設(shè)備重180公斤，需4人才能從皮卡車抬卸，現(xiàn)場(chǎng)使用不方便。（2）裝置未上線，人工錄取數(shù)據(jù)工作量大，偏遠(yuǎn)及未住人井場(chǎng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。（3）管線內(nèi)殘余油放空不方便，易污染井場(chǎng)、車廂等。工藝方向無疑是正確的，但是各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)仍存在缺陷。

二、高效油氣分離計(jì)量裝置

根據(jù)傳統(tǒng)移動(dòng)單量裝置存在問題，通過科研攻關(guān)，從便攜搬運(yùn)、分離技術(shù)、液位控制、計(jì)量傳輸、防漏防凍等五個(gè)方面進(jìn)行工藝優(yōu)化，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)136井次，設(shè)備運(yùn)行良好、計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，為實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行管理提供了技術(shù)支撐。

1、便攜搬運(yùn)。傳統(tǒng)設(shè)備重量180kg需4人才能搬運(yùn)，通過改進(jìn)設(shè)備材質(zhì)，減輕裝置整體重量至80kg，日常搬運(yùn)僅需2人，在數(shù)字化運(yùn)行條件下，現(xiàn)場(chǎng)人員較少的時(shí)候也可以正常開展工作。

2、分離技術(shù)。傳統(tǒng)裝置只是簡(jiǎn)單依靠擴(kuò)管、自重、單柱旋流等單一技術(shù)進(jìn)行油氣分離，新型設(shè)備采用兩級(jí)分離+預(yù)分離技術(shù)進(jìn)行氣液分離。

預(yù)分離結(jié)構(gòu)原理是通過管道空間直徑逐漸加大，使得油液中氣相逐漸析出，通過逐步減壓、減速，形成初步及部分的氣相、液相分離。一級(jí)旋流分離機(jī)構(gòu)通過傾斜向下扁管，將油液扁平狀輸入柱狀旋流腔體。在柱狀旋流腔體內(nèi)，沿腔體內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)，形成漩渦。利用離心力作用，將質(zhì)量較重液體推向外側(cè)周邊，并下降。質(zhì)量輕的氣相匯聚在腔體中部，并推向腔體上部。形成強(qiáng)制、高效的氣液分離。

二級(jí)主分離腔體體積大，氣液流速慢，在計(jì)量系統(tǒng)范圍內(nèi)的流量下形成氣液沉積。腔體內(nèi)部有我公司設(shè)計(jì)研制的獨(dú)特的浮體控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高度靈敏、及時(shí)的感應(yīng)及通斷控制功能。確保沒有微小氣液流量泄漏，從而保證了單井計(jì)量的綜合整體效能，實(shí)現(xiàn)10%的計(jì)量精度要求。

3、液位控制。獨(dú)創(chuàng)的無牽引提拉浮體控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了小機(jī)型、小流量的控制應(yīng)用。研發(fā)應(yīng)用浮體獨(dú)立控制、聯(lián)動(dòng)控制、浮體組合控制技術(shù)。對(duì)于泡沫也能做出及時(shí)反應(yīng)。機(jī)構(gòu)全機(jī)械自動(dòng)控制，性能穩(wěn)定、冗余設(shè)計(jì)、無故障。

4、計(jì)量傳輸。傳統(tǒng)設(shè)備采用普通質(zhì)量流量計(jì)，無法測(cè)量含水、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。新型裝置采用科里奧利質(zhì)量流量計(jì)對(duì)液相精確測(cè)量，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)具有精度高、量程寬、免維護(hù)、流通性強(qiáng)等特點(diǎn)，特別適用于油田在計(jì)量站、單井液量普遍偏低，流量和含水率變化大的工況場(chǎng)合。

GPRS遠(yuǎn)傳數(shù)字傳輸系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)計(jì)量設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)同時(shí)無線采集傳輸監(jiān)視，也可以實(shí)現(xiàn)外地網(wǎng)頁(yè)訪問數(shù)據(jù)采集畫面。包括井口產(chǎn)量和歷史產(chǎn)油記錄，并保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)里，可以隨時(shí)查詢打印輸出。導(dǎo)入?yún)?shù)計(jì)算含水可直顯、連入數(shù)控系統(tǒng)可在站控平臺(tái)隨時(shí)讀取分析數(shù)據(jù)。

5、防漏防凍。普通設(shè)備存在設(shè)計(jì)缺陷，無法滿足油田冬季寒冷氣候條件正常工作。新型裝置采用自主設(shè)計(jì)的放噴快速接頭，同時(shí)在設(shè)備進(jìn)出口流程配套伴熱軟管，方便日常運(yùn)行和冬季管理。

三、試驗(yàn)評(píng)價(jià)及總結(jié)建議

根據(jù)油井產(chǎn)量差異，研發(fā)了不同規(guī)格的計(jì)量裝置，流量范圍包括0.04-0.6方/小時(shí)、0.4-4方/小時(shí)、0.12-6方/小時(shí)，可以根據(jù)產(chǎn)量匹配選擇。同時(shí)根據(jù)站內(nèi)井組單量存在問題，從主體工藝、流程連接、單量時(shí)間、計(jì)量精度、數(shù)據(jù)采傳等方面進(jìn)行改進(jìn)，基本可以滿足站內(nèi)井組單量核產(chǎn)需求。

在環(huán)江油田累計(jì)試驗(yàn)半年，計(jì)量油井超過100口，液量平均誤差±3%，含水平均誤差±5-10%，計(jì)量數(shù)據(jù)滿足核產(chǎn)需求?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試井組液量52個(gè)，液量平均誤差±4%，含水平均誤差10%以內(nèi) ，站內(nèi)井組單量效果較好。

從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果來看，該裝置共有以下四大特點(diǎn)：

（1）設(shè)計(jì)靈巧精準(zhǔn)。該設(shè)備有效整合了氣液多級(jí)分離、液體體積和質(zhì)量同時(shí)計(jì)量、液位高低自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析上線傳輸?shù)榷囗?xiàng)先進(jìn)技術(shù)，是油田產(chǎn)量計(jì)量歷史上的一次創(chuàng)新、一大突破。

（2）操作維護(hù)便捷。該裝置通過優(yōu)化材質(zhì)大大減輕了整體重量，具有體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，操作簡(jiǎn)單、快速，方便移動(dòng)維護(hù)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)適用性強(qiáng)。通過氣液徹底分離、計(jì)量精準(zhǔn)有效，保證了油井計(jì)量核產(chǎn)工作順利開展。同時(shí)配套防泄漏、防凍堵等措施，保證了裝置適應(yīng)性廣，量程比寬，全天候應(yīng)用能力強(qiáng)。

（4）費(fèi)用顯著降低。傳統(tǒng)罐車、單量車核產(chǎn)成本高，單井平均費(fèi)用約800元。新型高效油氣分離計(jì)量裝置整套價(jià)格8萬元，年可單量油井700口以上，考慮車輛和人員操作等成本，單井計(jì)量平均費(fèi)用不足200元。