楊祥祥，王永研，楊宇，趙藝皓(中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司，北京 100120)

0 引言

近年來隨著油氣田的開采，油藏的不確定性，個(gè)別計(jì)量撬或個(gè)別井精度出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)的較大誤差，因而在較高油氣比(gas oil ratio, GOR)、較高黏度流體中要達(dá)到5%以上的計(jì)量精度成為一個(gè)難題[1-2]。多相流計(jì)量按照計(jì)量方式可分為分離式和不分離式計(jì)量，但目前由于安全原因，應(yīng)用伽瑪源的不分離式計(jì)量技術(shù)逐漸被禁用[3]。盡管計(jì)量撬本身的技術(shù)發(fā)展日趨成熟，但隨著生產(chǎn)工藝，油品特性及油藏變化，計(jì)量撬精度性不確定的現(xiàn)象已引起各生產(chǎn)商和承包商的高度重視，因此開展多相流分離式計(jì)量撬工藝包的研究，即把生產(chǎn)工藝與計(jì)量撬本身工藝的結(jié)合來保證精度，是當(dāng)前生產(chǎn)上提出的新課題[4-6]。

1 分離式計(jì)量撬工藝技術(shù)

采用兩相分離器將油井采出液分離成液相和氣相，然后分別用氣體流量計(jì)測(cè)量氣體流量，用液相流量計(jì)測(cè)量液體流量，用在線含水分析儀測(cè)量分離出的液體中水的含量，由此計(jì)算出油井的油、氣、水產(chǎn)量[7]。兩相分離計(jì)量撬主要由氣液分離罐、氣體流量計(jì)、液體流量計(jì)、含水分析儀等組成。具體的分離計(jì)量設(shè)備的選型根據(jù)油品性質(zhì)和工藝模擬情況而定。多相流分離式計(jì)量撬工藝原理流程圖如圖1所示，多相流流體通過裝置入口進(jìn)入氣液分離罐1進(jìn)行分離，分離出的氣體通過氣體流量計(jì)3進(jìn)行計(jì)量，分離出的液體通過液體流量計(jì)5進(jìn)行測(cè)量，其中的含水率是通過含水分析儀4進(jìn)行測(cè)量，所有測(cè)量數(shù)量均傳送到撬塊控制系統(tǒng)2進(jìn)行處理，最后通過換算，即可得到多相流的總流量。

圖1 多相流分離式計(jì)量撬工藝原理流程圖

將多相流分離式計(jì)量撬分離計(jì)量系統(tǒng)、撬塊控制系統(tǒng)及配套閥門、管道等集成在一個(gè)框架橇座上，分離、計(jì)量、儀控等核心部件高度集成，整體橇裝結(jié)構(gòu)緊湊，便于整體運(yùn)輸。

2 撬塊控制系統(tǒng)

通過對(duì)原油物性參數(shù)，經(jīng)模擬三相混輸流體分析，從而為分離罐的選型和流量計(jì)等關(guān)鍵設(shè)備和儀表的選型提供工藝輸出條件[8]。

2.1 儀表選型

液相計(jì)量?jī)x表使用Micro Motion質(zhì)量流量計(jì)，傳感器為Micro Motion 3000系列，傳感器尺寸為3″；純油流量計(jì)算機(jī)(NOC)為3700系列。分離出的伴生氣計(jì)量?jī)x表采用Emerson一體化孔板流量計(jì)(帶溫度補(bǔ)償)。分離器液位控制采用浮球控制三通閥門，通過液位浮球控制三通閥氣相和液相開度的比例，從而控制罐內(nèi)液位。質(zhì)量流量計(jì)能夠測(cè)出液相體積流量和油水混合液密度，NOC可從含水分析儀獲得含水率并分別計(jì)算出純油和水的質(zhì)量流量。NOC也可通過在組態(tài)時(shí)輸入的純油和純水在一定溫度和壓力下的密度值來計(jì)算出純油流量和含水率。純油流量計(jì)算機(jī)具有連續(xù)計(jì)量和單井計(jì)量模式，可為不同井口單獨(dú)輸入并保存工藝參數(shù)。

2.2 儀表通信

儀表信號(hào)全部傳送到撬塊PLC，PLC與OGM RTU串行通訊將信號(hào)送至FPF站內(nèi)。質(zhì)量流量計(jì)通過RS modbus485和PLC進(jìn)行通信；含水分析儀信號(hào)送到NOC，用于NOC計(jì)算油水比率；其余的儀表信號(hào)包括氣相孔板流量計(jì)，壓力和溫度變送器，分離罐液位變送器等全部硬連接到PLC。撬塊控制系統(tǒng)如圖1所示。

3 氣液分離罐計(jì)算書及數(shù)據(jù)表

3.1 結(jié)構(gòu)原理圖

因目前部分井口計(jì)量撬的分離罐無法達(dá)到氣液完全分離效果，故對(duì)現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)的分離罐進(jìn)行優(yōu)化，從而滿足流量計(jì)的計(jì)量要求。井口采出液經(jīng)過入口E進(jìn)入氣液分離罐，首先通過一次分離單元H進(jìn)行初步分離，之后經(jīng)過二次分離單元F，分離過的伴生氣體通過濕氣提取單元B，氣體通過出氣口A經(jīng)過氣體流量計(jì)測(cè)量體積；分離過的液體通過液體收集單元K和出液口L，經(jīng)過液體流量計(jì)測(cè)量體積；其他液體通過排污口N排出整個(gè)多相流分離式計(jì)量撬。立式氣液分離罐結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

圖2 立式氣液分離罐結(jié)構(gòu)原理圖

3.2 輸入條件

結(jié)合南蘇丹3/7區(qū)PALOUGE區(qū)塊某油田的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，以及投產(chǎn)油井的油品物性，輸入條件確定如下：設(shè)計(jì)流量：500～4 500 BBL/D (即79.5～15.5 m3/d)；設(shè)計(jì)溫度：90 ℃；設(shè)計(jì)壓力：4 000 kPag；操作溫度：80 ℃；操作壓力：1 400 kPag；油氣比：80(SCF/BBL)；設(shè)備尺寸：1 m×3.8 m；油密度：930 kg/m3；氣密度：17.11 kg/m3。

3.3 計(jì)算校核

測(cè)試分離罐尺寸采用API標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校核，其中K值選擇如表1所示，停留時(shí)間選擇如表2所示。

表1 K值的選擇

表2 停留時(shí)間選擇

最大表面黏度Va(Pa·s)：

API油比重：API(°)=141.5/(ρL/ρWater)-131.5=21.5°；根據(jù)表2，停留時(shí)間t≥2 min；

不包括罐頂?shù)捏w積，以罐頂邊緣作為邊界進(jìn)行核算停留時(shí)間：

罐內(nèi)容器內(nèi)所需液體容積Qr(m3)：Qr=Q×t=0.745 3 m3；

以總高度30%進(jìn)行計(jì)算罐內(nèi)液體體積Ql(m3)：Ql=H×Q/Va=0.9 m3；

綜上，Ql>Qr，經(jīng)過核算停留時(shí)間是合格的。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

通過模擬三相混輸流體，對(duì)業(yè)主提供的原油物性參數(shù)進(jìn)行分析，從而為分離罐的選型和流量計(jì)等關(guān)鍵設(shè)備和儀表的選型提供工藝輸出條件。將計(jì)量系統(tǒng)、撬塊控制系統(tǒng)及配套閥門、管道等集成在一個(gè)框架橇座上，核心部件高度集成，整體橇裝結(jié)構(gòu)緊湊、自動(dòng)化程度高、占地面積少、便于整體運(yùn)輸、易于搬遷、裝置成本大幅降低。此多相流分離式計(jì)量撬裝置已經(jīng)應(yīng)用于南蘇丹3/7區(qū)PALOUGE區(qū)塊某項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，已通過業(yè)主驗(yàn)收，計(jì)量精度滿足業(yè)主要求，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。