油井計量現(xiàn)狀與存在問題

目前，油田油井計量基本上采用的是立式兩相分離器作氣液分離，用玻璃管量油，人工取樣化驗含水率，雙波紋管差壓計測氣，這種計量方式在高含水期主要存在以下問題。

1 兩相分離器玻璃管量油，計量時間短，誤差大

玻璃管量油的優(yōu)點是操作簡單，維修方便，經(jīng)久耐用，在低含水期尚能滿足生產(chǎn)要求，進(jìn)入高含水期后，液量有所增加，量油時間也只有1～2min，甚至更短。在如此短的時間內(nèi)計量24h的產(chǎn)量，造成的誤差就較大，相對誤差約大于10%。

2 人工測定原油含水率，誤差大

要準(zhǔn)確測量油井的產(chǎn)油量，就必須準(zhǔn)確測出原油平均含水率。目前由于人工取樣的代表性與具體操作者的技能因素有很大關(guān)系，幾次的平均差值高達(dá)20%～30%，這就難以量準(zhǔn)單井的產(chǎn)油量與產(chǎn)水量。

3 氣產(chǎn)量計量大多未運行

井口氣產(chǎn)量的計量，雖然配置了孔板流量計，但從現(xiàn)場調(diào)研情況看，使用得都不理想，大部分儀表未能投入正常運行，許多計量站還從未使用過，加之孔板多年不檢定，即使在用也很難說清其計量精度。

高含水期油井計量的特點

1 油井含水率高，且波動較大

使用兩相計量分離器計量高含水原油時，盡管流量計與在線含水分析儀都能正常地在測量范圍內(nèi)工作，但測量出來的油井純油產(chǎn)量仍然誤差較大，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。假設(shè)計量總液量的流量計工作時沒有誤差，僅2.0級精度的高含水在線分析儀（一般高含水分析儀的可靠精度均不高于2.0級）或人工化驗造成的純油計量誤差就為2.2%～100%，詳見表1。

表1 含水率與純油精度誤差對照表

　　這是含水率測量誤差為±2%時對純油計量精度的影響。

2 油、氣、水三相計量分離器

從表1可知，在高含水期要想把油井的純油量計量準(zhǔn)確，必須把混合液中的游離水分離出來，使得進(jìn)量油儀表的原油含水率降到一定程度（如30%），總計量精度才能有所保證。使用三相分離器，把油、氣、水按一定要求分開，才能較為準(zhǔn)確地計量油井的油、氣、水產(chǎn)量，對于泡沫原油進(jìn)入DN600的計量分離器后，采用腰輪流量計計量液量，測量值要偏高4.5%（與質(zhì)量法相比）。實踐證明，只有分得清，才能量得準(zhǔn)。因此，三相分離器成了高含水期油井計量的關(guān)鍵技術(shù)。

國外油井計量狀況

油井計量主要特點有以下幾個方面：
（1）美國在油田井口計量中，低含水期采用兩相分離，中高含水期采用三相分離，定時連續(xù)計量。在油田建設(shè)設(shè)計時，均設(shè)計三相分離器，在低含水期，三相分離器當(dāng)兩相使用，中高含水期，開始使用三相分離功能。美國油田計量的特點是小站流程。計量站設(shè)置計量分離器和生產(chǎn)分離器兩套裝置，生產(chǎn)分離器用來計量整個計量站的油、氣、水總產(chǎn)量，油井計量中的選井多采用多通閥。
（2）采用三相分離器計量大多與儀表配套使用，如配備流量計和在線含水分析儀可實現(xiàn)連續(xù)計量。
（3）計量站二次表基本智能化、數(shù)字化、流量、含水率等數(shù)據(jù)的采集、處理、運算、輸出都采用微機(jī)，可隨時顯示、定時打印、輸出凈油、凈水、氣量、含水率等數(shù)據(jù)。
（4）計量制度，一般每口油井計量8h或24h，計量周期為7d、12d、30d不等。

新型油井計量裝置的研制與試驗

在多年研究三相分離器計量技術(shù)的基礎(chǔ)上，并借鑒了國外的分離計量技術(shù)，我們研制了三相計量分離器并在現(xiàn)場進(jìn)行了試驗，試驗結(jié)果證明，該分離器在工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計上有所突破，取得了良好的使用效果。

1 分離器設(shè)計方案的形成

在20世紀(jì)70年代初期，有人曾經(jīng)對法國臥式三相自動計量分離器進(jìn)行了大量的現(xiàn)場試驗。在對其應(yīng)用條件及我國油田的實際情況了解不夠的前提下，對其進(jìn)行機(jī)械地仿制，如油水界面的控制浮球，最后還是失敗了。失敗的主要原因是分離器內(nèi)油水界面控制不靈，經(jīng)常發(fā)生水中跑油或油中跑水現(xiàn)象。油水界面控制不靈在其它集輸設(shè)備如原油立式或臥式沉降脫水罐、電脫水器等設(shè)備中普遍存在，這個問題在以后的十多年里一直困攏著油氣集輸工作者，人們在設(shè)定的油水界面位置上安裝過各式各樣的儀表，效果都不理想。雖然仿制法國三相分離器的試驗失敗了，但使我們認(rèn)識到，要想獲得三相分離器的成功，必須攻克界面控制的難關(guān)。為了弄清三相分離器油水界面在工作條件下的實際狀況，我們進(jìn)行了如下的試驗：設(shè)計了一臺Φ1000的臥式三相分離器，如圖1所示。在分離器側(cè)面液體部分自上而下等距離設(shè)計了一列取樣閥。在運行時通過大量取樣分析得知，分離器在運行狀態(tài)下液體部分并不總是存在著一個上面是油，下面是水的清晰的油水界面，而常常是液體部分的頂部為含水率很低的純油層，分離器底部為清水層，在其間是一個含水率漸變過渡層。多年的大量現(xiàn)場實驗使我們得到了如下寶貴的經(jīng)驗：①界面控制是分離器成敗的關(guān)鍵技術(shù)；②以前用各種各樣的儀表來直接控制油水界面的嘗試是不可取的，在提高儀表控制精度上下功夫是方向性失誤。工藝條件對儀表的成敗起決定性作用。
鑒于以上認(rèn)識，我們在參閱了國外的一些資料后得到了啟示，擬定了以下三相分離器設(shè)計方案（見圖2）。
考慮油井計量中油中雜質(zhì)多，且高含水井含氣量不高，所以選用立式結(jié)構(gòu)。分離器外附有集油桶和集水桶，各桶上下兩端設(shè)有液位控制器，該分離器把通常對油水界面的直接控制變成了由可調(diào)水堰管調(diào)節(jié)水的出口高度，與固定的油出口高度對應(yīng)，從而間接控制了油水界面高度，使得分離出的油和水分別進(jìn)入油桶和水桶，如果排出的油或水的指標(biāo)不符合要求，只要調(diào)節(jié)水的出口高度就可方便地達(dá)到要求。油桶與水桶的液面控制是很容易實現(xiàn)的成熟技術(shù)，能夠可靠地運行。

2 油井計量裝置的構(gòu)成與計量原理

單井來油經(jīng)三相分離后，原油進(jìn)入油桶，當(dāng)液面達(dá)到上浮球時，浮球發(fā)出信號使氣動薄膜閥全開排油，原油經(jīng)過在線含水分析儀，刮板流量計、薄膜閥等排出；分離后的水經(jīng)水堰管口溢出，進(jìn)入集水桶。同樣，當(dāng)水位升到上浮球時，薄膜閥打開排水，水經(jīng)過流量計、薄膜閥排出，當(dāng)油或水液位降到下浮球位置，薄膜閥關(guān)閉，進(jìn)行下一桶的油或水的積累。在分離器頂部的氣出口處，設(shè)有溫度、壓力變送器、過濾器、氣體腰輪流量計、自動式調(diào)壓閥、單流閥等。三相分離器的進(jìn)油管線裝有一套加藥裝置，可連續(xù)可控地給來油加破乳劑。

3 三相分離器的主要技術(shù)指標(biāo)

結(jié)構(gòu)尺寸： Φ1600×4300
工作壓力： 0.6MPa
工作溫度： 40℃～47℃
液體處理量： 200m³/d
液體停留時間： ＞30min
分離后指標(biāo)： 油中含水≤30%
污水含油≤0.4%

4 分離器在計量方面的優(yōu)點

（1）采用立式分離器，允許油水界面在較大范圍內(nèi)波動，有利于分離效果的控制。
（2）采用集油桶、集水桶，可調(diào)水堰結(jié)構(gòu)，把難度大的直接控制油水界面的控制方法變成容易實施的液面控制和開關(guān)控制。
（3）間斷排液方式使得一塊計量儀表的量程可以適應(yīng)產(chǎn)量相差懸殊的各口油井，即在分離器處理量范圍內(nèi)，不論哪口油井的產(chǎn)量為多少，只要控制好流量計前后的壓差，流量計在計量時就不會超量程。因此在計量站內(nèi)不必用不同量程的多個流量計來適應(yīng)產(chǎn)量參差不齊的各口井的計量。
（4）分離器內(nèi)部的沉降分離過程不受排流時液體流動的擾動，分離效果不受影響。

5 與三相分離器配套的主要儀表

彈性刮板流量計，用于量油、量水 精度：±1.0%
在線含水分析儀（0%～100%） 精度：±2.0%
氣體腰輪流量計 精度：±1.0%
單片機(jī)及打印輸出設(shè)備

6 試驗效果

①三相分離效果滿足計量要求。油中含水率＜30%；水中含油＜0.4%；②用可調(diào)水堰管控制油水界面主動、靈活，很有效，使最終分離出的油中含水率和水中含油率得以控制，這是技術(shù)上的一個突破；③單片機(jī)用于油井計量中，對油、水液位進(jìn)行控制，自動采集油、氣、水流量信號和溫度、壓力信號并加以處理、運算，可隨時或定時打印結(jié)果。

7 誤差分析

由于儀表的直接測量值x與間接測量值y之間存在著函數(shù)關(guān)系y=f(x)，則由微分學(xué)可知，直接測量值的測量誤差引起的間接測量值的誤差為函數(shù)的增量，而該增量可用函數(shù)的微分來表示。

8 需改進(jìn)之處

①分離器體積太大，對于小斷塊低產(chǎn)井，需要設(shè)計小型化的、輕便的、撬裝式的；②對低氣液比井，盡管伴生氣較少，但在三相分離器內(nèi)氣相空間所占的比例要合適，氣相空間大小對分離效果的影響是不容忽視的。