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這篇文章針對(duì)塔里木油田生產(chǎn)過程中傳統(tǒng)計(jì)量方式難以滿足精確計(jì)量要求的現(xiàn)狀，介紹了ZLW型稱重式油井計(jì)量裝置的結(jié)構(gòu)、原理、系統(tǒng)的組成和標(biāo)定方法以及主要的計(jì)算公式。重點(diǎn)探討了研制過程中采用的稱重計(jì)量技術(shù)、高效旋流分離技術(shù)、計(jì)算機(jī)的防死機(jī)保護(hù)技術(shù)、多次沉降分離技術(shù)和計(jì)量分離器排液技術(shù)等幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，能滿足油田的需要，具有推廣應(yīng)用前景。

塔里木油田油井的單井產(chǎn)量計(jì)量是為掌握油井動(dòng)態(tài)分析和科學(xué)制定生產(chǎn)措施及技術(shù)方案提供依據(jù)，也是降低輸差、提高計(jì)量管理水平的重要手段之一。常規(guī)油井產(chǎn)量計(jì)量的方法主要是兩相分離玻璃管量油、兩相分離儀表計(jì)量、三相分離儀表計(jì)量及油氣水不分離計(jì)量等。玻璃管量油是國(guó)內(nèi)各油田普遍采用的傳統(tǒng)計(jì)量方法，其裝備簡(jiǎn)單、投資少；不足是無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)計(jì)量，只能折算油井產(chǎn)量，原油系統(tǒng)誤差約10%；兩相分離儀表計(jì)量除具有玻璃管量油的優(yōu)點(diǎn)外同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了連續(xù)量油；不足是質(zhì)量流量計(jì)受安裝、結(jié)蠟和氣體含量等因素的影響較大，計(jì)量精度不穩(wěn)定；三相分離計(jì)量裝置適用于高含水期和特高含水期的油井計(jì)量，所需設(shè)備和儀表多、流程復(fù)雜、管理操作難度大及維修費(fèi)用高；油氣水不分離計(jì)量技術(shù)，在占地面積等方面有很大的優(yōu)越性，但現(xiàn)階段在測(cè)量精度、適應(yīng)性及可靠性等方面難以達(dá)到生產(chǎn)使用的要求。

由于塔里木油田的地下情況復(fù)雜，油井的各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)差異很大。產(chǎn)液量從日產(chǎn)幾噸至數(shù)百噸；氣液比從幾十到數(shù)千；油井含水從0%～99%；計(jì)量溫度下液體黏度變化范圍大。管道長(zhǎng)、回壓高、油氣分離差、液中氣含量高，流速狀態(tài)復(fù)雜，油井產(chǎn)液中的砂、蠟、垢雜質(zhì)含量高等，對(duì)各類計(jì)量裝置產(chǎn)生不同程度的不利影響，一個(gè)計(jì)量間所轄的油井千差萬別，共用一套傳統(tǒng)的計(jì)量裝置無法滿足油田開發(fā)的需要。針對(duì)塔里木油田開發(fā)特點(diǎn)，研制了計(jì)量精度高、計(jì)量范圍寬的ZLW 型稱重式新型計(jì)量裝置。

1 稱重計(jì)量裝置的研制
1.1 結(jié)構(gòu)與主要技術(shù)指標(biāo)

稱重計(jì)量裝置主要由計(jì)量分離系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和多重保護(hù)系統(tǒng)等4部分組成。計(jì)量分離系統(tǒng)包括帶有兩套旋流氣液分離的計(jì)量分離器、大小兩個(gè)氣路組成的氣體計(jì)量回路、懸空隔離機(jī)構(gòu)和壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括稱重傳感器、稱重儀、氣體流量測(cè)試儀表、含水分析儀、壓力溫度傳感器和數(shù)據(jù)采集模塊等；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括組態(tài)軟件平臺(tái)、應(yīng)用軟件和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等；多重保護(hù)系統(tǒng)設(shè)有3重保護(hù)功能，壓力保護(hù)、死機(jī)看門狗保護(hù)和安全閥保護(hù)。ZLW型稱重計(jì)量裝置主要技術(shù)指標(biāo)：產(chǎn)液量為0～150 t/d、0～300 t/d、 0～500 t/d；產(chǎn)氣量為50～3 000 Nm3/d、2000～30000 Nm3/d；工作壓力為0～1.6 MPa 、0～2.5 MPa；環(huán)境溫度≤80℃；產(chǎn)液量計(jì)量誤差≤0.05；產(chǎn)液量計(jì)量分辨率≤1 kg；產(chǎn)氣量計(jì)量誤差≤2%。
1.2 計(jì)算方法

油井瞬時(shí)產(chǎn)液量的計(jì)量公式：
Qt = 86.5（Wt+1-WT）（1）
式中：Qt──油井瞬時(shí)產(chǎn)液量，t/d；
Wt+1──計(jì)量分離器的瞬時(shí)質(zhì)量，kg；
Wt──前1秒計(jì)量分離器的瞬時(shí)質(zhì)量，kg。
油井的平均產(chǎn)液量為：
（2）式中：QL──油井的平均產(chǎn)液量，t/d；
Qt──油井瞬時(shí)產(chǎn)液量，t/d；
T──累計(jì)計(jì)量時(shí)間，s。
當(dāng)稱重到達(dá)設(shè)定的重量后，單次記時(shí)結(jié)束，計(jì)量分離器出口的電動(dòng)排油閥開啟，開始向外部排油。在排油過程中，通過含水分析儀對(duì)排出的油水混合液進(jìn)行含水測(cè)定，計(jì)算油井的產(chǎn)油量：
Q0 = 86.4(WT-Wt+1)fWt （3）
式中：Q0──油井瞬時(shí)產(chǎn)油量，t/d；
fWt──排油1s時(shí)間內(nèi)測(cè)定的平均水含量，%。
測(cè)定的含水值fWt 經(jīng)過排液量的加權(quán)平均后為油井平均含水率fW。
當(dāng)液量排出到一定量時(shí)，排油過程結(jié)束,關(guān)閉電動(dòng)排液閥，進(jìn)入下一罐的計(jì)量，一直連續(xù)計(jì)量到設(shè)定的計(jì)量時(shí)間結(jié)束。

2 計(jì)量裝置設(shè)計(jì)中采用的關(guān)鍵技術(shù)
2.1 計(jì)量分離器的稱重法計(jì)量技術(shù)

ZLW型稱重式新型油井計(jì)量裝置采用成熟的電子衡稱重計(jì)量系統(tǒng)對(duì)油井產(chǎn)出液體進(jìn)行計(jì)量，主要技術(shù)關(guān)鍵包括：
（1）分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的對(duì)稱分布，消除了內(nèi)部液流產(chǎn)生震動(dòng)對(duì)電子衡稱重系統(tǒng)造成波動(dòng)對(duì)計(jì)量精度特別是瞬時(shí)產(chǎn)量產(chǎn)生的影響。
（2）分離器外部的安全閥出口、天然氣出口、進(jìn)液口、排液口及其連接軟管的對(duì)稱設(shè)計(jì)，消除了水平方向上的應(yīng)力，提高了計(jì)量精度。
（3）利用稱重技術(shù)調(diào)節(jié)計(jì)量分離器的進(jìn)液量，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，降低了系統(tǒng)的制造成本，解決了多年來采用液面和界面控制儀表安裝復(fù)雜和測(cè)量誤差大等問題。

2.2 高效旋流氣液分離技術(shù)
高效旋流氣液分離技術(shù)是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，但在油氣計(jì)量分離器中較少采用。在開發(fā)ZLW 型稱重式新型油井計(jì)量裝置時(shí)，選擇了旋流分離沉降分離捕霧器的油氣分離技術(shù)，使分離器具有了小型化和高能氣液率的特點(diǎn)。
油井產(chǎn)出的油氣混合液從分離器底部油氣混合液進(jìn)液管進(jìn)入分離器中，分離器的分液管將油氣混合物分配給對(duì)稱分布的兩個(gè)高效氣液旋流器，分離后的天然氣含液小于1%，當(dāng)氣體向出口的捕霧器低速流動(dòng)過程中，在分離器中間沉降區(qū)氣體中的液體進(jìn)一步分離沉降，在天然氣流出分離器前進(jìn)入捕霧器實(shí)現(xiàn)氣液的最后捕霧分離。，經(jīng)過三次分離后能夠分離出天然氣99.99%的液態(tài)成分，分離效率比同類裝置高。

2.3 計(jì)算機(jī)的防死機(jī)保護(hù)技術(shù)

利用MCGSE組態(tài)軟件平臺(tái)，在開發(fā)稱重計(jì)量應(yīng)用軟件時(shí)，首先定義一個(gè)計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器定時(shí)發(fā)出多個(gè)高電平的開關(guān)觸發(fā)信號(hào)，通過中間固體繼電器推動(dòng)一個(gè)時(shí)間繼電器，時(shí)間繼電器帶動(dòng)計(jì)量裝置的排液電動(dòng)閥，設(shè)定時(shí)間繼電器的定時(shí)時(shí)間間隔大于觸發(fā)時(shí)間間隔，保證在計(jì)算機(jī)正常工作時(shí)計(jì)時(shí)器不會(huì)使時(shí)間繼電器動(dòng)作。一旦計(jì)算機(jī)死機(jī)，超過設(shè)定時(shí)間間隔后這種被稱為“喂狗”信號(hào)的觸發(fā)信號(hào)就會(huì)停止時(shí)間繼電器吸合，吸合的時(shí)間繼電器打開計(jì)量裝置的排液電動(dòng)閥。避免了由于計(jì)算機(jī)的死機(jī)使計(jì)量裝置繼續(xù)進(jìn)油而造成事故，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

2.4 計(jì)量分離器的多次沉降分離技術(shù)

計(jì)量分離器采用多次沉降分離技術(shù)，提高了純油的計(jì)量精度。當(dāng)原油進(jìn)入計(jì)量分離器后，油水混合液體開始分離，分離后油中含水一般不高于30%，水中含油一般低于5%。分離后原油部分的純油計(jì)量誤差不超過3%，含油污水部分的純油計(jì)量誤差雖然接近40%～100%，但由于含油污水部分油含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原油部分的油含量，加權(quán)平均后對(duì)全部油水混合液中純油計(jì)量的精度影響很小。含水儀對(duì)純油的計(jì)量誤差小于3%。滿足了油田三級(jí)計(jì)量對(duì)純油誤差小于5%的要求。
2.5 計(jì)量分離器的排液技術(shù)

根據(jù)油井工況及工藝條件的不同，稱重計(jì)量裝置一般采用兩種不同的排液方法：平衡氣罐天然氣循環(huán)排液技術(shù)（見圖3）和自力式調(diào)節(jié)閥排氣技術(shù)。平衡氣罐天然氣循環(huán)排液技術(shù)適用于當(dāng)前我國(guó)一些產(chǎn)量低、油氣比低、高含水的油田：自力式調(diào)節(jié)閥排氣技術(shù)適用于含氣量較高的油田。

由圖3可知：在對(duì)某一口井計(jì)量時(shí)，該井的油氣進(jìn)入計(jì)量油氣分離器，分離出的天然氣流出分離器，而原油囤積在分離器中：分離出的天然氣通過液晶稱重儀表計(jì)量后經(jīng)連通管進(jìn)入平衡罐中，其他油井中的天然氣經(jīng)管線進(jìn)入平衡罐進(jìn)行油氣分離，天然氣囤積在平衡罐中，原油經(jīng)管線送出站外。當(dāng)計(jì)量停止后，電動(dòng)閥打開，分離器中的原油在位差重力作用下流入平衡罐，平衡罐中的天然氣經(jīng)管線回流入分離器中，實(shí)現(xiàn)了低產(chǎn)氣井的順利排液。該方法與管道泵排液法相比提高了安全性，節(jié)約了運(yùn)行成本。自力式調(diào)節(jié)閥排氣技術(shù)是在出氣口的天然氣計(jì)量液晶稱重儀表后加裝1臺(tái)自力式調(diào)節(jié)閥，使分離器的壓力大于管路壓力0.2～0.8 MPa，當(dāng)計(jì)量結(jié)束時(shí)排液電動(dòng)閥打開，分離器上部的天然氣體積膨脹，將分離器底部原油排出。

2.6 標(biāo)定方法

ZLW型稱重式新型油井計(jì)量裝置的標(biāo)定方法參照《固定式電子衡》GB7723-87和《數(shù)字指示秤國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程》JJG539-97兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定方法，和《油井計(jì)量分離器檢定規(guī)程》JJG（石油）26-2000標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定周期對(duì)裝置進(jìn)行標(biāo)定。具體做法：先排空分離器內(nèi)部的液體，在稱重儀的面板上按零點(diǎn)校正鍵完成零點(diǎn)校正，然后，在計(jì)量裝置分離器的支架上放上不低于滿刻度1/2質(zhì)量的砝碼，在稱重儀的面板上將這個(gè)砝碼重量的數(shù)值輸入稱重儀的計(jì)算機(jī)內(nèi)，按回車鍵即可完成標(biāo)定。

3 計(jì)量裝置技術(shù)性能特點(diǎn)
3.1 與典型的常規(guī)計(jì)量裝置性能比較

通過對(duì)ZLW稱重式新型油井計(jì)量裝置與常規(guī)計(jì)量裝置的技術(shù)性能進(jìn)行比較可知，無論是計(jì)量方式、保護(hù)功能、標(biāo)定難易程度及自動(dòng)化程度，還是計(jì)量精度、計(jì)量范圍、含水測(cè)試精度等各個(gè)方面的對(duì)比（見表1），稱重計(jì)量裝置均優(yōu)于其他各類常規(guī)計(jì)量裝置。

3.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）測(cè)量范圍大。稱重計(jì)量裝置對(duì)油井產(chǎn)液量的測(cè)量范圍為0～500 t/d，產(chǎn)氣量為50～30000Nm3/d，幾乎能覆蓋了所有油井的產(chǎn)量范圍，可用于油田開采初期及高含水和特高含水的油田開采后期，也可用于稠油區(qū)塊的油井計(jì)量，便于應(yīng)用和推廣。

（2）計(jì)量精度高。在寬的計(jì)量范圍內(nèi)產(chǎn)液量的計(jì)量精度不大于1 kg。
表1 稱重計(jì)量裝置與常規(guī)計(jì)量裝置技術(shù)性能比較

（3）分離器結(jié)構(gòu)氣液分離效果好。采用了對(duì)稱的旋流設(shè)計(jì)提高了油氣分離效果，稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也消除了壓力、溫度、密度、黏度、含砂、含蠟和含氣等因素的影響。

（4）無運(yùn)動(dòng)部件。采用稱重計(jì)量技術(shù)簡(jiǎn)化了計(jì)量分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不再采用復(fù)雜的內(nèi)部液面界面控制儀表，提高了設(shè)備的可靠性。

（5）可靠性和安全性高。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用的看門狗防死機(jī)技術(shù)和分離器壓力保護(hù)控制技術(shù)與分離器安全閥構(gòu)成了三道有效的保護(hù)屏障，使計(jì)量裝置的可靠性和安全性有了大幅度的提高。

（6）由于裝置采用儀表計(jì)量，且用于液量計(jì)量的質(zhì)量流量計(jì)和用于氣量計(jì)量的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)均可定期標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)了油井的連續(xù)測(cè)量，提高了單井計(jì)量的精度和油井產(chǎn)量的準(zhǔn)確性。

（7）橇裝化安裝簡(jiǎn)單，內(nèi)部沒有任何儀表和控制構(gòu)件，便于維修和管理。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用
稱重計(jì)量裝置于2005年在塔里木油田輪南作業(yè)區(qū)1#計(jì)量站上應(yīng)用取得了滿意的效果，該計(jì)量站共有生產(chǎn)井4口，最高產(chǎn)液量約為100 t，最低產(chǎn)液量只有2～3t，常規(guī)的計(jì)量裝置無法滿足油田計(jì)量的要求。尤其對(duì)低產(chǎn)的LN10-2井，平均產(chǎn)液量一般在2～5 t/d，而且間歇出油，曾經(jīng)40 min計(jì)量過只產(chǎn)出3 kg的液體，這一計(jì)量結(jié)果表明其他形式的油井計(jì)量裝置是無法實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)用ZLW 型稱重計(jì)量裝置在油井油氣產(chǎn)量變化較大的范圍內(nèi)，油、氣、水的產(chǎn)量資料準(zhǔn)確及可靠，取得了較好的試驗(yàn)效果（見表2）。

表2 稱重計(jì)量裝置計(jì)量結(jié)果

* 最大產(chǎn)液量為165 t/d：最小產(chǎn)液量為8kg/h
ZLW型稱重計(jì)量裝置的研制成功，實(shí)現(xiàn)了在較寬的量程內(nèi)有較高的計(jì)量精度，提高了現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量參數(shù)的準(zhǔn)確性、可靠性和設(shè)備運(yùn)行的安全性，具有操作簡(jiǎn)單、維修方便等特點(diǎn)。ZLW 型稱重計(jì)量裝置消除了壓力、溫度、密度、黏度、含砂、含蠟和含氣等油井計(jì)量的不利因素影響，實(shí)現(xiàn)了間斷連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，滿足了塔里木油田的需要，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

 

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