多井式雙容積計量裝置研究應用

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0引言

油井產液計量是油田生產中的一項非常重要的工作，目的是掌握油井生產狀態，分析儲層以及抽油泵的動態變化，為科學地調整開發方案、制定措施以及生產決策提供準確可靠數據[1]。目前，延長油田西部采油廠集輸油井的產液計量均采用人工上罐檢尺卡方的計量方式；在集輸井的計量過程中需人工進行切換閥門、上罐檢尺卡方，存在著勞動強度高、精度差等問題，且需在井場增設儲油罐，計量后的產液仍需汽車拉運并外輸，同時也極大地增加了原油管護的難度和工作量，該種產液計量方式不僅耗費了大量的人力物力，而且增加了一線采油工的勞動強度。上述問題已嚴重制約了油田的可持續發展。為了解決上述問題，延長油田也引進多種計量設備，但普遍運行效果較差，絕大部分現已處于停運狀態。因此迫切需要自主研發一種適應于延長油田生產實際的智能計量設備。

1基本結構與原理

1.1裝置結構多井式雙容積計量裝置主要分為三個部分：一是雙容積計量倉部分，二是智能切換選井部分，三是智能控制終端。雙容積計量倉部分由對稱分布的2個容積相同的圓柱倉體組成，2個倉體的上下部分別連通著進液管線和出液管線，內部設有浮球液位計、溫度傳感器及壓力傳感器；智能切換井部分由各種匯管構成的閥排、電動三通閥及助排泵組成；智能控制終端由PLC控制單元和繼電器組成，控制著各個電動三通閥的導通方向，同時進行數據的運算處理，并將所有采集的數據實時遠程發送至服務器終端。裝置結構如圖1所示，設計模型圖如圖2所示。另外，計算機系統由MCGSE組態軟件平臺、應用軟件和工業控制計算機等組成，用戶通過登錄系統頁面就可以獲取所需的數據，包括實時計量井號、實時產液量、昨日計量井號、昨日產液量、溫度、壓力、閥門狀態等參數，實現遠程監制。

1.2工作原理雙容積計量裝置通過2個倉體輪流進液、排液，利用終端控制部分來計算其24h內排液次數乘以倉體的標定容積來核算油井產液。具體產液計量算法為：①單個計量倉的內徑R=290mm，計量高度h=750mm，因此，每倉容積為：V=1/4×π×R2×h=1/4×3.14×292×75≈49500cm3=49.5L；②終端控制部分計算24h內的排液次數N；那么，該油井24h內的產液Q=V×N/1000（m3）[2]。具體原理為：油井產液通過上方進液電動三通閥導通至計量倉A，同時下方出液電動三通閥導通至計量倉B；液面上升至高限位時進液電動三通閥導通至計量倉B，同時下方出液電動三通閥導通至計量倉A，計量倉A的液體在以伴生氣為排出動力下進行排空，從而實現連續的往復計量，并將切換次數發送給控制終端實時匯總計量數據。若計量倉排液達不到低限位時，智能控制終端會啟用助排泵進行排液至低限位。

1.3主要技術指標（1）計量范圍：0~25m3/d。（2）壓力范圍：0~2.5MPa。（3）溫度范圍：-20~50℃。（4）產液計量精確度：≤±5%。（5）輪流切換計量井數：≤6口。

1.4設備適用范圍（1）油井產出液范圍：0~25m3，含水率范圍：0~100%。（2）適用于集輸環境（0.5~2.5MPa）或上罐單量環境。（3）戶外環境溫度-20~50℃；（4）油井產出液（10℃）的粘度≤3000mPa·s。（5）原始氣油比：0~100m3/t條件下均可使用。（6）適用于間歇或者連續上液的同一層系油井計量。（7）網絡傳輸信號穩定，周圍環境無強磁場。

2關鍵技術

2.1容積法計量技術雙容積計量裝置采用成熟的容積法計量技術對油井產液進行計量[3-5]。主要技術關鍵點如下：（1）采用對稱分布且容積相同的倉體作為計量容器，進行計量工作時，2個倉體輪流進液并排空，從而實現不間斷往復計量。（2）鑒于油田產液成分構成的復雜性，為防止腐蝕、結垢和結蠟等現象的發生，對計量倉內壁做了內襯防腐的特殊處理，避免了因上述現象對計量精度的影響。

2.2自動切換計量技術井組內每口油井對應計量器每個電動三通閥，根據用戶設定的計量井號及切井周期，智能控制終端自動控制電動三通閥開關狀態，將對應油井的電動三通閥打開進行計量，其余的關閉。智能選井閥組選取一口油井來液進入計量器進行計量，其余油井產液匯合后進行外輸，隔日自動切換至下一口油井進行計量，其余油井產液匯合后進行外輸。系統可遠程手動或自動控制閥門切換，從而實現多井自動切換計量。

2.3自動排液技術該計量裝置在計量過程中主要依靠油井伴生氣來進行排液，若在部分伴生氣不足油井產生計量倉內液體排不空現象，導致計量倉排液達不到低限位時，智能控制終端會自動啟用助排泵進行排液至低限位，當倉內產液排至低限位時，助排泵停止工作，從而確保計量的準確性。

2.4電氣控制技術該計量裝置電氣控制系統由PLC處理單元、DTU、變壓器、電源模塊、繼電器組等元件組成，PLC處理單元主要功能有數據采集、弱電控制及強電控制[6]。PLC通過AD采集模塊采集雙倉液位、溫度、壓力等參數，并設置對應參數的高低限位、計量井號，自動控制對應繼電器通斷，進行產液的循環計量及閥門的自動切換，將數據通過MODBUSRTU轉TCP的通訊模式遠程傳輸至軟件系統端監控，從而實現自動化、智能化、無人化計量（圖3）。

3現場應用評價

2019年11月，多井雙容積計量裝置在吳起采油廠柳溝采油隊吳30-X1井場進行試驗；對所轄4口采油井進行連接管線至計量設備，經過1周的安裝調試，并實現與遠程上位機通訊。該設備使用于戶外環境，且陜北地區冬季嚴寒，故對設備底部鋪設保溫擠塑板，管體纏繞伴熱帶，由智能控制終端自動控制對設備加熱的啟停，外部罩有內嵌隔溫板的玻璃鋼保溫殼保溫罩內環境溫度恒溫在25~30℃區間，保證了計量裝置正常工作。2019年11月~2020年11月期間，對該裝置所計量的產液數據進行了不定期的抽查對照，并于人工檢尺卡方計量進行了對比，結果顯示該裝置運行可靠，且計量精度為±5%以內，符合油田公司所規定的計量誤差范圍。具體產量對比數據如表1。

4結論

通過2年多的現場試驗與實踐表明：該計量裝置的計量精度高、適應性強、操作簡單，可適用于多井式井場；通過智能終端實現自動選井、自動計量的功能，同時還能遠程傳輸計量數據，實現井場短期內無人值守，極大減少了采油工的勞動強度[7]。（1）目前該設備主要存在問題有：保溫殼的起落較費力，螺桿泵助排時會發生原油泄漏，部分液位浮球出現腐蝕穿孔。（2）下一步改進意見：將保溫殼改造成箱體式便于開啟，建議配電柜與設備分離，皮帶傳動處需安裝防護罩，將液位浮球外表面涂防腐層。

參考文獻：

[1]賈賀坤.簡易稱重法油井產量計量裝置應用試驗研究[D].東北石油大學，2018.

[2]郭煒，宋學軍，林燕，等.老君廟采油廠油井單井計量裝置試驗研究[J].油氣田地面工程，2012,31(08):30-32.[3]韋繼明．遠程自動量油系統在油田的應用[J].石油化工自動化，2009(04):52-53．

[4]潘德福，張浩然，穆祥貞.新型油井計量裝置的研究[J].機械工程師，2010(06):127-128.

[5]梁金強，黃強，賴德貴，等.自平衡雙罐稠油計量裝置在稠油火驅開發中的應用[J].石油工程建設，2014(01):81-82.

[6]陸德明主編.石油化工自動控制設計手冊(第三板)[M].北京:化學工業出版社，2000.[7]彭崗桂．單井稱重式自動計量裝置設計與分析[D].成都：西南石油大學，2015.

作者:任浪 同紅艷 薛澤 母建飛 張銘存 單位:延長油田股份有限公司注水指揮部