新型撬裝式單井三相流量計量裝置的研制及應(yīng)用原理分析

研制了一種新型撬裝式單井三相流量計量裝置，基本組成包括三相流體積流量計、差壓變送器、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器、積算與顯示儀表、測試管匯與撬裝座體。撬裝式單井三相流量計量裝置結(jié)構(gòu)簡單、方便使用、易于維護(hù)，不需要氣液兩相或油、水、氣三相分離就可實現(xiàn)三相流量各自準(zhǔn)確計量。

原油單井計量對于掌握單井不同開采時期油井產(chǎn)能、三相含量的變化規(guī)律，調(diào)整、優(yōu)化驅(qū)油與抽油的生產(chǎn)參數(shù)，保證穩(wěn)產(chǎn)及增產(chǎn)節(jié)能有十分重要的意義［１～３］。由于各油田原油成分及物性差異大，簡易的兩相或三相分離計量裝置又很難分離干凈徹底，導(dǎo)致計量誤差大；而昂貴復(fù)雜的裝置不適合單井現(xiàn)場使用［４～６］。當(dāng)前在用的單井計量裝置，比如各種氣液兩相分離單井計量裝置，實際計量系統(tǒng)誤差都接近１０％［７］；而各種稱重罐只能計量油水混合流量，卻不能計量含水量、含氣量。為此，筆者研制了一種新型撬裝式單井三相流量計量裝置。

１　組成特征

研制的新型撬裝式單井三相流量計量裝置基本組成.

撬裝式單井三相流量計量裝置基本組成

１）三相流體積流量計、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器都通過安裝接口安裝在測試管匯上，與輸送的原油相通，積算與顯示儀表有電氣連接；測試管道設(shè)有輸入口、輸出口，并通過設(shè)置的安裝接口將各儀表及截止閥連通成管匯；截止閥安裝在測試管道的原油輸入口后面；積算與顯示儀表置于防爆箱中。

２）測試管匯設(shè)置有垂直于撬體平面的門型管架，其流入立管上隔一定間距設(shè)置差壓變送器的傳感器兩安裝接口，接口距離立管兩端彎曲處大于管子公稱直徑的５倍。

３）測試管匯還設(shè)置有垂直于撬體平面的管架，含水分析儀安裝接口設(shè)置在非常高豎直管道的頂端。

４）儀表主機設(shè)置凈化原油的密度與礦化水的密度，可以讀取并顯示體積流量計、差壓變送器、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器的測量值，計算并顯示當(dāng)前油、水、氣三相流的瞬時體積分?jǐn)?shù)及計量過程中三相流各自的累計流量。

２　技術(shù)方案

研制新型撬裝式單井三相流量計量裝置的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單且不需要進(jìn)行液、氣兩相或油、水、氣三相分離的單井三相流量計量裝置，可以對油、水、氣三相流分別計量。為了實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

１）整個測試裝置設(shè)置有原油輸入口與輸出口，用于連接井口預(yù)留的測試接口，測試時作為原油輸送的旁通管道。積算與顯示儀表置于防爆箱中，儀表主機可以讀取并顯示體積流量計、差壓變送器、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器的瞬時值，計算并顯示當(dāng)前油、水、氣三相流的瞬時體積百分比及計量過程中三相流各自的累計流量。

２）三相流體積流量計為容積式流量計，設(shè)置在所述裝置的輸入口后面，三相流的總體積為凈原油、礦化水、伴生氣的體積之和。

３）差壓變送器安裝在一截豎直的均勻管道中，用于測試三相流在管中產(chǎn)生的壓差，計算井口原油的密度。

工程上等速流動的原油密度計算式如：

式中：Δｐ為差壓變送器測得的壓差，ＭＰａ；ｇ為重力加速度，ｍ／ｓ２；ｈ為差壓變送器的２個壓力傳感器的安裝中心距離，ｍ；ρｚ為實時測得的井口原油密度，ｋｇ／ｍ３。

４）含水分析儀傳感器插入所輸送的原油中，用于測試原油含水率ω。

５）壓力變送器與溫度變送器，用于分別測試計量時輸送原油的壓力ｐ與溫度Ｔ，校正凈原油的密度及計算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的體積。

６）積算與顯示儀表可以是ＰＬＣ（可編程邏輯控制器）或單片機開發(fā)的至少具有一路脈沖信號輸入接口、４路４～２０ｍＡ信號輸入接口、電源輸入口、液晶顯示器及防爆殼體組成的儀表，具有設(shè)置輸入凈原油密度、礦化水密度功能。

積算與顯示儀表計算瞬時體積流量的公式為：

式中：Ｖｓ、Ｖｙ、Ｖｑ分別為礦化水、凈原油、伴生氣的體積，ｍ３；Ｖｚ為三相流的總體積，ｍ３；ω為原油含水率，１；ρｓ為實驗室測得的該井礦化水密度，ｋｇ／ｍ３；ρｙ為實驗室測得的該井凈原油密度，ｋｇ／ｍ３。

７）測試管匯至少由輸入接口、輸出接口、連接管道、閥門及在管道上的體積流量計、差壓變送器、含水分析儀、壓力變送器、溫度變送器安裝接口組成。為了使用、維護(hù)方便，可以設(shè)置若干截止閥、旁通管、清潔氣體快速接頭、廢液出口等。

８）差壓變送器的兩壓力傳感器安裝接口的直管段應(yīng)是垂直設(shè)置的，其內(nèi)徑均勻，具有足夠的長度，其位于壓力傳感器前面的直管長度值應(yīng)大于公稱直徑的５倍，保證流過兩壓力傳感器的流型穩(wěn)定，流速相同。

３　結(jié)語

新型撬裝式單井三相流量計量裝置，采用現(xiàn)有的通用測量儀器，只需要對管匯結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定設(shè)計并對流量計積算與顯示儀表進(jìn)行二次開發(fā)，就能夠?qū)尉瓦M(jìn)行不分離直接計量，其三相流量計量系統(tǒng)誤差小、結(jié)構(gòu)簡單、制造與使用成本較低，具有很好的市場前景。