CMS油气分离计量装置应用.pdf

第 4 8卷第 6期 2 0 1 2年 1 2 月 白油化工 目 动化 AUT0M ATI ON I N P ETR0一 CHEM I CAL I NDUS TRY Vo L 48， 0 ．b De c e mb e r ，2 0 1 2 CMS油气分离计量装置应用 陈鸿鸥， 李红 ， 张明 ， 马力 ， 郭敏 长庆油 田第一采油 厂 采 油工艺研究 所 ， 陕西 延安 7 1 6 0 0 0 摘要 随着长庆油田的大规模开发， 油井功图计量已取代了原有的油井双管流程、 站内双容积计量模式， 降低了地面建设投资 成本 ， 满足了低渗透油 田经济高效 的发展模 式。油井功 图计量主要通过活动式油气分离计量装置进行标定 ， 由于长庆 安塞油 田 地处陕北黄土高原 ， 地形复杂 ， 油井分 布较为分散 ， 活动计量装置体积大 ， 移动不便 给油井功 图标 定带来一定影 响 ， 对于开展质 量轻 、 体积小 、 便于移动计量装 置工艺技术 的研究对 于减少人力物力 、 提高油井数字化管理水平都具有重要的现实意义。 关键词 油井计量轻量化标定气液分离控制器 中图分 类号 T E 8 6 3 ． 1 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 1 2 0 6 0 0 8 1 0 3 安塞油 田共有采油井 5 8 7 6口， 功图计量油井 5 2 2 5口， 其 中 8 O 油井实现 功图数字 化在线计 量 。由于地层基础参数变化、 载荷位移传感器等原 因， 功图计量在使用一段时间后常存在一定的计量 误差。为实 现功 图计量 的定期标定及 调试 ， 2 0 1 0 年安塞油田与西安东风机 电公 司合力研制开发一 款多相流测量系统C MS活动式油气分离计量 装置 ， 通过采用柱状旋流式气一 液分离技术对气液 进行分离 ， 并选用精度高 、 量程宽和通用性强等特 点的科里奥利质量 流量计对液相精确测量 。通过 现场使用 ， 油井液计量误差在 5 以 内， 特别适用 于安塞油 田单井液量普遍偏低 、 流量变化大 、 含水 率较高的工况场合。 1 C MS油气分离计量装置计量技术 1 ． 1 工艺技术原理 C MS油气分离计量装置 由柱状流分离器 ， 自 力式气液分离控制器 ， 气 、 液 、 水 单相计量仪表等 构成 ， 结构如图 1 所示 。油井来液 多相流 进入旋 流分离器 ， 在离心力 、 重力和浮力的作用下 ， 形成一 个倒圆锥形涡流场 ， 这个沿切 向加速 的侧 向力可以 达到 1 5 5 0 g ， 密度大的液相沿垂直管管壁流到分 离器下部 ， 密度小 的气相沿漩涡的中央上升至分离 器顶部 ， 最终气相和液相分别从分离器顶部和底部 排 出。分离器液位 、 气相和液相流量 、 压差 由自力 式气液分离控制器进行控制 ， 保证分离器的稳定工 作 ， 实现气液两相充分分离 ， 图 2为建立 的倒锥形 涡流场模型。 1 ． 2 计量 原理 流体经过分离装置后气相和液相通过单相流 计量仪表计量 ， 其 中液相的油水混合物经过质量流 量计进行计量 ， 而质量流量计又以其特殊的原理通 过输入现场纯水和纯油的密度来进行换算得 出流 过 的纯水 量 和 纯油 量 ， 实 现对 油 井产 油 的计 量 功能。 图1 油气分 离计量装置结构示意 气相 气 图 2 倒 锥 形涡 流场模 型 通过选用精确度达 0 ． 2级的科利奥利质量流 量计 ， 由质量流量传感器和 z L J B系列变送器 匹配 构成 ， 灵敏度较高 ， 可 以提供质量流量 、 体积流量、 密度、 温度测量和推算等参数 ， 无需繁琐 的换算就 可得到可靠的结果 ， 可直接替换体积表。 1 ． 3 装置结构特点 C MS油气 分离计 量装置 采用 自力式控 制原 理 ， 根据现场工况 的流型进行模 拟 ， 充分考虑 了液 位 、 压力 、 气液流量和阀位之间的相互关联 ， 组成了 完善的复合调节 系统 。通过建立正确的气液分离 稿件收到 日期 2 0 1 2 0 7 0 3 ， 修改稿收到 日期 2 0 1 2 1 0 0 9 。 作者简介 陈鸿 鹛 1 9 8 3 一 ， 男 ， 2 0 0 7年毕业 于大庆石油学院油气 储运工程专业 ， 现主要从 事油 田地面集输工艺规划 、 输 油气生产技 术管理等工作 ， 任工程师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 2 石油化工 自动化 第 4 8卷 模型和采用完善的控制系统 ， 使分离器实现良好 的 气液平衡 ， 达到理想 的分离效果， 从而保证计量 的 准确性。 1 ． 4 油气分离性能测试 通过软件模拟 ， 气泡直径对分离器的分离效率 有直接的影响， 气泡直径越大 ， 分离效率越高 ， 模拟 结果显示可 以对直径大于 8 0 0 m 以上 的气泡 实 现完全分离 ， 图 3表明在不同人 口流速下气泡直径 与气泡分离率的曲线关系。 槿 L 帼 罡 图 3 气泡分 离率测试 曲线 2 油气分离计量装置轻量化改进 2 ． 1 前期使用情况 随着研制试验的成功 ， 安塞油 田在全厂范围内 全面推广 C MS活动式油气分离计量装置 的使用 ， 2 0 1 0年共计为 1 3个 采油作业 区块 配套活动式油 气分离计量装置 6 O套。根据现场使用情况反馈 ， 该计量仪具有计量精度高、 易于维护 、 操作简单等 特点 ， 一方面实现 了对 功图计量 的标定及 调试 功 能 ； 另一方面可 以对未实现功图计量油井开展定期 单量 ， 对油井生产动态实现了全面掌控。 2 ． 2 结构 改进 原 因 按照油井功图计量标定需求 ， 一套活动式油气 分离计量装置可满足 3 0 ～3 5口油 井功 图标定任 务， 安塞油 田所处 的黄 土高原 山大 沟深， 具有塬、 梁、 卯多种复杂地形 ， 油井分布较为广泛 ， 单井井组 多。面临这一情况 ， 油气分离计量装置的移动性能 尤为重要 ， 处于研发初期的计量装置 由于体积大 、 质量大 ， 移动较为不便 。 为了进一步调高油气分离计量装置的移动性 ， 降低 日常操作过程 中工人的劳动强度 、 降低设备的 生产成本、 不影响油气分离效果及计量精确度， 工 艺设计部门对 C MS活动计量装置结构进行 了进 一 步调整 ， 将原有的油气计量装置小型化、 撬装化 。 2 ． 3 轻量化改进 在分析和研究油气分离计量装置优缺点的基础 上 ， 在计算方法上采用了推导得到的基于压差法的质 量测量模型。通过将柱状旋流分离器、 自力式气液分 离控制器进行简化整合 ， 并将原气相 回流管进行拆 除 ， 适当性地调整组件结构 以达到减少尺寸、 降低质 量的目的， 并在油气计量装置底部安装滚轮以便于移 动。改造前后性能及尺寸对比见表 1 所列。 表 1 改造前后性能及尺寸对比 表示 1 显示改造后油气分离计量装置质量 和 制造成本有明显减少 ， 而测量精度 、 介质温度 、 额定 压力 、 原油含水 率等性能参数仍 可保 持在较高水 平 。测量范围由原来的 2 5 m。 ／ d下降至 1 0 iT 1 。 ／ d ， 仍可满足安塞油 田普遍的低液量油井的计量需求 ， 底部装有滚轮便于装车及移动。 3 轻量化活动计量装置先导性试验 为了进一步确定轻量化油气分离计量装置的 稳定及可靠性 ， 该 厂选取高 1 1 1 8井、 高 1 1 1 7 井 、 高 1 3 1 8井等进行精度试验 ， 采用称重法进行 计量 数据 对 比， 表 2中的数 据详 细记 录 了对 比 结果 。 表 2 活动计量装置与实测数据对 比 井号 皇 相 绝 0／ 井 号 计 量 装 置对 实 际 液 。 ’ ’ ～ ’ 液量／ k g 量／ k g ～ ～ 4 5 1 O 4 3 9 O 5 O 6 6 3 3 4 4 1 O 4 5 1 0 4 3 9 O 5 O 6 6 3 3 4 4 1 O 一 一 ～ 一 一 O 4 5 O 2 4 6 2 7 5 3 3 7 5 7 7 7 6 O 0 O O O O 3 4 4 2 2 3 7 5 7 7 7 6 8 l 一 1 1 高 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 陈鸿鸱等．C MS油气分离计量装置应用 8 3 续表2 井号 耋 相 绝 井 号 计 量 装 置对 实 际 液 ⋯ ’ ⋯～ ’ ⋯ 液量／ 量／ k g ～ ～ 5 ． 40 5 ．2 2 3 ． 45 3 ．4 5 误差 平均值 高 1 3 1 8 7 ． 2 6 7 ． 5O 8 ． 0 8 7 ． 86 1 O． 0O 7 ．1 2 7 ．2 2 7 ．7 8 7 ．9 7 1 O． 01 1 ．9 7 1 ．9 7 3 ．8 8 3 ．8 8 3 ． 8 6 3 ． 8 6 一 l _ 3 8 1 ． 3 8 0 ．1 O 0 ．1 0 合计 误差 平均值 经过近 1 0天的单量数据对 比， 无论是短时间 称重 ， 还是全天 2 4 h油井单量 ， 轻量化油气分离计 量装置对于 日产液量在 1 0 1 T 1 。 ／ d以下油井均可保 持计量误差在 5 以内。 4 轻量化活动计量装置应用效果评价 截至 2 0 1 1年 1 1 月 ， 安塞油田所辖 8个作业区 块配套轻量化油气分离计量系统 2 0套 ， 从应用的 情况看 ， 轻量化活动计量技术 的应用效果明显 ， 具 有系统运行可靠， 单量结果准确、 流程简化 、 节约成 本 、 移动性大等优点 。 a 以 8 h为一个油井单 量周期 ， 计算油井平 均产量 ， 更加真实地反应油井实际出液情况 。 b 系统运行可靠 ， 单量结果准确 。单量 液量 与功图法计产对 比， 可以诊 断分析功 图计量误差 ， 为功图计量系统校正调试提供可靠保证 。 c 对于未安装功 图计量 的边远单井 ， 起 到了 单井单量作用 ， 满足现场实际需要 。 d 适应 了“ 大油 田管理 ， 大规模建设” 和快速 发展的新形势。与传统计量技术相比， 配合油井功 图计量工艺技术， 简化了流程、 降低了投资。 e 油气分离计量系统结构改进使制造成本 由 原来 的 1 5 ． 2万元／ 套降低至 1 2 ． 3万元／ 套 ， 并实现 了由原来 的卡车拉运转变为小型皮卡车拉运， 节约 了生产成本 。 f 移动 性 能大 为增 加 ， 目前 整体 质 量约 为 1 3 5 k g ， 配合底部装有滚轮 ， 2 ～3人可在井场 内随 意移动 ， 减轻 了操作员工的工作强度 。 5 结束 语 a 油气分离计量装置 的轻量化改进 ， 是建立 在适应低渗透油 田和数字化建设生产方式转变 的 结果 ， 是对油气功 图计量不断调试及完善的重要辅 助工具 ， 是安塞油 田精细管理、 不断创新 和探索取 得 的突 出进展 。 b 对于集 中油井考虑为下游站点配套固定式 油气计量装置， 并通过数字化仪表 实现 自动倒 阀、 远程控制、 连续计量 ， 实时记录及分析 ， 更大程度地 满足数字化油田建设需求 。 c 采用 了先进适用的油井计 量技术 ， 能够较 好地累积单井产量 ， 为及时掌握油藏状况 ， 制订生 产方案 ， 具有重要的指导意义。 参考文献 [1] 周敬 伟 ， 李 永军 ， 高海 军 ， 等． 高含水 油 田油气 单 线计 量技 术[ J ] ． 工业计量 ， 2 0 0 3 增刊 1 3 0 1 3 0 3 ． [ 2 ] 卢壮杰． 胜利油 田海洋平台油气计量装置的发展[ J ] ． 石油 矿场机械 ， 2 0 1 0 ， 3 9 O 5 8 99 2 ． [3] 李玉星 ， 王艳． 多项 流量计 研究进展 [ J ] ． 管 道技术 与设备 ， 2 0 0 0 0 5 3 13 4 ． [4] 王栋． 气液两相 流体 流量 的分流分 相测量 法[ J ] ． 西 安交通 大学学报 ， 2 0 0 1 ， 3 5 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